1、受益于制造技術、通信技術以及網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展,使得無線傳感器網(wǎng)絡在自然環(huán)境、交通運輸、軍事戰(zhàn)爭、醫(yī)療健康、空間探索以及商業(yè)生活等多種場合有著廣闊的應用前景。本文以此為切入點,詳細介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的結點結構及通信方式,以及通信能力有限、電源能量有限、計算能力有限、傳感器數(shù)量大、分布范圍廣、網(wǎng)絡動態(tài)性強、大規(guī)模分布式觸發(fā)器、感知數(shù)據(jù)流巨大等特性,并據(jù)此提出了無線傳感器網(wǎng)絡的性能評價指標。隨后本文闡述了無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議棧,包括物理層

2、、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層等各部分詳細功能與結構的描述。其中重點介紹了位于數(shù)據(jù)鏈路層中的無線傳感器網(wǎng)絡媒體訪問控制層的概念,以及該層協(xié)議的網(wǎng)絡特性與設計要求。本文的工作之一是按照不同方式,將無線傳感器網(wǎng)絡媒體訪問控制協(xié)議進行分類。按照結點通信的方式,可以分為基于預約與基于競爭的;按照通信所使用的物理無線信道數(shù)量,可以分為單信道與多信道的;按照通信參與的單位,可以分為以結點為單位與以簇為單位;按照協(xié)議所涉及的協(xié)議棧,可以分為單層

3、協(xié)議與跨層協(xié)議。此外還以具體協(xié)議為例,詳細介紹了Wise MAC、Lightweight MAC(LMAC)、Distributed Energy-aware MAC(DE-MAC)、Traffic-Adaptive Medium Access(TRAMA)等基于預約的協(xié)議;Sensor-MAC(S-MAC)、Timeout-MAC(T-MAC)、Dynamic Sensor MAC(DSMAC)、Data-gathering MAC(

4、DMAC)等基于競爭的協(xié)議;Geographic Random Forwarding(GeRaF)為代表的跨層協(xié)議;一種基于簇頭選擇模型的無線傳感器網(wǎng)絡分簇算法和一種基于相關度的無線傳感器網(wǎng)絡分簇算法等以簇為單位的協(xié)議以及多信道協(xié)議中的代表Wakeup channel協(xié)議。接著本文選擇OMNeT++為仿真工具,對傳統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議的代表CSMA、預分配協(xié)議的代表LMAC、基于競爭的協(xié)議的代表T-MAC等進行了仿真。并對仿真結果從結點工作狀態(tài)、

5、能源消耗、數(shù)據(jù)包延時、網(wǎng)絡沖突率等方面進行了比較與總結。隨后又將網(wǎng)絡結點規(guī)模、拓撲結構和應用場景等條件進行修改,反復進行仿真,提取各種相關數(shù)據(jù),并對各種不同于原來試驗結果的情況進行了討論。同時對常用的無線傳感器網(wǎng)絡仿真工具進行了介紹,包括Network Simulator 2(NS-2)、J-Sim、Tiny OS Simulator(TOSSIM)、Objective Modular Network Testbed in C++(OM

6、NeT++)。本文的又一主要工作是提出了HMAC、HMACP和AMAC協(xié)議。其中為異構無線傳感器網(wǎng)絡設計了專用協(xié)議HMAC及其特殊情況下的變形HMACP,并進行了實驗仿真,驗證其有著更低的功耗和更長的網(wǎng)絡存活時間。為帶融合結點的無線傳感器網(wǎng)絡設計了融合算法AMAC,也進行了實驗仿真,驗證其有著更高的無線收發(fā)效率。分析了結點可移動的無線傳感器網(wǎng)絡,闡述了S-Mac等協(xié)議不適應該應用場景的原因,并提出了改進方案。最后,本文進行了總結,提出了