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无线传感器网络中基于空间相关性的MAC协议研究

作　者: 刘放彩
导　师: 周四望；董有方
学　校: 湖南大学
专　业: 软件工程
关键词: 无线传感器网络 空间相关性 MAC协议 节点重要性 重要相关区域
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


无线传感器网络中的节点通常部署密集,这样,空间上邻近的节点传感到的数据呈现出一定的相关性。挖掘无线传感器网络中存在的空间相关性,并将其应用到MAC协议中,由此设计出适合无线传感器网络的MAC协议,对改善无线传感器网络的性能具有重要意义。本文研究基于空间相关性的MAC协议,主要工作包括以下几个方面：一、概述了无线传感器网络的研究现状,包括体系结构、特征和典型应用；在此基础上,进一步综述了无线传感器网络的MAC协议,归纳了MAC协议的主要研究内容和当前的研究热点,重点分析和比较了两种基于空间相关性的MAC协议。二、提出了一种基节点重要性和空间相关性的MAC协议(NISC-MAC)。该协议将数据相关性小的节点,即数据差异大的节点定义为重要节点,并赋予其高的优先权。优先权高的节点发送数据的概率大,退避时间短,从而能优先的竞争到信道。把这些重要性节点选定为代表性节点,确保其采集的数据能够发送到Sink节点。这样在去除数据空间相关性的同时,又保证了数据整体有效。仿真实验表明,我们提出的NISC-MAC协议在较低的能耗和传输延时下确保了数据的整体有效性。三、提出了一种基于空间相关性和数据汇聚的低延时MAC协议(SD-MAC)。SD-MAC协议基于空间相关性选择代表性节点,代表性节点发送数据时,其他节点进入休眠状态；所有的节点形成一颗汇聚树,采用交错的MAC调度机制,将数据传送到Sink节点。代表性节点的选择和交错调度机制减少了数据发送量和数据发送时的碰撞,从而大大降低了数据传输的延时和网络的能量消耗。仿真实验表明,我们提出的SD-MAC协议在介质访问延迟方面明显小其他MAC协议,可以满足实时应用中对低延时的要求,同时也具有较好的吞吐率、较低的丢包率和平均耗能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章 绪论  12-24
  1.1 课题的研究背景及意义  12-14
  1.2 无线传感器网络的体系结构  14-18
    1.2.1 无线传感器网络的结构  14-15
    1.2.2 无线传感器节点的结构  15-16
    1.2.3 无线传感器网络的协议栈  16-18
  1.3 无线传感器网络的特征  18-20
    1.3.1 与现有的无线网络的区别  18
    1.3.2 无线传感器网络的特点  18-20
  1.4 无线传感器网络的概况  20-23
    1.4.1 无线传感器网络的研究现状  20-21
    1.4.2 无线传感器网络的应用  21-23
  1.5 研究内容  23
  1.6 本文的组织结构  23-24
第2章 无线传感器网络MAC协议分类与比较  24-33
  2.1 前言  24
  2.2 无线传感器网络中的MAC协议  24-26
    2.2.1 MAC协议的重要性  24-25
    2.2.2 MAC协议的研究内容  25-26
    2.2.3 MAC协议的研究热点和方向  26
  2.3 MAC协议的分类  26-30
    2.3.1 基于竞争的MAC协议  27-28
    2.3.2 基于调度的MAC协议  28-30
  2.4 传感器网络中基于空间相关性的MAC协议  30-32
    2.4.1 Sift-MAC协议  30-31
    2.4.2 CC-MAC协议  31
    2.4.3 两种MAC协议的比较  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 基于节点重要性和空间相关性的MAC协议  33-44
  3.1 前言  33-34
  3.2 问题的描述  34-35
    3.2.1 问题的提出  34
    3.2.2 节点重要性的定义  34-35
  3.3 NISC-MAC协议  35-39
    3.3.1 重要性节点筛选策略  35-36
    3.3.2 冲突避免策略  36-37
    3.3.3 NISC-MAC协议的包结构  37-38
    3.3.4 NISC-MAC协议的思想  38-39
  3.4 NISC-MAC协议的仿真实验  39-42
  3.5 本章小结  42-44
第4章 空间相关性和数据汇聚的低延时MAC协议  44-55
  4.1 前言  44
  4.2 自适应节点选择算法  44-47
    4.2.1 重要相关区域定义  44-45
    4.2.2 自适应节点选择算法概述  45-47
  4.3 SD-MAC协议中的主要机制  47-49
    4.3.1 交错的调度机制  47-48
    4.3.2 自适应占空比机制  48
    4.3.3 数据预测机制  48
    4.3.4 MTS分组机制  48-49
  4.4 SD-MAC协议的包结构  49-50
  4.5 SD-MAC协议的核心思想  50-51
  4.6 SD-MAC协议的仿真实验  51-54
  4.7 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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