無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作業(yè)2012

1、一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MACMAC協(xié)議有哪些基本分類，各有哪些典型的協(xié)協(xié)議有哪些基本分類，各有哪些典型的協(xié)議，每種協(xié)議的特點(diǎn)是什么？議，每種協(xié)議的特點(diǎn)是什么？目前的MAC協(xié)議，主要是分為三類：隨機(jī)競爭類MAC協(xié)議，固定分配類MAC協(xié)議，混合型MAC協(xié)議。下面按照上述分類簡單介紹幾種主要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議。隨機(jī)競爭類MAC協(xié)議1、帶沖突避免的載波偵聽多路訪問MAC層協(xié)議（CSMACA）為發(fā)盡量減少數(shù)據(jù)的傳輸碰撞和重試

2、發(fā)送，防止各節(jié)點(diǎn)無序地爭用無線信道，提出CSMACA協(xié)議[2]，它主要是應(yīng)用于無線局域網(wǎng)IEEE802.11MAC協(xié)議的分布式協(xié)調(diào)工作模式下的一種協(xié)議。在節(jié)點(diǎn)偵聽到無線信道忙之后，采用CSMACA機(jī)制和隨機(jī)退避時間，實(shí)現(xiàn)無線信道的共享。此類協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡單，易于擴(kuò)展，但沖突會導(dǎo)致能量浪費(fèi)，時延難以估計。IEEE802.11MAC協(xié)議規(guī)定了三種基本幀間間隔，用來提供訪問無線信道的優(yōu)先級。分別為：最短幀間間隔SIFS，用于需要立即響應(yīng)的服務(wù)如A

3、CK幀等。PCF方式下使用的幀間間隔（PIFS），用以獲得在無競爭訪問周期啟動時訪問信道的優(yōu)先權(quán)。DCF方式下使用的幀間間隔，用以發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。傳統(tǒng)的載波偵聽多路訪問（CSMA）協(xié)議不適合傳感器，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)要傳輸一個分組時，它首先偵聽信道狀態(tài)。如果信道空閑，而且經(jīng)過一個幀間間隔DIF后，信道仍然空閑，則站點(diǎn)開始發(fā)送信息。如果信道忙，要一直偵聽到信道的空閑時間超過DIFS。當(dāng)信道最終空閑下來時，節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步使用二進(jìn)制退避算法，來避免發(fā)

4、生碰撞。節(jié)點(diǎn)進(jìn)入退避狀態(tài)時，啟動一個退避計時器，當(dāng)計時到達(dá)退避時間后結(jié)束退避狀態(tài)。802.11MAC協(xié)議中通過立即主動確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制來提高性能。2、SMAC協(xié)議SMAC（SelfganizingMAC）協(xié)議[3]是在802.11MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量需求而提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議。SMAC協(xié)議采用以下機(jī)制：周期性偵聽睡眠的低占空比工作方式，控制節(jié)點(diǎn)盡可能處于睡眠狀態(tài)來降低節(jié)點(diǎn)能量的消耗。鄰居節(jié)點(diǎn)通過協(xié)商的一致性

5、睡眠調(diào)度機(jī)制形成虛擬簇，減少節(jié)點(diǎn)的空閑偵聽時間。通過流量自適應(yīng)的偵聽機(jī)制，減少消息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲。采用帶內(nèi)信令來減少重傳和避免監(jiān)聽不必要的數(shù)據(jù)。通過消息分割和突發(fā)傳遞機(jī)制來減少控制消息的開銷和消息的傳輸延遲。SMAC協(xié)議減少了空閑偵聽所消耗的能源，但是不足之處在于：節(jié)點(diǎn)的工作循環(huán)周期在協(xié)議開始工作時就已確定下來，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量的變化來進(jìn)行調(diào)整。基于時分復(fù)用的MAC協(xié)議時分復(fù)用TDMA是實(shí)現(xiàn)信道分配的簡單成熟的機(jī)制，TDMA機(jī)

6、制具有下列特點(diǎn)：沒有競爭機(jī)制的碰撞重傳問題數(shù)據(jù)傳輸時不需要過多的控制信息節(jié)點(diǎn)在空閑時隙能夠及時進(jìn)入睡眠狀態(tài)。但是TDMA機(jī)制需要節(jié)點(diǎn)之間比較嚴(yán)格的時間同步?；赥DMA的MAC協(xié)議將時間區(qū)分為連續(xù)的時隙，每個時隙分配給某個特定的節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)只能在分配的時隙內(nèi)發(fā)送消息。這樣，節(jié)點(diǎn)可以在非發(fā)送或接收的時隙內(nèi)及時進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而有效地減少能量消耗。1、DMAC協(xié)議SMAC和TMAC協(xié)議采用周期性的活動睡眠策略減少能量消耗，但是存在數(shù)據(jù)通信

7、停頓問題，從而引起數(shù)據(jù)的傳輸延遲。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常采用的通信模式是數(shù)據(jù)采集樹，針對這種結(jié)構(gòu)，為發(fā)減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和數(shù)據(jù)的傳輸延遲，提出了DMAC協(xié)議。DMAC協(xié)議[6]采用不同深度節(jié)點(diǎn)之間的活動睡眠的交錯調(diào)度機(jī)制，數(shù)據(jù)能夠沿著多跳路徑連續(xù)傳播，減少睡眠帶來的通信延遲。該協(xié)議通過自適應(yīng)占空比機(jī)制，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量變化動態(tài)調(diào)整整條路徑上節(jié)點(diǎn)的活動時間，通過數(shù)據(jù)預(yù)測機(jī)制解決相同父節(jié)點(diǎn)的不同子節(jié)點(diǎn)間的相互干擾問題，通過MTS機(jī)制解決不同

8、父節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)之間干擾帶來的睡眠延遲問題。但是，該協(xié)議實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。2、DEANA協(xié)議分布式能量感知節(jié)點(diǎn)活動協(xié)議（DEANA）[7]將時間幀分為周期性的調(diào)度訪問階段和隨機(jī)訪問階段。調(diào)度訪問階段由多個連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸時隙組成，某個時隙分配給特定節(jié)點(diǎn)用來發(fā)送數(shù)據(jù)。除相應(yīng)的接收節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)在此時隙處于睡眠狀態(tài)。隨機(jī)訪問階段由多個連續(xù)的信令交換時隙組成，用于處理節(jié)點(diǎn)的添加、刪除以及時間同步等。傳統(tǒng)的TDMA協(xié)議相比，DEANA協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸時隙

9、前加入了一個控制時隙，使節(jié)點(diǎn)在得知不需要接收數(shù)據(jù)時進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而能夠部分解決串音問題。但是，對時隙分配考慮較少。3、TRAMA協(xié)議流量自適應(yīng)介質(zhì)訪問（TRAMA）協(xié)議[8]將時間劃分為連續(xù)時隙，根據(jù)局部兩跳內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，采用分布選舉機(jī)制確定每個時隙的無沖突發(fā)送者。同時，通過避免把時隙分配給無流量的節(jié)點(diǎn)，并讓非發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)達(dá)到節(jié)省能量的目的。為發(fā)適應(yīng)節(jié)點(diǎn)失敗或節(jié)點(diǎn)增加等引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，將時間劃分為交替的隨機(jī)訪