无线传感器网络MAC协议

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

《无线传感器网络技术》讲义

第三章、MAC协议2007年8月20日

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

内容提要

1.

概述

2.3.

竞争型MAC协议分配型MAC协议

4.5. 6.

混合型MAC协议MAC的跨层设计 主要参考文献

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

内容提要

1.

概述

2.3.

竞争型MAC协议分配型MAC协议

4.5. 6.

混合型MAC协议MAC的跨层设计 主要参考文献

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

无线传感器网络MAC协议

网络特征传感器节点能量受限传感器节点失效概率大 传感器节点计算处理能力有限 通信带宽有限 以数据为中心

高密度、大规模随机分布

对MAC协议的设计提出了新的挑战！

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

研究热点

能量效率空闲监听 冲突

控制开销 串扰

可扩展性 网络效率

算法复杂度与其它层协议的协同

目前普遍认为重要性依次递减！

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

MAC协议分类

分类方式分配信道的方式竞争型 分配型 混合型

使用的信道数目单信道 双信道 多信道

网络类型同步网络 异步网络

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

内容提要

1.

概述

2.3.

竞争型MAC协议分配型MAC协议

4.5. 6.

混合型MAC协议MAC的跨层设计 主要参考文献

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

竞争型MAC协议

基本思想发送时主动抢占，CSMA方式按需分配

优点网络流量和规模变化自适应 网络拓扑变化自适应 算法较简单

典型协议SMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、Sift

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

SMAC协议-基本思想 周期性睡眠和监听

串扰避免消息传递

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

SMAC协议-关键技术1

周期性睡眠和监听一个周期内有睡眠和监听两种状态节点之间协同，保持监听同步 同步调度，形成虚拟簇

全监听周期，保证邻居发现降低功耗，增加延迟

Listen

Sleep

Listen

Sleep Time

图 3-1 周期性监听和睡眠

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

SMAC协议-关键技术2 自适应监听在一次通信过程中，通信节点的邻居在此次通信结束后 唤醒并保持监听一段时间。如果节点在这段时间接收到RTS 帧，则可以立即接收数据，而不需要等到下一个监听周期， 从而减少了两个节点间的数据传输延迟。

串扰避免虚拟载波监听

信道忙时睡眠，避免接收串扰数据包

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

SMAC协议-关键技术3

消息传递将长的信息包分成若干个短的DATA段所有DATA使用一个RTS/CTS控制分组占用信道

每个DATA都有ACK保障传输成功

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

SMAC协议-算法描述1

GSA算法减少网络中的调度方式，以减少边界节点的能量损耗节点地址与存在时间结合 经过同步， 形成全局调度方式

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

SMAC协议-算法描述2

FPA算法消除多跳延迟建立快速路径 数据在快速路径多跳传输t1 t3

Node 1

Node 2P=d t2

Node 3P = 2d

Node 4

监听

快速路径调度

数据传输

图 3-3 快速路径

调度

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

TMAC协议-基本思想 SMAC协议调度占空比固定，不能很好的适应网 络流量的变化 动态调整调度周期中的活跃时间长度 在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠normal active time sleep time TMAC TA TA TA

图 3-4 TMAC基本机制

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

TMAC协议-关键技术1

周期性监听同步延用SMAC协议思想，周期性广播SYNC帧固定周期调度后全监听周期，发现邻居

RTS操作和TA的选择发送RTS未收到CTS,应再发送一次 TA >竞争信道时间 +RTS发送时间 +CTS准备时间AContend RTS CTS DATA ACK

B

C

Contend

Contend

TA

图 3-5 TMAC基本数据交换

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

TMAC协议-关键技术2 A

早睡问题节点在邻居准备向其发送数据时进入了睡眠状态Contend RTS CTS DATA ACK

B

C

Contend

Contend

D

Active TA

Sleep RTS?

图 3-6 早睡问题

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

TMAC协议-关键技术3 A

早睡问题解决办法未来请求发送(Future request-to-send, FRTS)Contend RTS CTS DATA ACK

B

C

Contend

Contend

D

Active FRTS TA

Active RTS

图 3-7 FRTS帧交换

详细介绍了无线传感器网络的MAC协议

TMAC协议-关键技术4 A

早睡问题解决办法满缓冲区优先Contend

B

Contend

C

Contend RTS

DRTS CTS TA DATA ACK

图 3-8 接收RTS节点优先