無線傳感網(wǎng)絡(luò)3、5章資料

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)(wnglu)主講人：彭圣杰共四十四頁第三章WSN設(shè)計(shj)影響因素：硬件約束 基本組成1.傳感單元：包含許多感應(yīng)單元，具有從外界收集信息的能力，如：溫度、濕度(shd)。感應(yīng)單元又分為：傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2.處理單元：節(jié)點的控制器，其他部件均由他控制。可以包含一個內(nèi)存儲器。它控制傳感器節(jié)點執(zhí)行感知操作、運行相應(yīng)的算法并控制與其它節(jié)點的無線通信的整個過程。3.收發(fā)單元：實現(xiàn)兩個無線傳感器節(jié)點之間的通信。4.能量單元：能源。5.定位系統(tǒng)：可由一個GPS模塊或一個執(zhí)行分布是定位算法可提供定位信息的軟件模塊組成。6.移動裝置：移動裝置需要與傳感單元緊密協(xié)作來完成操作并且有處理器控制

2、傳感器節(jié)點的移動。7.功能裝置：備用的功能裝置，太陽能、熱能。共四十四頁硬件(yn jin)約束最關(guān)注的問題：功耗問題。高能效是設(shè)計WSN最重要的因素。收發(fā)機單元是傳感器節(jié)點的最重要的部件，他消耗了最多的能量也支持了WSN與其他網(wǎng)絡(luò)之間的連通性。收發(fā)機可能是智能(zh nn)微塵中的被動或者主動的光學設(shè)備或者RF設(shè)備。RF大多數(shù)傳感器節(jié)點原型的實際標準所采用。傳感器的收發(fā)機可以在大多數(shù)時間內(nèi)處于關(guān)閉狀態(tài)而在任何需要發(fā)送數(shù)據(jù)包或接受數(shù)據(jù)包時開啟。影響收發(fā)機設(shè)計的主要因素包括：低成本、高能效、低占空比的RF電路的設(shè)計。傳感器節(jié)點在處理器和內(nèi)存方面同樣受到約束，WSN作為高效運行而設(shè)計的軟件是輕量級

3、的，并要求算法的計算復雜制度也很低。WSN最需要感知的信息就是定位信息，必須配置定位系統(tǒng)，最新的GPS模塊可以精確到10m，但是貴，替代方案是：部分節(jié)點安裝GPS用來定位，其他節(jié)點就可以借助于裝有GPS的節(jié)點進行自定位。共四十四頁容錯性硬件的限制導致傳感器節(jié)點(ji din)經(jīng)常失效或者發(fā)生一段時間的擁塞。原因是：能量不足、物理層破壞、環(huán)境干擾、軟件問題。一般將在不妨礙網(wǎng)絡(luò)正常運行的情況下允許的故障程度定義為容錯性。引起故障的原因：硬件和軟件的性能。主要是有硬件造成的。部署節(jié)點的環(huán)境也可能影響傳感器節(jié)點的工作。為WSN設(shè)計的協(xié)議和算法通過增加冗余度達到解決傳感器節(jié)點故障頻繁的問題。一個節(jié)點廣播

4、范圍內(nèi)的多個節(jié)點之間相互協(xié)作得到改善，即使一個傳感器發(fā)生故障，廣播范圍內(nèi)的其他節(jié)點也可以替補以保持網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通。容錯性也依賴于為之建立的應(yīng)用。如果部署傳感器節(jié)點的環(huán)境干擾較少，它的協(xié)議要求可以比較寬松。共四十四頁可擴展性、生產(chǎn)成本設(shè)計良好的代碼允許更多的功能在必要時可以被插入到適當?shù)奈恢弥?。這樣做的目的的是為了應(yīng)對未來可能需要進行的修改，而造成代碼被過度工程化地開發(fā)(kif)。傳感器節(jié)點的密集部署造成了一定的數(shù)據(jù)冗余度，改善了網(wǎng)絡(luò)的容錯性，同時增加了可擴展性的挑戰(zhàn)。共四十四頁WSN的拓撲(tu p)結(jié)構(gòu)預部署和部署階段：1、降低安裝成本2、消除對于任何與組織與預計劃的需要3、增加部署的靈活性4、

5、提高自組織能力和容錯性后期部署階段：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)能很好地適應(yīng)短期的、周期的或長期的拓撲結(jié)構(gòu)變化。額外節(jié)點的重新部署階段：額外的傳感器節(jié)點因為任務(wù)的改變(gibin)或者替代失效的節(jié)點可隨時被重新部署共四十四頁傳輸(chun sh)介質(zhì)無線電通信普遍使用ISM（工業(yè)科學醫(yī)療）頻段。優(yōu)點在于免許可的無線電頻段、分配的寬頻段和全球(qunqi)通用性。在這一頻段內(nèi)，為避免對其它系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，主要使用低功率通信技術(shù)。紅外線也可以作為節(jié)點間的一種通信方式，主要缺點是需要把接收機和發(fā)射機對準成一條線。在給定傳輸介質(zhì)下，制定的編碼和調(diào)制方案必須具有強魯棒性（指計算機軟件等在異常情況下的穩(wěn)定性），而且這種方案必

6、須高效地體現(xiàn)出有巨大差異的不同信道的特點。共四十四頁功耗(n ho)每個傳感器節(jié)點除了作為源數(shù)據(jù)的載體外，還負責轉(zhuǎn)發(fā)(zhun f)其鄰節(jié)點傳輸?shù)男畔?。即傳感器?jié)點負責接收器臨界點的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)路由把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿泥徆?jié)點。節(jié)能和能量管理是WSN中任何完整通信協(xié)議的組成部分，因此，設(shè)計具有高功耗的WSN協(xié)議和算法至關(guān)重要。產(chǎn)生功耗的三個主要部分：感應(yīng)（傳感器）、通信（無線電廣播）、數(shù)據(jù)處理(CPU).共四十四頁傳感事件檢測的復雜度對功耗起著至關(guān)重要的作用。ADC（模數(shù)變換）功耗主要取決于采樣(ci yn)頻率和分辨率，根據(jù)應(yīng)用的需要和感知的現(xiàn)象，傳感器將通過調(diào)整采樣(ci yn)率減少功耗

7、。傳感器能源管理也應(yīng)考慮休眠模式，避免頻繁開關(guān)操作。共四十四頁數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理時的功耗與感知時的差不多。處理數(shù)據(jù)功耗分為兩個部分：晶體管開關(guān)造成的功耗、泄漏電流造成的能量損失。降低電壓就會增加門時延，可以通過調(diào)節(jié)實驗來減少微處理器的空閑時間。把供電電壓降到最低供電壓級別是一種不影響正常運行的前提下降低功率消耗(xioho)的有效方法。就是微處理器電源的供應(yīng)和時鐘頻率會被調(diào)整至與工作量相匹配。供電電壓也會根據(jù)時鐘頻率而降低，這樣看可以達到二次節(jié)省功耗的效果，同時也減少了泄漏點流量。當微處理器處理時變的計算任務(wù)時，在任務(wù)較少時簡單的減少時鐘頻率只會影響泄漏電流造成的功耗。在意識到并不是每時每刻都需

8、要達到峰值性能時，重要的是考慮如何更好地獲得節(jié)能收益，處理器的工作電壓和頻率應(yīng)該能夠動態(tài)地適應(yīng)瞬時處理需求。通過高能效的通信技術(shù)并結(jié)合具有自適應(yīng)能力的計算技術(shù)，將有可能進一步節(jié)省能量。共四十四頁通信(tng xn)當傳感器節(jié)點不需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，通過關(guān)閉處于空閑狀態(tài)的發(fā)收機可以節(jié)省大量的能量。收發(fā)機從發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接收狀態(tài)時也會消耗能量。通信功耗有三部分組成：1.有具體收發(fā)機電路決定2.獨立于通信距離，由數(shù)據(jù)包的尺寸和發(fā)射速率決定3.依賴于通信距離和數(shù)據(jù)包長度，并且這部分可以有高層(o cn)協(xié)議控制然后講述了簡單和詳細的能量模式，給出了一個周期內(nèi)通信消耗的計算公式，簡化版和詳細版。通信功

9、耗模型。由同步器、VCO(壓控振蕩器)的功耗，發(fā)射機的輸出功率，接收機的功耗、發(fā)射機和接收機的工作時間、啟動時間，單位時間內(nèi)發(fā)射機和接收機的開關(guān)次數(shù)（取決于具體應(yīng)用、傳輸、網(wǎng)絡(luò)和MAC層的具體設(shè)計）共同決定。通信的功耗也依賴于收發(fā)機的數(shù)據(jù)傳輸速率。這是由應(yīng)用的類型、傳輸協(xié)議、路由協(xié)議、MAC協(xié)議等許多因素決定的。共四十四頁第五章：介質(zhì)(jizh)訪問控制除了無線網(wǎng)絡(luò)MAC層的傳統(tǒng)要求，傳感器節(jié)點有限的傳輸能力、WSN的分布是部署和應(yīng)用(yngyng)相關(guān)的數(shù)據(jù)流量特性都帶來了更大的挑戰(zhàn)。本節(jié)討論三類MAC協(xié)議：基于競爭的MAC、預留的MAC以及混合的MAC。共四十四頁MAC層的挑戰(zhàn)(tio z

10、hn)功耗：功耗主要來源于偵聽、處理、無線傳輸。傳輸?shù)墓淖畲?。在通信過程中功耗的主要來源可被劃分為：空閑偵聽：無線信號對信道進行監(jiān)測但是吳有用數(shù)據(jù)傳輸?shù)那樾危瑧?yīng)盡量避免。沖突：兩個或者兩個以上相鄰的傳感器節(jié)點同時向同一個接收機發(fā)送數(shù)據(jù)包時發(fā)生數(shù)據(jù)接收錯誤的情形，可能導致接收機無法正確接受任一數(shù)據(jù)包，MAC協(xié)議常采用沖突避免機制。協(xié)議開銷：通信協(xié)議中控制幀的能量開銷收發(fā)功耗對比：需要改進MAC層協(xié)議使其適應(yīng)(shyng)于發(fā)送和接收之間的功耗的關(guān)系MAC協(xié)議的主要目標是在廣播無線信道中保證通信效率、避免沖突以及在可靠通信的同時盡可能減少能量消耗。結(jié)構(gòu)（拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計）在WSN中，可以部署大量的

11、傳感器節(jié)點（高節(jié)點密度）：弊的一面是更高的網(wǎng)絡(luò)密度會引發(fā)大量節(jié)點競爭無線信道，從而導致更高的沖突率。利的一面是由于平均每個節(jié)點都有大量的鄰近節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)的連通性就可以在不斷增加的傳輸功率的情況下得到改善?；谑录木W(wǎng)絡(luò)WSN中，該系統(tǒng)感興趣的是由傳感器提供的融合信息，而不是每個節(jié)點的感知信息。因此，MAC層協(xié)議應(yīng)該采取協(xié)作方式，利用融合的應(yīng)用信息來提高性能。在基于事件的應(yīng)用中，突發(fā)流量僅在事件中產(chǎn)生，一種流量自適應(yīng)訪問機制是很必要的。相關(guān)性節(jié)點分布密集的傳感器網(wǎng)絡(luò)，沒有必要讓每一個節(jié)點都發(fā)送信息；而較少的傳感器感知數(shù)據(jù)就可能將事件概況傳輸?shù)娇刂浦行??？梢圆捎孟拗撇蓸勇实姆椒p小相關(guān)性。共四十四頁

12、CSMA機制(jzh)CSMA是一個先偵聽后發(fā)送的機制兩種情況執(zhí)行不同的操作：1：若信道在IFS（幀間隔(jin g)）期間處于空閑狀態(tài)，則節(jié)點立即傳輸信息2：若信道在IFS期間處于忙狀態(tài)，則節(jié)點延遲傳輸，并繼續(xù)監(jiān)測信道，直到傳輸結(jié)束。退避機制：如果A在給B傳輸信息，C/D/E就不能傳輸。若C/D/E要同時向F傳輸信息，為了避免沖突，引入了退避機制：節(jié)點在一系列數(shù)值（競爭窗口）之中隨機選擇一個作為等待時隙的數(shù)目，節(jié)點進入退避周期后，第一個退出退避的節(jié)點在時鐘計時結(jié)束時開始傳輸。其他終端監(jiān)測到新的傳輸并暫停他們的退避計時器直到當前傳輸完成，在下一個競爭周期中重新開始計時。如果網(wǎng)絡(luò)部署密度較大，以

13、防節(jié)點選擇相同的退避時期，沖突節(jié)點將把他們的競爭窗口加倍（3264）并選擇一個新的退避時機，確認機制：為了使節(jié)點獲知數(shù)據(jù)包的傳輸情況，在CSMA引入了確認機制。匯聚節(jié)點會等待一段比IFS短的時間（SIFS）后接收發(fā)送節(jié)點的發(fā)送請求消息，并反饋一個應(yīng)答（ACK）消息，當發(fā)送節(jié)點接收到ACK消息，及被告之數(shù)據(jù)包已被正確接收。如果發(fā)送節(jié)點沒有接收到ACK消息則表示傳輸出錯。共四十四頁CSMA機制(jzh)CSMA機制的主要缺點：隱終端沖突過于敏感。隱終端沖突：當A向節(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)包時，雖然節(jié)點G、H、I能夠偵聽到B但是偵聽不到節(jié)點A，如果(rgu)節(jié)點G、H、I中任意一個節(jié)點開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，那么該數(shù)

14、據(jù)包可能會與節(jié)點A發(fā)送的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生沖突，對于節(jié)點B而言，這種現(xiàn)象稱為隱終端問題。解決：引入CSMA/CA機制，通過發(fā)送節(jié)點發(fā)送RTS分組，當匯聚節(jié)點收到RTS分組后，就反饋一個CTS分組，授予發(fā)送節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的權(quán)利，每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前的四次握手中，要等待一個SIFS（優(yōu)先級高于IFS）的持續(xù)時間，CTS分組被傳輸之后，節(jié)點B的鄰節(jié)點被告知在進行傳輸。但是RTS分組之間的沖突仍然存在。這種沖突可以通過二進制指數(shù)退避機制減少。虛擬載波偵聽技術(shù)：要求節(jié)點在局部緩存中存儲一張信道占用調(diào)度表，當節(jié)點發(fā)送RTS分組時，會捎帶待發(fā)送數(shù)據(jù)包的持續(xù)傳輸時間NAV（網(wǎng)絡(luò)分配向量），匯聚節(jié)點在收到RTS分組

15、后就反饋一個CTS分組，CTS分組中也捎帶了待發(fā)送時數(shù)據(jù)包的持續(xù)傳輸時間，無論節(jié)點是在偵聽RTS分組還是CTS分組，都能控制四次握手的持續(xù)時間，這樣就可以避免傳輸過程中連續(xù)的信道監(jiān)測。物理檢測只有在NAV終止時才執(zhí)行。CSMA/CA機制最主要的一個問題就是需要對信道進行連續(xù)檢測，NAV使節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸中保持休眠直到NAV終止，以此來減少信道檢測的能量消耗，NAV是WSN的MAC協(xié)議的中最實用的一種機制。共四十四頁基于競爭的介質(zhì)(jizh)訪問在傳輸前由于節(jié)點為了競爭信道而需要偵聽信道CSMA/CA，在能量效率方面很差。隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度的增加，由于隱終端數(shù)量的增加，沖突避免機制會變的無效。下面介

16、紹一些(yxi)MAC協(xié)議，這些MAC協(xié)議為了提高能量效率對現(xiàn)有的CSMA/CA機制進行了改進。共四十四頁S-MAC周期性偵聽和休眠機制：S-MAC協(xié)議的基本思想是構(gòu)建可以同時休眠和喚醒的虛擬節(jié)點簇。如果一個節(jié)點在選擇他自己的時間調(diào)度表之前，接收到了一個來自鄰節(jié)點的事件調(diào)度表，它就遵循這個鄰節(jié)點的時間調(diào)度表。如果一個節(jié)點在選擇他自己的時間調(diào)度表之后可能有收到了鄰節(jié)點的時間調(diào)度表，那么在兩個時間調(diào)度表的偵聽階段都會被喚醒。一個節(jié)點遵循多個時間調(diào)度表的情況是很少的。串音避免：時間調(diào)度表一旦建立，數(shù)據(jù)包將在偵聽間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)時隙進行傳輸，節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)包時，將在數(shù)據(jù)時隙內(nèi)通過RTS/CTS分組來競爭無

17、線信道，RTS/CTS分組交換后，發(fā)送節(jié)點就開始傳輸他的數(shù)據(jù)包，虛擬簇中的其他節(jié)點切換到休眠狀態(tài)直到幀結(jié)束。這樣就避免了空閑偵聽時的能量浪費。捎帶傳輸信息的數(shù)據(jù)包可以在休眠間隔后繼續(xù)傳輸，并且(bngqi)只有兩個進行數(shù)據(jù)交換和ACK消息傳輸?shù)墓?jié)點保持喚醒狀態(tài)。多跳感知：基本的CSMA/CA機制起初是為單跳無線局域網(wǎng)開發(fā)的，所以基本的CSMA/CA機制必須經(jīng)過改進才能適用于多跳的WSN。當節(jié)點B成功接收到來自節(jié)點A的數(shù)據(jù)包時，將試著尋找到達目得地的節(jié)點D的中繼節(jié)點C。然而節(jié)點C處于休眠狀態(tài)，節(jié)點B不得不等待能使節(jié)點C喚醒的偵聽時隙的到來，并使節(jié)點C接收RTS分組。因此，數(shù)據(jù)包在一幀內(nèi)只能進行單

18、跳傳輸，這就導致了和路徑長度成正比的平均時延，從而大大增加了多跳網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包發(fā)送時延。解決這個方案被稱為自適應(yīng)偵聽。共四十四頁S-MAC自適應(yīng)偵聽：節(jié)點C設(shè)置了一個定時器，這樣節(jié)點C會在節(jié)點A和節(jié)點B傳輸數(shù)據(jù)包結(jié)束時刻被喚醒一段時間，這就使節(jié)點B可以立即發(fā)送RTS分組找到下一跳節(jié)點。由于C是處于(chy)喚醒狀態(tài)的，可以反饋CTS分組 并且數(shù)據(jù)包在一幀內(nèi)可以多傳輸一跳。但為尋找下一跳節(jié)點D，節(jié)點C不得不等待下一偵聽時隙的到來，因此，自適應(yīng)偵聽所提供一個盡力而為的服務(wù)來減少基于占空比的MAC協(xié)議的時延，然而這種發(fā)難并不總是降低時延，相反的可能增加功耗消息傳遞機制：當傳輸大量數(shù)據(jù)時，節(jié)點A通過廣播

19、一個RTS分組開始傳輸，節(jié)點B反饋一個CTS分組，如果節(jié)點C在傳輸過程中被喚醒，它就接收一個來自節(jié)點B的ACK消息并被告知傳輸?shù)某掷m(xù)時間，此時，他將一直保持休眠到傳輸結(jié)束。這樣可以防止長數(shù)據(jù)包傳輸中的沖突。定性評價：使用了占空比節(jié)約能量，是通過避免空閑偵聽和高效的長信息來傳輸實現(xiàn)節(jié)能的。S-MAC不能為突發(fā)流量情況提供靈活性。在網(wǎng)絡(luò)流量較低時，耗能固定。減少了偵聽持續(xù)時間已達到節(jié)能的目的，然而，這將增加數(shù)據(jù)包的端到端時延，不適于對時延敏感的實時數(shù)據(jù)傳感網(wǎng)。此外在高密度或高負載的網(wǎng)絡(luò)中（不適應(yīng)），對于簇所有節(jié)點在偵聽期間都被迫爭奪信道S-MAC協(xié)議也增加了發(fā)生沖突的概率。共四十四頁B-MACS-

20、MAC兩個缺點：1、節(jié)點需要定期發(fā)送消息。2、所有節(jié)點在偵聽期間需要開啟接收機以等待可能帶來的數(shù)據(jù)包。即使沒有數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點的功耗也會大于等于占空比。B-MAC可以被高層協(xié)議通過調(diào)整退避持續(xù)時間來配置，該協(xié)議的實現(xiàn)簡單且僅需要很小的代碼存儲空間。B-MAC協(xié)議基于兩種機制：使用低功耗偵聽（LPL）的休眠/喚醒調(diào)度機制和使用空閑信道評估（CCA）的載波偵聽機制。LPLLPL的主要思想是在發(fā)送數(shù)據(jù)包前發(fā)送一個前導碼來喚醒目標接收機，目標是減小和固定占空比協(xié)議相關(guān)的“監(jiān)聽功耗”。每個節(jié)點被定期喚醒，并使節(jié)點處于接收狀態(tài)，如果沒有檢測到有效的無線信號，節(jié)點將會卻換回休眠狀態(tài)。每個節(jié)點的喚醒操作與其他節(jié)

21、點異步，節(jié)點A首先發(fā)送一個時長為Tp的同步前導碼來喚醒節(jié)點B。其中Tp的長度需要足夠長以喚醒任一節(jié)點。當節(jié)點B被喚醒后，就會偵聽到前同步碼直到結(jié)束，若判定該數(shù)據(jù)報是要傳輸(chun sh)給自己的，則并不切換到休眠狀態(tài)而是等待接下來的數(shù)據(jù)包，接下來節(jié)點A就發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果傳輸(chun sh)成功，則節(jié)點B就反饋一個ACK消息。數(shù)據(jù)包并不是傳輸(chun sh)給節(jié)點C的 ，C又切換回休眠狀態(tài)避免消耗更多能量。這種方式在每個數(shù)據(jù)包傳輸中會消耗更多的能量。然而，無疑的是在沒有流量是能提高能效，所以對于流量負載低的網(wǎng)絡(luò)，前同步碼采樣能得到更高的能效。如果監(jiān)聽間隔太小，那么節(jié)點就會由于頻繁的被喚醒和

22、監(jiān)聽信道而浪費能量。如果監(jiān)聽間隔過大，由于需要在每次通信嘗試之前傳輸長的同步前導碼，也會在傳輸過程中浪費能量。然而，由于多個節(jié)點在偵聽時消耗能量，最好使用比檢測活動更長的同步前導碼。最佳偵聽間隔可以根據(jù)流量負載來決定。共四十四頁B-MACCCACCA的機制主要目的是區(qū)分噪聲和信號，準確評估信道活動。這是在做任何判定之前用軟件方式評估噪聲基準必須解決的問題。B-MAC協(xié)議的CCA機制由兩個階段組成:噪聲基準估計階段（一個公式計算）和信號檢測階段。噪聲基準評估使用先入先出（FIFO）隊列來實現(xiàn)。每個樣本存入FIFO隊列并且隊列的中值St被添加到衰減指數(shù)加權(quán)平均值。噪聲基準值的移動均值用于信號檢測。

23、CSMA協(xié)議中傳統(tǒng)的檢測方式，由于噪聲水平的起伏現(xiàn)象可能會導致接收機認為該信道被占用，為了解決這個問題，B-MAC協(xié)議遵循異常解決方式，其中節(jié)點通過多重信號強度檢測在接收信號中搜索異常情況。由于數(shù)據(jù)包產(chǎn)生了恒定的信號強度，如果一個節(jié)點在樣本中發(fā)現(xiàn)了異常，那么信道被判定為空閑。另一方面，如果沒有異常存在，那么信道被判定為忙。B-MAC協(xié)議的CCA機制工作原理：經(jīng)過傳輸，節(jié)點首先采取一個信道樣本來更新噪聲基準評估。然后，在傳輸任何數(shù)據(jù)包之前，利用幾個信道樣本來確定是否(sh fu)存在異常。如果發(fā)現(xiàn)異常，那么假設(shè)信道空閑并傳輸數(shù)據(jù)包。如果沒有發(fā)現(xiàn)異常，信道被判定為忙并且采用退避機制。定性評價：B-

24、MAC協(xié)議提供了一個有效的載波偵聽機制，使得大部分錯誤是可被檢測的。噪聲基準評估機制使MAC協(xié)議能夠適應(yīng)其周邊環(huán)境。B-MAC協(xié)議是一個輕量級協(xié)議，不需要大量的存儲空間，因此，無需消耗寶貴的存儲空間就可以提供大多數(shù)MAC的功能，相應(yīng)的，B-MAC所提供的接口為高層協(xié)議的發(fā)展提供了靈活性和交互性。因此，B-MAC協(xié)議可以用作核心MAC協(xié)議，在此基礎(chǔ)上可以建立其他方案。B-MAC協(xié)議并未解決隱終端問題?？赡軐е赂呙芏群透吡髁康木W(wǎng)絡(luò)中的無線信道不能得到充分利用。LPL機制需要節(jié)點傳輸長的同步前導碼，在流量負載高時這將產(chǎn)生相當大的開銷。此外，如果信道的占空比過低并且為了節(jié)能而使節(jié)點休眠較長的時間，則會

25、增加開銷。B-MAC協(xié)議添加的CCA機制引入了額外的復雜性，每個節(jié)點需要偵聽一些信道檢測結(jié)果，這可能會增加內(nèi)存容量。由于在確定信道空閑之前需要進行多次監(jiān)測，CCA機制也增加了信道的接入時延。共四十四頁CC-MACCC-MAC協(xié)議的執(zhí)行基于空間關(guān)聯(lián)模型。空間關(guān)聯(lián)模型有兩個因素影響(yngxing)失真的程度：第一、失真隨著事件源S和節(jié)點n之間距離增加而增加。第二、隨著傳感器節(jié)點之間距離的增加，失真減少?？梢赃@樣選擇節(jié)點：1、盡可能地靠近事件源。2、盡可能相互遠離。CC-MAC協(xié)議操作是基于兩個實體的操作：在接收方運行的迭代節(jié)點選擇法則（INS），以及在該區(qū)域每個傳感器節(jié)點上運行的分布式CC-MA

26、C協(xié)議。迭代節(jié)點選擇（匯聚節(jié)點）目的：找到最少的典型節(jié)點來實現(xiàn)傳感器應(yīng)用給出的失真限度（有一個計算式），使用較少的典型節(jié)點來描繪事件域內(nèi)所有的傳感器節(jié)點。首先通過設(shè)定M=N（事件域或者整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點總數(shù)）來發(fā)現(xiàn)失真限度的最佳值，然后計算式（5.7）給出的失真D（M）。D(M)小于傳感器應(yīng)用允許的最大失真，則M減為M=M-k。使用以更新的M執(zhí)行VQ算法產(chǎn)生M節(jié)點多重拓撲結(jié)構(gòu)并查找最小失真D(M)。只要滿足D(M)小于傳感器應(yīng)允許的最大失真，就重復該迭代。直到圖5.16所示發(fā)現(xiàn)了最少的典型節(jié)點來實現(xiàn)由傳感器應(yīng)用給出的失真限度以及由此產(chǎn)生的Voronoi區(qū)域，相應(yīng)的，典型節(jié)點之間的平均距離為d，其中

27、d=2r。共四十四頁CC-MACCC-MAC協(xié)議（在節(jié)點處）通過兩個部分來執(zhí)行：事件介質(zhì)介入控制(kngzh)（E-MAC）和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)介入控制(kngzh)（N-MAC）E-MAC：當節(jié)點n在競爭階段占領(lǐng)了信道他通過相關(guān)半徑確定成為該區(qū)域的典型節(jié)點，一旦成為典型節(jié)點，它將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中設(shè)置首跳位，以使其鄰節(jié)點放棄他們的數(shù)據(jù)包。N-MAC：中繼節(jié)點接收數(shù)據(jù)包清除FH位并且傳輸該數(shù)據(jù)包，而且指出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包是一個路由數(shù)據(jù)包，路由數(shù)據(jù)包被賦予了更高的優(yōu)先級。利用空間MAC操作相關(guān)性可以獲得更高性能，改進了WSN中的節(jié)能特性。定性評價：CC-MAC利用空間相關(guān)性來顯著提高能效，通過限制典型節(jié)點的通信嘗

28、試，減少了局部競爭，提高了協(xié)議效率。E-MAC和N-MAC未過濾流提供了優(yōu)先權(quán)，來自典型節(jié)點的信息就不會受到局部競爭的影響，改善了可靠性。協(xié)議將大多數(shù)復雜性遷移到了INS算法運行的接收機。在執(zhí)行分布式協(xié)議的傳感器節(jié)點中，僅承認相關(guān)半徑作為接收機的一個參量。CC-MAC適合空間相關(guān)性占主導地位的網(wǎng)絡(luò)。CC-MAC協(xié)議需根據(jù)節(jié)點的鄰節(jié)點地理位置信息來確定相關(guān)性，可能需要自帶GPS共四十四頁DSMAC該協(xié)議的主要目的是減小可能會由于高流量而產(chǎn)生的介質(zhì)訪問(fngwn)時延，解決方案是采用加倍占空比（減少休眠的時間），以防止數(shù)據(jù)包介質(zhì)訪問時延超多預期值，為了能達到節(jié)能的目的，節(jié)點需要檢查它的功耗是否低

29、于門限。由于占空比加倍了，介質(zhì)訪問時延能夠得到減少，同時緩沖長度也減小。共四十四頁T-MAC協(xié)議通過引入自適應(yīng)占空比模式來解決在流量負載過低的時候能量易造成浪費。除非在確定時間間隔(jin g)內(nèi)沒有流量，否則節(jié)點在每個偵聽間隔(jin g)開始時幀聽信道。偵聽時間TAC+R+T,其中C是競爭間隔(jin g)長度，R是RTS分組的傳輸時間，T是RTS分組的收和CTS分組的開始傳輸之間的準備時間。這保證了匯聚節(jié)點的潛在隱藏鄰節(jié)點在切換到休眠狀態(tài)前都能注意到數(shù)據(jù)包的傳輸。它關(guān)系到MAC協(xié)議的多跳感知問題。共四十四頁STEM在節(jié)點A傳輸前導(qindo)碼之后，節(jié)點B在傳輸過程中被喚醒后不得不在D

30、ATA開始之前偵聽剩余的同步前導(qindo)碼，浪費流量和帶寬。STEM該喚醒方案依賴正在被傳輸?shù)倪B續(xù)小數(shù)據(jù)包而不是單一的長同步前導碼。在傳輸每個喚醒的數(shù)據(jù)包之后，發(fā)送節(jié)點偵聽信道，看是否有來自目標接收機的反饋。另一方面，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點如同在基本的同步前導碼采樣方案一樣周期監(jiān)聽信道。當一個節(jié)點偵聽到自己預定的喚醒數(shù)據(jù)包時，他就反饋一個小數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包交換后，發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣一單目標接收機喚醒就沒有能量浪費。通過使用基本同步前導碼采樣機制，節(jié)點不得不在每個數(shù)據(jù)包之前花費一個周期，而STEM中的喚醒機制是改時間減少一半。共四十四頁WiseMAC在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，節(jié)點不得不在發(fā)送同步前導碼時等待節(jié)

31、點被喚醒，在此期間帶寬和能量都有所消耗。WiseMAC協(xié)議通過利用一個節(jié)點的鄰節(jié)點喚醒時間調(diào)度表來增強基本同步的前導碼采樣的喚醒時間調(diào)度表，該時間調(diào)度表可以用來安排同步前導碼數(shù)據(jù)包的開始，這個節(jié)點知道他的目標接收機的喚醒時間調(diào)度表，就能等到目標接收機被喚醒，然后再發(fā)送同步前導碼數(shù)據(jù)包。廉價(linji)的晶振，會有相當大的時鐘漂移，他可能任然不能在先前計算好的喚醒時刻達到鄰節(jié)點，同步的前導碼不得不在已計算的喚醒時刻之前傳輸并持續(xù)更長的時間。隨著鄰節(jié)點傳輸時間的增加，需要使用較長的同步前導碼來克服時鐘漂移。WiseMAC還涉及了基本同步前導碼采樣方案的兩個缺點：1、兩個同步前導碼之間可能存在沖突

32、。在前導碼之前插入一個介質(zhì)保留同步前導碼（MRP）來解決沖突。2、當一個節(jié)點有不止一個數(shù)據(jù)包，這就增加了該協(xié)議的端到端傳輸時延。在WiseMAC中，節(jié)點表示在數(shù)據(jù)包頭有更多位數(shù)的序列數(shù)據(jù)包。因此，在每個ACK結(jié)束時，接收機將等待下一個DATA數(shù)據(jù)包。這使得突發(fā)流量的傳輸有較低的時延。此外，傳輸一個同步前導碼的開銷在多重DATA數(shù)據(jù)包之間共享。共四十四頁CSMA-MPSCSMA-MPS結(jié)合了STEM和WiseMAC兩個改善，此外，在同步前導碼傳輸?shù)拈_始階段，節(jié)點引入了額外隨機時間Trandom來避免與其他節(jié)點的沖突，這些節(jié)點和匯聚節(jié)點基本(jbn)同步，并希望同時發(fā)送。共四十四頁Sift二進制指

33、數(shù)退避機制中，無線信道的節(jié)點競爭數(shù)量會很高，由于沖突，退避窗口會變大，介質(zhì)接入時延增加并且導致網(wǎng)絡(luò)中較高的端到端時延。如果節(jié)點附近有足夠的節(jié)點，則節(jié)點就會以一定的概率選擇(xunz)早期的空位并在競爭中取得成功。然后，如果沒有空位被選中，選擇(xunz)后期空位的概率就會增加。共四十四頁小結(jié)(xioji)一方面，相比于預留的接入?yún)f(xié)議，基于競爭的協(xié)議提供了更強的可擴展性和更低的時延。另一方面，由于沖突和沖突避免方式，能量消耗也顯著高于預留的接入方式。此外，基于競爭的協(xié)議更適應(yīng)流量的改變，因此也能適應(yīng)具有突發(fā)流量的應(yīng)用(yngyng)。此外，預留協(xié)議的同步和簇要求使得基于競爭的協(xié)議更適合這種需求無

34、法滿足的情景。共四十四頁預留的介質(zhì)(jizh)訪問由于每個節(jié)點在其預留的空位傳輸，所以預留協(xié)議具有無沖突通信的優(yōu)勢。因此節(jié)點的占空比小會進一步提高能效。每個節(jié)點根據(jù)確定的超幀結(jié)構(gòu)通信。在提出的TDMA方案中，預留協(xié)議的競爭方案、時隙(sh x)分配原則、幀尺寸和聚類在每個協(xié)議中都各不同。共四十四頁TRAMATRAMA由4個主要階段構(gòu)成：鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)：在該階段，節(jié)點需要發(fā)現(xiàn)他們的鄰節(jié)點，這樣就能夠確定潛在的接收機和發(fā)射機。流量信息交換：在該階段，節(jié)點需要告知他們的目標接收及他們的流量信息。因此，通過收集來自其他節(jié)點的流量信息，節(jié)點能夠形成他自己的時間調(diào)度表。時間調(diào)度表建立：基于來自其鄰節(jié)點的流量信

35、息，節(jié)點確定了在一幀內(nèi)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的時隙。然后這些表在節(jié)點間互相交換。數(shù)據(jù)傳輸：基于已建立的時間調(diào)度表信息，節(jié)點可以卻換到活躍模式并在給定的時隙通信。TRAMA協(xié)議操作有三個機制構(gòu)成：鄰節(jié)點協(xié)議（NP）、時間調(diào)度表交換協(xié)議（SEP）、自適應(yīng)選擇算法協(xié)議（AEA）NP協(xié)議TRAMA協(xié)議的NP協(xié)議在鄰節(jié)點間傳播它的單跳信息。這是通過每個節(jié)點在發(fā)信號時隙利用信令包廣播他的鄰節(jié)點信息來完成的。信令包指出了單跳鄰節(jié)點的列表，每個節(jié)點發(fā)送增量(zn lin)通過添加或刪除鄰節(jié)點來更新他的單跳鄰節(jié)點。信令包幫助維持個鄰節(jié)點之間的連通性。SEP協(xié)議使用通過NP協(xié)議收集的鄰節(jié)點信息，節(jié)點根據(jù)他所有數(shù)據(jù)包的數(shù)

36、量確定他的時間調(diào)度表。然后采用SEP協(xié)議將該時間調(diào)度表傳送給鄰節(jié)點。每個節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生率計算時間調(diào)度表間隔（SCHED）。SCHED代表時隙數(shù)量，節(jié)點可以根據(jù)他目前的狀態(tài)將時間調(diào)度表通報給他的鄰節(jié)點。目標接收機通過一個時間調(diào)度表數(shù)據(jù)包內(nèi)的位圖指出。時間調(diào)度表信息也包含著數(shù)據(jù)包，以維持網(wǎng)絡(luò)的同步。共四十四頁TRAMAAEA算法NP協(xié)議和SEP協(xié)議之后，每個節(jié)點了解它的兩跳鄰節(jié)點和他當前的單跳鄰節(jié)點。通過使用該信息，可以計算出時間調(diào)度表間隔內(nèi)每個節(jié)點的優(yōu)先級。利用時隙t、節(jié)點和它的兩跳鄰節(jié)點計算下一個k時隙的優(yōu)先級。這通過其他節(jié)點來執(zhí)行。標志符u決定了節(jié)點在不同時間間隔t的優(yōu)先級。對于給定的時

37、隙t，如果節(jié)點有最好的優(yōu)先級并且有數(shù)據(jù)包要傳輸則確定他在TX狀態(tài)。因此，每個節(jié)點確定他應(yīng)該發(fā)送的時隙并且通知他的接收機，每個目標接收機在選擇時隙被指定為RX狀態(tài)，其他時隙被標記為SL，在此期間處于(chy)休眠。由于每個節(jié)點根據(jù)有限的鄰節(jié)點信息選擇它的時隙，沖突是有可能發(fā)生的?？赡軟_突的情況可以通過計算他們各自的鄰節(jié)點中每個鄰節(jié)點相對優(yōu)先級得到解決。TRAMA協(xié)議引入了輪流贏家和可能發(fā)送設(shè)計的概念。如果節(jié)點可能在它的兩條范圍內(nèi)成為贏家，就通過他的鄰節(jié)點標記為輪流贏家 。定性評價TRAMA協(xié)議通過增加節(jié)點處在休眠模式時間的比例來增加能效。TRAMA協(xié)議的時隙通信結(jié)構(gòu)減小了通信率。除了能效高，TR

38、AMA的傳輸成功率也高。時隙根據(jù)分布式選擇機制來確定，這樣每個節(jié)點決定自己的時間調(diào)度表，這排出了聚類算法和任何時隙分布的中央?yún)f(xié)調(diào)者的需求。TRAMA協(xié)議的時隙結(jié)構(gòu)在WSN中為端到端通信引入了明顯的時延，相比于競爭的協(xié)議，該實驗可能會增加3-4個數(shù)量級。由于端到端時延正比于幀長度，最佳的幀長對于減小額外時延至關(guān)重要。此外，TRAMA協(xié)議為滿足SEP協(xié)議需要和鄰節(jié)點頻繁進行數(shù)據(jù)交換的需求。在高密度網(wǎng)絡(luò)中，將導致額外開銷。共四十四頁PMACPMAC協(xié)議是一種自適應(yīng)協(xié)議，依賴于活動(hu dng)模式的交換和時間調(diào)度表的規(guī)定。每幀有兩個周期組成，模式重復時間幀（PRTF）和模式交換時間幀（PETF），

39、分別類似于數(shù)據(jù)時期和保留時期。該模型有每個時隙的0和1組成，1表示節(jié)點打算在時隙中將啟用，而0表示節(jié)點在時隙中將切換到休眠。該模式僅僅根據(jù)流量負載表示節(jié)點的意圖。節(jié)點是將被啟用還是休眠取決于時間調(diào)度表，時間調(diào)度表在模式交換后確定。如果沒有流量，一個節(jié)點模式由1開始講0加在之前，該操作在一個指數(shù)函數(shù)中執(zhí)行。在輕量時期以指數(shù)增長休眠時間的方法可以使節(jié)點節(jié)約相當大的能量。該指數(shù)增長到達預留值，然后0線性增加防止休眠過度。每個節(jié)點在PETF時期交換模式后，實際的時間調(diào)度表就被確定了。這是依照目標接收機的模式和一個節(jié)點需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)量來完成的。共四十四頁PMAC時間調(diào)度表確定如下： 1，1，如果節(jié)點

40、j有數(shù)據(jù)包要發(fā)送，他標記自己的時間調(diào)度表為1,并且在時隙k發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包。如果節(jié)點j沒有數(shù)據(jù)包要發(fā)送，也標記自己的時間調(diào)度表為1，以表明自己將在時隙k喚醒，在確定的時期等待即將到來的數(shù)據(jù)包，并且如果不啟動(qdng)就切換至休眠狀態(tài)。0，1，如果節(jié)點j有數(shù)據(jù)包發(fā)送，他標記自己的時間調(diào)度表為1.如果節(jié)點沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送，時間調(diào)度表標為0，并且節(jié)點j在該時隙休眠。0,0，在這種情況，節(jié)點j標記自己的時間調(diào)度表為0，如果有數(shù)據(jù)包要發(fā)送給節(jié)點i，那么要等到下個幀。1,0，在這種情況，節(jié)點j自己的時間調(diào)度表為1，并且在時隙k喚醒來檢驗一個即將到來的傳輸。如果他有數(shù)據(jù)包發(fā)送給節(jié)點i，就將等到下個幀。根據(jù)這

41、些規(guī)則，每個節(jié)點之間的通信通過在每個時隙使用CSMA/CA機制來執(zhí)行。共四十四頁基于TDMA的能量(nngling)感知MAC協(xié)議到目前為止的預留的協(xié)議，是每個節(jié)點能夠和它的臨界點交換他的時間調(diào)度表信息，以預留發(fā)送的時隙，這樣就產(chǎn)生了分布式的預留，然后該預留方式可能由于信息交換的沖突導致能量浪費。此外，由于這樣一個普遍的觀點，即使是附近的節(jié)點也不能產(chǎn)生，不是最理想的時間調(diào)度表能夠被分布式的產(chǎn)生?；赥DMA協(xié)議的能量感知MAC協(xié)議主要(zhyo)應(yīng)用于由簇和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的WSN中。每個網(wǎng)管作為基于簇的集中網(wǎng)絡(luò)管理器并且根據(jù)簇中節(jié)點的流量要求來分配TDMA幀中的時隙。類似于所有簇的MAC協(xié)議，簇頭管

42、理簇中的其他節(jié)點時隙分配。所以除了數(shù)據(jù)發(fā)生器，節(jié)點也能作為路由器。TDMA幀和協(xié)議在介質(zhì)訪問過程中都分為4個階段：刷新階段、事件觸發(fā)路由階段、更新路由階段、數(shù)據(jù)發(fā)送階段。前三個階段可以認為是預留階段，最后一個是數(shù)據(jù)階段。在協(xié)議中每個階段的持續(xù)時間是固定的。主要目的是根據(jù)路由周期和簇中節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包來安排時隙的活動時間。因此，在刷新階段，收集網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息如剩余能量、地點、每個節(jié)點的狀態(tài)等。這樣簇中每個節(jié)點都在指定的時隙中發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包給簇頭。在事件促發(fā)和基于刷新的路由階段，從節(jié)點到簇頭的多跳路線被更新了并且在這些線路上的節(jié)點都被安排了時隙。因此，簇頭管理每跳的通信時間并規(guī)劃路徑。關(guān)于時隙分

43、配有兩項技術(shù)：廣度和深度技術(shù)。廣度技術(shù)遵循寬度優(yōu)先搜索原則來安排節(jié)點時隙。一個節(jié)點必須在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到下一跳之前等待來自其子報的所有數(shù)據(jù)包。深度技術(shù)遵循深度優(yōu)先原則，這樣更遠離接收機的來自節(jié)點的數(shù)據(jù)包將被優(yōu)先傳輸。簇頭通過這些其中的一個節(jié)點，通知每個節(jié)點即將接和發(fā)送信息的時隙。最后，數(shù)據(jù)階段分配給節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的時隙構(gòu)成。在盧有階段執(zhí)行時隙分配緊跟著簇中的節(jié)點。共四十四頁BMA-MACBMA-MAC協(xié)議是一個高效節(jié)能TDMA(E-TDMA)方案的簇通信協(xié)議。BMA-MAC由簇組織階段和穩(wěn)定階段組成。簇組織階段。如果節(jié)點的剩余(shngy)能量超過一定門限，那么就可以被選擇為簇頭。被選擇的節(jié)點通過

44、廣播CSMA方案的廣播消息來競爭成為簇頭。真聽到廣播消息的節(jié)點加入簇頭所在簇，一旦簇建立，協(xié)議就進入穩(wěn)定階段。在穩(wěn)定階段，E-TDMA協(xié)議的MAC機制用于每個由簇頭形成的簇之中。為競爭插入預留階段。數(shù)據(jù)階段進一步劃分為兩個階段：數(shù)據(jù)傳輸階段和空閑階段。數(shù)據(jù)階段的持續(xù)時間是固定的并且數(shù)據(jù)傳輸時期是基于節(jié)點的流量要求變化的。時隙安排是根據(jù)非簇頭的要求在預訂階段通過簇頭執(zhí)行的。插入預留階段并且每個節(jié)點根據(jù)自身需求都有一個預先安排的時隙。如果節(jié)點有數(shù)據(jù)包要發(fā)送，它就發(fā)送1bit控制消息，如果沒有數(shù)據(jù)包就保持不變。簇頭為每個節(jié)點安排時隙在下一個數(shù)據(jù)階段發(fā)送數(shù)據(jù)包。根據(jù)請求一個時隙的節(jié)點數(shù)目，數(shù)據(jù)傳輸時期

45、的持續(xù)時間以及空閑時期隨之變化。每個節(jié)點在他指定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)包給簇頭并且在其他時隙休眠。在空閑時隙，簇中所有節(jié)點都處于休眠狀態(tài)。BMA-MAC協(xié)議在簇頭執(zhí)行完規(guī)定數(shù)目的回合后進入簇設(shè)置階段。因此，簇頭的職責是通過其他節(jié)點交換導致平等的能量消耗。共四十四頁預留的自適應(yīng)(shyng)低功耗MAC預留的自適應(yīng)低功耗MAC協(xié)議也假設(shè)了一個簇分級組織。其中，類似于BMA-MAC協(xié)議，通過競爭選出簇頭。預留期間由三部分組成。在控制時隙，簇頭廣播控制信息如幀長度和簇信息的終止。由于簇頭關(guān)鍵問題是能量消耗，該協(xié)議為一些節(jié)點分配簇頭周期。在一個確定的持續(xù)時間后，簇頭聲明他職責的終止。該幀的第二個時隙是預定請求

46、窗口(chungku)。在該窗口(chungku)中，簇的節(jié)點發(fā)送他們的請求給簇頭。該窗口(chungku)的發(fā)送通過競爭執(zhí)行，這里使用了基本的CSMA機制。在預留確認時隙，時隙分配通過簇頭傳遞給簇節(jié)點。最后，一個數(shù)據(jù)時隙用于節(jié)點發(fā)送他們的數(shù)據(jù)。幀的大小根據(jù)預留請求數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗的概率進行調(diào)節(jié)。如果概率過高，幀的大小將增加。相反的，如果預留請求數(shù)據(jù)包沒有錯誤，幀的大小就會減小。共四十四頁小結(jié)(xioji)基于TDMA協(xié)議在WSN中提供了無沖突通信，獲得了更高的能源效率。然后，基于TDMA協(xié)議需要一個由簇頭構(gòu)成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以協(xié)調(diào)指定(zhdng)給每個節(jié)點的時隙。雖然這些協(xié)議已經(jīng)提出了許多基于簇

47、的算法，但這些算法的優(yōu)越性和能效有待檢驗。雖然基于簇的TDMA方案已于設(shè)計，但是當個別的簇頭不在接收機的直接范圍內(nèi)，問題就變得復雜了?；诖氐亩嗵ㄐ攀潜匾?。所有鄰節(jié)點的無重疊實習分配需要被派生在有賴于不同簇之間的分部式方式中。此問題通過圖表著色的例子被證明是NP完整的并且效率啟發(fā)式算法的發(fā)展是一個開放問題。網(wǎng)絡(luò)的強可擴展性是另一個重要的研究領(lǐng)域，且TDMA協(xié)議的時間調(diào)度表必須能夠適應(yīng)傳感網(wǎng)高節(jié)點密度的特性。由于TDMA中的信道容量是固定的，考慮到用戶的數(shù)量和他們各自的流量，只有時隙數(shù)目在幀內(nèi)可能會改變。因此，基于TDMA的MAC協(xié)議可能不適合與一些實驗在評估時間特性是相當重要的時延以及流量

48、具有突發(fā)特性的WSN應(yīng)用。此外由于時隙通信在簇中執(zhí)行，簇干擾要盡可能的小，這樣在不同簇中有重疊時隙表的節(jié)點才不會互相沖突。最后，時間同步是基于TDMA協(xié)議的一個重要部分，11章介紹。共四十四頁混合(hnh)介質(zhì)訪問由于基于競爭協(xié)議要求顯著的低開銷，在低競爭的情況下，這些協(xié)議擁有較高的利用率。然而，當競爭信道的節(jié)點數(shù)目增加的時候(sh hou)，由于這些節(jié)點沒有被協(xié)調(diào)，所以信道利用率會減小。另一方面，預留協(xié)議提供定期訪問每個節(jié)點并減少沖突。在高競爭的情況下，這些協(xié)議在擁有高利用率的同時增加了時延和開銷，這一對比產(chǎn)生了在訪問能力和能效之間的權(quán)衡。MAC協(xié)議中的混合方式旨在通過結(jié)合隨機訪問方式和預留

49、訪問TDMA協(xié)議來進行信道的分配權(quán)衡。由于改善的信道組織和動態(tài)流量負載的自適應(yīng)性，混合解決方案使沖突避免和能效方面的性能得到提高。接下來介紹兩種為WSN開發(fā)的混合解決方案。共四十四頁Zebra-MACZ-MAC協(xié)議的通信結(jié)構(gòu)依靠的是類似與TDMA的時分方案。Z-MAC協(xié)議為每個節(jié)點分配時隙。然后，與TDMA方式不同的是，Z-MAC協(xié)議中每個時隙在沒被占有節(jié)點使用時可以被其他節(jié)點占用。因此當競爭程度較低時，Z-MAC協(xié)議類似于CSMA協(xié)議；當傳輸競爭較激烈時，Z-MAC協(xié)議類似于TDMA協(xié)議。Z-MAC協(xié)議由啟動階段(jidun)和通信階段(jidun)組成。啟動階段(jidun)主要由4個部分組成：鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)、時隙分配、本地幀交換、同步全局時鐘。鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)主要是每個節(jié)點收集關(guān)于兩跳鄰節(jié)點的信息。在這個階段，每個節(jié)點發(fā)送自身的單跳鄰接點信息給相鄰節(jié)點。在多重信息交換結(jié)束時，每個節(jié)點接受到關(guān)于自身兩條鄰節(jié)點的信息。在無線信道中的沖突由于隱終端問題而影響了每個節(jié)點的兩條鄰節(jié)點。時隙分配是根據(jù)DRAND協(xié)議執(zhí)行的，他廣播一個時間調(diào)度表以此給每個節(jié)點都分配一個時隙，并且該時隙不會與他的兩條鄰節(jié)點發(fā)生沖突。DRAND首先產(chǎn)生一個網(wǎng)絡(luò)的無線電干擾映射。節(jié)點可互相干擾并且在干擾圖中是雙相連接的。時隙分配以及該圖反復執(zhí)行。Z-MAC協(xié)議引入了本地幀結(jié)