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基于并发传输的无线传感器网络异步MAC协议设计与实现

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摘要

第一章 绪论

1.1 论文的背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无线传感器网络MAC协议研究现状

1.2.2 接收方发起的异步MAC协议研究现状

1.3 研究内容与设计指标

1.3.1 研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 论文的主要内容与结构

第二章 无线传感器网络MAC协议研究综述

2.1 MAC协议研究综述

2.1.1 MAC协议研究面临的问题

2.1.2 MAC协议研究指标

2.2 异步多信道MAC协议发展现状

2.2.1 RI-MAC协议

2.2.2 EM-MAC协议

2.3 并发传输协议发展现状

2.3.1 Gloosy协议

2.3.2 CIRF协议

2.4 现有MAC协议问题总结

2.5 本章小结

第三章 并发传输异步协议ACT-MAC的研究与设计

3.1 密集型传感器网络特点分析

3.1.1 密集型网络特点分析

3.1.2 密集型传感器网络问题总结

3.2 数据冲突问题的深入分析

3.2.1 数据冲突问题的深入分析

3.2.2 数据冲突解决方案比较

3.3 并发传输异步协议ACT-MAC的设计

3.3.1 ACT-MAC协议综述

3.3.2 动态预测唤醒机制

3.3.3 多信道机制

3.3.4 并发传输

3.4 本章小结

第四章 ACT-MAC协议的实现

4.1 实验平台简介

4.1.1 硬件平台简介

4.1.2 软件平台简介

4.2 ACT-MAC协议软件架构

4.3 ACT-MAC协议软件实现

4.3.1 ACT-MAC协议数据包结构

4.3.2 ACT-MAC协议工作流程

4.3.3 预测唤醒机制实现

4.3.4 多信道机制实现

4.3.5 数据接收流程

4.3.6 数据发送流程

4.4 本章小结

第五章 测试与分析

5.1 并发传输性能评估

5.1.1 星型场景建立

5.1.2 并发传输性能分析

5.2 密集型网路中多信道性能评估

5.2.1 随机分布密集型场景建立

5.2.2 多信道性能分析

5.3 密集型网路中多跳广播性能评估

5.3.1 密集型多跳广播网络场景建立

5.3.2 多跳广播性能分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

研究生期间发表的论文及成果

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摘要

近年来,随着无线传感器网络技术的迅速发展,其应用领域在不断拓宽。MAC协议作为无线传感器网络最重要的技术之一,是连接物理层硬件和上层软件协议的枢纽,其设计优劣对网络性能影响较大。同时,随着应用场景的拓宽,针对特定场景设计出不同需求的MAC协议逐渐成为了新的研究潮流。
  本课题面向密集型传感器网络提出了一种基于并发传输的MAC协议,ACT-MAC(Asynchronous Concurrent Transmission MAC)协议。该协议采用相长干涉技术实现节点间的并发传输,解决了影响无线通信性能的数据冲突问题,减少了数据传输延时和节点功耗;并发传输的实现也使得本协议可以高效地支持密集型传感器网络中常见的多跳广播。同时,协议采用接收方发起通信的方式,并在发送方采用动态预测唤醒机制,减少了节点的空闲侦听时间和通信过程对信道的占用时间,进一步满足了协议的低功耗需求。此外,协议通过多信道机制分流了网络负载,使得不同节点可以同时发送数据,解决了信道饱和问题和暴露终端问题。最后,本文基于TelosB硬件平台设计了相应的测试场景,实验结果表明:在数据流量变化的密集型传感器网络中,ACT-MAC协议与现有的经典低功耗异步协议RI-MAC和EM-MAC相比,功耗和传输延时性能都有显著优势。
  本文提出的ACT-MAC协议适用于密集型传感器网络,对无线传感器网络MAC协议的进一步研究具有很大的参考价值。

著录项

  • 作者

    孙伟;

  • 作者单位

    东南大学;

  • 授予单位 东南大学;
  • 学科 软件工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 陆生礼,虞建立;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TN925.93;
  • 关键词

    无线传感器网络; MAC协议; 并发传输;

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