井下自组织网络s-MAC协议的节能改进研究

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井下自组织网络需要成千上万的网络节点,这些节点需要含电量很少的纽扣电池供电,为了使整个系统保持良好的稳定性,因此需要系统在节能方面有良好的表现。  对井下自组织网络S-MAC协议进行了探讨,并分析了井下无线传输环境的特殊性。通过对巷道支护材料、煤层电特性、粉尘、水汽、雾滴的分析,得出井下电磁环境复杂,信道干扰严重,电磁波传输衰减较大,这导致井下无线通信具有时延较大、误码率较高、多径效应严重等特点,引起节点经常醒来,对数据的反复发送,这些都导致节点能量白白的消耗。  针对井下无线传输环境的特殊性,为了提高能量的有效利用,提出了一种调整动态占空比机制的协议。通过对网络流量的预测,来动态调整占空比,即当网络流量变大时,把S-MAC的每一个侦听睡眠周期再划分为几个短周期,提高占空比来适应流量的增加。在数据流量比较大的环境下,由于队列中排队的分组数目很多,S-MAC协议会因为来不及传送这些分组而发生丢包现象,而本协议能够根据所预测的负载情况动态调整占空比,快速传递这些数据。  采用NS2仿真软件对改进的S-MAC协议进行了建模仿真。仿真结果表明,由于S-MAC不能很好的适应网络流量的变化,因为它对所有的网络节点有一个固定的占空比。仿真试验表明:当网络流量比较小的时候,改进协议没有必要调整占空比,因此占空比和S-MAC协议相同,能量消耗比较相近;当网络流量比较大的时候,改进后GSMAC比S-MAC节省更多的能量,这是因为改进协议能在一个基本的侦听睡眠周期内发送多个分组,从而节省了同步帧的开销,能量消耗相对要低。与原先的S-MAC相比,改进后的GS-MAC在能量节省方面更有优势。
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