無線傳感講義12

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)講義講義 第三章、MAC協(xié)議 2007年8月20日 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議 u網(wǎng)絡(luò)特征 w傳感器節(jié)點能量受限 w傳感器節(jié)點失效概率大 w傳感器節(jié)點計算處理能力有限 w通信帶寬有限 w以數(shù)據(jù)為中心 w高密度、大規(guī)模隨機分布 對MAC協(xié)議的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)！ 研究熱點 w能量效率 s空閑監(jiān)聽 s沖突 s控制開銷 s串?dāng)_ w可擴展性 w網(wǎng)絡(luò)效率 w算法復(fù)雜度

2、w與其它層協(xié)議的協(xié)同 目前普遍認(rèn)為重要性依次遞減！ MAC協(xié)議分類 u分類方式 w分配信道的方式 s競爭型 s分配型 s混合型 w使用的信道數(shù)目 s單信道 s雙信道 s多信道 w網(wǎng)絡(luò)類型 s同步網(wǎng)絡(luò) s異步網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) 競爭型MAC協(xié)議 u基本思想 w發(fā)送時主動搶占，CSMA方式（載波偵聽多路訪問） CSMA/CA主要使用兩種方法來避免碰撞： 送出資料前，偵聽媒體狀態(tài)，等沒有人使用媒體，維持一段時間后，再等待一段 隨機的時間后依然沒有人使用，才送出資料。由於每個裝置采用的隨機時間不同， 所以可以減少碰

3、撞的機會。 送出資料前，先送一段小小的請求傳送封包（RTS: Request to Send）給目標(biāo) 端，等待目標(biāo)端回應(yīng)封包後，才開始傳送 w按需分配 u優(yōu)點 w網(wǎng)絡(luò)流量和規(guī)模變化自適應(yīng) w網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓赃m應(yīng) w算法較簡單 u典型協(xié)議 wSMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、Sift SMAC協(xié)議-前提條件和基本思想 u前提條件 u數(shù)據(jù)量少，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和融合 u節(jié)點協(xié)作完成共同的任務(wù) u網(wǎng)絡(luò)可以容忍一定程度的通信延遲 u基本思想 u周期性睡眠和監(jiān)聽 ；協(xié)商一致的睡眠調(diào)度機制（虛擬簇） u自適應(yīng)的偵聽機制，減少信息的傳輸延遲 u帶內(nèi)信令來減少重傳和避免監(jiān)聽不必要的數(shù)據(jù) u消息分割和

4、突發(fā)傳遞機制來減少控制信息的開銷和消息 的傳遞延遲 SMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u周期性睡眠和監(jiān)聽 w一個周期內(nèi)有睡眠和監(jiān)聽兩種狀態(tài) w節(jié)點之間協(xié)同，保持監(jiān)聽同步 w同步調(diào)度，形成虛擬簇 w全監(jiān)聽周期，保證鄰居發(fā)現(xiàn) w降低功耗，增加延遲 圖3 1周期性監(jiān)聽和睡眠 SMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u自適應(yīng)監(jiān)聽 在一次通信過程中，通信節(jié)點的鄰居在此次通信結(jié)束后 喚醒并保持監(jiān)聽一段時間。如果節(jié)點在這段時間接收到RTS 幀，則可以立即接收數(shù)據(jù)，而不需要等到下一個監(jiān)聽周期， 從而減少了兩個節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸延遲。 u串?dāng)_避免 w虛擬載波監(jiān)聽（控制信息） w信道忙時睡眠，避免接收串?dāng)_數(shù)據(jù)包 SMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)3

5、 u消息傳遞 w將長的信息包分成若干個短的DATA段 w所有DATA使用一個RTSCTS控制分組占用信道 w每個DATA都有ACK保障傳輸成功 SMAC協(xié)議-算法描述1 uGSA算法 w減少網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度方式，以減少邊界節(jié)點的能量損耗 w節(jié)點地址與存在時間結(jié)合 w經(jīng)過同步， 形成全局調(diào)度方式 SMAC協(xié)議-算法描述2 uFPA算法 w消除多跳延遲 w建立快速路徑 w數(shù)據(jù)在快速路徑多跳傳輸 圖3 3快速路徑調(diào)度 TMAC協(xié)議-基本思想 uSMAC協(xié)議調(diào)度占空比固定，不能很好的適應(yīng)網(wǎng) 絡(luò)流量的變化 u動態(tài)調(diào)整調(diào)度周期中的活躍時間長度 u在TA時間內(nèi)沒有發(fā)生激活事件則進(jìn)入睡眠 圖3 4TMAC基本機制

6、 TMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u周期性監(jiān)聽同步 w延用SMAC協(xié)議思想，周期性廣播SYNC幀 w固定周期調(diào)度后全監(jiān)聽周期，發(fā)現(xiàn)鄰居 uRTS操作和TA的選擇 w發(fā)送RTS未收到CTS，應(yīng)再發(fā)送一次 wTA 競爭信道時間 +RTS發(fā)送時間 +CTS準(zhǔn)備時間 圖3 5TMAC基本數(shù)據(jù)交換 TMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u早睡問題 w節(jié)點在鄰居準(zhǔn)備向其發(fā)送數(shù)據(jù)時進(jìn)入了睡眠狀態(tài) 圖3 6早睡問題 TMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)3 u早睡問題解決辦法 w未來請求發(fā)送（Future request-to-send, FRTS） 圖3 7FRTS幀交換 TMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)4 u早睡問題解決辦法 w滿緩沖區(qū)優(yōu)先 圖3

7、8接收RTS節(jié)點優(yōu)先 PMAC協(xié)議-基本思想 uSMAC調(diào)度占空比固定，TMAC早睡問題 u引入模式信息，節(jié)點能夠通過模式信息提前獲知 鄰居的下一步活動，調(diào)度都根據(jù)模式信息來進(jìn)行 圖3 9空閑監(jiān)聽周期長度比較 PMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u模式的生成 w由一個二進(jìn)制位串組成 w每一位表示節(jié)點在當(dāng)前時隙應(yīng)處于何種狀態(tài)，1為監(jiān)聽， 0為睡眠 w形式：0m1，m=0,1,N-1，m代表串中0的個數(shù) w每個節(jié)點啟動時的模式串為1，表示流量很大 w節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量更新模式 在第一個時隙內(nèi)無數(shù)據(jù)發(fā)送：更新模式為 01 在第二個模式中監(jiān)聽時隙內(nèi)仍無數(shù)據(jù)發(fā)送：更新模式為 001；依此類推 PMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)

8、2 u模式的交換 w在當(dāng)前周期結(jié)束時將進(jìn)行廣播來交換模式信息 w引入超幀STF ,分為兩個子幀 PRTF和PETF w模式重復(fù)時間幀PRTF，節(jié)點重復(fù)自己的模式 w模式交換時間幀，鄰居之間進(jìn)行模式信息交換 圖3 10時間幀劃分 WiseMAC協(xié)議-基本思想 u基于CSMA機制，使用前導(dǎo)采樣技術(shù) u通過本地同步的廣播獲得最小的前導(dǎo)長度 u隨機的前導(dǎo)長度保證沖突避免 WiseMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u前導(dǎo)采樣 w對信道進(jìn)行采樣 ，在短時間內(nèi)對無線信道進(jìn)行 監(jiān)聽 w所有節(jié)點都保持相同的采樣時間Tw w采樣時監(jiān)聽到信道忙，節(jié)點會繼續(xù)監(jiān)聽，直到 接收到數(shù)據(jù)或者信道空閑 w數(shù)據(jù)包發(fā)送之前都要發(fā)送一個喚醒前

9、導(dǎo)序列， 該序列的長度和采樣周期的長度相等，保證在 數(shù)據(jù)部分到達(dá)時節(jié)點處于監(jiān)聽狀態(tài) WiseMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u前導(dǎo)長度最小化 w根據(jù)鄰居節(jié)點的采樣時間偏移量，選擇最小長 度的喚醒前導(dǎo) 圖3 11同步前導(dǎo)采樣 Sift協(xié)議-基本思想1 u適用于事件驅(qū)動型傳感器網(wǎng)絡(luò) u出發(fā)點 w空間和時間相關(guān)性 w并非每個節(jié)點都要報告事件 w時變性 u設(shè)計目的 wN個節(jié)點同時監(jiān)測到一個事件，希望在最短時間內(nèi)有R個 節(jié)點(R=N)無沖突發(fā)送事件消息 Sift協(xié)議-基本思想2 u常規(guī)窗口競爭協(xié)議 w在1，CW時間長度窗口內(nèi)，等概率選擇發(fā)送 時槽 w沖突時就倍增時間窗口大小CW，等概率選取 發(fā)送時間 uSift

10、協(xié)議 w固定長度的競爭窗口 w不等概率選擇時槽，在不同時槽采用不同的選 擇概率 Sift協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù) u假設(shè)目前參與競爭的節(jié)點數(shù) N，競爭時間窗口1， CW中的時隙。如果第一個時隙沒有節(jié)點發(fā)送數(shù) 據(jù)節(jié)點減小競爭節(jié)點數(shù)假設(shè)值，增加在第二個時 隙中的傳輸概率，這一過程中每個時隙中都重復(fù) 執(zhí)行。 u當(dāng)信道空閑時，節(jié)點根據(jù)概率分布在傳輸之前退 避隨機長度。 u假設(shè)每個節(jié)點選擇時隙r1，CW發(fā)送數(shù)據(jù)的概 率為Pr。 Pr的概率分布如下： （r = 1,CW） 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) 分配型MAC協(xié)議 u基本思想 w將一個物理

11、信道分為多個子信道 w將子信道靜態(tài)或動態(tài)地分配給需要通信的節(jié)點，避免沖突 w根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信流量最大限度地節(jié)省能量 u優(yōu)點 w無沖突 w無隱藏終端問題 w易于休眠 u典型協(xié)議 wSMACS、TRAMA、DMAC、BMAC SMACS協(xié)議-基本思想1 u結(jié)合TDMA、FDMA的基本思想 u假設(shè)每個節(jié)點都能在多個載波頻點上進(jìn)行切換 u將每個雙向信道定義為兩個時間段 u發(fā)現(xiàn)鄰居后立即分配信道 u每個鏈路都分配一個隨機選擇的頻點，相鄰鏈路 都有不同的工作頻點 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u鏈路建立 w引入超幀的概念，用固定參數(shù)Tframe表示 w在上電后先進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)，每發(fā)現(xiàn)一個鄰居就有一對節(jié) 點形成一個

12、雙向信道 w在兩個節(jié)點的超幀中為該鏈路分配一對時隙用于雙向通 信，這種不同步的時隙分配稱為異步分配通信 w每對時隙都會選擇一個隨機的頻點，減少鄰近鏈路沖突 的可能 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u鏈路建立 w節(jié)點A和D分別在Td和Ta時刻開始進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn) w節(jié)點B和C分別在Tb和Tc時刻開始進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn) w兩個時隙分配不同的頻點 fx和fy 圖3 17異步分配通信 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)3 u鄰居發(fā)現(xiàn)和信道分配 w假設(shè)節(jié)點B，C，G進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)。節(jié)點在隨機的時間段內(nèi)打開 射頻部分，在一個固定的頻點監(jiān)聽一個隨機長度的時間。節(jié)點 C在監(jiān)聽結(jié)束后廣播一個邀請消息Type1 w節(jié)點B和G接收到C發(fā)出的

13、Type1消息后，等待一個隨機的時間， 然后各自廣播一個應(yīng)答消息Type2 wC將接收到B和G發(fā)來的邀請應(yīng)答 ，可以選擇最早到達(dá)的應(yīng)答者， 也可以選擇接收信號強度最大的應(yīng)答者。在選擇了應(yīng)答者后C 將立即發(fā)送一個Type3 給最早到達(dá)的B ，Type3消息中攜帶分配 信息，該信息包含節(jié)點C的下一個超幀的起始時間 w節(jié)點B根據(jù)Type3得到一個時間偏移，并找出兩個共同的空閑時 間段做為時隙對，分配給B和C之間的鏈路。 SMACS協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)4 u鄰居發(fā)現(xiàn)和信道分配 w節(jié)點B選擇一個隨機的頻點，將時隙對在超幀中的位置信 息以及選擇的頻點通過Type4發(fā)送給節(jié)點C。這些信息成 功交換之后，B和C之間

14、就完成了時隙分配和頻率選擇， 可以切換到對應(yīng)的時隙和頻率進(jìn)行通信。 圖3 18鄰居發(fā)現(xiàn) TRAMA協(xié)議-基本思想 u將一個物理信道分成多個時隙，通過對這些時隙的復(fù)用為數(shù) 據(jù)和控制信息提供信道 u每個時間幀分為隨機接入和分配接入兩部分，隨機接入時隙 也稱為信令時隙，分配接入時隙也稱為傳輸時隙 u節(jié)點交換兩跳內(nèi)鄰居信息和分配信息 u采用流量自適應(yīng)的分布式選舉算法選擇在每個時隙上的發(fā)送 節(jié)點和接收節(jié)點 圖3 19時隙分配 TRAMA協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 uNP協(xié)議 w節(jié)點啟動后處于隨機接入時隙，此時節(jié)點為接收狀態(tài) w通過在隨機接入時隙中交換控制信息，NP協(xié)議實現(xiàn)鄰居 信息的交互?？刂菩畔⒅袛y帶了增加的鄰

15、居的更新，如 果沒有更新，控制信息作為通知鄰居自己存在的信標(biāo) w節(jié)點之間的時鐘同步信息也是在隨機接入時隙中發(fā)送 w每個節(jié)點發(fā)送關(guān)于自己下一跳鄰居的增加更新，可以用 來保持鄰居之間的連通性。如果節(jié)點在一段時間內(nèi)都沒 有再收到某個鄰居的信標(biāo)，則該鄰居失效。 TRAMA協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u調(diào)度交換協(xié)議 w建立和維護(hù)發(fā)送者和接收者選擇時需要的調(diào)度信息 ，包 括調(diào)度信息生成和調(diào)度信息交換與維護(hù) w根據(jù)高層應(yīng)用產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速率計算出一個調(diào)度間隔，確 定可分配的時隙數(shù)，生成調(diào)度信息 w節(jié)點通過調(diào)度分組廣播廣播調(diào)度信息 w節(jié)點根據(jù)接收到的廣播維護(hù)下一跳鄰居的分配信息 uAEA算法 w確定節(jié)點當(dāng)前時隙應(yīng)處于發(fā)送、

16、接收還是睡眠狀態(tài) DMAC協(xié)議-基本思想 u適合于節(jié)點采集數(shù)據(jù)后，向一個sink節(jié)點匯聚的單 向樹狀模式 u采用預(yù)先分配的方法來避免睡眠延遲 u引入了一種交錯的監(jiān)聽睡眠調(diào)度機制，保證數(shù)據(jù) 在多跳路徑上的連續(xù)傳輸 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u交錯喚醒機制 w假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點保持靜止，且每個路由節(jié)點 有足夠的存活時間，可以在較長時間內(nèi)保持網(wǎng) 絡(luò)路徑不發(fā)生變化 w假設(shè)數(shù)據(jù)由傳感器節(jié)點向唯一的sink單向傳輸 w假設(shè)各個節(jié)點之間保持時鐘同步 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u交錯喚醒機制 w在一個多跳傳輸路徑上，各個節(jié)點交錯喚醒，如同鏈鎖 一樣環(huán)環(huán)相扣，保證數(shù)據(jù)在樹狀結(jié)構(gòu)上能持續(xù)傳輸，不 被睡眠所中斷 w每

17、個間隔分為接收、發(fā)送和睡眠三個周期。 圖3 23DMAC協(xié)議基本機制 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)4 u自適應(yīng)占空比機制 w如果節(jié)點在一個發(fā)送周期內(nèi)有多個數(shù)據(jù)包要發(fā) 送，就需要該節(jié)點和樹狀路徑上的上層節(jié)點一 起加大發(fā)送周期占空比 w通過在MAC層數(shù)據(jù)幀的幀頭加入一個標(biāo)記 (more data flag)，以較小的控制開銷發(fā)送占空比 更新請求。在ACK幀中加入同樣的標(biāo)記位 DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)5 u數(shù)據(jù)預(yù)測機制 w在數(shù)據(jù)采集樹中，越靠近上層的節(jié)點，匯聚的數(shù)據(jù)越多， 對樹的底層節(jié)點適合的占空比不一定適合中間節(jié)點 w如果一個節(jié)點在接收狀態(tài)下接收到一個數(shù)據(jù)包，該節(jié)點 預(yù)測子節(jié)點仍有數(shù)據(jù)等待發(fā)送。在發(fā)送周期

18、結(jié)束后再等 待3u個周期，節(jié)點重新切換到接收狀態(tài) DMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)6 uMTS幀機制 w必要性：雖然自適應(yīng)占空比機制和數(shù)據(jù)預(yù)測機制考慮了 沖突避免，數(shù)據(jù)采集樹中不同分枝節(jié)點仍有沖突的可能 wMTS幀只包含目的地址和MTS標(biāo)志位。標(biāo)志位為1時稱為 MTS請求，標(biāo)志位為0時稱為MTS清除 w發(fā)送或接收到MTS請求的節(jié)點每隔3u個周期就喚醒一次， 只有MTS請求已經(jīng)被清除時，節(jié)點才回到原來的占空比 方式 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) ZMAC協(xié)議-基本思想 u采用CSMA機制作為基本方法 u競爭加劇時使用TDMA機制 u引

19、入時間幀，為節(jié)點分配時隙 u節(jié)點可以選擇任何時隙發(fā)送數(shù)據(jù) u在分配的時隙發(fā)送優(yōu)先級更高 ZMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)1 u鄰居發(fā)現(xiàn) w周期性發(fā)送PING消息 w包含本地發(fā)現(xiàn)的所有一跳范圍內(nèi)的鄰居 u時隙分配 wDRAND算法 ZMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)2 u本地時間幀交換 w節(jié)點維持一個本地的時間幀長度 w幀長度與兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點數(shù)相對應(yīng) w實現(xiàn)時隙的同步需要運行時鐘同步算法 ZMAC協(xié)議-關(guān)鍵技術(shù)3 u傳輸控制 w低沖突級別(LCL)和高沖突級別(HCL)兩種工作模式 w時隙擁有者，短時間監(jiān)聽，優(yōu)先發(fā)送 w非時隙擁有者LCL模式，退避較長時間再監(jiān)聽 w非時隙擁有者HCL模式，等待下個時隙 ZMAC協(xié)議

20、-關(guān)鍵技術(shù)4 u局部同步 w完全失去時鐘同步時，退化為CSMA協(xié)議 w維護(hù)臨近的發(fā)送節(jié)點之間的時間同步 w周期性的發(fā)送時間同步包 w根據(jù)時間同步包修正時間偏差 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) MAC層的跨層設(shè)計 u基本思想 w為了提高能量效率，能量管理機制、低功耗設(shè) 計等在各層設(shè)計中都有所體現(xiàn) w傳統(tǒng)方法中各層的設(shè)計相互獨立，因此各層的 優(yōu)化設(shè)計并不能保證整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計最優(yōu) w實現(xiàn)邏輯上并不相鄰的協(xié)議層次間的設(shè)計互動 與性能平衡 u典型協(xié)議 wMINA MINA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1 u節(jié)點分成三種類型 w大量靜止的低容量(內(nèi)存、CPU

21、、能量)傳感器節(jié)點 w少量手持移動節(jié)點(PDA) w靜止的大容量基站節(jié)點 u每個傳感器節(jié)點都帶有一個半雙工或全雙工的射頻收發(fā)器， 節(jié)點之間都能進(jìn)行雙向通信 u每個節(jié)點都有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址 u一個傳感器節(jié)點的簇定義為在該節(jié)點廣播傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點 的集合 u基站是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到 有線網(wǎng)絡(luò)中去，基站節(jié)點必須具有超長的傳輸距離，通過一 個廣播可將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點 MINA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2 圖3 24MINA架構(gòu)組網(wǎng)示例 MINA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3 u流量類型主要為傳感器節(jié)點到基站的上行鏈路 u網(wǎng)絡(luò)幀類型有三種 w控制幀 w信標(biāo)幀 w數(shù)據(jù)幀 u分層架構(gòu) w距離基站跳數(shù)相同的

22、節(jié)點組成一層 w每個節(jié)點的鄰居也可以分為三類：內(nèi)部鄰居、同等鄰居、外部 鄰居。距離基站跳數(shù)比本地更小的鄰居為內(nèi)部鄰居，跳數(shù)相同 的鄰居為同等鄰居，跳數(shù)更大的鄰居為外部鄰居 UNPF協(xié)議框架1 u網(wǎng)絡(luò)主要工作在兩個交替的狀態(tài) w網(wǎng)絡(luò)自組織狀態(tài)，在此期間節(jié)點發(fā)現(xiàn)鄰居 w數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，在此期間節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，需要路 由協(xié)議來確定目的地址，MAC協(xié)議來完成信道訪問 uMAC協(xié)議超幀 圖3 25MAC協(xié)議幀結(jié)構(gòu) UNPF協(xié)議框架2 u網(wǎng)絡(luò)自組織 w在每個超幀的起始階段，基站廣播一個控制幀CR (Control Packet)。CR包括傳感器節(jié)點同步需要的時間信息，以及傳感器 節(jié)點在信標(biāo)幀BI(

23、Beacon Packet)內(nèi)傳輸各自的信標(biāo)信息的序號 wBI緊跟在CR后，每個節(jié)點根據(jù)CR中的順序發(fā)送BI，幀格式如 圖 3 25示。BI包含了節(jié)點的能量狀態(tài)、距離基站的跳數(shù)、節(jié) 點的接收信道信息 w在信標(biāo)幀后緊跟著就是數(shù)據(jù)傳輸幀。每個數(shù)據(jù)幀包括個時隙， 由MAC協(xié)議來負(fù)責(zé)分配 w基站啟動后第一個超幀期間進(jìn)行第一輪BI信息交互時，基站獲 得了第一層節(jié)點的信息。第二個超幀期間重復(fù)上述步驟，第一 層節(jié)點發(fā)送帶有跳數(shù)信息為1的BI信息。第二層的節(jié)點接收到 該信息并將自己的跳數(shù)設(shè)置為2，第二層節(jié)點就形成了。超幀 周期性的重復(fù)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)最大跳數(shù)為N，第N個超幀完畢后， 整個網(wǎng)絡(luò)的自組織過程就完成了 U

24、NPF協(xié)議框架3 uMAC協(xié)議DTROC w假設(shè)網(wǎng)絡(luò)總共有L層，節(jié)點i位于l層，且lL wSi表示第l+1層中將節(jié)點i選擇為下一跳地址的節(jié)點的集合 w分配一個信道Ci給節(jié)點i的接收機，同時Si中每個節(jié)點都 將發(fā)射機調(diào)整到這個信道 w主要解決兩個問題：在Si中共享信道Ci；分配信道時避 免相互干擾 內(nèi)容提要 概述 競爭型MAC協(xié)議 分配型MAC協(xié)議 混合型MAC協(xié)議 MAC的跨層設(shè)計 主要參考文獻(xiàn) 主要參考文獻(xiàn) 1 Demirkol, I. Ersoy, C. Alagoz F. “MAC protocols for wireless sensor networks: a survey”, Co

25、mmunications Magazine, IEEE April 2006, Volume: 44, Issue: 4, On page(s): 115- 121 2 W. Ye, J. Heidemann and D. Estrin, “An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” in INFOCOM 2002, New York, Jun. 2002,pp.1567-1576.(SMAC) 3 W. Ye, J. Heidemann, D. Estrin, “Medium Access Control W

26、ith Coordinated Adaptive Sleeping for Wireless Sensor Networks”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Volume: 12, Issue: 3, Pages:493 - 506, June 2004. 4 Yuan Li Wei Ye Heidemann, “Energy and latency control in low duty cycle MAC protocols”, Wireless Communications and Networking Conference, 2005 IE

27、EE, Publication Date: 13-17 March 2005. Volume: 2, Page(s): 676- 682 Vol. 2 5 T.V. Dam and K. Langendoen, “An Adaptive Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks”, The First ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems (Sensys03), Los Angeles, CA, USA, November, 2003. 6 Zheng

28、T,Radhakrishnan S,Sarangan V. PMAC:an adaptive energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networksA.Proceedings of the 19th IEEE International Parallel and Distributed Processing SymposiumC.Piscataway,USA:IEEE,2005.237. 7 EI-Hoiydi A, Decotignie J D. WiseMAC: An Ultra Low Power MAC Protocol f

29、or the Downlink of Infrastructure Wireless Sensor Networks A.Proceedings of 9th International Symposium on Computers and Communications, Vol 1 C. 8 C. C. Enz, A. El-Hoiydi, J-D. Decotignie, V. Peiris, “WiseNET: An Ultralow-Power Wireless Sensor Network Solution”, IEEE Computer, Volume: 37, Issue: 8,

30、 August 2004. 9 K. Jamieson, H. Balakrishnan, and Y. C. Tay, “Sift: A MAC Protocol for Event-Driven Wireless Sensor Networks,” MIT Laboratory for Computer Science, Tech. Rep. 894, May 2003,/publications/pubs/pdf/MIT-LCS-TR-894.pdf. 主要參考文獻(xiàn) 10 Sohrabi K Ailawadhi V Ailawadhi V, “P

31、rotocols for self-organization of a wireless sensor network”,IEEE Personal Comm Mag, 2000/7/5 P 16-27. 11 V. Rajendran, K. Obraczka, J.J. Garcia-Luna-Aceves, “Energy-Efficient, Collision-Free Medium Access Control for Wireless Sensor Networks”, Proc. ACM SenSys 03, Pages:181 - 192, Los Angeles, California, 5-7 November 2003. 12 L. Bao and J. Garcia-Luna-Aceves. Hybrid channel access scheduling in ad hoc networks. Proc. IEEE Tenth International Conference on Network Protocols (ICNP), November 2002. 13 L. Bao and J. J. Gar