無線傳感器網絡MAC層退避算法及功控算法研究.pdf

1、由于無線傳感器網絡不需要任何固定網絡的支持，具有快速展開、抗毀性強等特點，引起人們的廣泛關注，它在軍事監(jiān)控與環(huán)境監(jiān)測，地震與氣候預測，地下、深水以及外層空間探索等許多方面都具有廣泛的應用前景。可以說無線傳感器網絡是信息感知和采集技術的一場革命，是21世紀最重要的技術之一。媒質接入層（MAC）技術是無線傳感器網絡中最具挑戰(zhàn)性的一部分，而節(jié)能則是MAC協(xié)議的首要問題。
　　無線傳感器節(jié)點硬件具有功能簡單、低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)率、發(fā)射

2、功率小的特點，并且應用于多種復雜環(huán)境，同時網絡拓撲結構變化快、無中心化，這使得一些傳統(tǒng)的MAC層技術難以保證較好的性能。因此，研究對網絡環(huán)境有一定適應能力的自適應 MAC技術具有重要的意義。本文基于系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化，對無線傳感器網絡 MAC層自適應退避算法和自適應功率控制算法進行了較深入的研究。
　　本文首先針對MAC層CSMA接入方式提出一種能自適應網絡流量且有效避免二次沖突的AASC退避算法。針對無線傳感器網絡的能量限制和多

3、跳中繼通信的特點，利用 OPNET建立了多跳拓撲結構的無線傳感器網絡、節(jié)點、協(xié)議各級仿真模型，仿真分析802.15.4標準使用的退避算法支持多跳中繼通信方式和多種應用的性能，指出該算法的不足。對無線傳感器網絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P鍵問題之一，如何傳輸其它節(jié)點的中繼數(shù)據(jù)進行了研究，仿真對比了中繼數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸?shù)暮锰?。提出了能自適應網絡流量且有效避免二次沖突的AASC退避算法，利用 Markov鏈理論分析了該算法的性能，給出了與802.15.4標準采用

4、的退避算法的仿真對比數(shù)據(jù)，理論分析和仿真證明 AASC退避算法在網絡節(jié)點數(shù)目變化時有更高的吞吐量，能適應網絡的變化，節(jié)省網絡能量，提高網絡吞吐量。
　　其次指出已有的基于博弈論的功控算法不能適用于無線傳感器網絡，提出利用 MAC協(xié)議的交換信息在無線傳感器網絡中實現(xiàn)分布式非合作博弈自適應功率控制算法。由傳感節(jié)點的非中心控制和相互作用，以及盡量減少網絡開銷的觀點，提出利用 MAC協(xié)議的交換信息實現(xiàn)基于博弈論的分布式功控算法，結合網絡的

5、多跳中繼通信方式，進一步考慮加入自適應調節(jié)因子，使功控算法適應流量變化，分析了基于博弈論的分布式自適應功控算法的收斂速度、穩(wěn)定性、公平性等，證明該非合作博弈自適應功控算法提高了網絡的節(jié)能性能。
　　最后指出由于MAC層會對路由協(xié)議有影響，所以評估路由協(xié)議時應該將媒體接入層與網絡層聯(lián)合考慮。首先介紹了比較有代表性的節(jié)能分層路由協(xié)議—LEACH路由協(xié)議，然后分析了MAC層采用的基于博弈論的功率控制算法對 LEACH協(xié)議的影響，仿真證明