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Design of Efficient MAC Protocols for IEEE 802.15.4-based Wireless Sensor Networks.

机译：基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络的高效MAC协议设计。

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摘要

Wireless Sensor Networks (WSNs) have enticed a strong attention in the research community due to the broad range of applications and services they support. WSNs are composed of intelligent sensor nodes that have the capabilities to monitor different types of environmental phenomena or critical activities. Sensor nodes operate under stringent requirements of scarce power resources, limited storage capacities, limited processing capabilities, and hostile environmental surroundings. However, conserving sensor nodes' power resources is the top priority requirement in the design of a WSN as it has a direct impact on its lifetime. The IEEE 802.15.4 standard defines a set of specifications for both the PHY layer and the MAC sub-layer that abide by the distinguished requirements of WSNs. The standard's MAC protocol employs an intelligent backoff algorithm, called the Binary Exponent Backoff (BEB), that minimizes the drainage of power in these networks. In this thesis we present an in-depth study of the IEEE 802.15.4 MAC protocol to highlight both its strong and weak aspects. We show that we have enticing opportunities to improve the performance of this protocol in the context of WSNs. We propose three new backoff algorithms, namely, the Standby-BEB (SB-BEB), the Adaptive Backoff Algorithm (ABA), and the Priority-Based BEB (PB-BEB), to replace the standard BEB. The main contribution of the thesis is that it develops a new design concept that drives the design of efficient backoff algorithms for the IEEE 802.15.4-based WSNs. The concept dictates that controlling the algorithms parameters probabilistically has a direct impact on enhancing the backoff algorithm's performance. We provide detailed discrete-time Markov-based models (for AB-BEB and ABA) and extensive simulation studies (for the three algorithms) to prove the superiority of our new algorithms over the standard BEB.
机译：由于无线传感器网络（WSN）支持的应用程序和服务范围广泛，因此引起了研究界的强烈关注。 WSN由智能传感器节点组成，这些传感器节点具有监视不同类型的环境现象或关键活动的能力。传感器节点在电力资源匮乏，存储容量有限，处理能力有限以及环境恶劣的严格要求下运行。但是，节省传感器节点的电源资源是WSN设计中的首要任务，因为它直接影响其寿命。 IEEE 802.15.4标准为PHY层和MAC子层定义了一组规范，这些规范要符合WSN的独特要求。该标准的MAC协议采用了一种智能退避算法，称为二进制指数退避（BEB），可最大程度地减少这些网络中的功耗。在本文中，我们对IEEE 802.15.4 MAC协议进行了深入研究，以突出其强项和弱项。我们表明，我们有诱人的机会来改善WSN上下文中此协议的性能。我们提出了三种新的退避算法，即备用BEB（SB-BEB），自适应退避算法（ABA）和基于优先级的BEB（PB-BEB），以取代标准BEB。本文的主要贡献在于，它开发了一种新的设计概念，该概念驱动了基于IEEE 802.15.4的WSN的高效退避算法的设计。该概念表明，概率控制算法参数对增强退避算法的性能具有直接影响。我们提供了详细的基于离散马尔可夫模型（针对AB-BEB和ABA）和广泛的仿真研究（针对三种算法），以证明我们的新算法优于标准BEB。

著录项

  • 作者

    Khanafer, Mounib.;

  • 作者单位

    University of Ottawa (Canada).;

  • 授予单位 University of Ottawa (Canada).;
  • 学科 Electrical engineering.;Computer science.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2012
  • 页码 184 p.
  • 总页数 184
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
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