161212 笔记--无线传感网络中的MAC协议

百度文库：第4章 MAC协议
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mac协议
WSN 介质访问控制技术决定了无线信道的使用方法；能量有效性；
考虑要素：
1.能量有效性
2.可扩展性
3.冲突避免
4.信道利用率
5.延迟
6.吞吐量
7.公平性
能量有效性是MSN的MAC首要考虑目标
其次是可扩展和适应网络拓扑变化的能力
能量消耗主要体现在：
……空闲侦听……消息碰撞……窃听……控制报文开销……发送失效……控制消息过多

C-TDMA 是一种基于分簇结构的网络，在多个传感器节点形成的簇中，一个簇头节点收集和处理簇内节点发来的数据，并把处理后的数据发送道汇聚节点，同时负责为簇内成员节点分配时隙；分为四个状态：感应，转发，感应并转发，非活动；

S-MAC协议是针对WSN的能量有效性提出的专用于WSN的节能MAC协议；从周期性侦听和休眠，消息分割和突发传输，避免接收不必要消息三个方面减少能耗；
但是此是网络延迟增加吞吐量下降，不能很好适应业务负载的变化；

自适应睡眠机制：在节点进入睡眠之前，侦听到邻居节点的传输，则根据接受到的RTC或者CTS消息，判断次传输需要的时间，然后在响应的时间后醒来一小段时间，如果这时候发现自己恰好是此次传输的下一跳节点，则邻居节点的此次传输就可以立即进行；如果没有侦听到时间间隔，则立刻返回睡眠状态，直到调度表中的侦听时间的到来；
缺点是协议实现较复杂，需要占用节点大量的存储空间；

T-MAC 是对S-MAC的改进，S-MAC的周期长度受限于延迟的要求和缓存的大小，而侦听时间主要依赖于消息速率，因此为了使消息可靠传输，必须适应最高的通信负载；
T-MAC协议在保持周期侦听长度不变的情况下，根据通信流量动态的调整节点的活动时间，用突发的方式发送消息，减少空闲侦听时间；
T-MAC协议与S-MAC协议相比节能方面明显优势，但是牺牲了网络的时延和吞吐量；

PMAC协议是提出的WSN的MAC协议，在T-MAC和S-MAC协议基础上进一步减少空闲侦听的能量消耗；利用一串二进制字符来代表某一节点所处的模式，节点吧自己的模式信息高速邻居节点，根据收到的邻居节点的模式信息，调整睡眠和工作时间；
与S-MAC协议和T-MAC协议相比在节点没有任何数据传输的时候，执行PMAC协议能耗可以减为0，并且具有较好的能效性和可扩展性，但是协议执行很复杂，内存需求高。

LPL协议（前导字段侦听协议和低耗侦听协议）周期性关闭装置节省能耗，对节点的存储能力很低，但是减少数据发送的成功率，
改进LPL协议–WiseMAC：使每个发送节点知道邻居接收节点的具体详细调度，从而缩短前导侦听的长度；在保持网络抽样调度不变的情况下发送节点提前知道接收节点的抽样调度，直达接收节点将要侦听的时候，发送节点才发送适当长度的前导侦听，这样减少侦听，降低能耗；通过增加控制开销，减少长前导侦听带来的能量消耗。

LMAC协议：一种基于分布式TDMA的信道接入协议，当一个节点需要发送数据包的时候，会一直等待到属于自己的时隙，在每个时隙的控制段内广播消息头（接收节点的地址和消息长度），然后马上发送数据，监听到消息头的节点，如果发现自己不是该消息的接受者则关闭无线装置，在接收端正确接受到一个消息后不需要向发送端发送确认信息，可靠性留给高层协议：让节点选择一个在两跳范围内的无重复时隙来调度帧结构；新加入的节点能够计算出哪个时隙是空闲的，并在其中随机选择一个时隙，与其他新加入的节点竞争占用该时隙；
不足之处：欲加入网络的节点需要侦听整个帧结构中的所有控制字段，包括没有被使用的时隙，因为新加入的节点随时会加入进来，采用对节点未占用时隙的控制部分进行抽样判断的方法减少空闲侦听能量消耗；当检测到未占用时隙上有消息传输的时候，将该时隙标记为占用，并在下一帧的相应时隙侦听，，随着网络结构的庞大，帧长度不断增加，增加了数据传输的时延，所以可扩展性差不适合大规模；

Z-MAC协议：结合CSMA和TDMA的混合协议：节点根据网络信道竞争程度，自适应调整信道接入方式，以CSMA为基本接入方式，利用TDMA解决高业务下节点对信道的竞争，在低业务像CSMA 高业务TDMA；网络布置初期引入大量网络开销，在长期高效的运行过程中，对开销所消耗的能量进入弥补；只要网络拓扑结构不发生大变化，具有很强的鲁棒性；良好的可扩展性对节点的存储能力要求低，但是执行很复杂，每周期控制时隙的引入，随着网络密度的增加引入很多控制开销，在低业务下造成时延增加和能量浪费；

MAC协议对比：
能量有效性是设计一个好的MAC协议的关键因素；课题：
1.利用多信道和动态的信道分配技术进行节能研究；
2.采用跨层优化设计；
3.应用特点和业务模式的研究；
4.能量有效性和其他性能指标的权衡；
5.安全问题；

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