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正文摘录:

杨军等：无线传感器MAc层协议的分析和研究三个是一个分组中控制部分的开销，如果传输分组的个数多，且每个分组所携带的数据部分比较小，那么控制部分的开销就会很大。最后也是最主要的一个开销就是空闲侦听，多数情况下，无线传感器网络的应用负载是相对小的，无谓的侦听浪费了大量的能量，在节点不参与工作时，应该关掉节点的无线收发部分。以下的协议都是基于以上的一个或几个特性考虑的。2传感器网络典型MAC层协议分类研究目前针对不同的传感器网络应用，研究人员从不同方面提出了很多的MAC协议，但是传感器MAC协议还缺乏一个统一的分类。本文根据MAC层特性的特点，将MAC层协议分为3类：一类是主要基于竞争的MAC协议；一类是主要基于预约和调度；一类是基于竞争和调度混和使用的协议。需要注意的是前两类协议并不只是采用一种形式，而是以某～种方式为主。2.1主要基于竞争的MAC协议主要基于竞争的协议有很多，最典型的协议就是IEEE802.11MAC层协议中的分布式协调(【)istrmutedCOOrldinationFunction，DcF)，DCF工作方式采用(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance.CSMA／CA)带冲突避免的载波侦听协议，其他协议如s—MAc(Sensor—MACprotocol，S—MAC)，T—MAC(TimeotJtMAC，T—MAC)，SIFT协议也都是基于竞争的协议。在DCF工作方式下，通过物理载波侦听和虚拟载波确定无线信道的状态，物理载波由物理层提供，虚拟载波由MAC提供。这个协议的优点是简单、健壮，有效地解决隐藏终端问题，广泛应用在Ad卜toc等无线网络中。缺点是节点要一直进行空闲侦听，能量的效率很低。S—MAC就是为了减少空闲侦听、冲突避免和减少控制开销而设计的，主要采用以下的措施。(1)固定周期性的侦听和睡眠.如果没有监听事件发生的情况下一直处于侦听状态会浪费大量的能量，因此S—MAC采取减少侦听时间，让节点处于一半时间侦听，一半时问睡眠的情况下，在睡眠期间关掉无线电收发部分，可以节省一半的能量。如图2所示。图2周期性侦听和睡眠为了达到同步，每个节点在开始侦听和睡眠前需要选择一个侦听和睡眠的模式并和邻居交换。(2)为了减少冲突和串音避免，S—MAC采用和802.11同样的RTS／CTS机制。(3)为了减少分组控制部分的开销，S—MAC采用消息传递的工作方式，把一个长消息分成许多短?肖息，然后46在一次预约时间内突发传送这些短消息，接收方在收到每一个短消息，都会给一个ACK回应，发送方如没有应答消息，则立刻重传这个短消息，这样就提高了在一次预约时间内的传送效率。如图3所示。团圆团…圃图3两种不同的发送方式两者的不同在于，S—MAC的RTS／CTS控制消息和数据消息携带的时间是整个长消息传输的剩余时间，IEEES02.1lMAC协议的RTS／CTS只携带下一个发送短消息的时间。尽管S—MAC协议通过周期性的侦听和睡眠增加了能量的效率，但是他也存在着以下不足：(1)由于是周期性的侦听和睡眠，一个节点在给邻居节点发送数据，只能等到他从睡眠状态转换到侦听的状态才能发送，这样就形成分组的睡眠时延。(2)这种固定的占空比不能随着网络的流量变化而进行相应的调整，在低流量负载的情况下会导致能量的浪费，增加消息传送的时延。(3)一致的同步会增加邻居节点间的冲突，如果领居节点在同时唤醒一起竞争信道，很可能会造成冲突。2.2主要基于预约和调度的协议为了解决竞争型协议所带来的冲突，产生了基于预约和调度的协议。通过在传送分组前把信道事先划分，从而解决了隐藏终端的问题，避免了冲突。这类协议有时分复用(TDMA)的，频分复用(FDMA)的，还有码分复用(CD—MA)的，如D—MAC，TRAMA.SMACS／EAR等协议，研究比较多的基于TDMA的协议。DMAC协议就是针对S—MAC的缺点提出来，主要采用如下的设计：(1)交错的唤醒调度。在DMAc中，为了提高能量效率和减少时延，构造一棵从传感器节点到汇聚节点的聚集树，并且节点间的唤醒调度是交错的，节点在传感器节点到汇聚节点的路径上依次唤醒，形成一个链式结构，这样可以减少睡眠时延.增加占空比，减少冲突。如图4所示。(2)当一个节点有多个分组要发送时，采用时隙到时隙的更新机制保证在多跳的路径上自适应增加他的占空比。也就是一个节点在发送一个分组时，设置这个分组的