马嘉涛,徐玉斌

(太原科技大学计算机科学与技术学院,太原030024)

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)[1]是一种特殊的多跳分布式网络,被广泛应用于环境监测、智能空间、医疗系统、抢险救援等领域。以往的研究[2]通常认为WSN的节点在部署之后的位置是固定不变的,但越来越多的研究指出了增加节点移动性的优势。节点可移动的WSN也在实际中得以应用,比如文献[3]提出了一个结合WSN、UAV(无人机)以及执行器的灾难响应以及事件探测系统。节点的移动性为WSN提供了更为广阔的应用前景,但同时也为其介质访问控制(Media Access Control,MAC)协议的设计带来了新的挑战。

WSN的MAC协议主要解决大量节点如何在合理、高效、节能的前提下共享信道的问题,其性能直接影响到整个网络的效率。以往WSN的MAC协议研究通常假设节点静止不动,节点间的通信链路稳定,因此能量效率是其考虑的主要问题。适用于WSN的 SMAC协议[4]、SCP-MAC协议[5]等低占空比协议,往往采用周期性唤醒的方法避免节点在空闲状态耗费过多的时间,从而达到提高能量效率的目的。然而,此类协议是针对静止WSN所设计,在节点移动情况下,其性能会受到一定的影响。

分析移动性对MAC协议造成的影响是解决移动性支持的首要问题。文献[6]对节点移动性问题进行了详细探讨,但缺乏数据支持;文献[7-8]提出的支持移动性的MAC协议都是基于SMAC改进的,但这些文献也缺乏对SMAC协议受移动性影响较为详细的分析,协议改进仍存在一定的局限性。本文深入研究了SMAC的工作机制,并通过大量仿真实验验证,详细分析了SMAC协议由节点移动性所引起的一系列问题,并在此基础上提出了SMAC协议实现移动性支持的一些解决思路。……