能量收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感網(wǎng)（WSNs）近年來得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但傳統(tǒng)的WSNs中存在一個(gè)嚴(yán)重問題，即能量受限。傳感器節(jié)點(diǎn)體積較小，通常只能配備能量有限的微型電池，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間有限。因此，在過去的十多年中，為了盡可能地減少能耗，提出了很多種方法和協(xié)議。但與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的性能也總是為了延長(zhǎng)生存時(shí)間而被折中，導(dǎo)致WSNs不能提供更好的服務(wù)。此外，用于傳感器中的一次性電池還可能污染環(huán)境。
　　近年來提出了將能量收集（EH）技術(shù)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的解

2、決方案，即能量收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（EH-WSNs），可以解決上面提到的所有問題：首先，通過能量收集技術(shù)，有望解決能量受限問題，由此放寬了對(duì)能量消耗最小化的要求；其次，沒有必要再因一味延長(zhǎng)生存時(shí)間而忽視其他服務(wù)質(zhì)量要求，改善了網(wǎng)絡(luò)性能；最后，EH-WSNs中的可充電電池和超級(jí)電容比一次性電池更環(huán)保。
　　而介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議設(shè)計(jì)對(duì)于WSNs至關(guān)重要，在很大程度上決定了網(wǎng)絡(luò)性能。出于下述兩點(diǎn)原因，傳統(tǒng)WSNs中的MAC協(xié)議不再

3、適用于EH-WSNs，一是在EH-WSNs中MAC協(xié)議的目標(biāo)是利用可用能量來提高網(wǎng)絡(luò)的性能，而不再是最小化能耗，二是在利用射頻（RF）進(jìn)行能量收集的過程中，信息和能量的傳輸相互競(jìng)爭(zhēng)又相互依存。在這種背景下，本文展開了對(duì)EH-WSNs的MAC協(xié)議的研究，內(nèi)容主要包括三部分：
　　(1)回顧了經(jīng)典的MAC協(xié)議，之后對(duì)國(guó)內(nèi)外EH-WSNs的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜述，包括這些協(xié)議涉及的場(chǎng)景、采用的技術(shù)以及方案的優(yōu)缺點(diǎn)；
　　(2)

4、當(dāng)能量源是自然環(huán)境中的能量時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有研究中的不足，提出改進(jìn)的EH-ALOHA協(xié)議。該場(chǎng)景中，能量的到達(dá)過程不受人力控制且很難預(yù)估，并且協(xié)議設(shè)計(jì)目標(biāo)不再是最小化能耗，而是盡可能利用收集的能量來提高網(wǎng)絡(luò)的性能。本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的這些特性，利用貝葉斯公式對(duì)ALOHA協(xié)議的爭(zhēng)用概率進(jìn)行了改進(jìn)，并通過仿真結(jié)果說明此方法確實(shí)有效提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和公平性，減小了時(shí)延。
　　(3)當(dāng)能量源是RF時(shí)，能量和數(shù)據(jù)共用頻率、時(shí)間等資源，數(shù)據(jù)的傳輸又需要