无线传感器网络MAC协议研究

无线传感器网络作为一种新兴的计算机网络,具有着广泛的应用领域。MAC协议是保证无线传感器网络有效运行的关键技术,本文展示了近年来无线传感器网络的MAC层协议的部分研究成果,并在MAC设计中需要考虑的主要问题的基础上,分析比较了这些协议。     

无线传感网络低占空比MAC协议性能研究

恰当的通信协议对降低无线通信能耗,延长网络寿命具有重要的意义。低占空比MAC协议通过节点的休眠机制,大大降低了通信模块的空闲监听能耗。以S-MAC协议为例,研究了树型拓扑下低占空比协议的能耗性能、时延性能以及吞吐量,分析了各性能之间的关系以及休眠机制对性能的影响,并通过研究指出了协议的改进方向。     

压缩感知在无线传感网络的应用综述

随着信息技术的发展,近些年压缩感知技术格外引人瞩目,在图像视频编码、雷达及微波辐射成像、气象卫星、图像加密、物联网等领域展现出强大的功能与发展前景。首先介绍了压缩感知在无线传感网络领域的发展及研究现状,然后从压缩感知仿真实验和实例、压缩感知的测量方案、压缩感知的解压缩方案、压缩感知在无线传感网络的具体应用四个方面阐明了压缩感知在无线传感网络领域的优势,最后对压缩感知的前景进行了展望。     

无线传感器网络MAC协议的研究与分析

针对不同的传感器网络应用,研究人员从不同方面提出多个无线传感器网络介质访问控制（MAC）协议,其中包括S-MAC,PMAC,DEANA,EMACs,Z—MAC以及AIMRP等协议。通过分析各类MAC典型协议特点,归纳其设计原则和分类方法,比较各协议间的性能差异,结果证明无线传感器网络MAC协议呈现多样性的特点,设计MAC协议需要兼顾能量效能和网络性能2个方面。给出MAC协议的设计策略。     

基于无线传感器网络的混合MAC协议

结合载波侦听多路访问(CSMA)与时分多址(TDMA)的工作方式,提出一种基于无线传感器网络的混合介质访问控制(MAC)协议。引入快速冲突解决算法,对CSMA模式下的SMAC协议进行改进,使其争用窗口可以随着网络流量变化而动态改变,从而完成CSMA模式与TDMA模式的平滑切换。OMNeT++平台上的仿真结果表明,该协议能提高信道利用率,延长网络生命周期。     

基于网络效用最大化与冲突避免的无线传感器网络MAC协议

针对周期汇报型无线传感器网络(WSN)中的无线信号冲突和能量利用效率问题,提出了一种基于网络效用最大化与冲突避免的媒体访问控制(UM-MAC)协议。该协议基于时分多路复用(TDMA)调度机制,将效用模型引入无冲突的节点工作时隙分配过程中,把链路可靠性、网络能耗归纳到一个统一的效用优化框架中;进而提出了一个启发式算法,使网络能够快速找到一个基于网络效用最大化与冲突避免的节点工作时隙调度方案。将UM-MAC协议与S-MAC协议和冲突避免MAC(CA-MAC)协议进行比较,在不同节点数量的网络环境中,UM-MAC获得的网络效用较大,平均数据包成功发送率较高,生命周期介于S-MAC与CA-MAC之间,在不同的网络负载下所有节点发数据包到汇聚节点的平均时延有所增加。仿真实验结果表明:UM-MAC协议较好地解决了冲突干扰问题,提高了网络的数据包成功发送率和能量利用效率等性能;在低网络负载时,TDMA类协议的性能并不比竞争类协议好。     

无线传感器网络MAC协议研究

媒体访问控制协议是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一,传感器网络的性能如吞吐量、延迟性能等完全取决于所采用的MAC协议.与传统网络的MAC协议不相同的是,无线传感器网络的MAC协议首要考虑的因素就是节省能量.针对无线传感器网络的要求,研究人员提出了很多MAC协议,本文中将现有的MAC协议分为三类:随机竞争类MAC协议,时分复用MAC协议,混合型MAC协议.并分别就其中的典型协议进行了分析.     

大规模无线传感网络的混合LEACH协议研究

能耗问题已经成为大规模无线传感器网络中的研究热点,因此如何设计高能效的路由协议是当前面临的技术挑战。为了降低传感器节点的能耗,提出一种适用大规模网络的基于LEACH算法的混合无线传感网络节能路由算法。首先,根据距离信息,设计一种簇成员向基站直接传输或者通过簇头转发数据的路由协议。然后,推导出满足该算法的能耗条件。最后,通过MATLAB工具仿真表明与已有的LEACH协议和M-LEACH协议相比,混合路由协议能够有效降低基站周围节点的能耗,从而延长整个网路的生存期。     

无线传感网络时间同步协议现状研究

时间同步技术作为无线传感网络重要的支撑技术之一,不仅是保证无线传感网络工程正常运行的必要条件,而且同步精度直接影响其他中间件的性能.该文详细介绍了无线传感网络时间同步协议的基本概念,重点分析了现有的几个典型的时间同步协议的算法思想,并且讨论了时间同步协议研究中所要面临的挑战.最后,我们对下一步研究工作进行了展望.     

基于自适应更新的无线传感网络MAC协议

针对无线传感器网络节点能量受限问题,提出了一种新的自适应更新异步MAC协议——AU-MAC协议。该协议以睡眠与工作状态切换、异步方式和自适应更新相结合的办法有效延长了网络寿命,减少了节点能耗。AU-MAC协议通过采用发方监听、接方激活数据传输,提高了信道利用的有效性。并且,它以建立邻居节点信息表,引入自适应更新机制,来减少空闲监听。在NS2网络仿真平台对提出的AU-MAC协议的性能进行了仿真评估。仿真结果表明,AU-MAC协议在保持相当的吞吐量以及端—端延迟的基础上,使无线传感器网络的能量有效性得到了改善。     

无线传感网中能量有效的免碰撞MAC协议

无线传感网络普遍使用CSMA/CA机制和二进制指数退避算法避免碰撞。提出了一种能量有效的免碰撞MAC协议ERC。该协议将数据传输划分为协商和节点排队传输两个阶段,通过碰撞避免、节点休眠和批量传输机制提升吞吐量并节省整体能耗。理论分析和仿真表明,该协议在各种负载情况下都能明显提升网络的吞吐量与能量效率。     

接收端发起的异步无线传感器网络MAC协议

为了减少无线传感器网络中由于空闲侦听而产生的能量消耗,在接收端发起的介质访问控制(RI-MAC)协议基础上提出一种新的接收端发起的异步RP-MAC。该协议通过预测接收节点唤醒时间,采用随机数作为唤醒间隔,改进RI-MAC的重传机制,从而减少了空闲侦听和网络冲突。NS2仿真结果表明,改进后的MAC协议在在高负载网络中显著降低了节点工作的占空比,提高了包交付率,从而减少了网络能耗。     

一种低延时的无线传感器网络MAC协议

针对典型无线传感器网络X-MAC协议在多跳环境下累积延迟问题,提出一种具有低时延的Ex-MAC协议。利用管理邻居节点工作周期和虚通道算法,使得虚通道中的所有节点近似于同步,从而减少数据传输延迟,而且不需要交换同步控制帧。仿真结果与X-MAC协议相比,减少了端到端的延迟和数据包冲突的几率,提高了网络的吞吐量。     

高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

针对现有的太赫兹无线个域网络中太赫兹辅助波束赋形媒体访问控制（MAC）协议（TAB-MAC）存在数据传输时延较大以及信道利用率低问题,提出了一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议（EF-MAC）。通过目的节点向源节点发送测试帧机制来减少一个确认帧,从而减少控制开销和测试时延;采用自适应取消节点位置信息的收发机制,源或目的节点通过之前的请求发送帧/允许发送帧（RTS/CTS）帧交互过程已获得对方节点的位置信息且对方节点的位置没有发生改变,可以省去RTS或CTS中的位置信息,减少控制开销。理论分析与仿真结果表明,与TAB-MAC协议相比,所提协议能够有效减小数据传输时延,提高网络吞吐量。     

交通监控中基于模糊聚类的无线传感网MAC协议

针对交通监控中突发数据实时性问题,提出一种基于模糊聚类的媒体访问控制（FC-MAC）协议。该协议采用时分多址（TDMA）和改进的载波监听多路访问冲突避免（CSMA/CA）交替工作的方式,既保证了普通周期数据的传递,又增强了突发数据的实时性。在CSMA/CA阶段,提出模糊聚类分析的方法,根据因素向量聚类簇内节点,使节点突发数据具有不同的优先级,优先级高的突发数据更早接入信道完成传输;同时,根据该协议的时隙分配策略,提出一种基于分层随机延迟的方法,减少同一时段内竞争接入Sink节点的簇头数量,降低簇头节点之间因退避而产生的数据延迟。仿真结果表明：FC-MAC在能量消耗上介于混合型Z-MAC协议与调度型S-LMAC协议之间;在突发数据平均时延减少的情况下,网络吞吐量比Z-MAC提高了11.2%,比S-LMAC提高了21.3%,并且对网络业务流量具有更好的适应性。     

新的太赫兹超高速无线网络媒体访问控制协议

针对现有无线网络媒体访问控制(MAC)协议难以在太赫兹（THz）载频条件下实现10Gbps级别超高速无线接入的问题,提出一种新的太赫兹超高速无线网络MAC协议——MAC-T。MAC-T设计了新的时分多路访问(TDMA)+载波侦听多路访问(CSMA)自适应混合MAC接入机制和一种新的超帧结构,并定义了对应于太赫兹通信的关键参数,从而使最大数据传输速率达到10Gbps以上。理论分析和仿真结果表明：MAC-T协议能够在太赫兹无线网络中正常运行,数据传输速率达到了18.3Gbps,是IEEE 802.15.3c标准定义的最大速率5.78Gbps的2.16倍,数据帧的平均接入时延约为0.0044s,性能相对于IEEE 802.15.3c标准提高了42.1%,从而在MAC协议方面为太赫兹超高速无线网络的研究和应用提供了有力支撑。     

无线传感器网络中一种竞争窗口自适应MAC协议

媒体访问控制(MAC)协议是保证无线传感器网络(WSNs)高效通信的关键网络协议之一。MAC层协议设计的是否合理将严重影响网络的性能。介绍了现有MAC协议分类和主要MAC协议。分析了WSNs中典型的S-MAC协议,针对S-MAC协议在载波侦听时采用固定竞争窗口的弊端,提出了一种新型的能够根据流量变化对竞争窗口进行动态调整的新的MAC协议ASMAC,利用NS2对ASMAC进行了仿真,证明了新的ASMAC不仅能够显著地提高吞吐量,降低时延,还能有效提高能量效率,在提高网络性能的同时达到节能的目的。     

一种低能耗低延时的无线传感器网络MAC协议

传感器网络中数据从多个源节点向sink节点的转发形成数据汇集树,针对此汇集树提出低能耗低延时的LD MAC（Low Delay MAC）协议,解决以往MAC协议中能耗和延时的矛盾问题。LD MAC一方面采用异步duty cycle机制降低能耗,另一方面,从源到sink节点的转发路径上的节点逐个推迟帧的发送起始时间,依次进行接收与发送,减少数据在传输过程中的延时。分析和实验表明LD MAC较好地解决了能耗和延时的矛盾问题。     

无线传感器网络自适应MAC协议

提出了一种根据无线传感网络流量自动调节节点睡眠-活动时间比例的MAC协议-ATMAC,在无线传感器网络TMAC协议的基础上,以低能耗、低延迟为目标,主要采用自适应、多级别的占空比及自适应竞争窗口,数据优先级队列使节点在流量较小时能更多地处于睡眠状态以节省能量,而在流量较大时,传输所涉及的节点可相对长时间地进入活动状态,且大流量和小流量节点所采取的占空比可以不同,从而节省低流量节点用于空闲侦听的能耗,降低数据传输的延迟,增大网络的吞吐量。仿真结果显示新协议在能量消耗、数据延迟等方面要超过TMAC。