第4章-2MAC协议祥解.ppt

* 下图为WSN执行SMACS/EAR协议时，节点A和D，B和C之间的链路建立过程。先启动的节点D向邻居节点广播“邀请”消息，收到消息的节点A发送应答消息，节点A和节点D之间协商建立两者之间的一对专用通信时隙和专用通信频率。节点B和节点C之间也通过协商建立专用的通信时隙和通信频率。A和D之间、B和C之间的通信时隙虽然重叠，但由于两者使用频率不同，不会相互干扰。同样邻居节点A和B、C和D之间也分别通过协商建立相应的链路。 SMACS关键技术： ①异步调度通信 ②邻居发现和信道分配 ②邻居发现和信道分配（续） 5.DMAC---高效能低延时MAC协议 DMAC（Dynamic SMAC）基于SMAC和TMAC思想，采用预先分配方法来避免睡眠延迟，在信道分配方面引入一种交错呼醒机制。 交错呼醒机制： ①假设网络中的节点保持静止，且每个路由节点有足够的存活时间，保持网络在较长时间内路径不发生变化； ②假设数据有传感器节点向唯一的Sink单向传输； ③假设个节点间保持时间同步； ④在一条多跳传输路径上，各节点交替唤醒，如同锁链一样环环相扣，保证数据在树状结构上持续传输，不被睡眠所中断； ⑤每个间隔分为接收、发送和睡眠三个周期。 5.DMAC（续） 6．C-TDMA协议 Arisha等人针对分簇结构的WSN提出了基于TDMA机制的MAC协议(C-TDMA)。支持C-TDMA协议的网络是一种基于分簇结构的网络。在多个传感器节点形成的簇中，有一个簇头节点（Cluster head），簇头节点收集和处理簇内节点发来的数据，并把处理后的数据发送到汇聚节点，同时负责为簇内成员节点分配时隙。 C-TDMA协议将WSN的节点划分为四种状态：感应、转发、感应并转发、非活动。节点在感应状态时，收集数据并向其相邻节点发送；在转发状态时，接收其他节点发送的数据，再转发给下个节点；而感应并转发状态的节点，则要完成上述两项功能；节点没有接收和发送数据时，就自动进入非活动状态。由于传输数据、接收数据、转发数据以及侦听信道，节点消耗的能量各不相同，各节点在簇内扮演的角色也不一样，因此簇内节点的状态随时都在变化。 为高效地使用网络（如让能量相对高的节点转发数据、及时发现新的节点等），该协议将时间帧分为四个阶段：a）数据传输阶段：各节点在各自被分配的时隙内，向网关发送数据；b）刷新阶段：节点周期性的向簇头报告其状态；c）刷新引起的重组阶段：紧跟在刷新阶段之后，簇头节点根据簇内节点的情况，重新分配时隙；d）事件触发的重组阶段：节点能量小于特定值、网络拓扑发生变化等都是需要重组的事件。若有以上事件触发，网关就重新分配时隙。 C-TDMA协议能够减少空闲侦听，避免信道冲突，也考虑了可扩展性；但是区域内簇头节点和成员节点需要严格的时钟同步，对簇头节点的处理能力、能量和放置方式有较高要求。 7．LMAC协议 LMAC协议是一种基于分布式TDMA的信道接入协议。它通过在时间上把信道分成许多时隙，形成一个固定长度的帧结构。 一个时隙包含一个业务控制时段和固定长度的数据时段。帧结构的管理机制非常简单，每个节点控制一个时隙。当一个节点需要发送数据包时，它会一直等待，直到属于自己的时隙到来。 在每个时隙的控制时段内，节点首先广播消息头（消息头中详细描述了发送消息的接收节点地址和消息长度），然后马上发送数据；监听到消息头的节点，如果发现自己不是此消息的接收者，它会将自己的无线装置关闭。 7．LMAC协议（续） 与其他的MAC协议相比，接收端正确接收一个消息后，LMAC协议不需要向发送端回送确认消息，LMAC协议将可靠性问题留给高层协议来处理，通过让节点选择一个在两跳范围内的无重用时隙来调度“帧结构”。 帧结构控制部分包含描述时隙占用信息的比特组，欲加入网络的新节点先侦听整个帧结构，通过或操作所有节点的时隙占用比特组，新加入的节点计算出哪些时隙是空闲的，并在其中随机选择一个时隙，与其他新加入的节点竞争占用该时隙。 下图说明LMAC协议的网络节点时隙调度情况。 图中代表节点的每个圆圈内的数字，既表示节点的编号，又表示节点在周期帧中所占用的时隙号；每个节点旁边的比特序列是帧时隙占用的比特组表示，其中1表示该位对应的时隙已经占用，0表示该位对应的时隙空闲。 与PMAC区别！ New node加入网络的时隙分配过程： ①新加入网络的节点New node通过侦听整个帧的时间，获取所有邻居节点（图中的节点2、3、5、6、7）关于帧时隙占用的比特组信息； ②节点New node将获取的比特组信息，运算得到表示邻居节点时隙占用的比特序列：1110111，即只有第4位对应的时隙为空闲； ③节点New node选取该空闲时隙作为其控制时隙，并