无线传感器网络MAC协议分析解析

TA
图 1-3 TMAC基本数据交换
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 1-4 早睡问题
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 1-5 FRTS帧交换
TMAC协议-关键技术4


A
早睡问题解决办法
满缓冲区优先
Contend
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 降低功耗，增加延迟
Listen
Sleep
Listen
Sleep Time
图 1-1 周期性监听和睡眠
SMAC协议-关键技术2，3
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。



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
A
Contend RTS CTS DATA ACK
B
C
Contend
Contend
–


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
SMAC协议-前提条件和基本思想



前提条件
数据量少，可进行数据的处理和融合
节点协作完成共同的任务 网络可以容忍一定程度的通信延迟


基本思想
周期性睡眠和监听 ；协商一致的睡眠调度机制（虚拟簇） 自适应的侦听机制，减少信息的传输延迟 消息分割和突发传递机制来减少控制信息的开销和消息 的传递延迟
发送时主动抢占，CSMA方式（载波侦听多路访问） CSMA/CA主要使用两种方法来避免碰撞： 送出资料前，侦听媒体状态，等沒有人使用媒体，维持一段時间后，再等待一段 随机的时间后依然沒有人使用，才送出资料。由于每个裝置采用的随机时间不同， 所以可以减少碰撞的机会。 送出资料前，先送一段小小的请求传送封包（RTS : Request to Send）給目标 端，等待目标端回应封包后，才开始传送 按需分配
消息传递


将长的信息包分成若干个短的DATA段
突发式传输
SMAC协议的优缺点
优点
通过睡眠机制减少了空闲侦听的能量损耗，实现 简单，交换交换时间表减少了同步所需要的开销。
缺点
广播数据包并没有使用RTS-CTS，这样就增大 的冲突碰撞的可能性，自适应可能会导致空闲侦听 和窃听（overhearing），睡眠和监听的周期是预先定 义的，并且固定的，这样在复杂多变的网络负载条 件下，这种策略的效率会大大降低。
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 1-2 TMAC基本机制
TMAC协议-关键技术1
内容提要
1.
概述
2.
3.
背景知识
协议设计的重点
4.
5. 6.
各种MAC协议
结论和开放的问题 我的想法和问题
背景知识


科普
能量损失的原因
冲突 overhearing


控制报文的开销
空闲侦听 overmitting
Leabharlann Baidu

传输的方式
broadcast local gossip convergecast
结论和开放的问题 我的想法和问题
概述
我的ppt主要是面向那些没有太多相关知识的2b青年。在科普介绍的同 时，也欢迎各位文艺青年提出批评。
首先无线感器网络与我们的日常的网络是有很大区别的，最关键的体 现在于传感器本身依赖于电池，而不是固定的电源，这就决定了节约能 量开销，延长网络的使用寿命成为了无线传感网络所关心的最主要的问 题。另外无线传感器网络区别于其他的无线网络的一个很大的特性就是 所有传感器都是对等的，拥有共同的任务，因而公平性往往不是传感器 网络所要考虑的问题。那么基于以上这些思想，人们提出了各种不同的 MAC层的协议。下面，我们就来关注这些协议。
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！
内容提要
1.
概述
2.
3.
背景知识
协议设计的重点
4.
5. 6.
各种MAC协议
结论和开放性的问题 我的想法和问题
协议设计的重点


能量效率
空闲监听 冲突

控制开销 串扰

可扩展性 和适应性 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！
内容提要
1.
概述
2.
3.
背景知识
协议设计的重点
4.
5. 6.
各种MAC协议
结论和开放性的问题 我的想法和问题
竞争型MAC协议

–
基本思想
B
Contend
C
Contend RTS
D
RTS CTS TA DATA ACK
图 1- 6接收RTS节点优先
PMAC协议-基本思想
SMAC调度占空比固定，TMAC早睡问题

引入模式信息，节点能够通过模式信息提前获知 邻居的下一步活动，调度都根据模式信息来进行
MAC Protocols for Wireless Sensor Networks
A
Survey
2012年3月5日
内容提要
1.
概述
2.
3.
背景知识
协议设计的重点
4.
5. 6.
各种MAC协议
结论和开放的问题 我的想法和问题
内容提要
1.
概述
2.
3.
背景知识
协议设计的重点
4.
5. 6.
各种MAC协议