无线传感器网络的MAC协议.ppt

基于竞争的MAC层协议 B-MAC协议LPL机制 LPL机制的工作流程 假设每个节点的睡眠时间均为Tp ， Tp 时间后节点醒来，在Ta 时间内侦听信道活动，令前导序列的时长为Tp + Ta （即Tw ） 。 节点A向节点B发送数据时，A首先发送前导序列。 B醒来后侦听到前导序列，判断出自己是目标节点，进入工作状态接收数据。 其他节点如也侦听到前导序列，但发现自己并非目标节点，返回睡眠状态。 基于竞争的MAC层协议 B-MAC协议LPL机制 LPL机制的能耗情况 每个数据帧前都发送前导序列，如数据量大，则发送前导序列能耗较大。 数据量小时，前导序列少，节点免去多次侦听的过程，能耗较少。 LPL机制的Tw 的取值 如Tw 取值过大，会造成传输过程较大的时延。 如Tw 取值过小，节点在频繁的唤醒-睡眠过程中会增大能耗。 Tw 的取值应根据网络流量负载的具体情况确定。 基于竞争的MAC层协议 B-MAC协议CCA机制 LPL机制的问题 节点侦听完前导序列发现自己不是目的节点，造成能耗。 节点侦听前导序列失败，造成能耗和延迟。 源节点错误判断信道状态发送前导序列，导致传输碰撞 CCA机制 为解决LPL机制的问题。 动态本底噪声评估。 信号侦测。 基于竞争的MAC层协议 B-MAC协议CCA机制 CCA机制的工作原理 在一次传输结束后，节点立即对信道采样更新本底噪声估计值。 在下次传输数据前，对信道进行多次采样。 发现异常，则信道空闲，可发送数据。 未发现异常，则信道忙碌，进行退避。 传输 采取信道样本 更新噪声基准 采样确定是否存在异常 需要传输数据 发现异常 未发现异常 信道空闲 传输数据 信道忙碌 采取退避 噪声基准估计 信号检测 基于竞争的MAC层协议 B-MAC协议 优点 提供一个有效的载波侦听机制，大部分错误可以被检测； 噪声基准评估机制使MAC协议能够适应周边环境； 轻量级协议，占用空间较小； 灵活多变，为上层用户提供各种接口，方便再次开发。 缺点 未解决隐终端问题，在高密度高流量的网络中信道不能充分利用 同步前导码过长，在流量负载较高时产生较大开销； CCA机制引入了额外的复杂性，也在一定程度上增加了接入时延。 基于竞争的MAC层协议 X-MAC协议 B-MAC协议节点接收前导序列消耗能量和造成时延 X-MAC是针对B-MAC协议的改进和优化。 将较长的前导序列分成若干连续短序列，在这些前导序列之间有段空隙，节点在空隙处处于监听状态。 目的节点只需接收一个短前导序列即可确认，向源节点发送ACK帧后，源节点停止发送剩余前导序列。 数据传输后，目的节点不立即睡眠，保持侦听，以便接受其他节点数据。 多节点对一节点请求发送时，最先发送前导序列的节点获得优先权，其他节点等待下次竞争机会。 CSMA 加入冲突避免 CSMA/CA SMAC 侦听/休眠机制 同步 异步 LPL算法 BMAC DSMAC 根据流量动态改变占空比 XMAC 引入闪频前导 减少前导码长度 加入TA间隔 减少空闲侦听 T-MAC 同步 异步 基于竞争的MAC协议 基于竞争的MAC层协议 基于保留时隙的MAC层协议 TDMA技术 节点通信基于超级帧(Superframe)，超级帧包括预留时段(节点间通过特点机制决定各自时隙)和数据时段(多个时隙，每个时隙内特点节点可以进行通信)。 优势 无需竞争信道，无碰撞问题。 控制信息少，消耗能量小。 节点在空闲时隙进入睡眠，节能。 劣势 节点需同步，时隙和帧长度固定，对网络规模变化适应性差。 流量低时，信道利用率低。 基于保留时隙的MAC层协议 TRAMA协议 每个时间帧分为随机访问和调度访问两部分，随机访问包含多个信令时隙，调度访问时隙包含多个传输时隙 节点交换两跳内邻居信息和分配信息 流量自适应的分布式选举算法选择在每个时隙上的发送节点和接收节点 邻居协议(NP) 节点启动后处于随机接入时隙，此时节点为接收状态。 通过在随机访问中交换控制信息，NP协议实现邻居信息的交互。控制信息中携带了增加的邻居的更新，如果没有更新，控制信息作为通知邻居自己存在的信标。 节点之间的时钟同步信息也是在随机访问中发送 每个节点发送关于自己下一跳邻居的增加更新，可以用来保持邻居之间的连通性。如果节点在一段时间内都没有再收到某个邻居的信标，则该邻居失效。 基于保留时隙的MAC层协议 TRAMA协议 基于保留时隙的MAC层协议 TRAMA协议 调度交换协议(SEP) 建立和维护发送者和接收者选择时需要的调度信息 ，包括调度信息生成和调度的信息交换与维护。 根据高层应用产生数据的速率计算出一个调度间隔，确定可调度的时隙数，生成调度信息。 节点通过分配帧广播调度信息。 节点根据接收到的广播维护下一跳邻居