本文關(guān)鍵詞：面向能耗均衡的低占空比MAC協(xié)議研究與設(shè)計

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【摘要】：近年來,無線傳感器技術(shù)的發(fā)展迅猛,其在國防軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制、市政監(jiān)控等方面被廣泛應(yīng)用。但是,無線傳感器節(jié)點的電池電量是限制無線傳感器工作時長的一個重要瓶頸。因此,設(shè)計一種協(xié)議來優(yōu)化無線傳感器的能量消耗是一件非常重要的工作。同時,由于無線傳感器節(jié)點的工作環(huán)境惡劣,節(jié)點一旦失效,網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點數(shù)量減少,網(wǎng)絡(luò)的衰變時間就縮短,從而影響整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。所以,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的失效速率,衰變時間也是很重要的。Leach協(xié)議也是一種基于TDMA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,Leach協(xié)議通過選擇每次網(wǎng)絡(luò)傳輸中的簇頭,使網(wǎng)絡(luò)中的簇頭不斷變化,從而使網(wǎng)絡(luò)中傳輸路徑不斷變化,改變了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點傳輸數(shù)據(jù),由于傳輸路徑固定而導(dǎo)致的傳輸數(shù)據(jù)負(fù)載不平衡。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載相較之前要更加均衡,所以網(wǎng)絡(luò)的衰變率會減緩,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點失效速率下降,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間得到延長。低占空比協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點周期性休眠,降低沒有數(shù)據(jù)傳輸時的空閑能量消耗的協(xié)議。目前針對低占空比協(xié)議的研究集中在“預(yù)言包”低占空比協(xié)議和TDMA低占空比協(xié)議兩方面。但是,由于沒有合適的節(jié)點能量損耗均衡方法,目前的研究中都沒有如Leach協(xié)議中針對節(jié)點的能量均衡的一種低占空比協(xié)議。本文提出的TDL-MAC協(xié)議解決了這個問題(TDMA based Distributed Low Death Rate-Medium Access Control)。本文研究了一種MAC層的控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗的協(xié)議低占空比協(xié)議,并與傳統(tǒng)的MAC層低占空比進(jìn)行比較。針對目前研究中,已經(jīng)在低占空比協(xié)議中提出的L-MAC不能控制節(jié)點能耗均衡的問題,借鑒Leach協(xié)議節(jié)點能量均衡的思想,提出了一種新的節(jié)點能量損耗均衡的協(xié)議。在L-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上對能量消耗也進(jìn)行了優(yōu)化,對節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送碰撞避免算法進(jìn)行了優(yōu)化。其中能量損耗均衡的實現(xiàn)方式,是在路由層,節(jié)點發(fā)送路徑的選擇上,讓節(jié)點根據(jù)自己的剩余能量進(jìn)行發(fā)送路徑上的節(jié)點選擇,避免發(fā)送途經(jīng)的能量過低節(jié)點承擔(dān)過多的發(fā)送任務(wù)；碰撞避免算法,是通過使節(jié)點記錄兩跳鄰居占用的時隙,避免了兩跳鄰居發(fā)送向同一個節(jié)點數(shù)據(jù)出現(xiàn)碰撞,從而可以有效提高一次性傳輸?shù)某晒β�；對能耗的�?yōu)化,則是通過讓節(jié)點在發(fā)送的TDMA控制包中,加入目標(biāo)地址,避免因為接收節(jié)點接收多余的數(shù)據(jù)包并丟棄消耗的能量。仿真實驗結(jié)果表明TDL-MAC協(xié)議能有效減緩節(jié)點失效速度,同時降低節(jié)點能耗。相較同樣基于TDMA的低占空比L-MAC協(xié)議,文中提出的協(xié)議增加的網(wǎng)絡(luò)時間延遲也是可以容忍的。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Leach協(xié)議 MAC協(xié)議 低占空比
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN915.04
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景概述10-11
• 1.2 低占空比協(xié)議概述11
• 1.3 研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 基于競爭的無線信道低占空比協(xié)議12-13
• 1.3.2 無線信道時分復(fù)用(TDMA)的低占空比協(xié)議13
• 1.3.3 其它方式13
• 1.4 本文組織13-15
• 第二章 低占空比協(xié)議和Leach協(xié)議概述15-26
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點和設(shè)計15-16
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計重點16
• 2.3 802.15.4 MAC層協(xié)議實現(xiàn)16-18
• 2.4 低占空比協(xié)議原理18-24
• 2.4.1 “預(yù)言包”低占空比協(xié)議19-22
• 2.4.2 TDMA低占空比協(xié)議22-24
• 2.5 Leach協(xié)議原理及特點24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第三章 TDL-MAC協(xié)議設(shè)計與實現(xiàn)26-34
• 3.1 TDL-MAC協(xié)議的提出26
• 3.2 TDL-MAC協(xié)議的原理26-28
• 3.3 TDL-MAC協(xié)議描述28-33
• 3.3.1 TDL-MAC協(xié)議的TDMA設(shè)計28-29
• 3.3.2 TDL-MAC協(xié)議的碰撞處理策略29-31
• 3.3.3 TDL-MAC的節(jié)點失效處理策略31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第四章 TDL-MAC協(xié)議仿真實驗34-52
• 4.1 OMNET++簡介34-36
• 4.2 仿真實現(xiàn)36-46
• 4.3 仿真實驗結(jié)果46-51
• 4.3.1 能耗仿真實驗結(jié)果46-50
• 4.3.2 節(jié)點失效速率仿真實驗結(jié)果50
• 4.3.3 傳輸時延仿真實驗結(jié)果50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 結(jié)束語與展望52-54
• 5.1 全文總結(jié)52-53
• 5.2 研究展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 致謝58-59
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59-60
• 參加的科研項目60-61
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：696015