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传感器网络图像节点中MAC层QoS机制的研究

作　者: 刘韦辰
导　师: 唐朔飞
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: MAC IEEE 802.11 IEEE 802.11e 服务质量网络模拟器
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

无线通信技术是传感器网络的一个非常重要的组成部分,实现传感器网络节点之间的数据传输,无线通信是基础。由于传感器节点具有电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限的特点,因此设计更加高效和省电的无线传输协议一直是这一领域研究的重点。随着传感器网络应用领域的拓展,在数据传输中提供服务质量控制(Quality of Service, QoS)是一个新的研究课题,具有非常广阔的应用前景。因此,在无线通信协议中实现QoS也是非常有意义的。本文的研究内容是MAC (Media Access Control)层——无线传输的五层协议栈结构(物理层、链路层、网络层、传输层、应用层)中数据链路层的媒体接入控制子层——无线通信协议,重点研究两种协议在传感器网络应用中的适用性和优越性。IEEE 802.11 MAC层协议是国际公认的比较优秀和成熟的基本MAC层无线通信协议,在此基础之上衍生而出的IEEE 802.11e MAC层协议集成了QoS控制,是更加适用于传感器网络的一种MAC层协议。本文从理论和仿真两个角度对上述两种协议进行了细致的分析和比较,通过定义的吞吐率、延迟、抖动和丢包率等参数对两种协议的性能进行了非常量化的对比。大量的实验数据得出结论:同IEEE 802.11 MAC层协议相比,IEEE 802.11e MAC层协议具有更加适合传感器网络的特点。本文在此基础之上对IEEE 802.11e MAC层协议提出了有针对性的改进方案,使改进后的协议在用于图像采集和传输的传感器网络中更加高效。本文所使用的仿真环境是NS2,建模使用的语言包括C++和tcl,测试使用的语言包括awk和gnuplot,所有工作在Linux下完成。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景  10-13
  1.2 传感器网络图像节点  13-18
    1.2.1 传感器图像节点的工作模式  13-14
    1.2.2 传感器图像节点的结构特点  14-15
    1.2.3 节点的总体结构  15-17
    1.2.4 无线通信协议栈  17-18
  1.3 MAC协议  18-20
    1.3.1 MAC的基本功能  18
    1.3.2 传感器网络MAC协议的特殊性  18-19
    1.3.3 MAC协议的基本分类  19-20
  1.4 本文的研究内容  20
  1.5 本章小结  20-21
第2章 IEEE 802.11 MAC层协议  21-29
  2.1 一种通用的无线传输协议标准  21-22
    2.1.1 CSMA/CA  21-22
    2.1.2 RTS/CTS  22
    2.1.3 CRC校验和分片  22
  2.2 IEEE 802.11 的工作模式  22-24
    2.2.1 DCF  22-23
    2.2.2 PCF  23-24
  2.3 协议性能分析  24-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 IEEE 802.11e MAC层协议和QoS  29-39
  3.1 QoS的内容  29-30
    3.1.1 传感器网络QoS面临的挑战  29-30
    3.1.2 传感器网络QoS的MAC协议  30
  3.2 IEEE 802.11e MAC层协议  30-31
  3.3 802.11e的新特性  31-32
  3.4 802.11e的工作机制  32-34
    3.4.1 增强型分布式协调(EDCF)  32-34
    3.4.2 混和协调(HCF)  34
  3.5 协议性能分析  34-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章 IEEE 802.11 和802.11e协议的比较  39-54
  4.1 NS2 仿真环境  39-40
    4.1.1 离散事件模拟器  39-40
    4.1.2 丰富的构件库  40
    4.1.3 分裂对象模型  40
    4.1.4 开放的源代码  40
  4.2 协议性能的评价体系  40-43
    4.2.1 一些常量的取值  41
    4.2.2 一些变量的定义  41
    4.2.3 性能评价指标及其定义  41-43
  4.3 实验方法  43-45
    4.3.1 拓扑环境的建立  43-44
    4.3.2 实验数据的获得  44
    4.3.3 实验数据的分析方法  44-45
  4.4 802.11e的QoS表现  45-47
  4.5 综合实验  47-52
    4.5.1 实验环境  47-49
    4.5.2 实验内容  49
    4.5.3 实验分析  49-52
  4.6 实验结论  52
  4.7 本章小结  52-54
第5章改进的IEEE 802.11e协议  54-62
  5.1 802.11e的区分服务  54-56
    5.1.1 不同优先级的对比  55
    5.1.2 不同优先级的实验  55-56
  5.2 传感器网络图像节点的要求  56-57
  5.3 802.11e改进方案  57-58
  5.4 仿真实验  58-61
    5.4.1 两个节点的实验  58-59
    5.4.2 综合实验  59-61
  5.5 实验结论  61
  5.6 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-68
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  68
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  68-69
致谢  69

传感器网络图像节点中MAC层QoS机制的研究

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