节能的无线传感器网络MAC协议研究与设计_信息安全.rar

摘 要:无线传感器网络(WSN)被称为全球未来的三大高科技产业之一，被广泛应用于军事、医疗、环保等方面。介质访问控制(MAC)协议决定了无线通信信道的使用方式，所以设计良好的MAC协议以减少网络的能量消耗和数据延迟成无线传感器网络亟待解决的问题。研究WSN的MAC协议要考虑到其能量效率问题，采用周期性睡眠机制、自适应侦听机制、串音避免机制和消息传递机制可使得传感器媒体访问控制(S-MAC)协议在网络能耗和时延方面得到改进，对无线传感器网络，设计出一种满足各方面要求的MAC协议是不现实的，可针对不同应用的要求，灵活采用不同的方式，设计出相应的协议。

S-MAC协议采用周期性侦听/睡眠机制来减少空间侦听的方式来减少能量的消耗。本文设计的协议在原有周期长度不变的情况下，根据通信流量大小变化来改变活动时间，以此减少能量的损耗。同时S-MAC协议采用BEB算法来避免节点发送冲突，然而该算法却会导致节点竞争信道不公平现象，本文改进后的算法对此进行了改进，使用了MILD算法，可以减少节点间不公平竞争现象。

本文在理论研究的基础上再通过仿真平台NS-2进行仿真实验，在试验中我们同过对比前后的能耗变化和网络的延迟性能，通过此对比，我们可以发现改进后的协议算法具有良好的节能作用并在时延上也有不错的表现。

关键词 ：无线传感器网络；节能MAC协议；S-MAC

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 课题研究的背景和意义-1

1.2 无线传感器网络的国内外研究现状-1

1.3 论文内容与结构安排-2

第2章 无线传感器网络的简介-5

2.1 无线传感器网络的发展历史-5

2.2 无线传感器网络的结构及特点-5

2.2.1 无线传感器网络体系结构-5

2.2.2 无线传感器的节点结构-6

2.2.3 无线传感器网络的通信体系结构-7

2.2.4 无线传感器网络的特点-8

第3章 无线传感器网络能耗分析-11

3.1 无线传感器网络主要技术-11

3.1.1 网络拓扑控制-11

3.1.2 网络协议-11

3.1.3 安全与加密技术-11

3.1.4 协同信号处理-12

3.2 无线传感器网络能耗分析-12

3.2.1 传感器模块-13

3.2.2 处理器模块-13

3.2.3 无线通信模块-13

第4章 无线传感器网络S-MAC协议分析与改进-15

4.1 MAC协议设计应考虑因素及设计目标-15

4.2 MAC协议造成能耗的因素-15

4.3 基于竞争的MAC协议-16

4.4 S-MAC协议分析-17

4.5 S-MAC 协议用来减少能量消耗的主要机制-18

4.5.1 周期性侦听/睡眠-18

4.5.2 冲突避免-18

4.6 对S-MAC 协议的改进-19

4.6.1 退避算法的设计-19

4.6.2 动态调整活动时间-21

第5章 协议改进算法的仿真-23

5.1 仿真平台NS-2简介-23

5.1.1 使用NS进行网络仿真的方法和一般过程-23

5.1.2 NS2的功能模块-24

5.1.3 NS-2的软件构成-24

5.1.4 NS现有的仿真元素-24

5.2 改进协议的的发送/接收过程-25

5.3 退避算法（MILD）的仿真-27

5.4.1 仿真实验网络拓扑结构设置-28

5.4.2 仿真能量测试-29

5.4.3 网络试验的测试-29

5.5 本章总结-30

第6章 结论与展望-33

6.1 结论-33

6.2 不足之处及未来展望-33

致    谢-35

参考文献-37