Smac協(xié)議與Tmac協(xié)議的比較 論文

/S-MAC協(xié)議與T-MAC協(xié)議的比較摘要：無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為計算機(jī)、通信和傳感器三項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，已成為計算機(jī)與通信領(lǐng)域一個活躍的研究分支。在進(jìn)行實(shí)時檢測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象的信息方面，具有極為廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景?，F(xiàn)已經(jīng)提出了多種針對不同目標(biāo)的MAC協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文主要介紹了無線傳感網(wǎng)MAC協(xié)議的特點(diǎn)以與分類，然后針對典型的S-mac

和T-mac兩個協(xié)議進(jìn)行了簡要介紹，并作出了性能比較。最后闡明了無線傳感網(wǎng)基于競爭的MAC協(xié)議的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)絡(luò)

MAC協(xié)議

性能對比S-MACT-MACAbstract：Wirelesssensornetworkasthecomputer,communicationsandsensorproductofthecombinationofthreetechnologieshasbecomeanactivefieldofcomputerandcommunicationsresearchbranch.Carryingoutvariousaspectsoftheobjectinformationinreal-timedetection,perceptionandacquisitiondistributionnetworkintheregion,hasaverybroadapplicationanddevelopmentprospects.HavebeenproposedareavarietyofwirelesssensornetworkfordifferenttargetMACprotocol.ThispaperdescribesthecharacteristicsofwirelesssensornetworkMACprotocolsandclassification,andthenforatypicalS-macandT-mactwoprotocolswerebriefandtomakeperformancecomparisons.Finally,toclarifythedevelopmenttrendofwirelesssensornetworkbasedMACprotocol.Keywords：MACprotocolforwirelesssensornetworkperformancecomparisonS-MACT-MAC1.概述隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的日益成熟，無線技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們對檢測需求的多樣化，人們所希望的是能夠檢測一定區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境變量和被監(jiān)控對象的詳盡信息，通過對這些信息的綜合處理和傳輸，使用戶獲得所需要的各種信息，于是人們提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless

Sensor

Networks，WSN)的概念。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可能會有多個節(jié)點(diǎn)設(shè)備同時接入信道，導(dǎo)致分組之間相互沖突，使接收方無法分辨出接收到的數(shù)據(jù)，浪費(fèi)信道資源，吞吐量顯著下降。為了解決這些問題，就需要MAC協(xié)議。2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種具有無中心、自組織、快速展開和移動等特點(diǎn)的對等網(wǎng)絡(luò)，WSN沒有中心控制器，所有節(jié)點(diǎn)分布式運(yùn)行，共同承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造和管理功能，具有很強(qiáng)的容錯性和魯棒性[1]。所謂MAC協(xié)議，就是通過一組規(guī)則和過程來更有效、有序和公平地使用共享介質(zhì)。MAC協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層，對網(wǎng)絡(luò)的性能有直接的影響，是網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵協(xié)議。目前，由于研究人員針對不同的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，沒有采用統(tǒng)一的MAC協(xié)議分類方式，但是大體依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分為三種，確定性分配、競爭占用和隨機(jī)訪問。我們所討論的S-MAC協(xié)議、T-MAC協(xié)議都是基于競爭的MAC協(xié)議[2]。3.S-MAC協(xié)議與T-MAC協(xié)議與比較S-MAC(Sensor-MAC)協(xié)議是較早的針對WSN的一種MAC協(xié)議，是在IEEE

802.11MAC的基礎(chǔ)上提出的，設(shè)計的目標(biāo)是減少能量消耗，提供良好的擴(kuò)展性。其主要實(shí)現(xiàn)機(jī)制包括周期性偵聽與睡眠、串音避免、消息傳遞和流量自適應(yīng)偵聽。[3]S-MAC采用的主要機(jī)制有：1)

周期監(jiān)聽和睡眠機(jī)制：S-MAC協(xié)議將時間分為幀，幀長度由應(yīng)用程序決定。幀內(nèi)分監(jiān)聽工作階段和睡眠階段。監(jiān)聽／睡眠階段持續(xù)時間根據(jù)應(yīng)用可調(diào)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于睡眠階段就關(guān)掉無線電波以節(jié)省能量，但需緩存這期間收到的數(shù)據(jù)以便工作階段集中發(fā)送并設(shè)置一個喚醒定時器。節(jié)點(diǎn)還需發(fā)送周期同步信息以同步鄰居，相鄰節(jié)點(diǎn)也可采用相同的監(jiān)聽／睡眠策略，新節(jié)點(diǎn)也可加入進(jìn)來，節(jié)點(diǎn)還需要廣播它們各自的監(jiān)聽／睡眠計劃，這樣使得S-MAC具有良好的擴(kuò)展性。2)

消息傳遞技術(shù)：對于無線信道，傳輸差錯與包長度成正比，短包成功傳輸?shù)母怕室笥陂L包。在S-MAC協(xié)議中消息傳遞技術(shù)將長消息分成若干短包，利用RTS/CTS握手機(jī)制，一次性發(fā)送整個長消息，這樣既提高發(fā)送成功率，有減少了控制消息。3)

流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制：通訊節(jié)點(diǎn)在與鄰居節(jié)點(diǎn)通信結(jié)束后不立即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而保持偵聽一段時間，采用流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制，減少了網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲。S-MAC優(yōu)勢在于通過睡眠機(jī)制減少了空閑偵聽的能量消耗，實(shí)現(xiàn)簡單。但是也有其弊端：一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低的時候，由于SMAC協(xié)議采用固定的周期性偵聽/睡眠機(jī)制，節(jié)能效果并不理想；另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較繁忙時，SMAC協(xié)議數(shù)據(jù)收發(fā)的延時和信道碰撞的幾率都急劇增大，并非常容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞和節(jié)點(diǎn)的“餓死”和“早死”現(xiàn)象。T-MAC(Timeout-MAC)協(xié)議是派生自非睡眠和休眠周期固定的

S-MAC

協(xié)議的協(xié)議。S-MAC協(xié)議的周期長度受限于應(yīng)用延遲要求和節(jié)點(diǎn)緩存大小，活動時間主要依賴于消息速率。這樣就存在一個問題：延遲要求和緩存大小通常都是固定的，而消息速率是變化的。如果要保證與時可靠的消息傳輸，節(jié)點(diǎn)活動時間必須適應(yīng)最高通信負(fù)載。當(dāng)負(fù)載較小時，節(jié)點(diǎn)處于空閑監(jiān)聽時間相對增加。[4]針對此問題，T-MAC協(xié)議在保持周期長度不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)通信流量動態(tài)調(diào)節(jié)活動時間，用突發(fā)方式發(fā)送消息，從而減少空閑監(jiān)聽時間。相對于S-MAC，T-MAC協(xié)議減少了處于活動階段的時間。T-MAC協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地處理由于可變負(fù)載動態(tài)睡眠時間表。T-MAC的主要缺點(diǎn)是早期睡眠的問題，其中節(jié)點(diǎn)可能睡眠在他們的激活時間內(nèi)和數(shù)據(jù)可能會丟失，特別是對于長的消息。4.總結(jié)與展望雖然有各種不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議提出，但是，沒有一個協(xié)議是公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。這背后的原因之一是MAC協(xié)議的選擇將是視特定的應(yīng)用抉擇，這意味著對傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC將不會有單一的標(biāo)準(zhǔn)。另一個原因是物理層的傳感器硬件缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。需要注意的主要方面是，網(wǎng)絡(luò)生命的延伸取決于電池的使用效率盡可能多的延伸。在MAC層水平電池的主要用途是利用無線電模塊。通過各種研究表明無線電傳輸需要更多的電力相比于相同數(shù)量的數(shù)據(jù)處理。MAC層協(xié)議需要有效開發(fā)。S-MAC是其中一個節(jié)能的基本MAC協(xié)議，通過提供一個睡眠時間表，使某一特定地區(qū)的所有節(jié)點(diǎn)在任何時間都是不活躍的。為了喚醒那些節(jié)點(diǎn)，就得需要保持對網(wǎng)絡(luò)的完全訪問。但是，S-MAC有靜態(tài)的睡眠時間表，時間表不會根據(jù)需要或不斷變化的環(huán)境改變，從而導(dǎo)致睡眠延遲。這種特殊的問題可以通過使用動態(tài)的睡眠模式或類似T-MAC協(xié)議的調(diào)度來克服，而且這個協(xié)議源自于S-MAC。在T-MAC中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模式的改變例如加入新節(jié)點(diǎn)，丟棄用盡節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)將會自我適應(yīng)，并形成一個可變的睡眠時間表，這將增加電池的利用率。然而，一個新的問題逐漸出現(xiàn)在早期的睡眠中，即如果一個節(jié)點(diǎn)在睡覺前完成傳輸，將增加延遲[1]。今后，這些協(xié)議可能以一種先進(jìn)的形式實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)關(guān)注的早睡問題和延遲睡眠。S-MAC的優(yōu)勢是其低功耗和對于T-MAC則是有一個很好的睡眠周期時間表。這兩個協(xié)議的組合也有一些積極地方面，可以實(shí)現(xiàn)在一個單獨(dú)的協(xié)議里，消除存在于兩個協(xié)議中的缺點(diǎn)。參考文獻(xiàn)【1】于海斌,曾鵬,梁韡.智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社【2】廖先林，耿娜，趙林