一種低功耗MAC層協(xié)議研究與實現(xiàn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測，工業(yè)控制，養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域，具備廣闊的發(fā)展前景。而無線終端傳感節(jié)點的能量往往是不易補給的，故能量高效是其重點研究內(nèi)容。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的介質(zhì)訪問控制層（MAC）在優(yōu)化能量消耗中具有重要的地位。同時，由于無線終端傳感節(jié)點增加可移動性，使得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，給傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來新的挑戰(zhàn)。因此，研究一種能夠適應(yīng)無線終端傳感節(jié)點可移動性，降低整體功耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命的實用性MAC層協(xié)議有著積極的意義。

2、
　　本論文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具備可移動特性的無線終端節(jié)點在接入網(wǎng)絡(luò)前存在無效監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)問題，設(shè)計并實現(xiàn)一種基于喚醒射頻接收器觸發(fā)接入網(wǎng)絡(luò)并適應(yīng)無線終端節(jié)點可移動特性的低功耗MAC協(xié)議。概述8種靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和6種動態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下的MAC協(xié)議內(nèi)容并簡要分析其優(yōu)劣勢。對3種采樣工作流程和2種接入網(wǎng)絡(luò)機制建立可對比量化的數(shù)學(xué)模型，得到緩沖采樣比連續(xù)采樣和間歇采樣方式節(jié)省更多能量，而喚醒射頻接收器機制相比傳統(tǒng)占空比機制能夠?qū)崿F(xiàn)更

3、低功耗。設(shè)計 MAC協(xié)議在申請接入網(wǎng)絡(luò)，上傳數(shù)據(jù)和退出網(wǎng)絡(luò)時的負載分幀結(jié)構(gòu)，配置 WUR產(chǎn)生喚醒信號的工作模式。描述無線傳感節(jié)點在9個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并重點敘述其中兩個狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：入網(wǎng)申請和數(shù)據(jù)通信。
　　從實驗室理想環(huán)境和實際應(yīng)用場景這兩方面對基于喚醒射頻接收器的MAC協(xié)議進行實例研究。搭建實驗室理想模擬環(huán)境，使用專業(yè)儀器儀表測量無線傳感節(jié)點的能量消耗數(shù)據(jù)指標(biāo)。對比六種不同組合工作模式組成的對照實驗結(jié)果，得出使用本MAC協(xié)議的

4、無線傳感節(jié)點能夠提供正常工作服務(wù)的理論年限是3.58年。將該MAC協(xié)議投入奶牛健康監(jiān)測系統(tǒng)的實際生產(chǎn)實踐中進行檢驗，通過分析數(shù)據(jù)傳輸通信日志，側(cè)面反映MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能和無線傳感節(jié)點的能量消耗情況。從收包率、吞吐率、時延、公平性和電池能量消耗這五個方面分析226天內(nèi)接收到由104個無線傳感節(jié)點發(fā)出的343356條MAC報文信息。其中93.26％無線傳感節(jié)點的收包率中位數(shù)達到100%，無線傳感節(jié)點在三種狀態(tài)下的輸出電壓一階差分值在±20