1、 实习报告 实习目的与任务 ： 本次实习是研究基于 S-MAC 的无线传感器网络 MAC 协议的分析与优化。了解 S-MAC 协议及其相关应用方向和基本性能，以求对 SMAC 协议有一个全面的认识，为毕业的开展打下良好的认识 基础和知识储备，并对该方向研究的可行性进行评估 ，以期在毕业 设计 时能够有的放矢，把握好方向。 实习单位： 河南理工大学 实习内容： 主要是在图书馆查询相关知识，二十多天的辛劳成果，现归纳如下： 无线传感器网络 (WSN)技术是指将传感器技术、自动控制技术、数据网络传输、储存、处理与分析技术集成的现代信息 技术 (宫鹏 , 2007)。 WSN 由具备记忆能力的存储器、
2、处理器、传感器、无线通讯和电池等硬件组成。在环境监测中应用 WSN 是遥感技术的新的生长点。Whelan 等 (2008)把无线传感器网络在环境监测中的应用称为大尺度遥感。在环境应用中 , 无线传感器网络和有线网络结合被称为环境传感器网络或生态传感器网络 (ESNs)(Rundel等 , 2009)。对科学索引网 (ISI Web of Science)搜索发现 , 过去 10 多年来 , 有关无线传感器网络的论文急剧增多。 1998 2001 年仅发表 13 篇 , 但是 2002 2005 年成倍增长 , 到 20062007 年每年发表 400 多篇 , 2008 年发表 587 篇。到
3、 2009 年 6 月初 , 已经发表 290 余篇。商业周刊把 WSN 技术做为 21 世纪 21 项最重要的技术之一 (Evans 等 , 2008)。 WSN 的传感器一般与小型计算机和无线发送装置集于一体 , 称作网络传感器节点。每个节点可以挂接机械的、热、生物、化学、光学和磁力传感器。一般置于观测对象的附近 , 或与观测对象直接接触 , 甚至埋于感兴趣观测对象中。获得关于观测对象的图像、声音、气味、震动等物理 、化学、生物学特性。人们通过手机、因特网等无线通讯技术控制传感器开启或关闭 , 获得各种数据 , 对所获数据进行显示、储存或分析 , 并通过网络传输到数据收集中心。它的发展及其
4、广泛应用主要归因于传感器技术的微型化、智能化、廉价性和数据无线传输的可能性。网络传感器节点置于野外 , 自己就能寻找附近的同类传感器网络节点 , 实现相互间的网络通讯 , 指令和数据传输 , 并自动构建网络拓扑。其中之一不工作后 , 节点间可以自动跳接到其 2 HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 毕业实习报告用纸 他工作的 节点。最后通过网络路由器传到一个总站服务器上 (图 1)。每个节点既可以获得位置 , 又可以获取相关的环境特征数据。 WSN 比一般的网络在设计和资源利用上有诸多的限制。设计限制来自所观测的环境。环境应用决定对网络复杂度、节点数、拓扑结构和网络搭建方案
5、的设计要求。当观测环境人力不可及或对人到达太危险时 , 或需要的节点数无法逐个安装完成时 ,即兴网络搭建方案比提前规划好的网络搭建方案更有效。环境屏障可能会影响节点间的连接性 , 从而影响网络拓扑结构的设计。 首先对 MAC协议进行了相关介绍。然后重点介绍了一种 基于 竞争的无线传感器 网络 MAC层协议 S-MAC协议。其核心是提出了一种新的无线传感器 网络 的 MAC协议设计方案。 基于 动态调整占空比的思想，提出了 ATC-SMAC协议。该协议在 S-MAC协议的基础上改进了固定占空比的劣势，根据每个节点上的数据包的平均延迟调整占空比。通过动态地调整每个节点的占空比，使不同流量的节点拥有
6、不同的工作时间，协议根据不同节点的流量情况自适应地对其占空比进行调整。 经过仿真试验，得到 ATC-MAC在 网络 端对端延迟、能量消耗以及吞吐量方面较 S-MAC协议都有比较明显的提高。 无线传感器 网络协议 ATC-SMAC主要是提高基于竞争的 S-MAC协议的能量使用率，同时减少 S-MAC协议的网络延迟。 ATC-SMAC协议通过自适应地调整每一个节点的占空比，让节点在不同的流量下使用不同的占空比工作，做到流量大时工作更长的时间，流量小时工作更短的时间，没有流量的时候就不工作。 在资源限制方面 , WS 一般能 源有限 , 传输距离较短 , 带宽较低 , 处理器的速度和存储容量也较低。
7、 Yick 等 (2008)把 WSN每个节点需要具备的核心技术内容归纳为 3 部分 : 系统 , 通讯 , 服务。每个网络节点是一个系统。系统主要由硬件平台 (类似一个计算机 )、操作系统和存储方案组成。通讯部分主要是指为完成一项应用任务所需要的与传感器和用户的通讯协议 , 包括节点间的通讯协议。服务部分主要为加强 WSN 的应用能力、提高系统性能以及改善网络效率所需要的各种技术。服务部分的主要内容包括 : 定位、节点覆盖范围、安全、同步、数据汇总和多层网络的优 化等。对于由网络节点组成的 WSN, 其关键技术是网络的自组织能力、数据传输精度和效率 , 以及降低能耗 , 捕获能量的能力等。表 1 列出目前市场上可以购买的部分 WSN 技术产品。表 2 列出了 IEEE 通讯标准以及部分 WSN 采纳的标准。 由于环境科学、工程和信息技术的交叉 , 生态研究正经历一场前所未有的技术革命。环境感知硬件和软件的价格不断下降、硬件尺寸和重量等均随电子器件的微型化大幅降低 , 性
