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无线传感器网络是由大量低功耗、低代价、相互协作的节点组成,采用无基础设旌对等式通信方式进行分布式管理的网络,是一种自创造、自组织和自管理网络。节点体积小、由电能有限的电池供电、相邻节点共享无线信道的特性决定了能量和带宽是无线传感器网络中的稀有资源。经研究表明,功率控制是减少能耗的有效手段之一。
本文研究的主要目的体现在两个方面:一是将功率控制机制应用于无线自组网的MAC协议,分析功率控制与能量消耗的关系;二是将休眠机制应用于IEEE.802.15.4MAC协议,分析休眠机制与能量消耗的关系。研究工作分为四个部分:
1)影响节点发送功率的主要因素是节点间的距离,根据节点间的距离,有效的控制节点的发送功率,可以提高网络性能。
2)为了研究功率控制对网络能耗带来的影响,以NS2仿真为手段对基于IEEE802.11标准的三种MAC协议进行仿真。仿真结果表明:具有功率控制机制的BASIC协议在网络吞吐量和能耗方面的性能优于802.11MAC协议,由于PCM协议结合了802.11MAC和BASIC协议的优点,使用了功率控制和数据传送过程中的冲突避免机制,它的性能最优。
3)对基于IEEE802.15.4标准的MAC协议进行了性能分析,并使用NS2对802.15.4MAC协议进行仿真研究,仿真结果表明:在低速条件下,随着数据包发送速率的提高,网络的吞吐量、网络能耗随之增加。发送速率是影响网络性能的一个重要指标。
4)由于无线传感器网络中的节点大部分时间处于空闲状态,空闲侦听与信息接收消耗的能量基本相当。在IEEE802.15.4MAC协议的基础上进行改进,将休眠机制应用于MAC协议:在没有数据传送时,让节点进入休眠状态;当有数据发送、接收邻节点数据或协调器发送的Beacon帧时被唤醒。这样可以减少节点在空闲侦听期间的能耗,进一步节约节点的能耗,延长节点寿命。仿真结果与理论分析一致。