綜述:無線傳感器網絡MAC協議分類
關于無線傳感器,前文已經有很詳細的介紹了。作為未來科技發展的重點,無線傳感器以兩大科技相繼于一身——無線技術+微傳感技術。那么本文重點介紹的是無線傳感器網絡MAC協議分類。
根據節點訪問信道方式的無線傳感器網絡MAC協議分類
目前針對不同的傳感器">傳感器網絡應用,研究人員從不同的方面提出了多種MAC協議,但目前對WSN的MAC協議還缺乏一個統一的分類方式。本節提出的MAC分類方法是根據節點訪問信道的方式:給節點分配固定的無線信道還是節點隨機競爭訪問信道,將WSN的MAC協議分為4類:基于競爭(Contention-based)的MAC協議;基于調度算法(Scheduling-based)的MAC協議;非碰撞(Collision free)的MAC協議;混合(Hybrid scheme)的MAC辦議。
無線傳感器網絡MAC協議分類——基于競爭的MAC協議
多數分布式MAC協議采用載波偵聽或沖突避免機制并采用附加的信令控制消息來處理隱藏和暴露節點問題。基于競爭隨機訪問的MAC協議是節點需要發送數據時,通過競爭方式使用無線信道。IEEE802.11 MAC協議采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問(Carrier SensorMultiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)是典型的基于競爭MAC協議。在IEEES02.11 MAC協議的基礎上,研究人員提出了許多用于傳感器">傳感器網絡的基于競爭的MAC協議,例如:S-MAC協議、T-MAC協議、ARC-MAC協議、Sift-MAC協議、Wise-MAC協議等。
無線傳感器網絡MAC協議分類——基于CSMA/CA的MAC協議
CSMA/CA主要應用于無線局域網IEEE802.11MAC協議在分布式協凋(Distributed Coordination Function,DCF)工作模式下的一種協議。在DCF工作模式下,節點在偵聽到無線信道忙之后,采用CSMA/CA機制和隨機退避算法,實現無線信道的共享。
IEEE802.15.4基本上是應用類似IEEF802.11的CSMA/CA方式競爭通信,節點定期偵聽信道,接收Beacon幀.在沒有數據發送和接收時進入休眠轉臺,協調器(Coordinator)緩存發往休眠節點的數據,定期發送Beacon幀,幀攜帶這些數據的目的節點地址,節點發現協調器緩存了發往自己的數據之后,向其發送POLL幀,表示自己可以接收數據,協凋器在收到POLL幀之后,首先向節點發送ACK幀,隨后發送緩存的數據,在收到數據之后,節點向協調器發送ACK幀。
無線傳感器網絡MAC協議分類——S-MAC協議
S-MAC(Sensor-MAC)協議是較早的針對WSN的一種MAC協議,他是在802.11MAC的基礎上,采用下面介紹的多種機制來減少了節點能量的消耗。固定周期性的偵聽和睡眠:為了減少能量的消牦,傳感器">傳感器節點要盡量處于低功牦的睡眠狀態。S-MAC協議采用了低占空比的周期性睡眠/偵聽。為了使得S-MAC協議具有良好的擴展性,在覆蓋網絡中形成眾多不同的虛擬簇。
消息傳遞技術:對于無線信道,傳輸差錯與包長度成正比,短包成功傳輸的概率要大于長包。在S-MAC協議中消息傳遞技術將長消息分成若干短包,利用RTS/CTS握手機制,一次性發送整個長消息,這樣既提高發送成功率,有減少了控制消息。流量自適應偵聽機制:傳感器">傳感器節點在與鄰居節點通信結束后不立即進入睡眠狀態,而保持偵聽一段時間,采用流量自適應偵聽機制,減少了網絡中的傳輸延遲。
S-MAC協議與IEEE802.11 MAC相比,在節能方面有了很大的改善。但睡眠機制的引入,使得網絡的傳輸延遲增加,吞吐量下降。針對S-MAC協議存在的不足,研究人員對其進行了改進,提出了一種帶有自適應睡眠的S-MAC協議。
無線傳感器網絡MAC協議分類——T-MAC協議
T-MAC(Timeout-MAC)協議與自適應睡眠的S-MAC協議基本思想大體相同。數據傳輸仍然采用RTS/CTS/DATA/ACK的4次握手機制,不同的是在節點活動的時隙內插入了一個TA(Time Active)時隙,若TA時隙之間沒有任何時間發生,則活動結束進入睡眠狀態。TA的取值對于T-MAC協議性能至關重要,其約束條件為:TA=m(C+R+T),m>1,其中C為競爭信道時間,R為發送RTS分組的時間,T為RTS分組結束到發出CTS分組開始的時間。在仿真的時候,一般選取m=1.5,即:TA=1.5