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无线传感器网络中基于接收方的MAC协议的高效数据传输机制研究

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占空比无线传感器网络中，由于节点大部分时间处于休眠状态，接收数据的机会减少，加剧了发送节点间的竞争，尤其是在密集网络中，竞争更为严重，因此，常常出现并发传输数据的情况。在并发传输场景下，当使用基于接收方的MAC协议时，多个发送方在收到接收方的Beacon后几乎同时向接收方发送数据，很容易发生冲突。此外，由于无线信道的共享特性，基于接收方的MAC在工作时，网络中除数据包会发生碰撞外，数据包和Beacon、ACK也有可能发生碰撞，加大了冲突发生的概率。冲突的发生，会降低信道利用率，因此，需要高效的数据传输机制，来提高基于接收方的MAC协议在并发传输时的性能。 本文针对基于接收方的MAC协议在并发传输场景下信道利用率不高的问题，提出了两种数据传输机制，并在TelosB节点上测试了所提机制的性能。本文主要有以下三点贡献： 首先基于UPMA架构，在TelosB节点上实现了RbMac，便于后续在节点上测试本文提出的数据传输机制的性能。 接着提出了一种基于快速回复ACK的数据传输机制。本文通过分析两个节点并发传输时发生冲突的概率，发现缩短ACK的回复时间可以减少网络中的冲突，于是提出了一种快速回复ACK的方法。实验表明，该方法不仅缩短了ACK的回复时间，还能在ACK中携带额外信息。接着提出了一种基于快速回复ACK的数据传输机制。实验表明，当网络中的竞争节点数不超过4个时，所提机制可靠性高，且能耗低，适用于低占空比网络。 最后提出了一种基于捕获效应的数据传输机制。为了满足捕获效应对信干噪比的要求，本文提出了一种均衡贪心方法，由节点自身为其邻节点分配发送功率。实验结果表明，该方法时间复杂度低，当网络中的邻节点数不超过8个时，全解率不低于90%。然后提出了一种基于捕获效应的数据传输机制，满足了捕获效应对分组到达时间差的要求。实验结果表明，当网络中的邻节点数不超过8个时，所提机制有效提高了信道利用率。考虑到并发传输时节点的发送概率，本文对均衡贪心方法进行优化。实验结果表明，当网络中的邻节点数不超过10个时，优化后的均衡贪心方法能在保证一定竞争成功率的前提下，最大化分配结果集容纳的邻节点数。此外，当网络中节点的发送概率较低时，优化后的均衡贪心方法由于能允许更多节点抓住机会发送数据，竞争成功率反而更高。

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