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1、会计学1无线传感器网络低功耗无线传感器网络低功耗MAC协议综述协议综述I WSN的MAC协议设计原则或目标是：（1）能量有效性。（2）可扩展性。（3）应用相关性。应用相关性体现在对数据延迟、数据吞吐率、带宽利用率等指标上，不同的应用对这些指标的需求也不同。这些指标是传统无线网络中首要考虑的因素，在无线传感器网络中则成为次要的考虑因素。一般情况下，MAC协议的能量使用效率与数据延迟、吞吐率等指标之间是一个折衷平衡的关系。要获得较高的能量使用效率，就必须以数据延迟等其它性能指标为代价。如何在节能与其它指标之间取得平衡是无线传感器网络MAC协议设计的一个重要问题。LatencyFairnessEne
2、rgy第1页/共15页In n冲突冲突n n冲突后重传需要消耗能量冲突后重传需要消耗能量n n串扰（串扰（overhearingoverhearing）n n收到了发给别人的数据包，需丢弃收到了发给别人的数据包，需丢弃n n控制开销控制开销n n由于传输帧头等非实际负载所带来的能量消耗由于传输帧头等非实际负载所带来的能量消耗n n空闲监听空闲监听n n即便不接收数据，监听信道会消耗相当于接收即便不接收数据，监听信道会消耗相当于接收的的50%-100%50%-100%的能量的能量第2页/共15页RTS请求发送分组CTS清除发送分组NAV网络分配矢量S-MAC协议的不足协议的不足l忙闲比固定，无法
3、适应载荷的动态变化l节点休眠带来时延，不适合实时性要求高的网络l网络复杂、规模大的网络，能耗较大第3页/共15页Sender-initiated asynchronous duty-cycling protocolsPreamble receivers periodic wakeup intervalSender shows much larger duty cycle than a receiver第4页/共15页with all of these sender-initiated protocols,a sender often shows much larger duty cycle t
4、han a receiver,transmitting the preamble until the receiver wakes up第5页/共15页Send-initiated and pioneered predictive wakeup Repeating wakeup interval lead to persistent collisionIgnore prediction error caused by hardware and OS latencyNot address the issue of packet retransmission第6页/共15页Receiver-ini
5、tiated wakeup beaconsAvoid long sender-initiated preamblesImmediately wakes up leading to a large sender duty cycleIdle listening until the receiver wakes up第7页/共15页A.PW-MAC Predictive-Wakeup MechanismB.Prediction-Based RetransmissionC.On-Demand Prediction Error CorrectionD.Sender Wakeup Time Algori
6、thm第8页/共15页第9页/共15页为了保证每个节点的唤醒时刻都是可预测的，PW-MAC协议中要求每个节点按照一定的随机算法来计算自己每一次的唤醒时间。同时，为了避免节点之间产生的唤醒时间序列重合，这就要求节点的唤醒时间序列完全随机分布;因此，为了保证发送节点能准确预测接收节点的下一次唤醒时间，在协议中每一个节点采用相同的伪随机算法来生成伪随机序列，来决定下一次唤醒的时间间隔。目前比较适合无线传感器网络应用的伪随机算法主要是线性同余算法LCG(Linear Congruence Generator)，其计算公式为:Xn+1=(aXn+c)mod m(1)第10页/共15页 进入重传阶段的邻居
7、发送节点，按照自身的唤醒时间序列进行调度，但是每次唤醒之后并不发送Wakeup Beacon包，也不用等待接收节点的Wakeup Beacon包而是直接进行数据包的重传。同时，接收节点根据每一个邻居发送节点的唤醒伪随机序列来预测该发送节点下一次的唤醒时间，并在该唤醒时间之前发送Wakeup Beacon包，表明该发送节点可以进行数据重传。极大地减少了发送节点和接收节点的占空比。第11页/共15页 为了避免发送节点由于预测误差而错过目标节点的Wakeup Beacon包，发送节点提前时间Tsetup唤醒来补偿预测误差带来的影响，从而保证通信的可靠性。即发送节点每次在计算出目标节点下一次的唤醒时间后，提前Tsetup时间唤醒接收目标节点Wakeup Beacon包。第12页/共15页第13页/共15页第14页/共15页