无线传感器网络第3章传感器网络的通信与组网技术.ppt

3.2.2 IEEE 802.11 MAC协议 当源节点和目的节点握手完成后，便开始进行data数据的发送。目的节点接收到数据后，向源节点发出一个ACK应答帧。当源节点接收到ACK后，继续发送data分组，目的节点收到后回复ACK。直到所有数据分组发送完毕，源节点释放信道占有权供其他节点竞争。同理，在data数据帧和ACK应答帧里仍然携带的数据传输持续时间，其他的节点可根据此数据传输持续时间值设定休眠定时器，在传输结束后立即醒来监听信道，如果有数据要发送就竞争信道。 3.2.2 IEEE 802.11 MAC协议 源节点在发出RTS帧或data帧后的一段时间内没有收到CTS应答，则说明发送失败，节点立即重传未收到应答的RTS帧或data帧。 如果3次发送仍未收到应答，节点放弃发送，转入睡眠，在下一个侦听周期醒来重新竞争信道。 在DCF工作方式下，载波侦听机制通过物理载波侦听和虚拟载波侦听来确定无线信道的状态。物理载波侦听由物理层提供，虚拟载波侦听由MAC层提供。 3.2.2 IEEE 802.11 MAC协议 3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 S-MAC协议(Sensor MAC)是在802.1l MAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量需求而提出的。 S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进行数据融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度的通信延迟。 它的设计目标是提供良好的扩展性，减少节点能耗。 通常无线传感器网络的无效能耗主要来源于如下四种原因： ① 空闲监听 ：节点等待接收 ② 数据冲突 ：相邻节点同时发送数据 ③ 串扰 ：接收和处理无关数据 ④ 控制开销 ：RTS，CTS，ACK 3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 （1）周期性侦听和睡眠机制 S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间要根据应用情况进行调整。当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。 相邻节点之间尽量保持各自的监听/睡眠时间表一致（时间同步）。 具有相同时间表的节点组成一个虚拟簇。 3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 通过广播SYNC包保持同步 某些节点可以同时属于两个或多个虚拟簇 （2）流量自适应侦听机制 其基本思想是在一次通信过程中，通信节点的邻居在通信结束后不立即进入睡眠状态，而是保持侦听一段时间。 如果节点在这段时间内接收到RTS分组，则可以立刻接收数据，无须等到下一次调度侦听周期，从而减少了数据分组的传输延迟。 如果在这段时间内没有接收到RTS分组，则转入睡眠状态直到下一次调度侦听周期。 3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 （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。 3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 （4）消息传递机制 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。 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。 3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 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 3.3.1 路由协议概述 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 3.3.1 路由协议概述 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无线传感器网络路由协议的一个显著特征。 将强调高效利用能量的一类路由协议划归为能量感知路由协议。 能量感知的路由协议从