第3章 传感器网络的通信与组网技术.ppt

（3）冲突和串音避免机制 为了减少冲突和避免串音，S-MAC协议采用了与802.11 MAC协议类似的虚拟和物理载波监听机制，以及RTS/CTS握手交互机制。两者的区别在于当邻居节点处于通信过程时，执行S-MAC协议的节点进入睡眠状态。 （4）消息传递机制 S-MAC协议采用了消息传递机制，可以很好地支持长消息的发送。由于无线信道的传输差错与消息长度成正比，短消息传输成功的概率要大于长消息。 消息传递机制根据这一原理，将长消息分为若干个短消息，采用一次RTS/CTS交互的握手机制预约这个长消息发送的时间，集中连续发送全部短消息。这样既可以减少控制报文的开销，又可以提高消息发送的成功率。 S-MAC与IEEE 802.11 MAC协议的突发分组传送 IEEE 802.15.4标准 IEEE 802.15.4标准的MAC子层功能 采用CSMA-CA机制来访问物理信道； 协调器对网络的建立与维护； 支持PAN网络的关联（association）与取消关联（disassociation）； 协调器产生信标帧，普通设备根据信标帧与协调器同步； 间接传输的实现(Transaction handling)； 在两个MAC实体之间提供数据可靠传输； 可选的GTS支持； 支持安全机制； IEEE 802.15.4标准 中间协调器接收和发送信标帧 IEEE 802.15.4标准 MAC层帧结构目标：用最低复杂度实现多噪声无线信道环境下的可靠数据传输 帧组成 地址格式：16位短地址和64位扩展地址 帧控制字段的内容指示地址类型 帧的类型：信标帧，数据帧，确认帧，MAC命令帧 IEEE 802.15.4标准 信标帧格式 超帧字段：持续时间；活跃部分持续时间；竞争访问时断持续时间 GTS分配释放信息：将无竞争时断划分为若干个GTS，并把每个GTS具体分配给某个设备 转发数据目标地址：列出了与协调者保存的数据相对应的设备地址 信标帧负载数据：为上层协议提供数据传输接口 IEEE 802.15.4标准 数据帧格式 传输上层发送到MAC子层的数据 MAC服务数据单元：数据负载传送至MAC子层 MAC帧： MAC服务数据单元+MHR头信息+MFR尾信息 IEEE 802.15.4标准 确认帧格式 如果设备收到目的地址为其自身的数据帧或MAC命令帧，并且帧的确认请求位设置为1，设备需要回应一个确认帧。 确认帧的序列号应该与被确认帧的序列号相同，并且负载长度为0。 确认帧紧接着被确认帧发送，不需要使用CSMA-CA机制竞争信道。 IEEE 802.15.4标准 命令帧格式 命令帧用于组建PAN，传输同步数据等。 命令帧有9种类型。 命令帧的功能：把设备关联到PAN；与协调器交换数据；分配GTS。 命令帧的具体功能由帧的负载数据表示。 IEEE 802.15.4标准 MAC子层功能实现 PAN的建立与维护 关联请求与取消 与信标帧的同步 数据的间接传输方式 数据的发送，接收与重传 GTS的分配与管理 MAC子层PIB的维护 MAC子层的安全策略 3.3 路由协议 3.3.1 路由协议概述 路由选择(routing)是指选择互连网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。 路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它包括两个功能： ①寻找源节点和目的节点间的优化路径； ②将数据分组沿着优化路径正确转发。 与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以下特点： （1）能量优先 （2）基于局部拓扑信息 （3）以数据为中心 （4）应用相关 在根据具体应用设计路由协议时，必须满足如下要求： （1）能量高效 （2）可扩展性 （3）稳健性 （4）快速收敛性 我们从各种应用的角度出发，将路由协议分为四类： （1）能量感知路由协议 高效利用网络能量是传感器网络路由协议的一个显著特征。为了强调高效利用能量的重要性，这里将它们划分为能量感知路由协议。能量感知的路由协议从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。 （2）基于查询的路由协议 在诸如环境检测、战场评估等应用中，需要不断查询传感器节点采集的数据。在汇聚节点（查询节点）发出任务查询命令，传感器网络的终端探测节点向监控中心报告采集的数据。在这类监控和检测的应用问题中，通信流量主要是查询节点和传感器探测节点之间的命令和数据传输，同时传感器探测节点的采集信息通常要进行数据融合，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。 （3）地理位置路由协议 在诸如目标跟踪的应用问题中，往往需要唤醒距离被跟踪目标最近的传感器节点，以便得到关于目标的更精