无线传感器网络MAC协议算法的研究

无线传感器网络是一个综合了多种学科的新兴研究领域，由于无线传感器网络具有能量受限的特点，因此相关研究大多以延长网络生命周期为最终目标。媒体访问控制协议处于无线传感器网络协议栈的底层部分，主要作用是控制节点对共享通信介质的访问，对网络性能有较大影响。本文对无线传感器网络MAC协议进行了分类比较，针对S-MAC协议退避算法和有关机制的不足，提出了改进后的新算法。首先，本文引用马尔可夫链模型分析了S-MAC协议的退避机制，结合退避进制数和冲突概率这两个参数，给出了一种新的退避算法。仿真结果表明，新算法增加了成功发送数据包的概率，提高了吞吐量，且在节能方面也有较好的表现。其次，S-MAC协议的占空比固定，当网络流量变大的时候，由于队列中的分组得不到及时的发送，造成时延很大，本文通过把S-MAC协议的一个完整侦听睡眠周期分成若干个短周期，使之能够在一个侦听睡眠周期中以一跳的距离发送多个分组，减小了时延。仿真结果验证，这种占空比调整机制比S-MAC减小了时延，降低了能量消耗。最后，从延长网络寿命出发，改进了S-MAC协议的竞争退避机制，提出了基于S-MAC的负载均衡流量自适应退避算法，新算法能够使当前能量较多的节点以较大的概率接入信道，承担更多的发送接收任务，而使当前能量较小的节点只发送本身采集的数据。仿真结果表明，该算法通过平衡负载，延长了网络寿命。