本文關(guān)鍵詞：一種低功耗MAC層協(xié)議研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測,工業(yè)控制,養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域,具備廣闊的發(fā)展前景。而無線終端傳感節(jié)點的能量往往是不易補給的,故能量高效是其重點研究內(nèi)容。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的介質(zhì)訪問控制層(MAC)在優(yōu)化能量消耗中具有重要的地位。同時,由于無線終端傳感節(jié)點增加可移動性,使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化,給傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來新的挑戰(zhàn)。因此,研究一種能夠適應(yīng)無線終端傳感節(jié)點可移動性,降低整體功耗,延長網(wǎng)絡(luò)壽命的實用性MAC層協(xié)議有著積極的意義。本論文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具備可移動特性的無線終端節(jié)點在接入網(wǎng)絡(luò)前存在無效監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)問題,設(shè)計并實現(xiàn)一種基于喚醒射頻接收器觸發(fā)接入網(wǎng)絡(luò)并適應(yīng)無線終端節(jié)點可移動特性的低功耗MAC協(xié)議。概述8種靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和6種動態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下的MAC協(xié)議內(nèi)容并簡要分析其優(yōu)劣勢。對3種采樣工作流程和2種接入網(wǎng)絡(luò)機制建立可對比量化的數(shù)學(xué)模型,得到緩沖采樣比連續(xù)采樣和間歇采樣方式節(jié)省更多能量,而喚醒射頻接收器機制相比傳統(tǒng)占空比機制能夠?qū)崿F(xiàn)更低功耗。設(shè)計MAC協(xié)議在申請接入網(wǎng)絡(luò),上傳數(shù)據(jù)和退出網(wǎng)絡(luò)時的負(fù)載分幀結(jié)構(gòu),配置WUR產(chǎn)生喚醒信號的工作模式。描述無線傳感節(jié)點在9個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系,并重點敘述其中兩個狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖:入網(wǎng)申請和數(shù)據(jù)通信。從實驗室理想環(huán)境和實際應(yīng)用場景這兩方面對基于喚醒射頻接收器的MAC協(xié)議進(jìn)行實例研究。搭建實驗室理想模擬環(huán)境,使用專業(yè)儀器儀表測量無線傳感節(jié)點的能量消耗數(shù)據(jù)指標(biāo)。對比六種不同組合工作模式組成的對照實驗結(jié)果,得出使用本MAC協(xié)議的無線傳感節(jié)點能夠提供正常工作服務(wù)的理論年限是3.58年。將該MAC協(xié)議投入奶牛健康監(jiān)測系統(tǒng)的實際生產(chǎn)實踐中進(jìn)行檢驗,通過分析數(shù)據(jù)傳輸通信日志,側(cè)面反映MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能和無線傳感節(jié)點的能量消耗情況。從收包率、吞吐率、時延、公平性和電池能量消耗這五個方面分析226天內(nèi)接收到由104個無線傳感節(jié)點發(fā)出的343356條MAC報文信息。其中93.26%無線傳感節(jié)點的收包率中位數(shù)達(dá)到100%,無線傳感節(jié)點在三種狀態(tài)下的輸出電壓一階差分值在±20毫伏內(nèi)波動。綜上所述,本MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能良好,適應(yīng)可移動特性的無線傳感節(jié)點,且具備低功耗屬性。同時本MAC協(xié)議具備一定的實用性,能夠為畜牧業(yè)信息化提供應(yīng)用實踐借鑒。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 可移動性 MAC協(xié)議 低功耗 喚醒射頻接收器
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 引言8-16
• 1.1 研究意義8-9
• 1.2 研究背景9-11
• 1.3 研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 移動定位研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在畜牧業(yè)的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本論文組織安排15-16
• 2 WSN中MAC協(xié)議及其相關(guān)技術(shù)介紹16-28
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中SN固定的MAC協(xié)議16-17
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中SN可移動的MAC協(xié)議17-21
• 2.3 喚醒射頻接收器介紹和分析21-25
• 2.3.1 WUR的主要特征和傳輸模型21-22
• 2.3.2 喚醒射頻接收器的調(diào)制技術(shù)22-23
• 2.3.3 WUR機制和DC機制的對比23-24
• 2.3.4 WUR的應(yīng)用范圍24-25
• 2.4 電池能量模型25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3 SN及其接入網(wǎng)絡(luò)機制的能量消耗模型28-36
• 3.1 SN的能量模型28-31
• 3.2 接入無線網(wǎng)絡(luò)機制的能量模型31-34
• 3.3 網(wǎng)絡(luò)性能與降低能量消耗分析34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 基于WUR的MAC協(xié)議設(shè)計36-46
• 4.1 分幀結(jié)構(gòu)36-41
• 4.2 WUR產(chǎn)生喚醒信號41-43
• 4.3 協(xié)議的流程描述和狀態(tài)轉(zhuǎn)換43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 5 在奶牛健康監(jiān)測應(yīng)用場景中的實例研究46-66
• 5.1 應(yīng)用場景描述46-51
• 5.1.1 SN硬件組成簡介47-48
• 5.1.2 設(shè)置實驗參數(shù)變量48-49
• 5.1.3 實驗室測量結(jié)果及分析49-51
• 5.2 應(yīng)用場景實驗結(jié)果及分析51-65
• 5.2.1 收包率分析51-53
• 5.2.2 吞吐率分析53-54
• 5.2.3 時延分析54-57
• 5.2.4 公平性分析57-58
• 5.2.5 電池能量消耗分析58-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 論文特色67
• 6.2 不足與改進(jìn)思路67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間取得的與學(xué)位論文相關(guān)的科研成果74

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：一種低功耗MAC層協(xié)議研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：509513