無線傳感器網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議綜述(編輯修改稿)
2024-12-22 06:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 學(xué)術(shù)界提出了眾多 WSN 專用 MAC 協(xié)議，部分協(xié)議己經(jīng)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境甚至實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用和驗(yàn)證 。 我們對(duì)這些協(xié)議進(jìn)行研究，選取了部分較為重要的和近期提出的 MAC 協(xié)議，對(duì)其核心機(jī)制、特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行了分析和比較 。 3 常 用 的 MAC層協(xié)議 針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，已經(jīng)提出了很多種 MAC 層協(xié)議，在這一部分，我們將對(duì) 它們進(jìn)行一些概要性的介紹，列舉它們?cè)诟鞣N可能的條件下的各種行為，并對(duì)各個(gè)協(xié)議的優(yōu) 缺點(diǎn)進(jìn)行說明。 SensorMAC(SMAC) 該協(xié)議將時(shí)間分幀，幀長(zhǎng)度由應(yīng)用程序確定。幀內(nèi)分為工作階段和休眠階段，在 2020 年版本中，工作階段持續(xù)時(shí)間是固定的。 2020 年版本為了更好地支持?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)，協(xié)議將工 作階段改為長(zhǎng)度可調(diào)。在休眠階段，節(jié)點(diǎn)關(guān)閉射頻模塊，緩存這期間采集到的數(shù)據(jù)，在工作 階段集中 發(fā)送。在工作階段的開始，節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步消息，之后通過 RTS/CTS/DATA/ACK 機(jī) 制發(fā)送數(shù)據(jù)，避免沖突造成的能量浪費(fèi)。通過同步消息，相鄰節(jié)點(diǎn)可以采用相同的工作 /休 眠策略，新節(jié)點(diǎn)也可以加入進(jìn)來，這種機(jī)制在協(xié)議中稱為虛擬簇?；谶@些同步的本地化管 理同步和周期性的工作 /休眠策略形成了 SMAC 協(xié)議的基本思想。相鄰節(jié)點(diǎn)形成虛擬簇來建 立一個(gè)共同的休眠策略。如果兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)位于兩個(gè)不同的虛擬簇，它們將在兩個(gè)簇的工作 階段都處于喚醒狀態(tài)，這樣就會(huì)導(dǎo)致更多的能量消耗。 SMAC 的一個(gè)很重要的特征是米用 了消息傳遞 （ messagepassing)技術(shù)，很好地支持 長(zhǎng)消息發(fā)送。對(duì)于無線信道，傳輸差錯(cuò)與包長(zhǎng)度成正比，短包成功傳輸?shù)母怕室笥陂L(zhǎng)包。 消息傳遞技術(shù)根據(jù)這一原理，將長(zhǎng)消息分為若干短包，采用一次 RTS/CTS 握手，集中連續(xù) 發(fā)送全部短包，既可以提高發(fā)送成功率，又有效地減少了控制開銷。 周期性的休眠可能會(huì)導(dǎo)致高的等待時(shí)間，尤其是對(duì)于多跳路由算法，因?yàn)樗械南噜徆?jié) 點(diǎn)都有它們自己的休眠策略，它們可能會(huì)互相造成影響。由周期性休眠所引起的等待時(shí)間我 們稱之為休眠延遲。自適應(yīng)的監(jiān)聽技術(shù)可以改善這種延遲。 該協(xié)議的擴(kuò)展性較好，可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，可以有效的改善由于空閑監(jiān)聽所 導(dǎo)致的能量浪費(fèi)問題；缺點(diǎn)是協(xié)議實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，需要占用大量的存儲(chǔ)空間，這在資源受限 的傳感器節(jié)點(diǎn)中顯得尤為突出。 WiseMAC 提到 WiseMAC 協(xié)議之前，我們首先要提到由 Hoiydi 提出的 [6]帶有喚醒前導(dǎo)的空間 TDMA 和 CSMA 協(xié)議，該協(xié)議在 2020 年被提出，協(xié)議中所有的傳感器節(jié)點(diǎn)都被 定義為擁有兩個(gè)通 信信道。數(shù)據(jù)信道通過 TDMA 方法被接入，而控制信道則通過CSMA 方法接入 。 WiseMAC 協(xié)議和此 協(xié)議的內(nèi)容很相似，但是它只需要一個(gè)單獨(dú)的信道。 WiseMAC 協(xié)議使用的是帶有 喚醒前導(dǎo)的非堅(jiān)持 CSMA， 用以減少空閑監(jiān)聽。在喚醒前導(dǎo)技術(shù)中，為了提醒接收節(jié)點(diǎn)，前 導(dǎo)先于每一個(gè)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)在一個(gè)共同的時(shí)間段接入信道中，但是它們相應(yīng)的時(shí)間偏移是獨(dú)立確定的。如果節(jié)點(diǎn)被喚醒后發(fā)現(xiàn)信道忙，它將會(huì)繼續(xù)監(jiān)聽，直到 接收到數(shù)據(jù)分組或信道變得再次空閑為止。前導(dǎo)的初始值大小應(yīng)該設(shè)為與取樣周期相同的 值。但是仍然存在這樣的情況，接收方在發(fā)送前導(dǎo)結(jié)束后，因?yàn)楦蓴_等原因仍然沒有準(zhǔn)備好 進(jìn)行接收，這樣就會(huì)導(dǎo)致能量 的浪費(fèi)，而且，隨著前導(dǎo)和數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度的增加，這種情況 發(fā)生的可能性還會(huì)增加，導(dǎo)致這種情況發(fā)生的原因主要是因?yàn)槿狈ξ帐謾C(jī)制的約束。 為了減少因?yàn)轭A(yù)先確定固定長(zhǎng)度的前導(dǎo)所導(dǎo)致的能量消耗問題， WiseMAC 提供一種動(dòng) 態(tài)決定前導(dǎo)長(zhǎng)度的方法，通過這種方法可以調(diào)節(jié)前導(dǎo)的控
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