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无线传感器网络实验报告

Contikimac协议与xmac协议的比较

1.简介

无线传感器网络（wirelesssensornetworks,WSN）节点由电池供电，其能力非常有限，同时由于工作环境恶劣以及其他各种因素，节点能源一般不可补充。因而降低能耗、延长节点使用寿命是所有无线传感器网络研究的重点。

WSN中的能量能耗主要包括通信能耗、感知能耗和计算能耗，其信能耗所占的比重最大，因此，减少通信能耗是延长网络生存时间的有效手段。同时，研究表明节点通信时Radio模块在数据收发和空闲侦听时的能耗几乎相同，所以要想节能就需要最大限度地减少Radio模块的侦听时间（收发时间不能减少），及减小占空比。

传统的无线网络中，主要考虑到问题是高吞吐量、低延时等，不需要考虑能量消耗，Radio模块不需要关闭，所以传统无线网络MAC协议无法直接应用于WSN，各种针对传感器网络特点的MAC协议相继提出。现有的WSNMAC协议按照不同的分类方式可以

分成许多类型，其中根据信道访问策略的不同可以分为：

X-MAC协议

X-MAC协议也基于B-MAC协议的改进，改进了其前导序列过长的问题，将前导序列分割成许多频闪前导（strobedpreamble），在每个频闪前导中嵌入目的地址信息，非接收节点尽早丢弃分组并睡眠。

X-MAC在发送两个相邻的频闪序列之间插入一个侦听信道间隔，用以侦听接收节点的唤醒标识。接收节点利用频闪前导之间的时间间隔，向发送节点发送早期确认，发送节点收到早期确认后立即发送数据分组，避免发送节点过度前导和接收节点过度侦听。

X-MAC还设计了一种自适应算法，根据网络流量变化动态调整节点的占空比，以减少单跳延时。

优点：

X-MAC最大的优点是不再需要发送一个完整长度的前导序列来唤醒接收节点，因而发送延时和收发能耗都比较小；节点只需监听一个频闪前导就能转入睡眠。

缺点：

节点每次醒来探测信道的时间有所增加，这使得协议在低负载网络中能耗性比较差。而且分

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组长度、数据发送速率等协议参数还需进一步确定

组长度、数据发送速率等协议参数还需进一步确定

X-MAC原理图如图3所示：

ContikiMAC协议

一．ContikiMAC协议中使用的主要机制：

一．ContikiMAC协议中使用的主要机制：

时间划分1.

时间划分

快速睡眠2.

快速睡眠

3. 锁时优化

ContikiMAC只使用了异步的机制，没有标识信息也没有附加的消息头，它的数据也都是普

ContikiMAC只使用了异步的机制，没有标识信息也没有附加的消息头，它的数据也都是普

通的链路层消息。

通的链路层消息。

时间划分：

ContikiMAC协议具有一个基于传输过程中精确时间度量的、能量高效的唤醒技术。的唤醒技术利用一种价格低廉的CCA（空闲信道检测）机制来实现这种机制使用无线电收发器的RSSI(接收信号强度指示值）来判断指定信道的状态。

ContikiMAC中的时间划分必须满足一系列的限制。如图4:

图4ContikiMAC中的时间划分

要求：ta+tdtitctc+2trts

要求：ta+tdtitctc+2trts

ti:每次数据传输之间的时间间隔

ti:每次数据传输之间的时间间隔

tr:进行一次稳定的RSSI指示所需要的时间

tr:进行一次稳定的RSSI指示所需要的时间

tc:两次CCA检测之间的时间间隔

tc:两次CCA检测之间的时间间隔

ta:手段数据包和发送ACK消息的时间间隔

ta:手段数据包和发送ACK消息的时间间隔

td:从接收节点那里成功检测到一个ACK消息所需的时间

td:从接收节点那里成功检测到一个ACK消息所需的时间

在IEEE802.15.4标准下，不等式中一些变量被固化，如IEEE802.15.4标准定义的ta值为12

在IEEE802.15.4标准下，不等式中一些变量被固化，如IEEE802.15.4标准定义的ta值为12

个时间点我，在802.15.4中，一个时间单位是4/250ms.然后td=40/250,tr是由cc2420无线

个时间点我，在802.15.4中，一个时间单位是4/250ms.然后td=40/250,tr是由cc2420无线

收发器的特性决定的，tr=0.192ms,不等式变为：

收发器的特性决定的，tr=0.192ms,不等式变为：

0.352titctc+0.384ts

0.352titctc+0.384ts

给出了ts的下限，0.736ms（0.352+