MAC协议，无线传感器网络.PPT

A Patterned Preamble MAC Protocol forWireless SensorNetworks 无线传感器网络中一种基于模式的前同步MAC协议 摘要 在本文中，我们提出了一种新型的带有模式的前同步信号技术的MAC协议,用来改进无线传感器网络在低功耗，通道利用率,以及延迟等方面的性能。B -MAC是一个典型的MAC协议的无线传感器网络使用占空比，以实现低功率运行。因为工作在一异步方式下，所以B-MAC采用了延长前同步信号和序言采样技术。这些技术虽然在空闲状态处理上有出色的表现,但是但遇到非常大的数据包发送和收到时, 传统的处理前同步信号的方法将是一个很大的浪费. 相对于简单的前同步信号的处理方法，我建议的MAC解决方案是引进更智能化的前同步信号与一些模式构成的二阶段（Tx阶段和ACK阶段）。出于这个想法我们试验了真正的源代码运行,利用mica2平台与tinyos - 1.x版本。最后，经过测试并对分析试验结果表明，该智能化的方法在改进数据包延迟性能上给我们提供了比B-MAC更好的效果。  关键词： 模式前同步技术，MAC协议，无线传感器网络，低功耗,通道利用 一 意义与目的 我们知道,能源效率是最关键的和根本的因素在无线传感器网络，对于传感器节点，因为有其自身的限制，那就是能量来源是有限的。因此，我们需要采取一些技术来保证低功耗，以保持它的使用持续超过一年。不过，我们不可能再在一些硬件比如微控制器或RF模块上下功夫了，因为他们不能在工作在比现在更低的功耗下了。在这种情况下，为了减少浪费能源最有效的方法是把低功耗技术应用在Mac （介质访问控制）或路由协议的水平[2], 在此方法中，我们建议一个很有效的MAC协议算法，不仅表现出很低的功耗而且能达到很好的通道利用效果。  这个拟定的协议是基于B-Mac协议之上的 ，当然我们知道B- MAC协议是MAC协议中为无线传感器网络而设计的。为实现低功耗运行的B-MAC定期的进行睡眠和激活状态的切换。因为该协议大部分时间处于休眠状态，所以大大的提高了能源利用率并节省了大量的能源。但是， B-MAC采用自适应前同步信号采样，以减少占空比并且尽量减少闲置听的时间。这种做法虽然很简单并提高了能源利用率，但它也同时造成了几个不利的结果,由于太长的前同步序列信号,这在收发双方而言并不是最优的能源解决方案.由于它的过度发送信号导致过剩的能量消耗在非目标接收机上，并导致了过多的潜伏期在同一个结点上。 本文提出了一种新的MAC协议算法对于B-MAC相比：保持了原来的占空比性能并提高了通道利用率，改善了多跳的延迟现象。 二 基于模式的前同步信号的MAC协议 对于B-MAC协议而言，它的睡眠和激活状态是定期的。 即使在睡眠期间是相同的所有传感器节点， 每个节点也是在异步模式下在必要时才进入休眠状态 。为了检查是否有任何数据需要接收，前同步信号在激活时间里不停的采样。图1介绍了B_Mac,在采用延长前同步信号方法所带来的缺点。我们假定节点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ都位于在一个跳域。如果节点A要发送一个数据包到节点c ，节点A首先要通过CSMA（载波帧听多路访问） /ＣＡ获取一个免费的通道。 当它获得通道之后，像所有的休眠区域发一个前同步信号。这样的话第一个缺点就是信息的过量发送。如果接收方的睡眠期间是一秒，发送方已发送的前同步信号超过一秒却只是为了发送36个字节的数据包。而实际上一秒之内信号可能超过2400字节，这意味着发送方每包浪费了2364字节的数据。这样呢，就有每包99 ％以上的开销。 我们可以找到另一个不利之处在邻居节点。当节点A发出了一个长时间的前同步信号邻居节点B和C就必须听取到一个长时间同步信号。如图1所示，节点B和C保持听力状态在垃圾的长同步信号里，直到他们最后获得自己所需的数据包。 图一　Ｂ＿ＭＡＣ使用延长的前同步时间信号时带来的弊端 在实际中，所有的邻居节点都必需听取长期前同步信号部分超过2400字节的长度。最后，经过他们检查目的地地址是否在数据包里，结果有时侯他们发现自己所要的数据不在这个数据包里． 图二　模式前同步信号序列结构 ２.１为了解决B－Mac协议存在的以上问题以下两项规定应予以处理 ，。首先，我们必须把一些控制信息包括在目的地址里，和前同步信号中的一样。如果节点得到目的地地址从前同步信号中，他们可以作出决定，是否返回睡眠状态或保持监听状态。第二，发送方需要由接收方得到承认，知道它准备进行发送数据。 这使发送方不用发送整个同步信号。 如果发送方知道何时接收准备，然后它可以开始传送的数据包。 为了满足这两项要求，我们建议一个新的同步信号的做法，我们建议模式的前同步信号。模式的前同步信号是相当不同于以往的序言方法。传统的前同步