第6次課WSN通信與組網(wǎng)技術(shù)02

1、第第6 6次課次課 WSN WSN通信與組網(wǎng)技術(shù)通信與組網(wǎng)技術(shù)(2)(2)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)( (了解為主了解為主) )了解網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議了解Event-to-Sink傳輸了解Sink-to-Sensor傳輸了解傳感器管理協(xié)議了解任務(wù)分派和數(shù)據(jù)廣播協(xié)議了解MAC協(xié)議分類了解IEEE802.11協(xié)議了解基于競爭的MAC協(xié)議了解基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)4 4.5 .5 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議一般而言，傳輸層的一般而言，傳輸層的主要目標(biāo)主要目標(biāo)是：是：采用多路技術(shù)和分離技術(shù)作為應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的橋梁；采用多路技術(shù)和分離技術(shù)作為應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的橋梁；根據(jù)應(yīng)

2、用層的特定根據(jù)應(yīng)用層的特定可靠度需求可靠度需求在源節(jié)點(diǎn)和匯節(jié)點(diǎn)間提供帶有在源節(jié)點(diǎn)和匯節(jié)點(diǎn)間提供帶有誤差控制誤差控制機(jī)制的機(jī)制的數(shù)據(jù)傳遞數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)；服務(wù)；通過通過流動(dòng)流動(dòng)和和擁塞擁塞機(jī)制調(diào)節(jié)注入網(wǎng)絡(luò)的信息量。機(jī)制調(diào)節(jié)注入網(wǎng)絡(luò)的信息量。無線傳感節(jié)點(diǎn)的能量、處理能力和硬件的限制對(duì)設(shè)計(jì)傳輸層協(xié)議帶來了無線傳感節(jié)點(diǎn)的能量、處理能力和硬件的限制對(duì)設(shè)計(jì)傳輸層協(xié)議帶來了更多的約束。更多的約束。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)與其他常規(guī)網(wǎng)絡(luò)模式不同，需要根據(jù)特定無線傳感網(wǎng)絡(luò)與其他常規(guī)網(wǎng)絡(luò)模式不同，需要根據(jù)特定傳感應(yīng)用目標(biāo)傳感應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)進(jìn)行布置，應(yīng)用范圍十分廣泛。無線傳感網(wǎng)絡(luò)這些特定目標(biāo)也影響了傳輸行布置，應(yīng)用范圍十分廣泛。無線

3、傳感網(wǎng)絡(luò)這些特定目標(biāo)也影響了傳輸層協(xié)議的設(shè)計(jì)需要。例如，根據(jù)不同應(yīng)用布置的無線傳感網(wǎng)絡(luò)可能需要層協(xié)議的設(shè)計(jì)需要。例如，根據(jù)不同應(yīng)用布置的無線傳感網(wǎng)絡(luò)可能需要不同的可靠度等級(jí)和常規(guī)控制方式。傳輸層協(xié)議的設(shè)計(jì)原理不同的可靠度等級(jí)和常規(guī)控制方式。傳輸層協(xié)議的設(shè)計(jì)原理主要主要由無線由無線傳感節(jié)點(diǎn)的傳感節(jié)點(diǎn)的約束約束和和特定應(yīng)用特定應(yīng)用決定。決定。4 4.5 .5 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議4 4.5.1 Event-to-Sink.5.1 Event-to-Sink傳輸傳輸無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸層的無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸層的Event-to-SinkEvent-to-Sink可靠度可靠度是必要的，包括了事件特是必要的，

4、包括了事件特征到征到SinkSink節(jié)點(diǎn)的可靠通信，而不是針對(duì)區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)生成的單個(gè)傳感報(bào)節(jié)點(diǎn)的可靠通信，而不是針對(duì)區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)生成的單個(gè)傳感報(bào)告告/ /數(shù)據(jù)包進(jìn)行基于數(shù)據(jù)包的可靠傳遞。圖數(shù)據(jù)包進(jìn)行基于數(shù)據(jù)包的可靠傳遞。圖3-63-6說明了以收集事件到說明了以收集事件到SinkSink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流的識(shí)別符為基礎(chǔ)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流的識(shí)別符為基礎(chǔ)的Event-to-SinkEvent-to-Sink可靠傳輸概念。（智能家可靠傳輸概念。（智能家居例外）居例外）為了在為了在SinkSink節(jié)點(diǎn)提供可靠事件探測，傳輸層還需要解決節(jié)點(diǎn)提供可靠事件探測，傳輸層還需要解決前向路徑上可能前向路徑上可能的擁塞的擁塞。一旦

5、事件被觀察對(duì)象覆蓋區(qū)域。一旦事件被觀察對(duì)象覆蓋區(qū)域( (即事件半徑范圍即事件半徑范圍) )內(nèi)一定數(shù)量的內(nèi)一定數(shù)量的無線傳感節(jié)點(diǎn)感知，這些節(jié)點(diǎn)將生成大量的數(shù)據(jù)，這很容易造成前向路無線傳感節(jié)點(diǎn)感知，這些節(jié)點(diǎn)將生成大量的數(shù)據(jù)，這很容易造成前向路徑上的擁塞。過度的網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)徑上的擁塞。過度的網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)SinkSink節(jié)點(diǎn)的有效輸出是有害的，需要在節(jié)點(diǎn)的有效輸出是有害的，需要在傳輸層進(jìn)行傳輸層進(jìn)行擁塞控制擁塞控制來確保在來確保在SinkSink節(jié)點(diǎn)處可靠的事件探測。盡管網(wǎng)絡(luò)擁節(jié)點(diǎn)處可靠的事件探測。盡管網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)數(shù)據(jù)包丟失塞時(shí)數(shù)據(jù)包丟失( (由相關(guān)數(shù)據(jù)流造成由相關(guān)數(shù)據(jù)流造成) )情況可以體現(xiàn)情況可以體現(xiàn)E

6、vent-to-SinkEvent-to-Sink可靠可靠度，但在保證度，但在保證SinkSink節(jié)點(diǎn)所需精度等級(jí)的同時(shí)，合理的擁塞控制機(jī)制有助節(jié)點(diǎn)所需精度等級(jí)的同時(shí)，合理的擁塞控制機(jī)制有助于節(jié)省能量。于節(jié)省能量。3.5.1 Event-to-Sink3.5.1 Event-to-Sink傳輸傳輸與常規(guī)與常規(guī)End-to-EndEnd-to-End可靠度傳輸層協(xié)議不同，事件到中心節(jié)點(diǎn)可靠傳輸可靠度傳輸層協(xié)議不同，事件到中心節(jié)點(diǎn)可靠傳輸( (ESRTESRT，Event-to-Sink Reliable Transport)Event-to-Sink Reliable Transport)協(xié)議協(xié)

7、議以以Event-to-SinkEvent-to-Sink可可靠度概念為基礎(chǔ)，提供了不需要任何中介存儲(chǔ)的可靠事件探測。靠度概念為基礎(chǔ)，提供了不需要任何中介存儲(chǔ)的可靠事件探測。ESRTESRT是是一種新的數(shù)據(jù)解決方案，其目的是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種新的數(shù)據(jù)解決方案，其目的是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中用最少的能量花費(fèi)用最少的能量花費(fèi)完成可靠事件探測。其中包括擁塞控制部分，可實(shí)現(xiàn)完成可靠事件探測。其中包括擁塞控制部分，可實(shí)現(xiàn)可靠可靠和和節(jié)能節(jié)能的雙重的雙重目標(biāo)。同時(shí)，目標(biāo)。同時(shí)，ESRTESRT不需要各個(gè)傳感器的標(biāo)識(shí)符，僅需要事件不需要各個(gè)傳感器的標(biāo)識(shí)符，僅需要事件IDID。十分重。十分重要的一點(diǎn)是，要的一點(diǎn)是

8、，ESRTESRT算法主要算法主要在在SinkSink節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，使資源有限的無線傳感，使資源有限的無線傳感節(jié)點(diǎn)需要完成的工作量最小化。節(jié)點(diǎn)需要完成的工作量最小化。4 4.5.1 Event-to-Sink.5.1 Event-to-Sink傳輸傳輸4 4.5.2 Sink-to-Sensors.5.2 Sink-to-Sensors傳輸傳輸可操作二進(jìn)制碼和特定應(yīng)用可操作二進(jìn)制碼和特定應(yīng)用查詢查詢與與命令命令的的Sink-to-SensorsSink-to-Sensors傳輸需傳輸需要更高的可靠度，這種要求包括了一定等級(jí)的要更高的可靠度，這種要求包括了一定等級(jí)的重新傳送重新傳送和和確

9、認(rèn)機(jī)制確認(rèn)機(jī)制。返回路徑上的返回路徑上的Sink-to-SensorsSink-to-Sensors數(shù)據(jù)傳輸主要數(shù)據(jù)傳輸主要由由SinkSink節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)發(fā)起，因發(fā)起，因此具有足夠能量和通信資源的此具有足夠能量和通信資源的SinkSink節(jié)點(diǎn)可使用大功率天線廣播數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)可使用大功率天線廣播數(shù)據(jù)。這有助于減少多跳無線傳感網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施傳送的數(shù)據(jù)量，從而節(jié)省這有助于減少多跳無線傳感網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施傳送的數(shù)據(jù)量，從而節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量。節(jié)點(diǎn)能量。4 4.6.6應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議 傳感器管理協(xié)議 任務(wù)分派和數(shù)據(jù)廣播協(xié)議 傳感器查詢與數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議4 4.6.1 .6.1 傳感器管理協(xié)議傳感器管理協(xié)議系統(tǒng)管理通過采

10、用系統(tǒng)管理通過采用傳感器管理協(xié)議傳感器管理協(xié)議(SMP(SMP，Sensor Management Sensor Management Protocol)Protocol)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。與無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。無線傳感網(wǎng)絡(luò)與其他很多網(wǎng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與其他很多網(wǎng)絡(luò)不同，節(jié)點(diǎn)沒有全局絡(luò)不同，節(jié)點(diǎn)沒有全局IDID（局域（局域IDID？) )，而且，而且一般缺少基礎(chǔ)設(shè)施。一般缺少基礎(chǔ)設(shè)施。因此，因此，SMPSMP需要采用基于需要采用基于屬性的命名屬性的命名和基于和基于位置的選址位置的選址對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問訪問。SMPSMP是提供軟件操作的管理協(xié)議，這些軟件操作是以下管理任務(wù)所必需的是提供

11、軟件操作的管理協(xié)議，這些軟件操作是以下管理任務(wù)所必需的：將與數(shù)據(jù)聚集、基于屬性的命名和聚類相關(guān)的規(guī)則引入無線傳感節(jié)點(diǎn)；將與數(shù)據(jù)聚集、基于屬性的命名和聚類相關(guān)的規(guī)則引入無線傳感節(jié)點(diǎn)；交換與位置搜尋相關(guān)的數(shù)據(jù)；交換與位置搜尋相關(guān)的數(shù)據(jù)；無線傳感節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步；無線傳感節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步；移動(dòng)無線傳感節(jié)點(diǎn)；移動(dòng)無線傳感節(jié)點(diǎn)；打開和關(guān)閉無線傳感節(jié)點(diǎn)；打開和關(guān)閉無線傳感節(jié)點(diǎn)；查詢無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，重新設(shè)置無線傳感網(wǎng)絡(luò)；查詢無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，重新設(shè)置無線傳感網(wǎng)絡(luò)；認(rèn)證、密碼分配與數(shù)據(jù)通信安全。認(rèn)證、密碼分配與數(shù)據(jù)通信安全。4 4.6.1.6.1傳感器管理協(xié)議傳感器管理協(xié)議4 4.6.2.6

12、.2任務(wù)分派與數(shù)據(jù)廣播協(xié)議任務(wù)分派與數(shù)據(jù)廣播協(xié)議無線傳感網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要操作是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要操作是“興趣興趣”分發(fā)分發(fā)。用戶向無線傳感節(jié)點(diǎn)、。用戶向無線傳感節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的子集或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送其節(jié)點(diǎn)的子集或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送其“興趣興趣”內(nèi)容。此內(nèi)容。此“興趣興趣”內(nèi)容可與觀察內(nèi)容可與觀察對(duì)象的某種屬性相關(guān)，或者與一個(gè)觸發(fā)事件相關(guān)。另一種方式是對(duì)對(duì)象的某種屬性相關(guān)，或者與一個(gè)觸發(fā)事件相關(guān)。另一種方式是對(duì)可用可用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播。無線傳感節(jié)點(diǎn)將可用數(shù)據(jù)廣播給用戶，而用戶查詢其感進(jìn)行廣播。無線傳感節(jié)點(diǎn)將可用數(shù)據(jù)廣播給用戶，而用戶查詢其感興趣的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層協(xié)議為用戶軟件提供了興趣的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層協(xié)議為用

13、戶軟件提供了“興趣興趣”分發(fā)的有效接口的，分發(fā)的有效接口的，對(duì)較低層操作對(duì)較低層操作( (例如路由例如路由) )十分有用。十分有用。4 4.6.3.6.3傳感器查詢與數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議傳感器查詢與數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議傳感器傳感器查詢查詢和和數(shù)據(jù)分發(fā)數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議協(xié)議(SQDDP(SQDDP，Sensor Query and Data Sensor Query and Data Dissemination Protocol)Dissemination Protocol)為用戶應(yīng)用提供了問題查詢、查詢響應(yīng)和搜為用戶應(yīng)用提供了問題查詢、查詢響應(yīng)和搜集答復(fù)的接口。這些查詢一般不向特定節(jié)點(diǎn)發(fā)送，而是采用了基于屬性集答復(fù)

14、的接口。這些查詢一般不向特定節(jié)點(diǎn)發(fā)送，而是采用了基于屬性或位置的命名?；蛭恢玫拿?傳感器查詢和任務(wù)語言傳感器查詢和任務(wù)語言(SQTL(SQTL，Sensor Query and Tasking Language)Sensor Query and Tasking Language)提供了更多服務(wù)種類。提供了更多服務(wù)種類。 SQTLSQTL支持支持3 3種事件種事件，這些事件用關(guān)鍵詞，這些事件用關(guān)鍵詞receivereceive、everyevery和和expireexpire定義。定義。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞receivereceive規(guī)定了收到一個(gè)消息時(shí)由無線傳感節(jié)點(diǎn)生成的事件；規(guī)定了收到一個(gè)消息時(shí)

15、由無線傳感節(jié)點(diǎn)生成的事件；關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞everyevery規(guī)定了采用計(jì)時(shí)器定時(shí)而周期性產(chǎn)生的事件；規(guī)定了采用計(jì)時(shí)器定時(shí)而周期性產(chǎn)生的事件；關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞expireexpire規(guī)定了計(jì)時(shí)器超時(shí)引發(fā)的事件。規(guī)定了計(jì)時(shí)器超時(shí)引發(fā)的事件。若無線傳感節(jié)點(diǎn)收到預(yù)期消息，而且消息包含一個(gè)腳本，則運(yùn)行此腳本。若無線傳感節(jié)點(diǎn)收到預(yù)期消息，而且消息包含一個(gè)腳本，則運(yùn)行此腳本。雖然已經(jīng)定義了雖然已經(jīng)定義了SQTLSQTL，但可為各種應(yīng)用開發(fā)不同類別的，但可為各種應(yīng)用開發(fā)不同類別的SQDDPSQDDP。每種應(yīng)用。每種應(yīng)用中，中，SQDDPSQDDP都有特定的執(zhí)行方式。都有特定的執(zhí)行方式。4 4.6.3.6.3傳感器查

16、詢與數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議傳感器查詢與數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議4.7.1 MAC4.7.1 MAC協(xié)議的分類協(xié)議的分類針對(duì)不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，研究人員從不同方面提出了多個(gè)針對(duì)不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，研究人員從不同方面提出了多個(gè)MACMAC協(xié)議，一般可以按照下列幾種方式進(jìn)行分類。協(xié)議，一般可以按照下列幾種方式進(jìn)行分類。 1 1信道數(shù)信道數(shù)-單信道、雙信道的單信道、雙信道的MACMAC協(xié)議協(xié)議; ; 2 2信道分配方式信道分配方式-基于基于TDMATDMA的時(shí)分復(fù)用固定式、基于的時(shí)分復(fù)用固定式、基于CSMACSMA的隨機(jī)競的隨機(jī)競爭式和混合式爭式和混合式3 3種種 ; ; 3 3節(jié)點(diǎn)的工作方式節(jié)點(diǎn)的工作方式-偵聽、喚醒

17、和調(diào)度偵聽、喚醒和調(diào)度3 3種種 ; 4 4控制方式控制方式-分布式執(zhí)行的協(xié)議和集中控制的協(xié)議分布式執(zhí)行的協(xié)議和集中控制的協(xié)議 。4.7 MAC4.7 MAC協(xié)議協(xié)議4.7.2 IEEE 802.114.7.2 IEEE 802.11協(xié)議協(xié)議( (簡述了解簡述了解) )1 1. . IEEE 802.11 IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1 1） Ad Hoc Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)形式網(wǎng)絡(luò)形式 （2 2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)形式）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)形式 （3 3） 擴(kuò)展服務(wù)集結(jié)構(gòu)形式擴(kuò)展服務(wù)集結(jié)構(gòu)形式 2 IEEE 802. 11 2 IEEE 802. 11 協(xié)議協(xié)議MACMAC層的工作模式層

18、的工作模式載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入CSMA(Carrier Sense Multiple Access)稱為稱為載波偵聽載波偵聽多點(diǎn)訪問協(xié)議多點(diǎn)訪問協(xié)議。 CSMA協(xié)議內(nèi)容：協(xié)議內(nèi)容： (1)1-堅(jiān)持堅(jiān)持CSMA； (2)非堅(jiān)持CSMA； (3)P-堅(jiān)持CSMA； (4)CSMA/CD(CSMA/Collision Detect)； (5)CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)。 IEEE 802.11協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)采用CSMA/CA機(jī)制，該機(jī)制可以利用握手的方式來解決隱藏終端的問題 。圖圖5-4 IEEE 802.115-4 IEEE 802.11兩種工作模式

19、兩種工作模式 802.11協(xié)議族規(guī)定了兩種不同的協(xié)議族規(guī)定了兩種不同的MAC層訪問機(jī)制，一種是層訪問機(jī)制，一種是分布式分布式協(xié)調(diào)功能協(xié)調(diào)功能(Distributed Coordination Function，DCF)，用來傳輸異，用來傳輸異步數(shù)據(jù)，同時(shí)也是支持步數(shù)據(jù)，同時(shí)也是支持PCF機(jī)制的基礎(chǔ)。另一種訪問機(jī)制稱為機(jī)制的基礎(chǔ)。另一種訪問機(jī)制稱為點(diǎn)協(xié)調(diào)功點(diǎn)協(xié)調(diào)功能能(Point Coordination Function，PCF)，是可選的，它只可用于基，是可選的，它只可用于基本網(wǎng)絡(luò)配置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩種工作模式關(guān)系如圖本網(wǎng)絡(luò)配置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩種工作模式關(guān)系如圖5-4所示。所示。3 3 分布式協(xié)

20、調(diào)功能分布式協(xié)調(diào)功能(DCF) (DCF) （閱讀（閱讀-跳跳P30P30） （1 1）基本訪問）基本訪問 基本訪問被視為基本訪問被視為STA(STA(站點(diǎn)站點(diǎn)) )用于決定是否可以發(fā)送的核心機(jī)用于決定是否可以發(fā)送的核心機(jī)制。通常，一個(gè)制。通常，一個(gè)STASTA在滿足下列條件之一時(shí)，就可以發(fā)送一個(gè)在滿足下列條件之一時(shí)，就可以發(fā)送一個(gè)MPDU(MAC Protocol Data Unit)MPDU(MAC Protocol Data Unit)： 該該STASTA在沒有在沒有PCPC的情況下，按照的情況下，按照DCFDCF訪問方式工作；訪問方式工作； 該該STASTA處在處在PCFPCF訪問的競

21、爭期間；訪問的競爭期間； 該該STASTA確定當(dāng)媒介的空閑時(shí)間大于或等于一個(gè)確定當(dāng)媒介的空閑時(shí)間大于或等于一個(gè)DIFSDIFS； 當(dāng)當(dāng)STASTA上次收到一個(gè)沒有正確上次收到一個(gè)沒有正確FCSFCS幀后，幀后，STASTA確定媒介空閑時(shí)間確定媒介空閑時(shí)間大于或等于一個(gè)大于或等于一個(gè)DIFSDIFS。如果在這些條件之外，當(dāng)如果在這些條件之外，當(dāng)STASTA處于無競爭期以外發(fā)起一系列處于無競爭期以外發(fā)起一系列幀交換的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)媒介處于忙狀態(tài)，則幀交換的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)媒介處于忙狀態(tài)，則STASTA隨后將調(diào)用隨機(jī)退隨后將調(diào)用隨機(jī)退避算法。避算法。圖圖5-5 DCF5-5 DCF基本訪問模式基本訪問模式 （

22、2 2）RTS/CTSRTS/CTS訪問機(jī)制訪問機(jī)制 在無線局域網(wǎng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隱蔽終端的問題，如圖在無線局域網(wǎng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隱蔽終端的問題，如圖5-65-6所所示。為了解決這種隱蔽終端問題，示。為了解決這種隱蔽終端問題，DCFDCF可利用可利用RTSRTS和和CTSCTS兩個(gè)控制兩個(gè)控制幀來進(jìn)行信道預(yù)約。幀來進(jìn)行信道預(yù)約。圖圖5-65-6隱蔽終端問題隱蔽終端問題802.11 MAC802.11 MAC協(xié)議中通過立即主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制來提高協(xié)議中通過立即主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制來提高性能，在主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制中，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)發(fā)給它的有效數(shù)性能，在主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制中，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)發(fā)給它的有效

23、數(shù)據(jù)幀據(jù)幀(DATA)(DATA)時(shí)，必須向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀時(shí)，必須向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀(ACK)(ACK)，確認(rèn)數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)已被正確接收到。已被正確接收到。RTS/CTSRTS/CTS訪問機(jī)制工作原理如圖訪問機(jī)制工作原理如圖5-75-7所示。所示。圖圖5-75-7RTS/CTSRTS/CTS訪問機(jī)制訪問機(jī)制 （3 3）退避算法）退避算法對(duì)于要發(fā)送幀的對(duì)于要發(fā)送幀的STASTA而言，當(dāng)該而言，當(dāng)該STASTA通過物理或虛擬載波機(jī)制通過物理或虛擬載波機(jī)制發(fā)現(xiàn)媒質(zhì)忙時(shí)，或發(fā)現(xiàn)媒質(zhì)忙時(shí)，或STASTA被指出發(fā)送沒有成功時(shí)，被指出發(fā)送沒有成功時(shí)，STASTA將調(diào)用退避算將調(diào)用退避算法。退避算法

24、過程如圖法。退避算法過程如圖5-85-8所示所示 。 圖圖5-85-8退避算法過程退避算法過程4 4集中式協(xié)調(diào)功能集中式協(xié)調(diào)功能(PCF) (PCF) 閱讀閱讀 （1 1）PCFPCF基本訪問基本訪問 （2 2）無競爭期間的網(wǎng)絡(luò)分配矢量操作）無競爭期間的網(wǎng)絡(luò)分配矢量操作 （3 3）PCFPCF站點(diǎn)的幀發(fā)送過程站點(diǎn)的幀發(fā)送過程 圖圖5-95-9為為PCFPCF工作模式下工作模式下PCPC和和STASTA間幀傳輸?shù)睦印ｉg幀傳輸?shù)睦?。圖圖5-9 PCF5-9 PCF工作模式下的幀傳輸工作模式下的幀傳輸 （4 4）無競爭輪詢列表）無競爭輪詢列表 輪詢列表是一個(gè)隱藏在輪詢列表是一個(gè)隱藏在PCPC處的

25、邏輯結(jié)構(gòu)，用于強(qiáng)制輪處的邏輯結(jié)構(gòu)，用于強(qiáng)制輪詢無競爭可輪詢的詢無競爭可輪詢的STASTA，而不管是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送到該，而不管是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送到該STASTA。 5 DCF5 DCF與與PCFPCF機(jī)制的局限性機(jī)制的局限性DCFDCF機(jī)制支持異步數(shù)據(jù)傳輸，在低負(fù)載環(huán)境下性能較好，由于機(jī)制支持異步數(shù)據(jù)傳輸，在低負(fù)載環(huán)境下性能較好，由于DCFDCF機(jī)制僅僅支持盡力而為的服務(wù)，沒有基于數(shù)據(jù)流的區(qū)分和優(yōu)先級(jí)機(jī)制僅僅支持盡力而為的服務(wù)，沒有基于數(shù)據(jù)流的區(qū)分和優(yōu)先級(jí)的規(guī)定，因此對(duì)于如的規(guī)定，因此對(duì)于如VoIPVoIP電話、視頻會(huì)議等需要特定的帶寬、延遲電話、視頻會(huì)議等需要特定的帶寬、延遲和抖動(dòng)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不太

26、適合，但無線網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵技術(shù)，比如和抖動(dòng)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不太適合，但無線網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵技術(shù)，比如RTS/CTSRTS/CTS，分段，分段/ /重組等在一定程度上進(jìn)行了性能的彌補(bǔ)。重組等在一定程度上進(jìn)行了性能的彌補(bǔ)。 PCFPCF機(jī)制通過輪詢和應(yīng)答機(jī)制提供無競爭的傳輸，在某種程度上機(jī)制通過輪詢和應(yīng)答機(jī)制提供無競爭的傳輸，在某種程度上這種方式類似于令牌網(wǎng)?？刂破骺刂浦钆疲沟眠@一機(jī)制適合特這種方式類似于令牌網(wǎng)?？刂破骺刂浦钆?，使得這一機(jī)制適合特定延遲、抖動(dòng)要求的傳輸。定延遲、抖動(dòng)要求的傳輸。6 IEEE 802.116 IEEE 802.11的的QoSQoS保障保障（閱讀）（閱讀）普通的普通的

27、802.11802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是沒有無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是沒有QoSQoS保障的，為了彌補(bǔ)這一保障的，為了彌補(bǔ)這一不足，不足，IEEEIEEE提出了提出了802.11802.11的增強(qiáng)型標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型標(biāo)準(zhǔn)802.11e802.11e。802.1le802.1le增加了增加了對(duì)對(duì)QoSQoS的定義，旨在保證語音和視頻等高帶寬應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。的定義，旨在保證語音和視頻等高帶寬應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。 802.11e802.11e引入了引入了EDCFEDCF和和HCFHCF兩種機(jī)制，具有兩種機(jī)制，具有IEEE 802.1le QoSIEEE 802.1le QoS功功能的能的STASTA稱為稱為QSTA (

28、QoS-capable STA)QSTA (QoS-capable STA)，為其他，為其他STASTA提供集中控制的提供集中控制的QSTAQSTA稱為混合協(xié)調(diào)器稱為混合協(xié)調(diào)器(HC)(HC)，HCHC通常由通常由APAP擔(dān)任，此擔(dān)任，此APAP也稱為也稱為QAPQAP。EDCFEDCF只在只在CPCP階段使用，階段使用，HCFHCF在在CPCP和和CFPCFP階段都可以使用，因而是一種混合協(xié)階段都可以使用，因而是一種混合協(xié)調(diào)功能。調(diào)功能。4.7.34.7.3基于基于競爭競爭的的MACMAC協(xié)議協(xié)議1. S-MAC1. S-MAC協(xié)議協(xié)議S-MAC (sensor MAC)S-MAC (sen

29、sor MAC)協(xié)議是在協(xié)議是在802.11 MAC802.11 MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，針對(duì)協(xié)議基礎(chǔ)上，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量節(jié)省能量需求而提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)需求而提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)MACMAC協(xié)議。協(xié)議。S-MACS-MAC協(xié)議協(xié)議假設(shè)假設(shè)通常情況下傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量少，節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成通常情況下傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量少，節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成共同的任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和融合以減少數(shù)據(jù)通共同的任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和融合以減少數(shù)據(jù)通信量，網(wǎng)絡(luò)能夠容忍一定程度的通信延遲。它的信量，網(wǎng)絡(luò)能夠容忍一定程度的通信延遲。它的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是是提供良好的擴(kuò)展性，減少節(jié)點(diǎn)能量的

30、消耗。提供良好的擴(kuò)展性，減少節(jié)點(diǎn)能量的消耗。（1 1）周期性偵聽和睡眠）周期性偵聽和睡眠圖圖5-10 5-10 協(xié)議的虛擬簇協(xié)議的虛擬簇（2 2）流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制）流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制（3 3）串音避免）串音避免 （4 4） 消息傳遞消息傳遞圖圖5-11 S-MAC5-11 S-MAC與與IEEE 802.11 MACIEEE 802.11 MAC協(xié)議的突發(fā)分組傳送協(xié)議的突發(fā)分組傳送2. T-MAC2. T-MAC協(xié)議協(xié)議（1 1） 基本工作原理基本工作原理T-MACT-MAC協(xié)議在保持協(xié)議在保持周期長度不變周期長度不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)通信流量動(dòng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)通信流量動(dòng)態(tài)地態(tài)地調(diào)整活動(dòng)時(shí)間調(diào)整活

31、動(dòng)時(shí)間，用突發(fā)方式發(fā)送信息，減少空閑偵聽時(shí)間。，用突發(fā)方式發(fā)送信息，減少空閑偵聽時(shí)間。如圖如圖5-12(b)5-12(b)所示，所示，T-MACT-MAC協(xié)議相對(duì)協(xié)議相對(duì)S-MACS-MAC協(xié)議減少了處于活動(dòng)狀協(xié)議減少了處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間。態(tài)的時(shí)間。（2 2）早睡問題）早睡問題 T-MACT-MAC協(xié)議提出兩種方法解決早睡問題。第一種方法稱為未協(xié)議提出兩種方法解決早睡問題。第一種方法稱為未來請(qǐng)求發(fā)送來請(qǐng)求發(fā)送(future request-to-send(future request-to-send，F(xiàn)RTS)FRTS)。 另一種方法稱作滿緩沖區(qū)優(yōu)先另一種方法稱作滿緩沖區(qū)優(yōu)先(full buf

32、fer priority)(full buffer priority)。當(dāng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)接近占滿時(shí)，對(duì)收到的節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)接近占滿時(shí)，對(duì)收到的RTSRTS不作應(yīng)答，而是立即向不作應(yīng)答，而是立即向目標(biāo)接收者發(fā)送目標(biāo)接收者發(fā)送RTSRTS消息，并傳輸數(shù)據(jù)給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。消息，并傳輸數(shù)據(jù)給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。3. Sift3. Sift協(xié)議（閱讀）協(xié)議（閱讀）Sift MACSift MAC協(xié)議是針對(duì)協(xié)議是針對(duì)基于事件驅(qū)動(dòng)基于事件驅(qū)動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)提出的的傳感器網(wǎng)絡(luò)提出的基于競爭的基于競爭的MACMAC協(xié)議。它不同于協(xié)議。它不同于WLANWLAN的的802.11 MAC802.11 MAC協(xié)議和上面協(xié)議和上面所述的

33、其他基于競爭的傳感器網(wǎng)絡(luò)所述的其他基于競爭的傳感器網(wǎng)絡(luò)MACMAC協(xié)議，而是充分考慮了協(xié)議，而是充分考慮了通常傳感器網(wǎng)絡(luò)的以下三個(gè)特性：通常傳感器網(wǎng)絡(luò)的以下三個(gè)特性： 第一，傳感器網(wǎng)絡(luò)的空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。第一，傳感器網(wǎng)絡(luò)的空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。 第二，不是所有節(jié)點(diǎn)都需要報(bào)告事件。第二，不是所有節(jié)點(diǎn)都需要報(bào)告事件。 第三，感知事件的節(jié)點(diǎn)密度隨時(shí)間變化。第三，感知事件的節(jié)點(diǎn)密度隨時(shí)間變化。 4.7.4 4.7.4 基于時(shí)分復(fù)用的基于時(shí)分復(fù)用的MACMAC協(xié)議協(xié)議 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(time division multiple access(time division multiple ac

34、cess，TDMA)TDMA)是實(shí)現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)信道分配的信道分配的簡單成熟簡單成熟的機(jī)制，藍(lán)牙的機(jī)制，藍(lán)牙(B1uetooth)(B1uetooth)網(wǎng)絡(luò)采用了基于網(wǎng)絡(luò)采用了基于TDMATDMA的的MACMAC協(xié)議。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用協(xié)議。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用TDMATDMA機(jī)制，就是為每個(gè)節(jié)機(jī)制，就是為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的用于數(shù)據(jù)點(diǎn)分配獨(dú)立的用于數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送或或接收接收的的時(shí)槽時(shí)槽，而節(jié)點(diǎn)在其他空閑時(shí)，而節(jié)點(diǎn)在其他空閑時(shí)槽內(nèi)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。槽內(nèi)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。TDMATDMA機(jī)制的一些特點(diǎn)非常適合傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)省能量的需求：機(jī)制的一些特點(diǎn)非常適合傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)省能量的需求：TDMATDMA機(jī)制沒有競爭機(jī)制的

35、碰撞重傳問題；數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要過多機(jī)制沒有競爭機(jī)制的碰撞重傳問題；數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要過多的控制信息；節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)槽能夠及時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。的控制信息；節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)槽能夠及時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。1.1.基于分簇網(wǎng)絡(luò)的基于分簇網(wǎng)絡(luò)的MACMAC協(xié)議協(xié)議 對(duì)于分簇結(jié)構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，基于對(duì)于分簇結(jié)構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，基于TDMATDMA機(jī)制的機(jī)制的MACMAC協(xié)議如圖協(xié)議如圖5-175-17所示，所有傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)劃分或所示，所有傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)劃分或自動(dòng)形成多個(gè)簇自動(dòng)形成多個(gè)簇，每個(gè)簇，每個(gè)簇內(nèi)有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)。內(nèi)有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭負(fù)責(zé)為簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點(diǎn)分配時(shí)槽簇頭負(fù)責(zé)為簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點(diǎn)分配時(shí)槽，收集和處理簇內(nèi)

36、傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)收集和處理簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)。2. DEANA2. DEANA協(xié)議協(xié)議DEANADEANA協(xié)議的協(xié)議的時(shí)間幀時(shí)間幀分配如圖分配如圖5 51818所示。所示。3. 3. 基于基于周期性調(diào)度周期性調(diào)度的的MACMAC協(xié)議協(xié)議基于周期性消息調(diào)度的基于周期性消息調(diào)度的MACMAC協(xié)議。該協(xié)議采用協(xié)議。該協(xié)議采用周期性的消息周期性的消息發(fā)送發(fā)送模型，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)周期性消息發(fā)送調(diào)度機(jī)制，保證節(jié)點(diǎn)之間無模型，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)周期性消息發(fā)送調(diào)度機(jī)制，保證節(jié)點(diǎn)之間無沖突地使用無線信道，是一個(gè)確定性的基于消息調(diào)度的沖突地使用無線信道，是一個(gè)確定性的基

37、于消息調(diào)度的TDMATDMA類型類型的的MACMAC協(xié)議。協(xié)議假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)之間都是協(xié)議。協(xié)議假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)之間都是時(shí)間同步時(shí)間同步的，節(jié)點(diǎn)發(fā)送的，節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息由多個(gè)固定長度的分組組成，每個(gè)消息都有生存時(shí)間的限的消息由多個(gè)固定長度的分組組成，每個(gè)消息都有生存時(shí)間的限制，消息產(chǎn)生后必須在給定時(shí)間內(nèi)發(fā)送出去，否則該消息即使發(fā)制，消息產(chǎn)生后必須在給定時(shí)間內(nèi)發(fā)送出去，否則該消息即使發(fā)送出去也沒有意義。時(shí)間被劃分為連續(xù)的長度相同的時(shí)槽，時(shí)槽送出去也沒有意義。時(shí)間被劃分為連續(xù)的長度相同的時(shí)槽，時(shí)槽長度是發(fā)送一個(gè)固定分組需要的時(shí)間。長度是發(fā)送一個(gè)固定分組需要的時(shí)間。4. TRAMA4. TRAMA協(xié)議協(xié)議流量

38、自適應(yīng)介質(zhì)訪問流量自適應(yīng)介質(zhì)訪問(traffic adaptive medium access(traffic adaptive medium access，TRAMA)TRAMA)協(xié)議將時(shí)間劃分為連續(xù)時(shí)槽，根據(jù)協(xié)議將時(shí)間劃分為連續(xù)時(shí)槽，根據(jù)局部兩跳內(nèi)局部兩跳內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，采用分布式選舉機(jī)制確定每個(gè)時(shí)槽的無沖突發(fā)送者。同時(shí)，信息，采用分布式選舉機(jī)制確定每個(gè)時(shí)槽的無沖突發(fā)送者。同時(shí)，通過避免把時(shí)槽分配給無流量的節(jié)點(diǎn)，并讓非發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)處通過避免把時(shí)槽分配給無流量的節(jié)點(diǎn)，并讓非發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)達(dá)到節(jié)省能量的目的。于睡眠狀態(tài)達(dá)到節(jié)省能量的目的。TRAMATRAMA協(xié)議包括鄰

39、居協(xié)議協(xié)議包括鄰居協(xié)議NP NP (neighbor protocol)(neighbor protocol)、調(diào)度交換協(xié)議、調(diào)度交換協(xié)議SEP (schedule exchange SEP (schedule exchange protocol)protocol)和自適應(yīng)時(shí)槽選擇算法和自適應(yīng)時(shí)槽選擇算法AEA (adaptive electional AEA (adaptive electional gorithm)gorithm)。 （1 1）NPNP協(xié)議協(xié)議NPNP協(xié)議在隨機(jī)訪問周期內(nèi)執(zhí)行，節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議在隨機(jī)訪問周期內(nèi)執(zhí)行，節(jié)點(diǎn)通過NPNP協(xié)議以競爭方式協(xié)議以競爭方式使用無線信道。協(xié)議要

40、求節(jié)點(diǎn)周期性通告自己的節(jié)點(diǎn)編號(hào)使用無線信道。協(xié)議要求節(jié)點(diǎn)周期性通告自己的節(jié)點(diǎn)編號(hào)IDID，是，是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送以及能夠直接通信的鄰居節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送以及能夠直接通信的鄰居節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步時(shí)間同步。節(jié)點(diǎn)間通過。節(jié)點(diǎn)間通過NPNP協(xié)議要獲得一致的兩跳協(xié)議要獲得一致的兩跳內(nèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)流量信息，為此協(xié)議要求所有節(jié)點(diǎn)在隨機(jī)訪問內(nèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)流量信息，為此協(xié)議要求所有節(jié)點(diǎn)在隨機(jī)訪問周期內(nèi)都一直處于活動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)要求通告信息要廣播多次。周期內(nèi)都一直處于活動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)要求通告信息要廣播多次。 （2 2）SEPSEP協(xié)議協(xié)議 調(diào)度交換協(xié)議調(diào)度交換協(xié)議SEPSEP用來建立和維護(hù)發(fā)送者和接收者的調(diào)度