问题：[题]

题目：无线传感器网络能量有效性跨层设计研究

无线传感器网络技术集成了传感器、微机电、无线通信和信息处理技术，是一种全新的信息获取和处理的技术。关于无线传感器网络的研究是近年来无线通信领域学术界和工业界的研究热点之一。无线传感器网络在在国防和民用领域有着广泛的应用前景。由于无线传感器网络的能量和带宽受限，加之网络中节点数目众多，给无线传感器网络的设计和管理提出了巨大的挑战。提高协议能量有效性是无线传感器网络设计面临的主要挑战之一，要求通信协议栈的各层协议都具有良好的能量有效性。本文首先介绍了无线传感器网络的体系、节点的典型结构、应用的范围和面临的技术挑战。第二章讨论了无线传感器网络MAC协议的特点和设计要求，分析了造成不必要能耗的主要原因和降低能耗的主要措施，推导了SMAC的能耗模型，分析了SMAC的延迟性能，并且在NS2平台上对IEEE 802.11标准的MAC、SMAC和A-SMAC协议进行了仿真分析，比较了这三种协议在不同占空比、网络负载和网络拓扑下的性能。第三章分析了无线传感器网络路由协议的主要特点，讨论了路由协议的设计要求，并且在NS2平台上对DD与FLOODING两种典型协议的性能进行了对比，随后研究了不同MAC协议与不同路由协议配合时的性能，从跨层设计的角度分析了MAC协议与路由协议之间的相互影响以及不同协议配合时的网络性能。实验结果可为进一步的跨层设计提供依据。本文还提出了一种实用有效的低复杂性安全协议。这种协议适用于星型网络，可以完成密钥的生成、传输以及更新，并且可以根据实际需要为不同设备提供不同级别的安全保证。本协议给系统带来的额外延时和能耗较小，而且具有用户友好且易于使用的优点。