基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络MAC层节能技术研究

无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由大量具有特定功能的传感器节点通过无线通信方式,相互传递信息,协同地完成特定功能的自组织的网络系统。由于应用场景的特殊性和传感器节点的能量限制,无线传感器网络设计的首要目标就是节省能量,而媒体接入控制(Media Access Control, MAC)协议的设计是整个WSN节能设计的重要环节。IEEE 802.15.4协议是针对低速无线个人区域网络的无线通信技术标准,也是无线传感器网络的工业界标准。 本文首先研究了基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络MAC层协议,包括超帧结构、MAC层帧结构、数据传输模型、接入算法以及节点的能量消耗模型。其次,基于IEEE 802.15.4搭建了WSN的仿真平台,对WSN性能进行了研究。最后,针对无线传感器网络的突发业务,提出了节能的MAC(即EB-TDMA)协议。该协议仅让处于突发状态的节点动态成簇,每帧的长度随着网络业务动态变化。这种帧长的动态优化,降低了传输时延,提高了信道利用率。同时,该协议让空闲状态的节点退出簇进行休眠,有效地节省了能量,延长了网络寿命。仿真结果表明,对节点密集时的突发业务,该协议在时延和节能方面都具有良好的性能。