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基于竞争的无线传感器网络MAC协议研究与改进

作　者: 樊高雁
导　师: 张维勇
学　校: 合肥工业大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 无线传感器网络 介质访问控制 S-MAC协议 节能
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 84次
引　用: 1次
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内容摘要


无线传感器网络是集信息采集、信息处理、信息传输、信息管理与应用于一体的综合智能信息系统。通过将传感技术与无线通信技术相结合,无线传感器网络为人类与客观物理世界的交互提供了一种新的有效手段。正是由于无线传感器网络潜在的巨大价值,使其成为了当今计算机信息领域中最活跃的研究热点之一。在无线传感器网络中MAC层协议决定了如何在众多的传感器节点间分配信道。公平、健壮、高效的MAC协议对于提高无线传感器网络性能至关重要。本文在分析了几种典型的无线传感器网络MAC协议的基础上,针对无线传感器网络中最为经典的基于竞争的MAC协议—S-MAC,进行了深入的研究。通过继承S-MAC协议的优秀思想,针对其存在的节点空闲侦听时间过长的不足,设计出了改进协议。在改进协议中,一方面节点通过统一数据的发送时间,减少了无数据发送节点的空闲侦听时间,降低了能量的消耗,另一方面通过虚拟簇融合技术,减少了边界节点数量,增强了网络的连通性。理论分析与仿真实验结果都表明,改进后的S-MAC协议在保持原有的通信时延的前提下进一步降低了网络能耗,延长了网络的使用寿命。作为应用实例,本文的最后介绍了一个无线传感器网络的应用项目—基于无线传感器网络的智能公交系统。阐述了该系统的整体设计,并介绍了系统无线传感器节点的软硬件设计思想。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 引言  12
  1.2 研究的目的和意义  12-13
  1.3 主要工作及论文的组织结构  13-15
第二章 无线传感器网络概述  15-24
  2.1 无线传感器网络的概念  15
  2.2 无线传感器网络的体系结构  15-19
    2.2.1 无线传感器网络结构  15-16
    2.2.2 无线传感器节点结构  16-17
    2.2.3 无线传感器网络节点拓扑结构  17-18
    2.2.4 无线传感器网络协议栈  18-19
  2.3 无线传感器网络与无线自组织通信网络的比较  19-20
  2.4 无线传感器网络的主要优势  20-21
  2.5 无线传感器网络的应用与关键技术  21-23
    2.5.1 无线传感器网络的应用  21-22
    2.5.2 无线传感器网络的关键技术  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章 无线传感器网络MAC 协议的研究  24-34
  3.1 无线传感器网络MAC 协议概述  24
  3.2 无线传感器网络MAC 协议设计的影响因素  24-25
    3.2.1 无线传感器节点对MAC 协议的影响  24
    3.2.2 无线传感器网络业务特性对MAC 协议的影响  24-25
    3.2.3 无线传感器网络节点拓扑结构对MAC 协议的影响  25
  3.3 无线传感器网络能量浪费的主要原因  25-27
  3.4 无线传感器网络MAC 协议的分类  27-33
    3.4.1 基于竞争的MAC 协议  27-31
    3.4.2 基于分配的MAC 协议  31-32
    3.4.3 基于竞争和调度混合的MAC 协议  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 无线传感器网络S-MAC 协议的改进  34-49
  4.1 S-MAC 协议的分析  34-40
    4.1.1 S-MAC 协议简介  34
    4.1.2 S-MAC 协议所采用的机制  34-38
    4.1.3 S-MAC 协议中存在的主要问题  38-40
  4.2 S-MAC 协议的改进  40-48
    4.2.1 S-MAC 协议的节能改进  40-46
    4.2.2 虚拟簇的融合  46-48
  4.3 本章小结  48-49
第五章 仿真与应用实例  49-60
  5.1 网络仿真的研究概述  49
    5.1.1 网络仿真的概念  49
    5.1.2 无线传感器网络的仿真  49
  5.2 NS2 仿真软件简介  49-50
  5.3 改进协议的仿真及其分析  50-52
  5.4 应用实例—基于无线传感器网络的智能公交系统  52-59
    5.4.1 系统简介  52
    5.4.2 智能公交系统的整体设计方案  52-53
    5.4.3 无线传感器节点的硬件设计  53-56
    5.4.4 无线传感器节点的软件设计  56-59
    5.4.5 系统中的不足及改进方向  59
  5.5 本章小结  59-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 总结  60
  6.2 展望  60-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表论文和参与的科研工作  65-66

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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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