【摘要】：針對目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議無法在事件驅(qū)動(dòng)感知和周期性事件感知共存的復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用的問題,提出一種能夠在分簇網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的自適應(yīng)混合MAC協(xié)議TC2-MAC。在研究了MAC層能耗來源及節(jié)能策略的基礎(chǔ)上,給出了TC2-MAC協(xié)議的時(shí)隙分配方法、時(shí)間同步策略和CSMA/CA競爭接入機(jī)制。
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圖片說明： 1中的值，主要仿真參數(shù)如表1所示。表1主要仿真參數(shù)參數(shù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域簇首與Sink之間的平均距離/m簇首與節(jié)點(diǎn)之間的平均距離/m工作頻段/GHz幀開銷/B最大數(shù)據(jù)幀長/B數(shù)據(jù)速率/(Kb/s)感知數(shù)據(jù)長度/B單位時(shí)隙長度/sRRNmax周期數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔λ1均值/s突發(fā)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔λ2均值/s值200m×200m63.230.12.4612825040.00781259160，40，20，10，5，1，0.1，0.05，0.01當(dāng)ch=5，λ2=10時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平均端到端時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)n的變化如圖3所示。從圖3中可以看出，在ch與λ2不變的情況下，在網(wǎng)絡(luò)平均端到端時(shí)延特性方面，TC2MAC（DSSS）網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延隨簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)n的增加變化較平緩，而LEACHTDMA（DSSS）網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延隨簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)n的增加快速增加；在吞吐量性能方面，，由于TC2MAC（DSSS）的B組時(shí)隙使用了CSMA/CA競爭機(jī)制，在仿真條件下突發(fā)/超限數(shù)據(jù)的通信信道沖突概率很小，故TC2MAC（DSSS）的平均吞吐量比LEACHTDMA（DSSS）有微小下降。當(dāng)n=24，λ2=10時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平均端到端時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨簇首數(shù)目ch的變化如圖4所示。圖3網(wǎng)絡(luò)性能隨簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)變化曲線圖4網(wǎng)絡(luò)性能隨簇首數(shù)變化曲線從圖4中可以看出，在n與λ2不變的情況下，在網(wǎng)絡(luò)平均端到端時(shí)延特性方面，兩種協(xié)議的時(shí)延特性均不隨簇首數(shù)ch的增加產(chǎn)生明顯變化；在吞吐量性能方面，由于TC2MAC（DSSS）的B組時(shí)隙使用CSMA/CA競爭機(jī)制，在仿真條件下突發(fā)/超限數(shù)據(jù)的通信信道沖突概率很小，故TC2MAC（DSSS）的平均吞吐量比LEACHTDMA（DSSS）
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圖片說明： 第3期徐力，等：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗協(xié)議研究與仿真當(dāng)λ2<1s時(shí)，增長趨勢開始變大，當(dāng)λ2=0.01s時(shí)，LEACHTDMA（DSSS）協(xié)議的時(shí)延特性急劇惡化，而TC2MAC（DSSS）協(xié)議的時(shí)延特性對λ2的變化卻不敏感。在吞吐量方面，當(dāng)突發(fā)/超限數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔λ2增加到一定程度時(shí)，LEACHTDMA（DSSS）協(xié)議的吞吐性能優(yōu)于TC2MAC（DSSS）的協(xié)議。圖5網(wǎng)絡(luò)性能隨突發(fā)/超限數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔變化曲線綜上分析有如下結(jié)論：（1）TC2MAC使用的二叉樹時(shí)隙分割方法和時(shí)間同步策略，在保證網(wǎng)絡(luò)周期性數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)那疤嵯�，能夠�(qū)崿F(xiàn)突發(fā)/超限數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性傳送，也就支持了不同節(jié)點(diǎn)的差異性QoS需求。（2）在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延特性方面，TC2MAC（DSSS）協(xié)議能夠良好地適應(yīng)簇的數(shù)目、簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目和突發(fā)/超限數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的變化，同時(shí)其時(shí)延特性顯著優(yōu)于LEACHTDMA（DSSS）協(xié)議。（3）在網(wǎng)絡(luò)吞吐量特性方面，在突發(fā)/超限數(shù)據(jù)流量較小的情況下，兩種協(xié)議的性能基本持平，但當(dāng)突發(fā)/超限數(shù)據(jù)流量增加到一定數(shù)量時(shí)，TC2MAC（DSSS）的平均吞吐量比LEACHTDMA（DSSS）有微小下降。通過以上仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，提出的TC2MAC協(xié)議在基本不降低網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，解決了目前MAC協(xié)議存在的突發(fā)/超限數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳送問題、異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)對傳送信道使用的公平性問題及不同傳感器節(jié)點(diǎn)的差異性QoS需求問題。5結(jié)論本文提出的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)混合MAC協(xié)議TC2MAC能夠有效地解決目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議中存在的問題。在對目前常用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系及能耗分析的基礎(chǔ)上，?
【作者單位】： 四川大學(xué)錦江學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心;四川工商學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心;
【基金】：四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(自然科學(xué)):存儲(chǔ)式隨鉆測斜儀研制(16ZA0424)
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9

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本文編號(hào)：2515643