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毕业设计学习分享 古连华 课题简介 题目：基于竞争和TDMA调度的混合型无线传感器网络MAC协议研究 主要来源：国家自然科学基金资助项目 ：“RFID无线传感器网络关键问题研究” 研究问题：结合基于竞争和调度机制的混合型WSN MAC协议 课题简介 论文：1. “Eμ-MAC：一种高效的混合型的无线传感器网络MAC协议”2. “Aμ-MAC：一种自适应的无线传感器网络MAC协议” 分享内容：1. 课题背景和问题描述2. μ-MAC协议分析3. 论文思路介绍两则 名词：WSN：Wireless Sensor Networksμ-MAC：一种典型的结合竞争和调度机制的WSN MAC 协议Eμ-MAC：增强型的μ-MAC（Enhanced μ-MAC）Aμ-MAC：自适应的μ-MAC（Adaptive μ-MAC） 1. 课题背景和问题描述 无线传感器网络（WSN）的概念和特点：*特殊的 无线 多跳 分布式 网络；*规模大、分布范围广；*自组织 、休眠节能、抗毁性强；*资源吝惜、动态变化（拓扑、流量）；*军事探测、目标追踪、环境监测； WSN通信协议的特殊指标要求：节能效率、时延、传达率（可靠性）；可扩展性、适应性、生存能力； 1. 课题背景和问题描述 WSN MAC的功能：*决定WSN无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线信道资源*分配共享介质*解决发送冲突问题（竞争分解） 1. 课题背景和问题描述 WSN MAC协议，根据信道接入方式分为三类 ：(a) 基于竞争的（contention-based）在需要发送数据时随机使用无线信道，重点考虑分解冲突S-MAC、T-MAC、B-MAC(b) 基于预约/调度的（schedule-based）普遍用TDMA机制，给每个传感器节点分配固定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的冲突D-MAC、EA-MAC、DEANA(c) 两者混合的机制（hybrid）恰当设计，可以平衡两者的优势和不足，取得更好的性能 Z-MAC、TRAMA、μ-MAC、A2-MAC 2. μ-MAC协议分析 文献：“μ-MAC: An Energy-Efficient Medium Access Control for Wireless Sensor Networks”（原文共11页，值得反复读11遍～）Andre Barroso, Utz Roedig and Cormac Sreenan 应用场合：周期性数据采集型WSN，比如环境监控应用 网络结构：网络中有一个固定基站，负责发出兴趣任务指令和汇聚数据 网络特点：网络绝大部分流量是从传感节点到基站的周期性数据包。基站发出一个任务指令，指定的节点在建立好子信道后就开始采集数据，并按要求的周期回送数据包给基站。 2. μ-MAC协议分析 前提假设：1. 假设有一个外部的信标源实现了本地同步；（★MAC层功能不健全，应加入合适的同步机制）2. 调度时槽有switching interval来补偿同步漂移；3. 网络拓扑不会频繁变化； （★可考虑动态拓扑的适应性改造） 4. 流量模式的信息可获得。 μ-MAC特殊的应用模型决定的特点：(a) 被动性数据采集型网络应用受控于基站，基站集中控制采集的数据类型、频率以及所需的信道带宽，传感节点只要被动接受和完成任务；(b) 流量可预知性分发具体的一个传感任务时，INTEREST包中包含了确定的请求数据的大小和频率，流量需求立即可知，在任务作业期内也基本不存在流量的变动。 2. μ-MAC协议分析 μ-MAC新颖之处：根据应用层的信息，利用流量指示器来提高MAC协议的性能。 ?跨层设计思想 μ-MAC设计准则：提高节点睡眠比例，提高能耗效率。同时考虑传达率即可靠性，以及通信时延。（实际上主要是提供良好的能耗效率，且不会太过牺牲时延性能。不像经典的S-MAC和T-MAC那样，在能耗和时延时间难以调和 ） 设计方法：采用基于调度的方式来多路接入共享信道；另外采用应用层信息（使用流量指示器）来作为MAC运行参考 2. μ-MAC协议分析 μ-MAC的信道结构： 2. μ-MAC协议分析 μ-MAC的信道结构：分“竞争期”和“无竞争期” 竞争期：*分时槽的随机接入方式，有冲突则重发*为保证包99%传达，包重发次数为7，竞争期的竞争时槽总数必须至少为7×1.44×N（N为网络平均的两跳内邻居节点数）。*竞争期用于网络拓扑建立（邻居发现）和子信道初始化 2. μ-MAC协议分析 无竞争期： * TDMA调度接入 *相邻两个时槽之间留转换间隔，补偿同步