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无线传感器网络介质访问控制协议研究

作　者: 张珂珂
导　师: 李国徽
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络空间相关性介质访问控制网络仿真梯度划分
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 20次
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内容摘要

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量节点通过自组织和协调而形成的多跳网络系统,节点间通过相互协作来完成网络监控任务。在无线传感器网络中,介质访问控制协议(Medium Access Control:MAC)主要负责协调节点竞争,为节点分配共享的无线信道资源。如何调度节点使用信道对传感器网络至关重要。首先分析了现有MAC协议的工作机制,然后结合目标跟踪应用对目标重建误差、延迟、能耗等的需求,针对传感网络时空相关性的特点而提出了一种能够在事件域内合理的调度节点上报的MAC协议—GB-Sift(Gradient Based Sift)协议。该协议是对Sift协议的一种改进,采用一种新的信道竞争机制来为节点分配信道资源。GB-Sift协议的核心思想是:使用节点采集信号强度信息划分梯度,依据梯度将事件域内节点分配到不同时间空间中去竞争信道,进而减轻了信道的负担;引入自适应的梯度划分算法使得梯度划分更加灵活且能很好的适应网络拓扑结构的变化;采用了梯度跳跃机制来减少由于梯度划分而带来的延迟。同时还设计了一个空间相关性的控制策略来减少由于节点空间相关性而产生的重建误差。最后在NS网络仿真平台上,实现了GB-Sift协议,并使用误差分析模型分析了GB-Sift协议对重建误差的影响。同时设计了一组实验分别从上报节点分布、重建误差、延迟以及公平性方面来分析GB-Sift协议的性能。研究结果表明:GB-Sift协议在重建误差以及延迟等方面都有出色的表现,同时能很好适应网络的拓扑结构的变化。该协议能很好的满足目标跟踪应用的需求,对以后研究目标跟踪应用的MAC协议有着重要的实用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 引言  8-13
  1.1 课题研究目的与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 无线传感器网络典型MAC协议介绍  10-11
  1.4 论文组织结构  11-13
2 基于梯度信息的MAC协议的设计  13-30
  2.1 Sift协议介绍  13-14
  2.2 Sift协议存在问题  14-16
  2.3 梯度的引入  16-17
  2.4 GB-Sift协议的设计思想  17-25
  2.5 GB-Sift协议的工作流程  25-26
  2.6 GB-Sift协议状态转换  26-28
  2.7 小结  28-30
3 GB-Sift协议在NS2 平台上的实现  30-41
  3.1 NS2 介绍  30-31
  3.2 定时器的设计与实现  31-33
  3.3 自适应梯度划分的实现  33-35
  3.4 信道竞争机制的实现  35-36
  3.5 梯度跳跃机制的实现  36-38
  3.6 空间相关性的控制策略的实现  38-40
  3.7 小结  40-41
4 协议性能分析  41-60
  4.1 NS2 仿真步骤  41-42
  4.2 仿真中数据流模型的设计与实现  42-47
  4.3 仿真基本配置  47-48
  4.4 性能分析与评价  48-58
  4.5 小结  58-60
5 总结与展望  60-62
  5.1 总结  60
  5.2 工作展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-67
附录攻读学位期间参与的科研项目  67

无线传感器网络介质访问控制协议研究

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