無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議

1、 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議MAC協(xié)議概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議層協(xié)議決定了如何使用無(wú)線如何使用無(wú)線信道進(jìn)行通信信道進(jìn)行通信，以確保不同節(jié)點(diǎn)不同節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間進(jìn)行消息收發(fā)時(shí)不會(huì)造成碰撞不會(huì)造成碰撞。降低能耗：降低能耗：MAC協(xié)議應(yīng)在保持正常通信的前提下盡量降低設(shè)備的忙閑比?？蓴U(kuò)展性：可擴(kuò)展性：MAC協(xié)議必須能夠適應(yīng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤處理：MAC協(xié)議必須避免那些已知的和可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤情況，以保證通信的可靠。CSMA機(jī)制CSMA機(jī)制（虛擬載波監(jiān)聽(tīng)） 虛擬載波監(jiān)聽(tīng)虛擬載波監(jiān)聽(tīng)n源站將還需占用信道的時(shí)間在 MAC 幀頭字段“持續(xù)時(shí)間”中指示給所有其他站，其他站會(huì)在這段

2、時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。n“虛擬”是指其他站未真正監(jiān)聽(tīng)信道，而是檢測(cè)源站發(fā)送幀中的“持續(xù)時(shí)間”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。n 當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。nNAV 指出了必須經(jīng)過(guò)多少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。CSMA機(jī)制CSMA機(jī)制的原則先聽(tīng)后講先聽(tīng)后講信道空閑則發(fā)送邊聽(tīng)邊講邊聽(tīng)邊講發(fā)送信號(hào)時(shí)不斷檢測(cè)信道是否碰撞碰撞即停碰撞即停信道發(fā)生碰撞，則停止發(fā)送退避重傳退避重傳多次碰撞，多次碰撞，放棄發(fā)送放棄發(fā)送最多重傳16次CSMA機(jī)制CSMA機(jī)制中的三種IFS

3、SIFS(Short IFS)：最短幀間隔，優(yōu)先級(jí)最高，用于需要立即響應(yīng)的服務(wù)，如ACK幀、CTS幀等。PIFS(PCF IFS)：點(diǎn)協(xié)調(diào)模式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間隔，用來(lái)獲得在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)周期啟動(dòng)時(shí)訪問(wèn)信道的優(yōu)先權(quán)。DIFS(DCF IFS)：分布式協(xié)調(diào)模式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間隔，用以發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。CSMA機(jī)制MAC層“隱藏節(jié)點(diǎn)”效應(yīng)如只使用 CSMA機(jī)制，偵聽(tīng)到信道 “閑” 可能結(jié)果不正確，由于：1.隱蔽站問(wèn)題 - 發(fā)送方偵聽(tīng)不到: A, C 不能互相聽(tīng)到，中間有障礙物、信號(hào)衰減，A、C 于是都發(fā)給 B， B 處此時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖突。2.信號(hào)強(qiáng)度衰減問(wèn)題 - C 在發(fā)送，由于信號(hào)傳輸衰減，傳到 A 處時(shí)，

4、A 聽(tīng)不到，A 以為聽(tīng)到信道閑，也發(fā)， 接收站 B 處此時(shí)產(chǎn)生沖突。 隱終端是指是指在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的終端在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的終端。LocationSignal strengthABCCSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance 沖突避免沖突避免: 增加增加 RTS-CTS 交互交互nCSMA/CA: 信道預(yù)約發(fā)送站: 發(fā)出短的 RTS幀(request to send)預(yù)約信道接收站: 應(yīng)答短的 CTS幀 (clear to send)同意預(yù)約nCTS 為發(fā)送站保留信道, 起了通知其它(可能隱蔽的)站點(diǎn)的效果n避免

5、了隱蔽站點(diǎn)造成的沖突 MAC層CSMA/CA機(jī)制CSMA機(jī)制MAC層CSMA/CA機(jī)制CSMA機(jī)制數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入退避階段，如選擇的退避時(shí)間一致，有可能會(huì)發(fā)生數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入退避階段，如選擇的退避時(shí)間一致，有可能會(huì)發(fā)生碰撞，碰撞，CSMA采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制規(guī)避再次碰撞。采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制規(guī)避再次碰撞。確定基本退避時(shí)間（基數(shù)），一般定為2T，即一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)窗口定義K為重傳次數(shù)，K=min重傳次數(shù)，10從集合0,1,2,2k-1中，隨機(jī)取出一個(gè)數(shù)R，令退避時(shí)間為t=R2T如數(shù)據(jù)幀在重傳16次后仍無(wú)法成功發(fā)送，則認(rèn)為傳輸失敗并報(bào)告給高層協(xié)議MAC層能耗來(lái)源射頻模塊處于活動(dòng)狀態(tài)會(huì)消耗大量的能源。這是節(jié)點(diǎn)能

6、量消耗的最主要來(lái)源，射頻收發(fā)器處于接收模式時(shí)消耗的能量比其處于待命模式多兩個(gè)數(shù)量級(jí)。為避免沖突，節(jié)點(diǎn)也需要不斷的偵聽(tīng)信道，查詢信道是否被占用?？臻e偵聽(tīng)的代價(jià)也是很大的?？臻e偵聽(tīng)(Idlelistening)碰撞沖突(Collision)MAC層能耗來(lái)源兩個(gè)以上節(jié)點(diǎn)在同時(shí)向一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，目的點(diǎn)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，信號(hào)相互干擾，數(shù)據(jù)幀被破壞，源節(jié)點(diǎn)需重新發(fā)送。發(fā)送和接收錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的能量被損耗，造成了能量浪費(fèi)和信息延遲。利用RTSCTS握手機(jī)制可解決沖突問(wèn)題，但帶來(lái)額外的協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)。串?dāng)_(Overhearing)MAC層能耗來(lái)源節(jié)點(diǎn)是以廣播的形式發(fā)送消息的，廣播范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)就可能接收到發(fā)向其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)

7、包，造成串音干擾。當(dāng)節(jié)點(diǎn)密度很大或者需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)很多的時(shí)候，串?dāng)_消耗的能量也是很可觀的。為盡量避免這種情況，節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在無(wú)數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)關(guān)閉其接收器?？刂菩畔㈤_(kāi)銷(xiāo)(Control packet overhead)MAC層能耗來(lái)源MAC層協(xié)議需要節(jié)點(diǎn)間交換控制信息，造成能量損耗，MAC的報(bào)頭和控制包(如RTSCTSACK)非有效數(shù)據(jù)，消耗的能量對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是無(wú)效的。當(dāng)數(shù)據(jù)幀較小時(shí)，協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)很大。節(jié)點(diǎn)確認(rèn)其鄰居節(jié)點(diǎn)所處狀態(tài)(是否存活等)，進(jìn)行同步等，也需發(fā)送或接收一些消息，要消耗能量。節(jié)能策略MAC層能耗來(lái)源盡量讓傳感器節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)減少碰撞減少控制消息的能量開(kāi)銷(xiāo)減少接收到無(wú)需接收的數(shù)據(jù)分組基于競(jìng)爭(zhēng)的

8、MAC層協(xié)議S-MAC協(xié)議被同步節(jié)點(diǎn)被同步節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)在決定自身調(diào)度計(jì)劃前接受到其他節(jié)點(diǎn)的調(diào)度計(jì)劃，將收到的計(jì)劃作為自身的調(diào)度計(jì)劃。同步者同步者：偵聽(tīng)過(guò)了既定時(shí)間段后，未收到其他調(diào)度計(jì)劃，即將自身的調(diào)度計(jì)劃廣播出去。在簇狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度計(jì)劃是一致的。邊界節(jié)點(diǎn)邊界節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)在設(shè)置了自身調(diào)度計(jì)劃后，又收到一份不同的調(diào)度計(jì)劃，則會(huì)同時(shí)采納兩種調(diào)度計(jì)劃。邊界節(jié)點(diǎn)多見(jiàn)于橋接兩個(gè)不同簇的節(jié)點(diǎn)，會(huì)按照兩個(gè)簇的喚醒時(shí)間進(jìn)行睡眠管理。基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議S-MAC協(xié)議基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議有“自適應(yīng)偵聽(tīng)”機(jī)制的S-MAC協(xié)議節(jié)點(diǎn)A、B確立通信關(guān)系時(shí)，節(jié)點(diǎn)C通過(guò)B的CTS幀內(nèi)duration(持續(xù)時(shí)間

9、)字段得知信道通信結(jié)束時(shí)間。在節(jié)點(diǎn)A、B傳輸結(jié)束時(shí)，C立即喚醒自己，與B建立通信關(guān)系。兩跳外的節(jié)點(diǎn)不參與其中。優(yōu)點(diǎn)：提高通信效率。缺點(diǎn)：所有接收到RTS和CTS幀的節(jié)點(diǎn)，都會(huì)被喚醒，增加了能耗和串音的幾率；缺乏多跳感知能力?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議有“消息傳遞”機(jī)制的S-MAC協(xié)議無(wú)需在每個(gè)數(shù)據(jù)幀傳送的過(guò)程中都發(fā)送RTS、CTS管理幀當(dāng)有突發(fā)大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在第一個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送RTS-CTS管理幀，目的節(jié)點(diǎn)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)幀逐個(gè)確認(rèn)。源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的每個(gè)幀都包含消息的剩余時(shí)間域?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議S-MAC協(xié)議周期性偵聽(tīng)/睡眠的工作方式（能量） 一致性的睡眠調(diào)度機(jī)制（空閑偵聽(tīng)）流量自適應(yīng)的偵聽(tīng)

10、機(jī)制（減少延遲）消息分割和突發(fā)傳遞（控制消息和消息延遲）基本思想基本思想S-MAC協(xié)議的優(yōu)勢(shì)協(xié)議的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展性好載荷不大的情況下，能耗較少串音避免適應(yīng)上層協(xié)議的分簇機(jī)制S-MAC協(xié)議的不足協(xié)議的不足忙閑比固定，無(wú)法適應(yīng)載荷的動(dòng)態(tài)變化節(jié)點(diǎn)休眠帶來(lái)時(shí)延，不適合實(shí)時(shí)性要求高的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、規(guī)模大的網(wǎng)絡(luò)，能耗較大基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議T-MAC協(xié)議T-MAC（Timeout MAC）協(xié)議協(xié)議，實(shí)際上是S-MAC協(xié)議的一種改進(jìn)。S-MAC協(xié)議的周期長(zhǎng)度受限于延遲要求和緩存大小，而偵聽(tīng)時(shí)間主要依賴于消息速率。為保證消息的可靠傳輸，節(jié)點(diǎn)的周期活動(dòng)時(shí)間必須適應(yīng)最高的通信負(fù)載，造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小時(shí)，節(jié)點(diǎn)空閑偵聽(tīng)時(shí)間

11、的相對(duì)增加。對(duì)以上不足的改進(jìn)，提出了T-MAC協(xié)議：在保持周期偵聽(tīng)長(zhǎng)度不變的情況下，根據(jù)通信流量動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)活動(dòng)時(shí)間通信流量動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)活動(dòng)時(shí)間，用突發(fā)方式發(fā)送消息，減少空閑偵聽(tīng)時(shí)間減少空閑偵聽(tīng)時(shí)間。其主要特點(diǎn)是引入了一個(gè)引入了一個(gè)TA時(shí)隙時(shí)隙。基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議T-MAC協(xié)議在節(jié)點(diǎn)活動(dòng)周期內(nèi)(SYNC、DATA)，如果在一個(gè)給定的時(shí)間段TA內(nèi)沒(méi)有發(fā)生特定事件沒(méi)有發(fā)生特定事件(定時(shí)器超時(shí)、接收到數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)無(wú)線信道、監(jiān)聽(tīng)RTS/CTS，確認(rèn)鄰居節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，則節(jié)點(diǎn)提前結(jié)束活動(dòng)節(jié)點(diǎn)提前結(jié)束活動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。ActiveActiveActiveSleepSleepS-MACA

12、ctiveActiveActiveSleepSleepTATATAT-MAC基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議T-MAC協(xié)議早睡問(wèn)題早睡問(wèn)題節(jié)點(diǎn)A獲得發(fā)送數(shù)據(jù)到節(jié)點(diǎn)B的機(jī)會(huì)，節(jié)點(diǎn)A發(fā)送RTS節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B應(yīng)答CTS。節(jié)點(diǎn)C收到B發(fā)出的CTS而轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，在B接收完數(shù)據(jù)后醒來(lái)，以接收B發(fā)送給它的數(shù)據(jù)。D可能不知道A和B的通信存在，在AB通信結(jié)束后已經(jīng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)C只有等到下一個(gè)周期才能傳輸數(shù)據(jù)到節(jié)點(diǎn)D。基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議T-MAC協(xié)議解決早睡問(wèn)題的方法之一解決早睡問(wèn)題的方法之一FRTS(Future Request To Send)節(jié)點(diǎn)C監(jiān)聽(tīng)到B發(fā)送給A的CTS時(shí)，立即向D發(fā)送FRTS，告知D所

13、需等待時(shí)間，D睡眠后醒來(lái)與C通信。A在發(fā)送DS占用信道，DS與FRTS長(zhǎng)度相同無(wú)有效信息，DS發(fā)送后，A開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。FRTS機(jī)制提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，增大了數(shù)據(jù)量和碰撞概率基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議T-MAC協(xié)議解決早睡問(wèn)題的方法之二解決早睡問(wèn)題的方法之二滿緩沖區(qū)優(yōu)滿緩沖區(qū)優(yōu)先先(Full Buffer Priority, FBP)節(jié)點(diǎn)C的TA時(shí)間即將結(jié)束時(shí)，收到B發(fā)來(lái)的RTS。節(jié)點(diǎn)C對(duì)B的RTS不做CTS回應(yīng)，而是向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D發(fā)出RTS。節(jié)點(diǎn)C與D開(kāi)展通信。避免了D的早睡問(wèn)題?？刂屏司W(wǎng)絡(luò)流量，但增加了碰撞的可能性?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議DMAC協(xié)議DMAC（Dynamic SMAC）基于SMAC和

14、TMAC思想，采用預(yù)先分配方采用預(yù)先分配方法法來(lái)避免睡眠延遲，在信道分配方面引入一種交錯(cuò)呼醒機(jī)制交錯(cuò)呼醒機(jī)制。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)保持靜止，且每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)有足夠的存活時(shí)間，保持網(wǎng)絡(luò)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)路徑不發(fā)生變化假設(shè)數(shù)據(jù)有傳感器節(jié)點(diǎn)向唯一的Sink單向傳輸假設(shè)各節(jié)點(diǎn)間保持時(shí)間同步在一條多跳傳輸路徑上，各節(jié)點(diǎn)交替喚醒，如同鎖鏈一樣環(huán)環(huán)相扣，保證數(shù)據(jù)在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)上持續(xù)傳輸，不被睡眠所中斷每個(gè)間隔分為接收、發(fā)送和睡眠三個(gè)周期每個(gè)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度具有不同的偏移，下層節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間對(duì)應(yīng)于上層節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)間基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議DMAC協(xié)議DMAC協(xié)議基本機(jī)制基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議DMAC協(xié)議自適應(yīng)忙閑比機(jī)制自適應(yīng)忙閑比機(jī)

15、制如果節(jié)點(diǎn)在一個(gè)發(fā)送周期內(nèi)有多個(gè)數(shù)據(jù)包要發(fā)送，就需要該節(jié)點(diǎn)和樹(shù)狀路徑上的上層節(jié)點(diǎn)一起加大發(fā)送周期占空比通過(guò)在MAC層數(shù)據(jù)幀的幀頭加入一個(gè)標(biāo)記(more data flag)，以較小的控制開(kāi)銷(xiāo)發(fā)送占空比更新請(qǐng)求。在ACK幀中加入同樣的標(biāo)記位節(jié)點(diǎn)提高忙閑比的條件：節(jié)點(diǎn)將相關(guān)標(biāo)志位置1，或收到了該標(biāo)志位置1的ACK幀，傳輸路徑上的節(jié)點(diǎn)依次提高忙閑比，增加了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議DMAC協(xié)議數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)機(jī)制數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)機(jī)制在數(shù)據(jù)采集樹(shù)中，越靠近上層的節(jié)點(diǎn)，匯聚的數(shù)據(jù)越多，對(duì)樹(shù)的底層節(jié)點(diǎn)適合的占空比不一定適合中間節(jié)點(diǎn)如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)（父節(jié)點(diǎn)）在接收狀態(tài)下接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，該節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)子節(jié)點(diǎn)仍有數(shù)據(jù)等

16、待發(fā)送。在發(fā)送周期結(jié)束后再等待3個(gè)周期，節(jié)點(diǎn)重新切換到接收狀態(tài)在前一周期競(jìng)爭(zhēng)信道失敗的子節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到父節(jié)點(diǎn)的ACK幀，知道父節(jié)點(diǎn)將在3后醒來(lái)，據(jù)此調(diào)整自身調(diào)度計(jì)劃，在3后喚醒自己與父節(jié)點(diǎn)建立通信基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議DMAC協(xié)議MTS(More To Send)幀機(jī)制幀機(jī)制必要性：雖然自適應(yīng)占空比機(jī)制和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)機(jī)制考慮了沖突避免，數(shù)據(jù)采集樹(shù)中不同分枝節(jié)點(diǎn)仍有沖突的可能MTS幀只包含目的地址和MTS標(biāo)志位。標(biāo)志位為1時(shí)稱(chēng)為MTS請(qǐng)求，標(biāo)志位為0時(shí)稱(chēng)為MTS清除發(fā)送或接收到MTS請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)每隔3個(gè)周期就喚醒一次，只有MTS請(qǐng)求已經(jīng)被清除時(shí)，節(jié)點(diǎn)才回到原來(lái)的忙閑比方式基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)

17、議S-MAC協(xié)議采用忙閑比模式忙閑比模式，忙閑比模式在能耗方面主要問(wèn)題：1、節(jié)點(diǎn)需要定期發(fā)送消息，如SMAC中的SYNC數(shù)據(jù)包；2、節(jié)點(diǎn)在偵聽(tīng)期間需要開(kāi)啟接收機(jī)等待可能到來(lái)的數(shù)據(jù)包。B-MAC協(xié)議基于兩種機(jī)制：低功耗偵聽(tīng)（Low Power Listening，LPL）的休眠/喚醒調(diào)度機(jī)制，也稱(chēng)前同步碼采樣機(jī)制空閑信道評(píng)估（Clear Channel Assessment，CCA）機(jī)制基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)議LPL機(jī)制B-MAC協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)不需要同時(shí)被喚醒不需要同時(shí)被喚醒，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自行制定自己的休眠和喚醒時(shí)間調(diào)度表自行制定自己的休眠和喚醒時(shí)間調(diào)度表，不需要跟其他節(jié)點(diǎn)

18、保持同步。 一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)有兩種方法，一種是喚醒它的目標(biāo)匯聚節(jié)點(diǎn)，另一種是等待目標(biāo)匯聚節(jié)點(diǎn)自己醒來(lái)。LPL的主要思想是在發(fā)送數(shù)據(jù)包前發(fā)送一個(gè)前導(dǎo)序列（在發(fā)送數(shù)據(jù)包前發(fā)送一個(gè)前導(dǎo)序列（Premble）來(lái)喚醒目標(biāo)接收機(jī)，這樣可以減少固定占空比協(xié)議中的來(lái)喚醒目標(biāo)接收機(jī)，這樣可以減少固定占空比協(xié)議中的“偵聽(tīng)功偵聽(tīng)功耗耗”?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)議LPL機(jī)制LPL機(jī)制的工作流程機(jī)制的工作流程假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的睡眠時(shí)間均為T(mén)p ， Tp 時(shí)間后節(jié)點(diǎn)醒來(lái)，在Ta 時(shí)間內(nèi)偵聽(tīng)信道活動(dòng)，令前導(dǎo)序列的時(shí)長(zhǎng)為T(mén)p + Ta （即Tw ） 。節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，A首先發(fā)送前導(dǎo)序列。B醒來(lái)后偵聽(tīng)到前導(dǎo)

19、序列，判斷出自己是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入工作狀態(tài)接收數(shù)據(jù)。其他節(jié)點(diǎn)如也偵聽(tīng)到前導(dǎo)序列，但發(fā)現(xiàn)自己并非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，返回睡眠狀態(tài)?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)議LPL機(jī)制LPL機(jī)制的能耗情況機(jī)制的能耗情況每個(gè)數(shù)據(jù)幀前都發(fā)送前導(dǎo)序列，如數(shù)據(jù)量大，則發(fā)送前導(dǎo)序列能耗較大。數(shù)據(jù)量小時(shí)，前導(dǎo)序列少，節(jié)點(diǎn)免去多次偵聽(tīng)的過(guò)程，能耗較少。LPL機(jī)制的機(jī)制的Tw 的取值的取值如Tw 取值過(guò)大，會(huì)造成傳輸過(guò)程較大的時(shí)延。如Tw 取值過(guò)小，節(jié)點(diǎn)在頻繁的喚醒-睡眠過(guò)程中會(huì)增大能耗。Tw 的取值應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載的具體情況確定?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)議CCA機(jī)制LPL機(jī)制的問(wèn)題機(jī)制的問(wèn)題節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)完前導(dǎo)序列發(fā)現(xiàn)自己

20、不是目的節(jié)點(diǎn)，造成能耗。節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)前導(dǎo)序列失敗，造成能耗和延遲。源節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤判斷信道狀態(tài)發(fā)送前導(dǎo)序列，導(dǎo)致傳輸碰撞CCA機(jī)制機(jī)制為解決LPL機(jī)制的問(wèn)題。動(dòng)態(tài)本底噪聲評(píng)估。信號(hào)偵測(cè)。基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)議CCA機(jī)制CCA機(jī)制的工作原理機(jī)制的工作原理在一次傳輸結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)立即對(duì)信道采樣更新本底噪聲估計(jì)值。在下次傳輸數(shù)據(jù)前，對(duì)信道進(jìn)行多次采樣。發(fā)現(xiàn)異常，則信道空閑，可發(fā)送數(shù)據(jù)。未發(fā)現(xiàn)異常，則信道忙碌，進(jìn)行退避。傳輸采取信道樣本 更新噪聲基準(zhǔn)采樣確定是否存在異常需要傳輸數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常未發(fā)現(xiàn)異常信道空閑傳輸數(shù)據(jù)信道忙碌采取退避噪聲基準(zhǔn)估計(jì)信號(hào)檢測(cè)基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議B-MAC協(xié)議優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)提供一

21、個(gè)有效的載波偵聽(tīng)機(jī)制，大部分錯(cuò)誤可以被檢測(cè)；噪聲基準(zhǔn)評(píng)估機(jī)制使MAC協(xié)議能夠適應(yīng)周邊環(huán)境；輕量級(jí)協(xié)議，占用空間較?。混`活多變，為上層用戶提供各種接口，方便再次開(kāi)發(fā)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)未解決隱終端問(wèn)題，在高密度高流量的網(wǎng)絡(luò)中信道不能充分利用同步前導(dǎo)碼過(guò)長(zhǎng)，在流量負(fù)載較高時(shí)產(chǎn)生較大開(kāi)銷(xiāo)；CCA機(jī)制引入了額外的復(fù)雜性，也在一定程度上增加了接入時(shí)延?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議X-MAC協(xié)議B-MAC協(xié)議節(jié)點(diǎn)接收前導(dǎo)序列消耗能量和造成時(shí)延X(jué)-MAC是針對(duì)B-MAC協(xié)議的改進(jìn)和優(yōu)化。將較長(zhǎng)的前導(dǎo)序列分成若干連續(xù)短序列，在這些前導(dǎo)序列之間有段空隙，節(jié)點(diǎn)在空隙處處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。目的節(jié)點(diǎn)只需接收一個(gè)短前導(dǎo)序列即可確認(rèn)，向源節(jié)點(diǎn)

22、發(fā)送ACK幀后，源節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送剩余前導(dǎo)序列。數(shù)據(jù)傳輸后，目的節(jié)點(diǎn)不立即睡眠，保持偵聽(tīng)，以便接受其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。多節(jié)點(diǎn)對(duì)一節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)送時(shí)，最先發(fā)送前導(dǎo)序列的節(jié)點(diǎn)獲得優(yōu)先權(quán)，其他節(jié)點(diǎn)等待下次競(jìng)爭(zhēng)機(jī)會(huì)。 CSMA加入沖突避免 CSMA/CA SMAC偵聽(tīng)/休眠機(jī)制同步異步LPL算法BMAC DSMAC根據(jù)流量動(dòng)態(tài)改變占空比XMAC引入閃頻前導(dǎo)減少前導(dǎo)碼長(zhǎng)度加入TA間隔減少空閑偵聽(tīng)T-MAC同步異步基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層協(xié)議基于保留時(shí)隙的MAC層協(xié)議TDMA技術(shù)節(jié)點(diǎn)通信基于超級(jí)幀節(jié)點(diǎn)通信基于超級(jí)幀(Superframe)，超級(jí)幀包括預(yù)留時(shí)段預(yù)留時(shí)段(節(jié)點(diǎn)間通過(guò)特點(diǎn)機(jī)制決定各自時(shí)隙)和數(shù)據(jù)

23、時(shí)段數(shù)據(jù)時(shí)段(多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙內(nèi)特點(diǎn)節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行通信)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)無(wú)需競(jìng)爭(zhēng)信道，無(wú)碰撞問(wèn)題。控制信息少，消耗能量小。節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)隙進(jìn)入睡眠，節(jié)能。劣勢(shì)劣勢(shì)節(jié)點(diǎn)需同步，時(shí)隙和幀長(zhǎng)度固定，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化適應(yīng)性差。流量低時(shí)，信道利用率低。基于保留時(shí)隙的MAC層協(xié)議TRAMA協(xié)議n每個(gè)時(shí)間幀分為隨機(jī)訪問(wèn)和調(diào)度訪問(wèn)兩部分，隨機(jī)訪問(wèn)包含多個(gè)信令時(shí)隙，調(diào)度訪問(wèn)時(shí)隙包含多個(gè)傳輸時(shí)隙 n節(jié)點(diǎn)交換兩跳內(nèi)鄰居信息和分配信息n流量自適應(yīng)的分布式選舉算法選擇在每個(gè)時(shí)隙上的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn) 鄰居協(xié)議鄰居協(xié)議(NP) 節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)后處于隨機(jī)接入時(shí)隙，此時(shí)節(jié)點(diǎn)為接收狀態(tài)。通過(guò)在隨機(jī)訪問(wèn)中交換控制信息，NP協(xié)議實(shí)現(xiàn)鄰居信息的交互

24、。控制信息中攜帶了增加的鄰居的更新，如果沒(méi)有更新，控制信息作為通知鄰居自己存在的信標(biāo)。 節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步信息也是在隨機(jī)訪問(wèn)中發(fā)送 每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)于自己下一跳鄰居的增加更新，可以用來(lái)保持鄰居之間的連通性。如果節(jié)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有再收到某個(gè)鄰居的信標(biāo)，則該鄰居失效。 基于保留時(shí)隙的MAC層協(xié)議TRAMA協(xié)議基于保留時(shí)隙的MAC層協(xié)議TRAMA協(xié)議調(diào)度交換協(xié)議調(diào)度交換協(xié)議(SEP) 建立和維護(hù)發(fā)送者和接收者選擇時(shí)需要的調(diào)度信息 ，包括調(diào)度信息生成和調(diào)度的信息交換與維護(hù)。 根據(jù)高層應(yīng)用產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速率計(jì)算出一個(gè)調(diào)度間隔，確定可調(diào)度的時(shí)隙數(shù)，生成調(diào)度信息。節(jié)點(diǎn)通過(guò)分配幀廣播調(diào)度信息。節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的廣

25、播維護(hù)下一跳鄰居的調(diào)度信息。 基于保留時(shí)隙的MAC層協(xié)議TRAMA協(xié)議自適應(yīng)選舉算法自適應(yīng)選舉算法(AEA)確定節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)隙應(yīng)處于發(fā)送、接收還是睡眠狀態(tài)。得到節(jié)點(diǎn)行為的預(yù)測(cè)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在本地計(jì)算自己和鄰居節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙的AEA算法輸出并決定自己的行為。差錯(cuò)控制傳輸能量控制調(diào)節(jié)天線消耗的能量控制節(jié)點(diǎn)有效通信距離增加傳輸能量會(huì)增大能耗配合前向糾錯(cuò)機(jī)制減少傳輸錯(cuò)誤率，提高能量利用效率提高信噪比可以降低數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤率定定 位位ARQ功能功能：室外遠(yuǎn)距離條件下，無(wú)線信道的衰落現(xiàn)象非常顯著。在鏈路層加入了ARQ機(jī)制，減少到達(dá)網(wǎng)路層的信息差錯(cuò)，可大大提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)吞吐量。ARQ類(lèi)型類(lèi)型 SAW（Stop-and-wait）：發(fā)送端每發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包就停下來(lái)，等待接收端）：發(fā)送端每發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包就停下來(lái)，