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无线传感器网络中节能MAC协议的研究

作者:时间:2012-10-29来源:网络收藏

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159729.htm

是由大量节点构成的一种特殊 Ad Hoc ,主要用于数据的 采集和传输,有着广泛的应用前景。由于节点一般由电池供电,且节点的体积微小, 而电池能够携带的能量非量有限,因此,节省能耗是传感器中的一个热点。 人们提出了许多有效的 [1],其中以S— 最具有代表性。它一方面继承 了IEEE802.11 [2] 中的基本机制,另—方面采用周期性睡眠工作方式,有效降低了 能耗,因此成为传感器网络中广受关注的MAC 之一。本文将详细分析以S—MAC 为代表的 Schedule 类协议原理和性能,并在此基础上探讨更的MAC 协议的和设计。

一 Schedule 类协议

1.1 S—MAC 协议

S—MAC(Schedules MAC)协议是基于时间调度协议的代表,它融合了几乎所有的 网络的技术。S—MAC 协议的主要目的就是,它的最主要的思想是通过周期性的 休眠来使得射频低占空比运行。另外它还融入了其它的节能技术,如冲突避免和串音避免, 还有消息传递以及自适应侦听机制。

周期性*和睡眠

周期性*和睡眠是 S—MAC 协议的最精华部分。在许多传感器网络应用中,大多都 是小数据量应用,即周期内只有少量数据,而其它很长的时间内都没有数据。因此,S—MAC 协议通过让节点进入周期性睡眠模式来减少*时间。例如,如果每秒钟让节点休眠半秒, 而另半秒进入空闲*,那么该节点的radio 工作的占空因数(dutycyde)就减少到50%,即能 够节省近50%的能量。

周期性*和睡眠的基本机制是侦察→睡眠→侦察→睡眠,每个节点在一段时间内睡眠,然后在醒过来后立即进入空闲*状态来*信道;在睡眠时,节点关闭它的射频,并 使用一个定时器来定时唤醒。*和睡眠的持续时间可以根据不同应用场景来选择。一般为 了同步方便,所有节点可以设置相同的睡眠和唤醒时间。每个节点通过向邻居广播自己的调 度信息来实现邻居节点间的调度信息的共享,同时每个节点都要为邻居维护一张调度表,里 面记录了各个邻居节点的调度信息。

消息传递

S—MAC 的方法是把长信息分割为许多小的片断,然后传输它们。但是只在一开始使 用一个RTS 分组和—个CTS 分组。每次传输一个数据片断分组,发送者等待接收者送来的 ACK。每个数据片段和其ACK 都附带有—个剩余时间域,其意义是告知邻居节点还需占用 信道多长时间,即相当于预约了信道整个消息发送所需要的时间。因此如果没能够接收到 ACK,节点可以扩展传输时间,并迅速重传现有的片断,如图1 所示。

正常工作图显示了在发送 RTS 包的时候,剩余时间域就已经为整个消息的发送预留了 占用信道的时间,而后的数据包和ACK 包中的时间随着包的发送依次递减。而重发工作图 中显示,当发送方的一个片段包未收到ACK 时,它立刻重发且扩展了剩余时间。由于每个 分组和ACK 都有剩余时间域,因此即使有节点提前醒来(由于重发耽误了时间),也可以得 到新的剩余时间,而再次进入睡眠,等待发送结束。在每个数据片断后使用ACK 的目的是 预防隐藏终端问题。在传输过程中,一个邻居节点醒来或新节点加入都是可能的。如果节点 只是接收者的邻居而不是发送者的,它就不会听到发送者正在传输的数据片断。如果接收者 并没有频繁的发送ACK,新节点也许会错误的从它的载波侦听中推断媒介是空闲的,并开 始发送数据,从而导致现有的传输将会在接收者处被损坏。


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