低时延的无线传感器网络MAC协议研究

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无线传感器网络的MAC协议是一种底层的网络通信协议,它决定了无线信道的使用方式,负责为节点分配无线通信资源,直接关系到系统的性能和信道利用率,因而在无线传感器网络的研究中备受关注。目前的MAC协议主要以降低节点能耗,延长网络寿命为主要目标,但是,在军事防御、灾难预警等特殊应用环境,对无线传感器网络系统的实时性要求较高,因而降低系统数据传输的时延十分重要。本文主要对低时延的无线传感器网络MAC协议进行研究,在讨论低时延的无线传感器网络MAC协议的研究价值和意义,分析和总结现有的典型低时延MAC协议的基础上,提出了FB-MAC协议和RF-MAC协议。本文在S-MAC协议的基础上,提出了低时延的MAC协议FB-MAC协议。FB-MAC协议引入了反馈的思想,在数据传输过程中向源节点发送反馈控制包F。这样,源节点能够及时的了解信道的忙闲情况,加快后续数据的发送。后面的数据可以与前面的数据同时发送,降低了数据传输的总时延。通过NS2仿真平台对FB-MAC协议、VTS协议及S-MAC协议进行比较,结果表明FB-MAC协议有效地降低了系统数据传输的时延。针对FB-MAC协议能量消耗较大和应用受限的缺点,本文还提出了基于预约和反馈的RF-MAC协议,该协议在降低时延的同时减少节点的能耗。RF-MAC协议在FB-MAC协议的基础上引入了预约机制和节点的周期性侦听/睡眠。每个数据发送前都会进行信道预约,节点在该数据的预约时间觉醒并进行数据传输,降低节点周期睡眠造成的延时。同时,反馈包F的发送增加了信道的吞吐量,减少了多个数据传输时的总时延。此外,节点周期性侦听/睡眠可以降低空闲侦听造成的大量能耗。通过仿真平台NS2对RF-MAC协议、FB-MAC协议及S-MAC协议的时延、能耗等性能进行比较,结果表明RF-MAC协议在不增大数据传输时延的情况下,大幅度的降低了网络的能量消耗。最后,根据低时延MAC协议的研究现状,提出其未来的研究方向和建议。
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