无线传感器网络MAC协议幻灯片.pptVIP

内容提要 概述 背景知识 协议设计的重点 各种MAC协议 结论和开放的问题 我的想法和问题 内容提要 概述 背景知识 协议设计的重点 各种MAC协议 结论和开放的问题 我的想法和问题 概述 内容提要 概述 背景知识 协议设计的重点 各种MAC协议 结论和开放的问题 我的想法和问题 背景知识 科普 能量损失的原因 冲突 overhearing 控制报文的开销 空闲侦听 overmitting 传输的方式 broadcast local gossip convergecast 无线传感器网络MAC协议 网络特征 传感器节点能量受限 传感器节点失效概率大 传感器节点计算处理能力有限 通信带宽有限 以数据为中心 高密度、大规模随机分布 对MAC协议的设计提出了新的挑战！ 内容提要 概述 背景知识 协议设计的重点 各种MAC协议 结论和开放性的问题 我的想法和问题 协议设计的重点 能量效率 空闲监听 冲突 控制开销 串扰 可扩展性 和适应性 网络效率 算法复杂度 与其它层协议的协同 目前普遍认为重要性依次递减！ 内容提要 概述 背景知识 协议设计的重点 各种MAC协议 结论和开放性的问题 我的想法和问题 竞争型MAC协议 基本思想 发送时主动抢占，CSMA方式（载波侦听多路访问） CSMA/CA主要使用两种方法来避免碰撞： 送出资料前，侦听媒体状态，等沒有人使用媒体，维持一段時间后，再等待一段随机的时间后依然沒有人使用，才送出资料。由于每个裝置采用的随机时间不同，所以可以减少碰撞的机会。 送出资料前，先送一段小小的请求传送封包（RTS?: Request to Send）給目标端，等待目标端回应封包后，才开始传送 按需分配 优点 网络流量和规模变化自适应 网络拓扑变化自适应 算法较简单 典型协议 SMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、Sift SMAC协议-前提条件和基本思想 前提条件 数据量少，可进行数据的处理和融合 节点协作完成共同的任务 网络可以容忍一定程度的通信延迟 基本思想 周期性睡眠和监听 ；协商一致的睡眠调度机制（虚拟簇） 自适应的侦听机制，减少信息的传输延迟 消息分割和突发传递机制来减少控制信息的开销和消息的传递延迟 SMAC协议-关键技术1 周期性睡眠和监听 一个周期内有睡眠和监听两种状态 节点之间协同，保持监听同步 同步调度，形成虚拟簇 降低功耗，增加延迟 SMAC协议-关键技术2，3 自适应监听 在一次通信过程中，通信节点的邻居在此次通信结束后唤醒并保持监听一段时间。如果节点在这段时间接收到RTS帧，则可以立即接收数据，而不需要等到下一个监听周期，从而减少了两个节点间的数据传输延迟。 消息传递 将长的信息包分成若干个短的DATA段 突发式传输 SMAC协议的优缺点 优点 通过睡眠机制减少了空闲侦听的能量损耗，实现简单，交换交换时间表减少了同步所需要的开销。 缺点 广播数据包并没有使用RTS-CTS，这样就增大的冲突碰撞的可能性，自适应可能会导致空闲侦听和窃听（overhearing），睡眠和监听的周期是预先定义的，并且固定的，这样在复杂多变的网络负载条件下，这种策略的效率会大大降低。 TMAC协议-基本思想 SMAC协议调度占空比固定，不能很好的适应网络流量的变化 动态调整调度周期中的活跃时间长度 在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠 TMAC协议-关键技术1 周期性监听同步 延用SMAC协议思想，周期性广播SYNC帧 固定周期调度后全监听周期，发现邻居 RTS操作和TA的选择 发送RTS未收到CTS，应再发送一次 TA 竞争信道时间 +RTS发送时间 +CTS准备时间 TMAC协议-关键技术2 早睡问题 节点在邻居准备向其发送数据时进入了睡眠状态 TMAC协议-关键技术3 早睡问题解决办法 未来请求发送（Future request-to-send, FRTS） TMAC协议-关键技术4 早睡问题解决办法 满缓冲区优先 PMAC协议-基本思想 SMAC调度占空比固定，TMAC早睡问题 引入模式信息，节点能够通过模式信息提前获知邻居的下一步活动，调度都根据模式信息来进行 PMAC协议-关键技术1 模式的生成 由一个二进制位串组成 每一位表示节点在当前时隙应处于何种状态，1为监听，0为睡眠 形式：0m1，m=0,1,…N-1，m代表串中0的个数 每个节点启动时的模式串为1，表示流量很大 节点根据网络流量更新模式 在第一个时隙内无数据发送：更新模式为 01 在第二个模式中监听时隙内仍无数据发送：更新模式为 0