无线传感器网络媒体访问控制协议综述

无线传感器网络作为当前研究的一个热点方向,吸引了众多研究者和机构的注意力.无线传感器网络的受限特点决定了其设计目标有别于其它网络,在其它网络结构中运行良好的协议并不适合于无线传感器网络.因此,许多研究工作通过研究不同应用下的媒体访问控制层特性,提出了一系列协议.总结了相关方面的工作,对主要的协议进行分类比较和分析,并提出了一些值得继续研究的方面.     

一种无线传感器节点及通讯协议的研究

介绍了基于CC2420与ATmega128的无线网络传感器网络节点的设计,并在此基础上研究了一种通讯协议.所组成的无线传感器网络实现了数据的多跳传输和节点的自组织.该节点可应用于无线数据通讯,军事,环境监测和安全预警等领域.     

一种基于节点密度的无线传感器网络路由协议

能量问题一直是制约无线传感器网络(WSNs)发展的问题。成簇算法可以很好地降低网络通信能耗。分析已有的各类成簇算法,在LEACH协议的基础上,改进了簇头节点的选取方式。讨论了网内簇头个数的选择,然后以网内节点密度为参考选取簇头,通过赋予不同的参数来比较节点密度对协议运行的影响。仿真结果表明:改进的算法有效降低了通信能耗,延长了网络的生存周期。     

无线传感器网络的节点及相关协议的设计

本文设计了基于MSP430F1232的用于温度和人员热释红外信息检测的无线传感器网络节点。该节点同时具有集成度高、低功耗等特点。同时详细介绍其硬件电路设计及相关软件设计,并提出协议将节点组成网络来实现数据的无线传输。     

一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

无线传感器网络中一种基于GEAR协议的节点调度策略

基于无线传感器网络地理能量感知路由(GEAR)协议,提出了一种面向查询式路由的节点调度策略GNSS.该策略针对GEAR协议中存在大量空闲节点和冗余节点的能耗问题,根据周期性路由信息,对节点进行角色分类,不同角色的节点执行不同的调度策略.通过节点调度节省了大量能量消耗,同时减少了数据传输量和通信碰撞带来的开销.仿真结果表明:与改进前的GEAR协议相比,该策略使网络生命周期提高了50%以上.     

一种基于节点位置信息的无线传感器网络并行传输MAC协议

针对无线传感器网络多跳通信方式产生的暴露终端问题,提出了一种基于地理位置信息的高效并行传输LACT-MAC协议。该协议突破了传统基于CSMA协议对并行传输的限制,利用节点地理位置信息实现了暴露终端的并行传输,有效地提高了宝贵无线信道资源的复用效率。分析了根据节点的位置坐标并行传输暴露终端节点的可行性,并通过并行传输检测完成了传输过程。仿真结果证明,与标准的IEEE 802.11DCF协议比较,LACT-MAC协议能显著提高网络的平均吞吐量,降低数据传输延迟,有效提高无线传感器网络效率和性能。     

一种低功耗无线传感器网络节点的设计

设计了一种低功耗无线传感器网络节点,并完成了TinyOS操作系统在该节点中的移植。该节点的硬件设计综合考虑了功耗和性能等诸多方面,与其他无线传感器网络节点平台相比功耗低、通信距离远。此外,为新的MSP430系列处理器改进了TinyOS的设计工具链环境,使得软件编写可以不局限于GCC编译器。将TinyOS操作系统移植到新节点上,实现了射频收发器CC2520的射频协议栈。     

基于接收信号强度的无线传感器网络组网协议

受应用场合和节点结构的限制,无线传感器网络的算法应具有低功耗和低复杂度等特点,为此提出了一种基于接收信号强度的分布式组网协议(RSSIOP)。节点不需要位置信息,通过接收基站定向天线扫描时发送的信息完成定位和分簇过程;根据剩余能量和接收信号强度竞选簇头,形成直接链路;根据接收信号强度,成员节点选择转发节点,形成转发链路;按照网络用户的时延要求成员节点自动选择直接链路或转发链路向簇头传输数据。此外,RSSIOP设计了簇头轮换和失效节点的处理机制。该算法可以减小节点的发射功率,分担簇头在数据接收和融合两方面的工作负荷。针对不同场景进行了仿真,结果证明了算法的有效性。     

一种能量高效无线传感器网络路由协议的设计

在无线传感器网络中提高节点能量问题的研究中,首先对无线传感器网络经典的分簇路由协议LEACH进行分析,针对LEACH中存在的少能量节点,或者偏远节点选为簇头节点,容易导致节点加快死亡、网络能量利用率降低的问题,通过改变簇头选择策略,综合考虑节点剩余能量和地理位置等参数的方法,提出一种新的路由协议,避免选取少能量节点为簇头.经NS2的仿真结果表明,提高了网络能量利用率.能量高效LEACH协议比LEACH原协议延长了28%的网络生存时间,并对延迟了第一节点死亡(FND)时间27%,并使得更多的能量利用于网络开始真正死亡之前,提高了网络能量利用率.     

多个无线传感器网络中节能MAC协议设计

在无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC)层协议影响着整个网络的性能。根据无线传感器网络对节点能耗和时延的要求,本文提出了一种基于跨层设计的节能MAC协议。利用物理层、MAC层和路由层之间的信息交互,在保证可靠通信的基础上,实现在一个监听/睡眠周期内数据多跳传输,缩短数据传输时延,并且有效控制网络数据传输的冗余度,降低冗余节点能量消耗。性能分析和仿真结果表明,节能MAC协议能够有效地降低网络时延并且减少节点能耗。     

无线传感器网络动态节能信道接入协议

为了使无线传感器网络移动节点加入时能快速地建立连接并且能量消耗较低,提出一种动态、节能的信道接入控制协议DEE-MAC.该协议以一种新颖的方式在TDMA的基础上叠加了动态分簇和优先级竞争簇头机制,在移动和静止场景中,既有最低性能保障,又有较高信道利用率.仿真结果表明,有移动节点加入时,DEE-MAC协议在数据吞吐量、延时以及丢包率方面比SMAC协议都有明显改善.     

一种基于簇的无线传感器网MAC协议

MAC协议对无线传感网络的运行和性能具有重要的影响。为此,分析了基于簇的无线传感器网络的MAC协议,针对它们存在的缺陷,提出了一种新的基于簇的MAC协议(C-MAC)。该协议能够根据簇成员节点数目和通信负载动态地改变TDMA帧的长度,减少节点的空闲侦听时间,提高信道的利用率,从而延长网络的生命周期。模拟结果显示,该协议在数据包延迟、能量消耗和数据包接收率等性能上有很大提高。     

一种基于预约的无线传感器网络MAC协议

无线传感器网络要求的能量高效,低延时,使得MAC协议的设计充满挑战.近来已经提出了很多基于簇的MAC协议,为减少冲突在簇内部采用TDMA方式来协调簇内各个节点的传输.本文提出了一种在采用簇结构的基础上,使用预约方式来发送数据的R-MAC(Reservation-MAC)协议.当争用节点少的时候,采用随机争用方式来预约数据的发送;在争用节点多的时候,采用时隙争用方式来预约数据的发送.分析表明,R-MAC能够有效的降低能耗和减少延迟.     

无线传感器分簇网络中MAC协议的研究*

通过对CSMA协议的分析,在基于信道接入分簇网络中提出了改进的MAC协议,即M-CSMA协议.最后,利用OPNET仿真实现了该协议,并给出了相关的仿真结果.     

无线传感器网络MAC协议研究

媒体访问控制协议是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一,传感器网络的性能如吞吐量、延迟性能等完全取决于所采用的MAC协议.与传统网络的MAC协议不相同的是,无线传感器网络的MAC协议首要考虑的因素就是节省能量.针对无线传感器网络的要求,研究人员提出了很多MAC协议,本文中将现有的MAC协议分为三类:随机竞争类MAC协议,时分复用MAC协议,混合型MAC协议.并分别就其中的典型协议进行了分析.     

一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议

功率控制技术通过减少节点的发射功率来降低能耗,但节点间不对称的发射功率会增加网络的冲突概率并降低吞吐量.根据实际环境中的节点部署情况,引入了基于Pareto分布的系统模型.研究了传感器网络中功率控制技术在节省能量方面的性能,提出了一种基于SMAC(sensor-MAC)可适用于无线传感器网络的功率控制MAC(media access control)协议.此协议使用功率控制调度算法选择最优相邻节点,使网络中节点的拓扑连接得到优化,在保证网络连通性的同时,降低通信的冲突率,扩大网络的吞吐量.信息的传递以最优功率发射,并使通信节点具有反作用冲突节点的能力,从而在降低网络能耗的同时保证了节点间通信的公平性.实验仿真结果显示,与现有的几种重要方案相比,新的功率控制MAC协议使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间.     

一种超低功耗无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络中,能量是一个关键资源。传感器网络节点通常在大部分时间里处于休眠状态以节约能量。其中,节点间精确地同步和超低的休眠功耗能够本质上延长无线传感器网络节点的寿命。然而现实中节点在唤醒周期设置、时钟源选择和网络节点同步时很难满足理论研究时提出的要求。因此,提出了一种低功耗无线传感器网络MAC协议:允许节点使用多种时钟源实现功耗最优配置,在休眠时采用内部时钟以达到最低功耗,在工作时采用外部晶振以保证射频性能,同时为了解决多时钟源误差增大且休眠周期变化带来的问题,提出了多时钟源休眠唤醒机制和节点同步策略。最后文章在IEEE802.15.4硬件测试平台上完成了多时钟源MAC协议与SMAC协议的实证测试,结果表明对比SMAC协议的唤醒和同步机制,低功耗无线传感器网络MAC协议在传感器网络节点上能够极大地减少休眠功耗并显著地节约同步的时间,从而大大延长节点寿命。     

一种分布式的基于预留的多信道MAC协议

无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)已经广泛应用于各个领域。许多领域利用了周期性数据汇聚,传感器节点周期性地产生数据包,通过一系列中继节点传输到汇聚节点。提出了一种分布式的基于预留的多信道MAC协议,称为R-MMAC协议,其中利用了预留机制和多信道通信机制,在多信道条件下,每个节点传输数据包时都将预留下一个数据包的传输,根据接收信号强度指示(received signal strength indication,RSSI)值选择自己的最佳信道进行预留。另外,还提出了针对预留时发生冲突的解决算法,利用信干噪比(signal to interference and noise ratio,SINR)和数据包接收率(packet reception rate,PRR)得到了预留的传输时间,从而降低了传感器节点到汇聚节点的传输时延和未来数据包的冲突概率。利用OMNET++5.3仿真工具对R-MMAC协议、X-MAC和EM-MAC协议进行了比较,结果表明R-MMAC协议实现了更低的端到端时延。     

一种高效自适应的无线传感器网络MAC协议

结合动态能量管理机制,对AC-MAC协议更合理地控制无线收发器的状态转换次数,即在保证了低延迟和高吞吐量的同时,又减少了潜在的能量消耗.