無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究與仿真.pdf

1、日益流行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與多媒體新應(yīng)用需求的結(jié)合促使了無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSNs）技術(shù)的產(chǎn)生。無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在給人們提供豐富媒體信息帶來(lái)感官享受的同時(shí)也給媒體接入控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議設(shè)計(jì)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如低時(shí)延、低能耗、高吞吐量等。
　　本文首先介紹了無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、

2、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景，然后分析了無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC關(guān)鍵技術(shù)。雖然現(xiàn)有的適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議應(yīng)用到無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在諸多局限，但是對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)后可以應(yīng)用于無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些應(yīng)用場(chǎng)景中。無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向分為區(qū)分服務(wù)MAC協(xié)議、混合型MAC協(xié)議和跨層設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議。
　　傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了存在實(shí)時(shí)性敏感的多媒體業(yè)務(wù)流之外仍存在其它非實(shí)時(shí)

3、性業(yè)務(wù)流。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)突發(fā)視頻、音頻流量不大時(shí)，應(yīng)用基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議，仍能較好的處理應(yīng)用要求。
　　S-MAC協(xié)議是經(jīng)典的基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議。本文詳細(xì)分析了S-MAC協(xié)議使用的策略：周期性監(jiān)聽(tīng)/睡眠調(diào)度機(jī)制，讓傳感器節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間地處于睡眠狀態(tài)來(lái)降低節(jié)點(diǎn)能量的消耗；對(duì)監(jiān)聽(tīng)/睡眠調(diào)度周期進(jìn)行管理和維護(hù)，將相鄰節(jié)點(diǎn)組織在一起形成虛擬簇，相同虛擬簇中節(jié)點(diǎn)具有同步的調(diào)度周期，從而減少了空閑監(jiān)聽(tīng)?zhēng)?lái)的能量消耗；通過(guò)自適應(yīng)監(jiān)聽(tīng)機(jī)制，讓相

4、關(guān)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的時(shí)刻自適應(yīng)地喚醒并轉(zhuǎn)發(fā)消息，減少了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)延。S-MAC協(xié)議的這些機(jī)制盡可能節(jié)省了節(jié)點(diǎn)能量。但是無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中多媒體信息的數(shù)據(jù)量大，并且對(duì)信息的傳輸和處理又有著特殊的要求，如對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）的特殊要求，使S-MAC協(xié)議應(yīng)用到無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)存在一定的局限性。
　　本文結(jié)合無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，從保障網(wǎng)絡(luò)QoS和提高網(wǎng)絡(luò)性能出發(fā)，對(duì)S-

5、MAC協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。本文提出了自適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整算法（ACWA-MAC，Adaptive Contention Window Adjustment in MAC）和基于數(shù)據(jù)類型的自適應(yīng)占空比調(diào)整算法（DTD-MAC，Data Type based Design of MAC）。ACWA-MAC中協(xié)議競(jìng)爭(zhēng)窗口大小根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不同而變化。DTD-MAC統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分組發(fā)送的失敗率來(lái)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要的數(shù)據(jù)流類型，從而調(diào)整占空比來(lái)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)流類型的