無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、word可編輯無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告Contiki mac協(xié)議與xmac協(xié)議的比擬1. 簡(jiǎn)介無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)wireless sensor networks, WSN節(jié)點(diǎn)由電池供電，其能力非常有限，同時(shí)由于工作環(huán)境惡劣以及其他各種因素，節(jié)點(diǎn)能源一般不可補(bǔ)充。因而降低能耗、延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)使用壽命是所有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。  WSN中的能量能耗主要包括通信能耗、感知能耗和計(jì)算能耗，其信能耗所占的比重最大，因此，減少通信能耗是延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的有效手段。同時(shí)，研究說(shuō)明節(jié)點(diǎn)通信時(shí)Radio模塊在數(shù)據(jù)收發(fā)和空閑偵聽(tīng)時(shí)的能耗幾乎相同，所以要想節(jié)能就需要最大限度地減少Radio模塊的偵聽(tīng)時(shí)間收發(fā)時(shí)間

2、不能減少，及減小占空比。  傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，主要考慮到問(wèn)題是高吞吐量、低延時(shí)等，不需要考慮能量消耗，Radio模塊不需要關(guān)閉，所以傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議無(wú)法直接應(yīng)用于WSN，各種針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的MAC協(xié)議相繼提出?，F(xiàn)有的WSN MAC協(xié)議按照不同的分類方式可以 分成許多類型，其中根據(jù)信道訪問(wèn)策略的不同可以分為：X-MAC協(xié)議X-MAC協(xié)議也基于B-MAC協(xié)議的改良，改良了其前導(dǎo)序列過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，將前導(dǎo)序列分割成許多頻閃前導(dǎo)strobed preamble，在每個(gè)頻閃前導(dǎo)中嵌入目的地址信息，非接收節(jié)點(diǎn)盡早丟棄分組并睡眠。 X-MAC在發(fā)送兩個(gè)相鄰的頻閃序列之間插

3、入一個(gè)偵聽(tīng)信道間隔，用以偵聽(tīng)接收節(jié)點(diǎn)的喚醒標(biāo)識(shí)。接收節(jié)點(diǎn)利用頻閃前導(dǎo)之間的時(shí)間間隔，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送早期確認(rèn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到早期確認(rèn)后立即發(fā)送數(shù)據(jù)分組，防止發(fā)送節(jié)點(diǎn)過(guò)度前導(dǎo)和接收節(jié)點(diǎn)過(guò)度偵聽(tīng)。 X-MAC還設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)算法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的占空比，以減少單跳延時(shí)。 優(yōu)點(diǎn)： X-MAC最大的優(yōu)點(diǎn)是不再需要發(fā)送一個(gè)完整長(zhǎng)度的前導(dǎo)序列來(lái)喚醒接收節(jié)點(diǎn)，因而發(fā)送延時(shí)和收發(fā)能耗都比擬小；節(jié)點(diǎn)只需監(jiān)聽(tīng)一個(gè)頻閃前導(dǎo)就能轉(zhuǎn)入睡眠。 缺點(diǎn)： 節(jié)點(diǎn)每次醒來(lái)探測(cè)信道的時(shí)間有所增加，這使得協(xié)議在低負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中能耗性比擬差。而且分組長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)發(fā)送速率等協(xié)議參數(shù)

4、還需進(jìn)一步確定 X-MAC原理圖如圖3所示：ContikiMAC協(xié)議一ContikiMAC協(xié)議中使用的主要機(jī)制：1. 時(shí)間劃分2. 快速睡眠3. 鎖時(shí)優(yōu)化ContikiMAC只使用了異步的機(jī)制，沒(méi)有標(biāo)識(shí)信息也沒(méi)有附加的消息頭，它的數(shù)據(jù)也都是普通的鏈路層消息。時(shí)間劃分： ContikiMAC協(xié)議具有一個(gè)基于傳輸過(guò)程中精確時(shí)間度量的、能量高效的喚醒技術(shù)。的喚醒技術(shù)利用一種價(jià)格低廉的CCA空閑信道檢測(cè)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)這種機(jī)制使用無(wú)線電收發(fā)器的RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指示值來(lái)判斷指定信道的狀態(tài)。 ContikiMAC中的時(shí)間劃分必須滿足一系列的限制。如圖4:  圖4 C

5、ontikiMAC中的時(shí)間劃分要求：ta+td< ti< tc< tc+2tr< ts ti:每次數(shù)據(jù)傳輸之間的時(shí)間間隔 tr:進(jìn)行一次穩(wěn)定的RSSI指示所需要的時(shí)間 tc:兩次CCA檢測(cè)之間的時(shí)間間隔 ta:手段數(shù)據(jù)包和發(fā)送ACK消息的時(shí)間間隔 td:從接收節(jié)點(diǎn)那里成功檢測(cè)到一個(gè)ACK消息所需的時(shí)間 在標(biāo)準(zhǔn)下，不等式中一些變量被固化，如標(biāo)準(zhǔn)定義的ta值為12個(gè)時(shí)間點(diǎn)我，在中，一個(gè)時(shí)間單位是4/250ms.然后td=40/250,tr是由cc2420無(wú)線收發(fā)器的特性決定的，tr=0.192ms,不等式變?yōu)椋?#

6、160;0.352< ti< tc< tc+0.384 < ts 給出了ts的下限，0.736ms0.352+0.384，這也為我們的能傳輸?shù)淖钚?bào)文長(zhǎng)度設(shè)了限制。對(duì)其它參數(shù)，contiki系統(tǒng)中使用時(shí)間參數(shù)配置為： ti=0.4ms tc=0.5ms ts=0.884ms快速睡眠： contikiMAC中的并不實(shí)質(zhì)性地檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，而只是檢測(cè)無(wú)線信道的信號(hào)強(qiáng)度是否在特定的門限值之上。 如果一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)在向當(dāng)前的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)該保持喚醒狀態(tài)來(lái)保證接收到完整的數(shù)據(jù)包，然后需要發(fā)送一個(gè)回執(zhí)。檢測(cè)到該數(shù)據(jù)包的其它節(jié)點(diǎn)那么可

7、以快速切換回睡眠狀態(tài)。然而，潛在的接收節(jié)點(diǎn)并不能立即回去睡眠，因?yàn)樗鼈儽仨毐ＷC接收到完整的數(shù)據(jù)包。在檢測(cè)之后，最平安的保持喚醒狀態(tài)的時(shí)間是tl+ti+tl這里表示最長(zhǎng)數(shù)據(jù)包所需的傳輸時(shí)間。 當(dāng)由于檢測(cè)到錯(cuò)誤的無(wú)線噪聲而喚醒時(shí)，的快速睡眠機(jī)制使?jié)撛诘慕邮展?jié)點(diǎn)可以早些進(jìn)入休眠狀態(tài)。這種優(yōu)化機(jī)制利用了中的特定傳輸模式。1. 假設(shè)CCA檢測(cè)到活動(dòng)，但信道活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間比tl還要長(zhǎng)，說(shuō)明CCA檢測(cè)到的是噪聲，節(jié)點(diǎn)返回睡眠2. 如果信道活動(dòng)狀態(tài)過(guò)程之后有一段比ti更長(zhǎng)的靜止，那么返回睡眠。3.假設(shè)活動(dòng)狀態(tài)后有一段正確的靜止長(zhǎng)度，但接收節(jié)點(diǎn)檢測(cè)不到任何數(shù)據(jù)報(bào)文頭，返回睡眠。 快速睡眠如圖

8、5所示：  圖5 快速睡眠鎖時(shí)優(yōu)化phase-lock： 該機(jī)制類似于Wise-MAC，假設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)周期的、穩(wěn)定的喚醒時(shí)間間隔，那么發(fā)送節(jié)點(diǎn)可利用接收節(jié)點(diǎn)的喚醒時(shí)間來(lái)優(yōu)化傳輸過(guò)程，這就是鎖時(shí)優(yōu)化機(jī)制。 當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到從接收節(jié)點(diǎn)返回的回執(zhí)消息時(shí)，它會(huì)記錄下檢測(cè)到的時(shí)間，并以此判斷出接收節(jié)點(diǎn)的喚醒時(shí)間。由于接收節(jié)點(diǎn)必須保持喚醒狀態(tài)來(lái)保證完整地接收?qǐng)?bào)文，那么發(fā)送節(jié)點(diǎn)可假設(shè)收到消息意味著發(fā)送節(jié)點(diǎn)在接收節(jié)點(diǎn)喚醒狀態(tài)的時(shí)間窗成功向其發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)包，由此發(fā)送節(jié)點(diǎn)便可以知道其喚醒時(shí)間。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)了解其喚醒時(shí)間之后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)便可以在接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)該是喚醒狀

9、態(tài)的時(shí)候向其傳輸數(shù)據(jù)包。 Cooja仿真實(shí)驗(yàn)1. 我分別測(cè)試 4、8、12、16 個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)， contikimac 和 xmac在能量消耗和丟包率兩方面的特點(diǎn)。2. 以下是4個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的截圖：Contiki Xmac3. 以下是八個(gè)節(jié)點(diǎn)的截圖：Contikixmac4. 以下是12個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的截圖：ContikiXmac5. 以下是16個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的截圖：contikiXmac6. 將文件中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后用以下程序分析：1.  (void)setDownloadProgressBlock:(void ()(NSUInteger bytesRead, 

10、long long totalBytesRead, long long totalBytesExpectedToRead)block;     方法，在block中計(jì)算數(shù)目。   html view plain copy1. 在計(jì)算sending和got數(shù)目需要自己寫一個(gè)downTask類，負(fù)責(zé)記錄。downTask主要代碼來(lái)源網(wǎng)<a target=_blank href=" :/html view plain

11、 copy1. <span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">connectionOperation = AFURLConnectionOperation alloc initWithRequest:request;</span>  html view plain copy1.     connectionOpera

12、tion setDownloadProgressBlock:(NSUInteger bytesRead, long long totalBytesRead, long long totalBytesExpectedToRead)   2. /        NSLog("bytesRead:%zi", bytesRead);  3. /  

13、;      NSLog("totalBytesRead:%zi", totalBytesRead);  4. /        NSLog("totalBytesExpectedToRead:%zi", totalBytesExpectedToRead);  5.        

14、0;  6.          += bytesRead;  7.          += bytesRead;  8.         NSDate *currentDate = NSDate date; &

15、#160;9.         if (currentDate timeIntervalSinceDate:weakSelf.downTask.oldDatePeriod > 1)   10.             double speed = weakSelf.downTask 

16、getSpeedWithDate:currentDate;  11.               12.             weakSelf.gaugeView setGaugeValue:speed animation:YES;  13.   

17、0;         NSString *unit = nil;  14.             if (speed > RATIO)   15.           &#

18、160;     unit = "M"  16.                 speed = speed / RATIO;  17.            

19、   18.             else   19.                 unit = "KB"  20.       &

20、#160;         speed = speed;  21.               22.             NSLog("current speed:%f %", speed, unit);  23.          &#