無(wú)線傳感器畢業(yè)實(shí)習(xí)論文-其他報(bào)告(編輯修改稿)
2025-02-24 12:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ／ CTS／ DATA／ ACK)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這個(gè)機(jī)制能夠避免因沖突 產(chǎn)生的能耗。通過(guò)同步機(jī)制，局部的節(jié)點(diǎn)之間可以采用相同的時(shí)間周期，采用相同 的工作休眠策略，它方便了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)。 1． 2 SMAC的節(jié)能機(jī)制分析 為了減少無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)消耗的能量，在 IEEE 802． 11基礎(chǔ)上提出了一種專門的傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議 SMAc協(xié)議。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的沖突重傳、接收到不是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)、控制信號(hào)、空閑偵聽(tīng)等造成傳感器網(wǎng)絡(luò)耗能的原因。它引入了節(jié)點(diǎn)間的 SYNC機(jī)制，允許沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省耗能。但根據(jù)前文所討論的，睡眠的本身會(huì)引起數(shù)據(jù)的傳輸中斷，從而增加延時(shí)。下面將具體分析 SMAC協(xié)議是怎么節(jié)能的。 1． 2． 1 交替 偵聽(tīng)／睡眠機(jī)制 SMAC協(xié)議的工作是按照周期進(jìn)行的，在每個(gè)周期里，每一個(gè)基于 SMAC協(xié)議的節(jié)點(diǎn)都會(huì)工作一段時(shí)間、睡眠一段時(shí)間，通過(guò)減少節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間來(lái)節(jié)省能量。如圖 1所示 SMAC協(xié)議的一個(gè)周期包含了睡眠和偵聽(tīng)兩個(gè)階段，偵聽(tīng)階段屬于工作階段，偵聽(tīng)階段如果收到數(shù)據(jù)包，則節(jié)點(diǎn)之間會(huì)建立通信。如果節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，則節(jié)點(diǎn)不能接收任何數(shù)據(jù)，發(fā)送給它的數(shù)據(jù)都會(huì)被阻塞。處于睡眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)會(huì)在 一定時(shí)間后醒來(lái)。在 SMAC協(xié)議中，相鄰的節(jié)點(diǎn)是盡量同時(shí)睡眠同時(shí)偵聽(tīng)的，為了保證時(shí)間上的一致，防止時(shí)鐘偏移，不同節(jié)點(diǎn)間需要定期廣播同步包來(lái)交換時(shí)間信息，從而進(jìn)行調(diào)整，做到同步。 1． 2． 2 “虛擬簇”機(jī)制 SMAC協(xié)議使用了“虛擬簇”的機(jī)制，在“虛擬簇”機(jī)制下，節(jié)點(diǎn)之間的調(diào)度信息是通過(guò)節(jié)點(diǎn)廣播 SYNC包來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 SMAC協(xié)議使用調(diào)度表來(lái)保存調(diào)度信息，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)保存一個(gè)調(diào)度表。節(jié)點(diǎn)會(huì)在啟動(dòng)的初期監(jiān)聽(tīng)一段時(shí)間，因?yàn)?SMAC協(xié)議是固定占空比的，所以這段時(shí)間是固定的。在監(jiān)聽(tīng)的這段時(shí)間，如果節(jié)點(diǎn)能夠收到鄰居 節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息，則它使用鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度周期更新自己的調(diào)度周期，并且它會(huì)在一段時(shí)間后廣播自己的調(diào)度信息。如果接收到的鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方式與自己的調(diào)度方式相同，則調(diào)度方式不變；如果發(fā)現(xiàn) 相鄰間的 5 HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告用紙 節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方式與自己不同，而且還沒(méi)有收到與自己調(diào)度方式相同的節(jié)點(diǎn)消息，則使用新的調(diào)度方式進(jìn)行調(diào)度。 1． 2． 3 串音避免機(jī)制 基于競(jìng)爭(zhēng) MAC協(xié)議能量消耗的一個(gè)重要原因就是串音。在 SMAC協(xié)議中，如果節(jié)點(diǎn)收到不是發(fā)送給自己的 RTS數(shù)據(jù) 包或 CTS數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)會(huì)直接進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣，發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)就不會(huì)把數(shù)據(jù)包和 ACK報(bào)文發(fā)送到剛剛進(jìn)入睡眠的節(jié)點(diǎn)，從而減少了節(jié)點(diǎn)處理這些數(shù)據(jù)包所消耗的能量。 1． 2． 4 沖突避免機(jī)制 競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)產(chǎn)生的碰撞是每一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)類協(xié)議都會(huì)碰到的問(wèn)題， SMAC協(xié)議也對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了解決，盡量減少不必要的能量浪費(fèi)。 1． 2． 5 消息分段機(jī)制 如果傳感器網(wǎng)絡(luò)傳遞比較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包，一個(gè)包出錯(cuò)就會(huì)重傳，這就將耗費(fèi)比較多的能量。SMAC為了解決這個(gè)問(wèn)題采用了消息分段機(jī)制，將長(zhǎng)消息分成幾個(gè)小的消息發(fā)送出去。 1． 2． 6 自適應(yīng)偵聽(tīng)機(jī)制 自適應(yīng)偵聽(tīng)機(jī)制的基本思想是：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到 RTS或者 CTS數(shù)據(jù)包，偵聽(tīng)到鄰居節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)通信，就進(jìn)入睡眠，同時(shí)記錄它的通信時(shí)間。對(duì)通信時(shí)間的記錄幫助節(jié)點(diǎn)通信結(jié)束后能夠醒來(lái)，在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)偵聽(tīng)信道查看是否有數(shù)據(jù)包需要傳遞，這種偵聽(tīng)同樣是通過(guò)是否接收 RTS數(shù)據(jù)包和 CTS數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通信結(jié)束后節(jié)點(diǎn)會(huì)醒來(lái)，這個(gè)時(shí)候節(jié) 點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)，偵聽(tīng)是否有數(shù)據(jù)包到達(dá)，如果有數(shù)據(jù)包到達(dá)則建立信道進(jìn)行通信，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)包到達(dá)，則結(jié)束偵聽(tīng)，繼續(xù)進(jìn)入睡眠，按照既定調(diào)度方式工作。 2 改進(jìn)的 MAC協(xié)議 ATCSMAC 如前面所述， SMAC協(xié)議由于采用了固定的占空比，它不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的延遲情況動(dòng)態(tài)調(diào)整占空比大小，造成了兩個(gè)主要的問(wèn)題。本節(jié)提出了一種新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議 —— ATCSMAC(Automation of Time ControlledSMAC)，該協(xié)議在 SMAC協(xié)議的基礎(chǔ)上改進(jìn)了固定占空比的劣勢(shì)，采用根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)包的平均
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