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无线传感器网络s-mac协议能量有效性改进

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计算机工程与设计 2007年第10期28卷 2344-2347页

作者：刘经纬郝福珍鄢楚平华北计算技术研究所北京100083

针对无线传感器网络中节点能量受限的特点,对目前典型的无线传感器网络信道接入协议(s-mac)的休眠机制进行了改进。改进后的协议(Es-mac)根据传感/转发事件发生间隔的变化而自适应调整各节点的休眠时长以节省空闲监听的能量消耗,从而延... 详细信息

针对无线传感器网络中节点能量受限的特点,对目前典型的无线传感器网络信道接入协议(s-mac)的休眠机制进行了改进。改进后的协议(Es-mac)根据传感/转发事件发生间隔的变化而自适应调整各节点的休眠时长以节省空闲监听的能量消耗,从而延长整个网络的生存时间。仿真结果表明,在传感/转发事件发生间隔较长的情况下,改进后的协议能够很好地工作,并提高了原协议的能量有效性。

关键词：能量消耗休眠时长 s-mac协议 Es-mac协议

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无线传感器网络s-mac协议的节能改进

合肥工业大学学报（自然科学版） 2010年第6期33卷 832-835,840页

作者：樊高雁张维勇马学森程敏合肥工业大学安全关键工业测控技术教育部工程研究中心安徽合肥230009

无线传感器网络s-mac协议中,节点之间的同步侦听与睡眠机制使得不需要发送和接收数据的节点过早醒来,参与到侦听信道的活动当中,增加了节点能量的消耗。文章针对这一问题,提出了一种改进方案;通过同步RTs发送的机制,有效地减少了节点的... 详细信息

无线传感器网络s-mac协议中,节点之间的同步侦听与睡眠机制使得不需要发送和接收数据的节点过早醒来,参与到侦听信道的活动当中,增加了节点能量的消耗。文章针对这一问题,提出了一种改进方案;通过同步RTs发送的机制,有效地减少了节点的空闲侦听时间,节省了网络能量的消耗;并通过仿真实验证明了该方案的有效性。

关键词：无线传感器网络 s-mac协议低能耗

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无线传感器网络s-mac协议的改进和仿真

无线传感器网络S-MAC协议的改进和仿真

作者：武莹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是一个综合性的跨学科的新兴研究领域,在外层空间探索、军事监控、环境监测、卫生医疗等方面都具有较好的应用前景。在无线传感器网络中,传感器节点采用电池供电,而且电池很难更换,具有能量受限的特点,从而延长网络寿命... 详细信息

无线传感器网络是一个综合性的跨学科的新兴研究领域,在外层空间探索、军事监控、环境监测、卫生医疗等方面都具有较好的应用前景。在无线传感器网络中,传感器节点采用电池供电,而且电池很难更换,具有能量受限的特点,从而延长网络寿命显得尤为重要。而媒体访问控制(Medium Access Control,mac)协议位于无线传感器网络协议栈的底层,主要功能是控制节点对共享通信介质的访问,对能耗、吞吐量以及时延等性能有较大影响。s-mac协议作为无线传感器网络中最基本的mac协议,具有能耗低、扩展性高等很多优点,应用十分广泛,但是s-mac协议仍存在许多不足:在网络负载变化较大时存在能耗和时延的矛盾;采用的BEB退避算法在节点冲突后的退避过程中容易产生捕获效应,吞吐量和公平性较差;没有考虑网络的负载均衡问题。本文针对s-mac协议的上述问题,对s-mac协议进行理论分析和数学推导。首先,推导分析s-mac协议周期性侦听/睡眠机制下的平均时延,推得当传感器网络负载变化时,传输时延变大或出现较多空闲侦听,分析参考D-mac(Data-gatheringmac)和Ds-mac (Dynamic sensor mac protocol)协议的侦听/睡眠调整机制,利用节点的队列发送率来计算占空比的调整幅度以适应负载的变化,减少空闲侦听和降低传输时延。其次,使用马尔可夫链模型分析s-mac协议的退避机制,推得针对特定节点数的无线传感器网络,只要保持合适的竞争窗口 CW,就会使传感器网络的吞吐量和公平性有较好的表现,分析 MIMLD (Multiplicative Increase Multiplicative Decrease and Linear Decrease)算法在 Ad Hoc自组网中的应用,将该算法应用到无线传感器网络中,并利用Cali提出的估测最大吞吐量竞争窗口值的算法计算MIMLD算法中区分无线信道竞争程度的阈值,以减少网络负载变化时分组碰撞带来的重传,降低传输时延。再次,从延长网络寿命的目的出发,限制不同能量节点退避时间(backofftime)的取值范围,平衡节点负载,以避免一些节点较早耗尽能量影响传感器网络寿命。最后,综合上述对s-mac协议的研究分析,本文提出了基于负载均衡的流量自适应动态退避s-mac协议(Adaptive Duty Cycle and Dynamic Backoffsmac based on Load Balance, ADBs-mac),ADBs-mac 协议能够更好的适应网络负载变化,提高无线传感器网络吞吐量,有效避免节点间的冲突,降低能耗和传输时延,延长无线传感器网络寿命,同时信道的公平性也有所改善。使用Ns2仿真平台对ADBs-mac协议和s-mac协议建模仿真,分析对比仿真实验产生数据可得,ADBs-mac协议对s-mac协议在上述三方面的改进不仅有效降低了能耗,而且在吞吐量、时延等网络性能方面也有良好的表现。

关键词：无线传感器网络 s-mac协议占空比竞争窗口无线传感器网络寿命

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基于s-mac协议无线传感网节能研究

基于S-MAC协议无线传感网节能研究

作者：李小花昆明理工大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是典型的无基础设施通信网络,能够实时的监测、采集环境或者监测对象的信息,并对这些数据信息进行处理,发送到管理用户。无线传感器网络经济成本低,网络拓扑结构变化灵活,被广泛应用于环境检测、军事国防、智能家居、生... 详细信息

无线传感器网络是典型的无基础设施通信网络,能够实时的监测、采集环境或者监测对象的信息,并对这些数据信息进行处理,发送到管理用户。无线传感器网络经济成本低,网络拓扑结构变化灵活,被广泛应用于环境检测、军事国防、智能家居、生物医疗等众多领域。在应用中,有的节点会被放置在环境恶劣、偏远、人类不容易到达的地方,所以对于采用电池供电的传感器节点来说,更换电池或者补充能量不太容易。如何降低节点的能量消耗,延长节点寿命和网络的生命周期成了无线传感器网络的研究热点。无线发射模块是传感器节点能量消耗最多的部分,介质访问控制(mac)协议负责管理无线信道的使用方式,通过合理设计mac协议,可以降低无线发射模块的能量消耗。s-mac协议是无线传感器网络常用的mac协议,它是专门针对传感器网络的节能需求提出的。它采用的周期性侦听／睡眠机制,让节点在没有数据发送或者接收的情况下进入睡眠状态,获得较低的占空比减少空闲侦听造成的能量浪费。s-mac协议的固定占空比不能适应网络流量的变化,网络流量较大时,容易造成时延增大和网络利用率不高的现象,甚至是信道竞争激烈造成数据重传浪费能量。本文针对s-mac协议的固定占空比进行改进,使改进后的s-mac协议可以适应网络流量的变化,达到更好的节能效果。本文深入研究了s-mac协议的节能机制,通过数学推导得出了时延和能量消耗的矛盾关系,在s-mac协议的基础上改进得到可以适应网络流量变化的A-smac协议。A-smac协议中,通过节点的吞吐量预测网络流量的变化,根据网络流量的大小自动调整节点的占空比。使用A-smac协议的无线传感器网络,在网络建立初期可以根据网络流量的大小自动调节占空比,直到网络流量固定时,使节点调整到最佳占空比状态下工作;当节点的移动性较强、网络流量变化大时,节点可以动态调整自身的占空比适应当时的网络状态,降低时延、提高网络利用率,从而达到更好的节能效果。最后使用Ns2仿真软件对A-smac协议进行仿真和分析。实验结果表明,改进后的A-smac协议在降低能耗、减少网络时延和提高网络吞吐量等方面都有很大的改善。

关键词： s-mac协议动态占空比 A-smac协议 Ns2

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高能效的无线传感器网络s-mac协议研究

高能效的无线传感器网络S-MAC协议研究

作者：李若瑜中国矿业大学

学位级别：硕士

无线传感器节点能量有限且通常部署在环境特殊的广阔区域中，因此节能是设计无线传感器网络应用首要考虑的问题。mac协议决定节点接入信道的方式，直接控制节点能耗最多的通信模块。因此设计高能效的mac协议是无线传感器网络领域的主要... 详细信息

无线传感器节点能量有限且通常部署在环境特殊的广阔区域中，因此节能是设计无线传感器网络应用首要考虑的问题。mac协议决定节点接入信道的方式，直接控制节点能耗最多的通信模块。因此设计高能效的mac协议是无线传感器网络领域的主要研究方向之一。本文介绍了无线传感器网络mac协议、设计目标、关键技术，研究了基于竞争机制的经典mac协议s-mac。在s-mac协议中，节点只能在调度周期的侦听时段竞争信道。这种固定的工作方式，可能产生数据延迟和高冲突。针对这个问题，本文将s-mac协议中的一个调度周期拆分成多个小调度周期，拆分后的每一个小调度周期称为微周期。节点根据剩余能量选择微周期个数，设定微周期状态，分散在各微周期内，以微周期为调度单位竞争信道。工作在相同微周期的节点构成了微簇。这种分散工作的方法，能够降低同一时刻节点间的信道竞争度，减少冲突概率，继而降低节点能耗。同时节点可以在多个微周期内传输数据，以类TDMA的方式进行工作，降低数据延迟。在微周期的基础上，针对s-mac协议中固定占空比不能较好地适应网络流量变化的问题，本文研究了流量自适应调整微周期占空比机制。节点根据缓冲区队列长度判断网络流量，当节点缓冲区长度大于设定的阈值时，认为当前网络流量较大，继而扩大每个微周期的占空比。通过这种调整占空比的方法来适应网络流量的变化，能够有效降低数据传输延迟，同时由于微周期的分散性，改变了其它自适应占空比协议中，节点依然集中在侦听时段竞争信道的工作方式，降低冲突概率。在流量自适应的基础上，本文研究了两种自适应退避算法：F-BEB与CA-BEB。节点根据占空比和网络流量，使用这两种退避算法竞争信道。结合微周期，流量自适应占空比和自适应退避算法，本文提出了一种s-mac的改进协议MicroDutyAdaptive-smac（MDA-smac）。对s-mac协议和MDA-smac协议进行仿真。仿真结果表明，由于MDA-smac协议采用了微周期和流量自适应机制，因此其在能耗、延迟、有效吞吐量等方面都优于s-mac协议。尤其当网络流量较高时，MDA-smac协议的性能更加优异。

关键词：无线传感器网络 s-mac协议微周期流量自适应 MDA-smac协议

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水声通信网络s-mac协议的研究

舰船电子工程 2019年第2期39卷 61-65页

作者：苗文建张冰王彪江苏科技大学电子信息学院镇江212003

水声通信网络(Underwater Acoustic Communication Networks,UACN)是近年来发展迅速的通信网络技术领域之一。在水声环境中,能量受限是需要解决的主要问题,而媒体接入控制(Media Access Control,mac)是水声网络设计的关键部分,同时也是... 详细信息

水声通信网络(Underwater Acoustic Communication Networks,UACN)是近年来发展迅速的通信网络技术领域之一。在水声环境中,能量受限是需要解决的主要问题,而媒体接入控制(Media Access Control,mac)是水声网络设计的关键部分,同时也是节点能量消耗的主要原因。s-mac协议作为最具代表性的mac层协议在节能上有着较好的表现,但s-mac协议仍然存在一些不足。针对s-mac协议存在的问题,论文在其基础上进行了改进,并对改进后的协议进行实验仿真。仿真实验结果表明,改进后的s-mac协议不仅有效降低了能耗,而且在吞吐量、时延方面也有较好的表现。

关键词：水声通信网络 s-mac协议能耗吞吐量

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无线传感器网络s-mac协议的分析与改进

贵州广播电视大学学报 2014年第1期22卷 33-37页

作者：谢良飞贵州大学

无线传感器网络节点能量消耗,直接影响着节点和网络的使用寿命,传统无线传感器网络的s-mac协议对所有的传感器节点都有一个固定的占空比,使其不能很好地适应网络流量的变化,而调整占空比时又会浪费能量或影响通信吞吐量。针对s-mac协议... 详细信息

无线传感器网络节点能量消耗,直接影响着节点和网络的使用寿命,传统无线传感器网络的s-mac协议对所有的传感器节点都有一个固定的占空比,使其不能很好地适应网络流量的变化,而调整占空比时又会浪费能量或影响通信吞吐量。针对s-mac协议的不足,文章提出一种能量优化效果较好的Nsmac协议。仿真结果表明:Ns-mac协议可在保证通信流量的条件下,通信能耗较s-mac协议有明显的降低。

关键词：无线传感器网络 s-mac协议能量优化

一种新的面向卫星网络的链路层s-mac协议

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计算机应用与软件 2009年第12期26卷 16-17,47页

作者：成诚孙力娟叶晓国肖甫郭剑南京邮电大学计算机学院江苏南京210003

媒体接入控制协议是卫星网络的一个重要协议。为提高卫星通信网络的信道利用率,提出一种将固定时隙分配和按需请求分配相结合的混合式s-mac协议。仿真结果表明:s-mac协议在吞吐量性能上明显优于现有的纯固定分配,在仿真的后期逐渐超过... 详细信息

媒体接入控制协议是卫星网络的一个重要协议。为提高卫星通信网络的信道利用率,提出一种将固定时隙分配和按需请求分配相结合的混合式s-mac协议。仿真结果表明:s-mac协议在吞吐量性能上明显优于现有的纯固定分配,在仿真的后期逐渐超过纯按需分配的吞吐量,s-mac协议在提高信道利用率的同时,保持了较高的吞吐性能和传输时延性能。

关键词：卫星网络媒体接入控制 s-mac协议

一种改进的无线传感器网络s-mac协议退避机制

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福建电脑 2018年第3期34卷 7-9页

作者：李海洋陈文月绵阳师范学院信息工程学院四川绵阳621000

s-mac协议退避机制采用固定竞争窗口,导致s-mac协议难以应用于流量较大的无线传感器网络。二进制指数退避能调节竞争窗口,但难以适应流量变化大的情况。针对以上问题,提出一种改进的s-mac协议退避机制。当网络流量较大时,改进的退避机... 详细信息

s-mac协议退避机制采用固定竞争窗口,导致s-mac协议难以应用于流量较大的无线传感器网络。二进制指数退避能调节竞争窗口,但难以适应流量变化大的情况。针对以上问题,提出一种改进的s-mac协议退避机制。当网络流量较大时,改进的退避机制能自动调整竞争窗口,从而满足信道竞争需要。实验结果表明:改进s-mac协议在吞吐量增加情况下,时延及能耗均有所降低。改进s-mac协议可应用于网络流量较大的无线传感器网路。

关键词：无线传感器网络 s-mac协议二进制指数退避竞争窗口