无线传感器网络多跳路由的MAC协议研究

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无线传感器网络是由密集部署在监测区域内的大量传感器节点组成。由于其具备灵活性、自组织性、低成本等特点,在军事侦察、环境监控、目标追踪等领域有着非常广阔的应用前景。  在无线传感器网络的许多应用中,多个邻近节点会同时监测到同一个事件,这些邻近节点之间就形成了监测事件的空间相关性。当节点的监测数据传输到汇聚节点sink时,sink节点接收的数据存在高度冗余,同时增加了节点在接入信道过程中的竞争,进而增加了网络的能量消耗。因此,如何设计有效的MAC协议来降低冗余数据的传输,以减少网络能量的开销,对于延长无线传感器网络的寿命具有十分重要的意义。  本文首先介绍了无线传感器网络的体系结构、协议栈及特点;然后分析了无线传感器网络中空间相关性产生的原因;接着总结了已有的无线传感器网络MAC协议;最后深入研究了一种空间相关性模型,在CC-MAC协议基础之上,提出了一种能量高效的多跳路由MAC协议SEMAC。  在重建失真度的限制下,SEMAC协议采用信号强度优先的节点选择算法和冲突避免机制,选择信号强度高的节点优先发送数据,抑制信号强度低的节点发送数据以进一步减少冗余数据的传输,降低网络能量的消耗,延长网络的寿命;在多跳传输中,协议采用数据包优先转发机制以降低数据包的传输延迟。  在 OMENET++仿真实验平台上,本文对 SEMAC协议进行了仿真实验。通过对网络的平均能耗、延迟、失真度等性能指标进行统计分析,实验结果表明SEMAC协议比 CC-MAC协议在平均能耗、吞吐率、丢包率、延迟和失真度方面都有很大的改善,延长了网络的寿命。
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