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  • Mac协议

    千次阅读 2019-01-20 18:52:59
    一般MAC协议追求:吞吐量、公平性、带宽利用率… 传感器节点的能耗分析 组成模块的能耗 无线通信模块的状态划分 可能造成网络能量浪费的主要原因: 冲突 Collisions 串音 Overhearing 空闲监听 Idle ...

    设计重点:

    节省能量
        避免能量浪费
    可扩展性
        适应动态拓扑
    网络效率
        一般MAC协议追求:吞吐量、公平性、带宽利用率…
    
    传感器节点的能耗分析
        组成模块的能耗
        无线通信模块的状态划分
    可能造成网络能量浪费的主要原因:
        冲突  Collisions
        串音  Overhearing
        空闲监听  Idle listening
        控制消息开销  Protocol overhead

    信道共享方式:
     

    点对点
        只有两个节点共享无线信道。在单信道时,两个节点可以通过半双工方式实现共享,
    在双信道时,可实现全双工通信。
    点对多点
        一般用于有固定基础设施控制的无线信道,例如蜂窝移动系统的无线信道。这时,
    终端在中心站的控制下共享一个或多个无线信道。
    多点共享
        是指多个终端共享一个无线信道。例如对讲机。一个终端发送信号,所有的终端都
    可以听到,即相当于一个全互连的网络。也称为一跳共享无线信道。
    

    多跳共享广播信道: 

    节点通信范围有限
        覆盖范围内的节点(称为邻居)才能够接收到
        覆盖范围以外的节点感知不到任何通信的存在
    优势
        发送节点覆盖范围以外的节点不受发送节点的影响,大大提高频率的空间复用度
    多跳共享对协议的影响
        报文冲突与节点所处的地理位置相关
        局部事件VS全局事件 
        带来隐藏终端、暴露终端等一系列的问题
    

     

    隐发送终端 控制报文握手:

    当A要向B发送数据时,先发送一个控制报文RTS
    B接收到RTS后,以CTS控制报文回应
    A收到CTS后才开始向B发送报文
    如果A未收到CTS,A认为发生了冲突,延迟重发RTS;隐发送终端C听到B发送的CTS,
    知道有节点(A)要向B发送报文,C延迟发送,解决了隐发送终端问题。
    

    隐接收终端:

    当C听到B发送的CTS控制报文而延迟发送
    若D向C发送RTS控制报文请求发送数据
    因C不能发送任何信息,所以D无法判断是RTS控制报文发生冲突,还是C没有开机,
    还是C是隐终端,只能认为RTS报文冲突,就重新向C发送RTS。
    单信道时,隐接收终端问题无法用握手机制解决。

    MAC协议分类 

    竞争型MAC协议:

    主要思想
        按需使用信道。
        当节点需要发送数据时,通过竞争方式使用无线信道;如果发送的数据产生了冲突,
        就按照某种策略重发数据,直到数据发送成功或者放弃发送
    典型代表
        CSMA/CA(Carrier Sense, Multiple Access  with collision avoidance) 
        S-MAC、T-MAC、B-MAC、P-MAC、Sift……
    

    IEEE 802.11 MAC

    两种访问控制方式
    分布式协调(Distributed coordination function, DCF)
        基本访问控制方式
        CSMA/CA
        随机避退
        主动确认
    点协调(Point coordination function, PCF)
        可选的访问控制方式
        基于优先级
        接入点(Access point, AP) 协调数据收发
        轮询
    

    CSMA/CD的主要思想:

    1.送出数据前,监听媒体状态,若无人使用媒体,维持一段时间后,再等待一段随机
        的时间后依然没有人使用,立即送出数据。由於每个设备采用的随机时间不同,所
        以可以减少冲突的机会。
    2.送出数据前,先送一段小小的请求传送报文(RTS) 给目标端,等待目标端回应 
        CTS报文后,才开始传送。 利用RTS-CTS握手(handshake)程序,确保接下来传
        送资料时,不会发生碰撞。

    媒体监测方法:
     

    一种是基于物理层的载波检测CS,从接收射频或天线信号检测信号能量或根据接收信号
    的质量来估计信道的忙闲状态;
    
    另一种是虚拟载波监听CS方式,通过MAC报头或RTS/CTS中的NAV来实现。
    只要其中之一指示信道正在被使用,信道就被认为已处于忙状态。 见下图:
    

     

    DIFS>PIFS>SIFS

    确定退避时间(random backoff interval) 
          退避时间=Random()* aslottime
    aSlottime,是1个时槽时间,包括发射启动时间、媒体传播时间、检测信道的响应时间等。
    Random() 是[0,CW]内均匀分布的伪随机整数。CW是指当前的竞争窗口,CWmin和CWmax是CW取值的上下限,由物理层决定。
    

    S-MAC 协议

    基本思想:

    采用周期性的休眠/侦听方法减少空闲侦听带来的能量损耗;
    当有节点收发数据时,与此无关的邻居节点进入休眠减少冲突与串音带来的能量损耗;
    采用消息传递机制,减少控制消息带来的能量损耗;
    采用自适应的侦听机制,减少消息传输延迟
    

    时间同步维护:
     

    时钟漂移 → 同步错误
    为了避免该错误的发生,使用 “相对时间戳”
    发送节点记录从发送完数据包到进入睡眠所需等待的时间Ts
    接收节点接收数据包所用的时间Tr
    Ts-Tr就是接收节点需要调整的时间
    

    重传的问题
    什么是“消息(Message)”?
    是具有密切的内部联系的数据的集合,只有得到完整的数据才可以在网络内部进行数据处理、聚合
    长消息 ->重传的代价高
    短消息 ->传输的代价高
    

    消息传递机制

    思想
        将长的信息包分成若干个短的信息段DATA;
        使用一个RTS/CTS控制分组占用信道;
        每个DATA都有ACK保障传输成功;
        任一DATA未收到应答,则立刻重传
    优点
       降低重传代价
        减少竞争延迟
    

    特点
        周期性的休眠/唤醒,降低idle时间
        串音避免
        消息传递
        自适应侦听
    缺点
        调度周期是固定的,不适应网络流量变化
        簇边界节点能量消耗快——GSA
        仅减少1跳传输延迟——FPA
    

    T-MAC协议

    动态调整调度周期中的活跃时间长度 
    在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠
    

    TA选择:

    TA 决定了每个周期的最短空闲侦听时间。
    TA的取值约束:
        TA > C+R+T
    C – 竞争信道的时间;
    R – 发送RTS包所需的时间;
    T – 转换时间;
        TA = 1.5 * (C+R+T);
    

    优点
        提高了吞吐率、减少延时
    缺点
        额外的通信开销
        降低能量效率
    

    满缓冲区优先策略:

    B-MAC

    B-MAC 的目标:
        低功耗的操作
        有效的冲突避免
        简单实现
        高效率的信道利用率
        可以扩展
    B-MAC 使用了一个自适应的前导侦听(preamble sampling)模式减少占空比,从而让idle listening时间小
    
    
    节点可以自定义休眠唤醒间隔
    通过一个足够长的前导码提醒接收者.
    发送端利用空闲信道评估算法进行竞争
    
    优点
        无需同步
        RTS/CTS  (可选)
        接口非常简单
    
    缺点
        发送延迟很长
        在网络流量大的时候性能很差
        可能有隐藏终端的问题
    
    
    低功耗侦听(Low power listening ,LPL)
        Goal: 让侦听的代价最小
        节点周期性的醒来,检查新道上是否有其他节点的发送请求(前导码)
        如检测到前导码,节点进入接收状态
        发送者使用一个很长的前导码来提醒接收者
        在数据接收完成后或者超时,收发方再次进入周期休眠模式
    

    传感器网络通信类型:

    Sift MAC协议

    空间和时间相关性
    并非每个节点都要报告事件
    感知事件的节点密度随时间变化
    
    
    常规窗口竞争协议
        在[1,CW]时间长度窗口内,等概率选择发送时槽
        冲突时就倍增时间窗口大小CW,等概率选取发送时间
    可能引起的问题
        多个节点同时闲忙,竞争频繁,调整CW值需要的时间长;
        如果CW初始值比较大,而同时检测一个事件的节点数目较少时,报告的延迟较大;
        所有活动节点都有机会发送数据,消耗的能量高
    设计目标
        N个节点同时监测到一个事件,希望在最短时间内有R个节点(R<=N)无冲突发送事件消息
    

    核心思想:
     

    采用固定长度的竞争窗口CW,节点不是等概率的从发送窗口选择时槽,而是在不同时槽选择发送数据的概率
    
    如果节点有消息需要发送,
    假设目前参与竞争的节点数 N,竞争时间窗口[1,CW]中的时槽。
    如果第一个时槽节点本身没有发送消息,也没有其他节点发送消息,则节点减小假想的竞争发送节点数,
    并增加在第二个时槽中发送信息的概率;
    该过程在每一个是槽内进行。
    

    实现简单
        固定竞争窗口大小、
        用递增的非均匀概率分布选择时槽的机制
        提高事件响应的实时性、带宽利用率
        适合冗余、竞争、空间相关的应用场景
        没有充分考虑能量效率
        对于接收节点的空闲状态考虑较少
        适用于分簇网络
    
    竞争型MAC协议
        算法简单
        可扩展性好
        拓扑变化自适应
        流量变化自适应
        规模变化自适应
        从发送数据的节点考虑问题
        能量Vs传输延迟,应用相关,需要折衷
    

    分配型MAC协议

    竞争型缺点:

    冲突
        降低能量效率
        降低带宽利用率
    解决方案
        采用某种方式将信道划分为子信道
        用调度表(schedule), 对子信道动态/静态分配
        用分配避免了冲突、串音、空闲侦听
    

    多路访问:

    频分多址Frequency Division Multiple Access, FDMA
        将可用频段划分为许多子频段,并将这些子频段分给不同的节点,每个节点可以在其专有的子频段发送数据。
    时分多址Time Division Multiple Access, TDMA
        将时间轴分为固定长度的时间帧(也称超帧),每个时间帧分为固定数量的时隙。
        每个节点在此时隙中周期性的收发数据。
    码分多址Code Division Multiple Access, CDMA
        节点通过一个比所需要的频带宽得多的频带发射信号,使用不同的编码来区分其传输
        。接收机必须知道发射机所用的码。
    

    基于TDMA的MAC协议

    流量自适应的介质访问协议:

    展开全文
  • 关于无线通信中的MAC协议仿真:ALOHA协议的MATLAB仿真程序 关于无线通信中的MAC协议仿真:ALOHA协议的MATLAB仿真程序
  • MAC协议中文

    2012-11-09 08:15:57
    MAC协议中文
  • 竞争类MAC协议

    2021-02-19 23:27:54
    竞争类MAC协议ALOHA协议多信道CSMA协议MACA协议MACAW协议FAMA协议IEEE 802.11 MAC协议MACA-BI协议 ALOHA协议 多信道CSMA协议 MACA协议 MACAW协议 FAMA协议 IEEE 802.11 MAC协议 MACA-BI协议

    ALOHA协议

    这个比较简单,基本来说就是谁有消息要发就立刻发出去,因此碰撞问题十分严重,之后有了各种改进版本。

    多信道CSMA协议

    通常来说多信道使用FDMA技术分割为N个不重叠的信道。

    1. 载波监听,想发送信息包的节点要确保没有其他节点在使用共享介质,所以该节点首先要监听信道上的动静
    2. 如果信道在一定时段内寂静无声(长帧间间隔时间,避免信道衰落等干扰),则该节点就开始传输,通常情况下,为了避免多个节点产生碰撞,传输前需要等待一段随机时间。
    3. 节点偏好选择自己以前成功发送过信息的信道,如果该信道被占用,则随机选择一个剩下的信道。

    分为持续和非持续,对于持续CSMA协议,每个节点连续不断的监听信道,一旦经过一段时间的空闲,就立刻发送信息。对于非持续CSMA协议,每次检测到信道忙,就随机等待一段时间以后传输出去。

    MACA协议

    个人认为延迟算法巧妙的规避了隐终端和暴露终端的问题。
    假设A给B发消息,A首先给B发送RTS请求,B听到以后回送给ACTS请求,之后两个节点再收发消息。
    旁听到RTS的节点推迟至CTS分组发送完为止,旁听到CTS的节点推迟至数据包(长度在CTS中)发送完为止。这样能有效减少隐终端和暴露终端的问题。举个栗子,对于隐终端来说
    在这里插入图片描述
    A发送RTS,B收到RTS后发送CTS,此时C也能旁听到CTS,C节点根据CTS中的分组长度推断B将要接收的数据包长度,C节点推迟数据发送。
    对于暴露终端:
    在这里插入图片描述
    C旁听到B发出的RTS分组,一直推迟到B接收CTS分组以后再进行通信。此时只对于发送节点有可能产生碰撞。

    MACAW协议

    在MACA协议的基础上增加了三个检验分组。

    ACK

    ACK分组用来核对数据包信息。接收节点接收数据包后给发送节点回送ACK信息,如果发送节点没有收到ACK则安排分组重传。如果接收节点正确收到数据包但是发送的ACK丢失,那么当发送节点进行数据重传时发送RTS分组,接收节点回答ACK分组而不是CTS分组。

    DS

    在这里插入图片描述
    假设出现上图中的情况,P1给B1发送RTS分组,对于P2来说,他不能确定B1回送给P1的分组是CTS还是ACK,因而无法确定上一个数据分组是否传输成功。为了解决这个问题,P1在传输数据包之前还要传输DS分组,用来提醒P2。
    RTS-CTS-DS-DATA-ACK

    RRTS

    在这里插入图片描述
    假设出现上图的情况此时B1竞争失败准备重传,根据MACA协议,当P1侦听到P2节点发送CTS分组时,静默至数据传输完成,当P1静默的时候又接收到B1发送的RTS请求,对于P1来说,它无法进行回送应答,对于B1来说,他接收不到P1的回送,因而不断进行BEB退避。事实上,由于P2-B2对的存在,B1很难做到恰好在P1的静默期结束发送分组。此时,最好的做法是在P1静默期结束以后,发送给B1一个RRTS分组,告诉他“我收到了你的RTS分组,但是我刚才在静默期无法回应”,B1收到RRTS分组以后立刻发送RTS分组,之后进行正常的数据传输。
    RTS-RRTS-RTS-CTS-DB-DATA-ACK

    FAMA协议

    在这里插入图片描述
    FAMA协议在MACA协议上有一个重要改动,即CTS分组的长度要大于最大传输时延τ\tau,RTS分组长度,发送接收转换时间ϵ\epsilon之和。对于a图,节点A在小于τ\tau时刻就要广播自己的RTS分组(如果在τ\tau时刻还没有广播RTS分组,就会收到B发来的CTS分组,从而开始避退),只有这样才有可能发生分组碰撞,在经过RTS和ϵ\epsilon以后A点由发送转换为接收状态,收到了一堆噪音,因而A点认为自己和CTS分组发生碰撞,A点需要等待足够长的时间(通常是最大长度数据分组)以至于不影响数据分组的收发。
    对于b图来说,B点最晚在τ\tau时刻发送CTS分组(如果B点在τ\tau仍然没有发送CTS分组,就会接受到RTS分组,从而进行退避)。在A节点转换为接收信号以后收到一堆噪音,因而A点认为是自己发送的RTS分组干扰了相邻节点接收数据,因此A点退避。
    在FAMA协议中有几个状态,PASSIVE一般用于默认状态,REMOTE用于远端接收状态,BACKOFF用于退避。

    IEEE 802.11 MAC协议

    选自《计算机网络——自顶而下方法》,第三张图用于解释退避算法。
    在这里插入图片描述
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    MACA-BI协议

    将MACA协议反过来。接收节点发送RTR分组(含有发送节点的ID)示意可以接受信息,之后发送节点直接发送数据分组。接收节点需要有流量预测算法,用来确定何时向发送节点发送RTR分组,因此可以用数据分组携带有关发送节点的流量信息。当发送节点缓存溢出时,发送节点直接发送RTS分组,此时MACA-BI协议退化为MACA协议。
    MACA-BI协议不能防止分组碰撞。下图中C点会炸。
    在这里插入图片描述

    DBTMA协议

    在RTS-DATA的基础上增加两个忙音,其中BTtBT_t为发送方设置,保护RTS分组,BTrBT_r为接收方设置,保护RTS和DATA分组。在发送节点A将要发送RTS之前,先监听信道,检测BTtBT_tBTrBT_r信号,如果检测到,进入竞争状态,当竞争状态结束以后再检测一遍,如果仍然检测到忙音进入空闲状态。如果A没有检测到忙音,自身设置BTtBT_t忙音,发送RTS分组,发送完以后关闭忙音。当接收节点B接收到A的RTS分组,自身设置BTrBT_r忙音,接收RTS分组。如果此时A侦听到了BTrBT_r忙音,说明自己发送成功,因此等待最大传输时延的两倍(用于使B点附近的节点全部听到B发出的BTrBT_r忙音,因而停止发信息干扰信道),之后发送DATA。B点接收DATA分组以后关闭BTrBT_r忙音。

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  • MAC协议详解

    2011-10-14 13:03:29
    MAC协议详细介绍,MAC协议详细介绍。
  • 文章目录多路访问控制协议MAC协议随机访问MAC协议时隙ALOHA协议CSMACSMA/CD轮转访问MAC协议 多路访问控制协议MAC协议 随机访问MAC协议 时隙ALOHA协议 CSMA CSMA/CD 轮转访问MAC协议

    多路访问控制协议MAC协议

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    随机访问MAC协议

    在这里插入图片描述

    时隙ALOHA协议

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    CSMA

    在这里插入图片描述

    CSMA/CD

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    轮转访问MAC协议

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  • matlab mac协议之ALOHA协议,CSMA协议

    热门讨论 2011-05-24 21:38:09
    matlab mac协议之ALOHA协议,CSMA协议
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  • 2.3 WSN的MAC协议

    千次阅读 2020-04-09 19:30:28
     无线通信模块是传感器节点能量的主要消耗者,而MAC子层直接与物理层接口,即MAC协议直接控制着无线射频收发器的活动并决定着何时将数据发送出去或接收数据,所以MAC协议节能效率的好坏将严重影响着网络的生命周期...

    1. 概述
      MAC协议的功能是解决多个节点共享信道的问题,并决定节点何时占用无线信道进行数据的传输,同时避免节点之间的传输发生碰撞。MAC协议是确保WSN网络高效运转的关键技术。 
      无线通信模块是传感器节点能量的主要消耗者,而MAC子层直接与物理层接口,即MAC协议直接控制着无线射频收发器的活动并决定着何时将数据发送出去或接收数据,所以MAC协议节能效率的好坏将严重影响着网络的生命周期。所以,设计高效节能的MAC协议对于WSN具有重要的现实意义。
    ⭐相关性能:
    公平性:在WSN中,所有的节点为了一个共同的任务相互协作,在某个特定的时刻,存在一个节点相比于其他节点拥有大量的数据要传送。所以公平性往往用于网络中某一应用是否成功实现来评价。
    网络吞吐量:取决于WSN网络的应用。
    延迟:在WSN中取决于网络的应用。
    信道利用率:在蜂窝移动通信系统和无线局域网中,信道利用率是一项非常重要的指标。但WSN是low-duty-cycle的设计,所以这是次要因素。
    可扩展性:是指一个MAC协议适应网络大小、拓扑结构、节点密度不断变化的能力。WSN网络的拓扑结构具有动态性,一个好的MAC协议也应该具有可扩展性,以很好地适应这种动态变化的拓扑结构。
    能量有效性:WSN节点一般采用电池提供能量,并且电池能量难以补充和更换。在节点的耗能中,无线收发装置的能耗占绝大部分,而MAC层协议直接控制无线收发装置,因此MAC协议的能量有效性直接影响网络节点的生存时间。
    ⭐WSN的MAC协议设计原则及目标:
    (1)能量有效性(2)可扩展性(3)应用相关性
    如何在节能与其他指标之间取得平衡是WSN的MAC协议设计的一个重要问题。
    在这里插入图片描述
    ⭐WSN的MAC协议的分类
    信道访问策略不同:基于竞争的MAC协议、基于调度的MAC协议和混合的MAC协议。
    信道使用个数不同:单信道MAC协议和多信道MAC协议
    协议的部署方式不同:集中式MAC协议、分布式MAC协议
    数据通信类型不同:基于单播的MAC协议(私聊)、基于组播的MAC协议(群发@某些人),广播(完全群发)
    发射器硬件功率可变:功率固定MAC协议、功率控制MAC协议
    发射天线的种类:基于全向天线的MAC协议和基于定向天线的MAC协议。
    协议发起方不同:发送方发起、接收方发起
    2. 竞争型MAC协议
    重点考虑的问题:睡眠/唤醒、握手机制、减少睡眠延时。
    典型的基于竞争的随机访问MAC协议是载波监听多路访问(CSMA)。应用于传统有线以太网的是CSMA/CD,应用于无线局域网的是CSMA/CA,应用于WSN中的是S-MAC、B-MAC、Sift协议等。
    ❤❤❤ S-MAC协议
    ※问:传统的MAC协议为什么不能应用在WSN中????
    传统的MAC协议中,节点需要一直监听信道来接收可能的通信,测试证明,空闲监听消耗了接收所需能量的50%-100%,而多数传感器网络的目标是长期运转,节点将长时间处于空闲状态,这样,在这些浪费能量的因素中空闲监听将处于主导地位。
    ※主要思想:
    S-MAC协议是在802.11 MAC DCF PS(power save)的基础上提出的。为了减少能量消耗,每个节点周期性地进入侦听/睡眠状态。在侦听状态,节点利用CSMA/CA机制竞争信道和避免冲突,进行数据地接收或发送;在睡眠状态,节点关闭收发器进入睡眠。为使节点能够在侦听状态下相互通信,减小网络延迟,S-MAC协议使相邻节点之间尽量保持侦听/睡眠调度周期地同步
    WSN中MAC协议能量消耗的主要原因:
    (1)冲突:正在传输的分组被破坏不得不重新发送会导致能耗的增加。
    (2)串音:节点收到传给其他节点的分组。
    (3)控制分组费用:RTS、CTS,首部,尾部。。
    (4)空闲监听
    S-MAC协议的设计目标
    (1)减少能耗(2)支持碰撞避免和良好的可扩展性。
    ※S-MAC协议的网络及应用假设:
    (1)WSN由大量利用短距离、多跳通信以达到节能目的的节点组成,该网络是自组织的。
    (2)WSN中的节点以长时间收集数据为目标,数据量不大,空闲时间较长,对应用延迟不敏感。
    (3)多个节点共同完成一项收集信息的应用任务。只保证应用层的性能,不需要保证分组的节点公平性。
    S-MAC的主要处理机制(都是在减少能耗):
    (1)对于空闲监听,采用周期性休眠/监听来减少能耗。周期性休眠/监听的调度进行同步,同步节点采用相同的调度,形成虚拟簇(可理解为划分)
    在这里插入图片描述
    (2)冲突和串音避免机制
    对于冲突,采用与802.11类似的CSMA/CA和RTS/CTS握手机制来尽量避免,能够解决隐藏终端的问题。
    对于串音,采用虚拟载波监听机制,根据数据帧的特殊字段(告知休眠多久)让每个与此次通信无关的邻居节点进入休眠状态,这样发送和接收节点处于独享信道的状态(这是我独享的moment~~O(∩_∩)O)
    (3)长消息分割传送机制
    对于控制分组费用,采用长消息分割传递机制。控制分组为每个小组已经提前预约好信道,不需要再设置控制分组。如果出错则重传小的分组即可,保证了传输的效率。
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    (4)自适应监听机制
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    在无线网络中如何与邻居节点同步???
    初始化:
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    邻居发现:
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    同步维护:
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    S-MAC时延分析————》》自适应监听机制
    时延:载波监听时延、退避时延、发送时延、传播时延、排队时延、处理时延、休眠时延
    ~~没有休眠机制的时延:
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    ~~有休眠机制的时延:
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    ※S-MAC小结
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    3.调度型MAC
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    典型的调度型MAC协议:基于分簇网络的C-TDMA、DEANA、TRAMA、DMAC等。
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    4.混合型MAC
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    ❤作业:
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    内容结构

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    作业1

    1.无线传感器网络的MAC协议的典型指标有哪些?请解释具体含义。
    能量有效性:是WSN网络MAC协议最重要的性能指标之一。在节点的能耗中,无线收发装置的能耗占绝大部分,而MAC子层协议的能量有效性直接影响网络节点的生存时间。

    可扩展性:是指一个MAC协议适应网络大小、拓扑结构、节点密度不断变化的能力。

    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。

    2.基于竞争的MAC主要特点是什么?从节能、传输时延、数据传输速率方面分别说明SMAC和802.11MAC的主要区别。

    主要特点:按需使用信道,需要发送数据时,通过竞争的方式使用信道。
    节能:SMAC采用周期性休眠和监听以节省能量
    传输时延:SMAC需要选择和维护调度表以保持相邻节点的同步,从而降低传输时延
    数据传输速率:长消息分割传递机制提高传输速率

    3.SMAC协议的最基本的机制有哪几个?

    (1)周期性监听/睡眠机制 (2)虚拟载波监听机制
    (3)类似于802.11的CSMA/CA和RTS/CTS握手机制 (4)长消息分割传递机制

    作业2

    1. 为什么要提出带自适应监听的SMAC协议?
    在多跳WSN中节点周期性休眠会导致通信延迟的累加,自适应监听减小了延迟的累加效应。

    2.推导标准S-MAC协议时延与跳数的关系。

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    3.基于调度的MAC协议的主要优势是什么?适合于什么场景下使用?最大的不足是什么?
    适用于数据流量较大且比较稳定的WSN中。
    优势:(1)没有竞争机制中的重传问题(2)数据传输时不需要过多的控制信息(3)节点在空闲时时槽能进入睡眠状态。
    不足:(1)节点之间需要严格的时间同步(2)在网络负载比较小时,空闲时隙增多,传送时延较大,吞吐量下降(3)在网络的扩展性方面存在不足,很难调整时间帧的长度和时槽的分配;对WSN的节点移动、节点失效等适应性较差;对节点发送数据量的变化也不敏感。

    4. ZMAC协议的主要特点,工作原理,适合于什么场景?
    特点:ZMAC是一种CSMA/TDMA混合MAC协议。

    工作原理:(1)使用CSMA作为基本机制,时槽的占有者只有数据的发送权,其他节点可以在该时槽发送信息帧。ZMAC中节点能在任何时槽发送数据,时槽拥有者优先级更高。
    (2)使用竞争状态标识来转换MAC机制,在LCL下,节点可以竞争任何时槽,但在HCL状态下,只有时槽拥有者及下一跳邻居节点可以竞争使用该时槽,并在时序上早于非拥有者发送。

    场景:在低流量条件下使用CSMA信道访问方式提高信道利用率并降低延时;在高流量条件下使用TDMA信道访问方式减少冲突和串音。

    5. 对已知的WSN MAC协议进行统计、归纳、列表说明,按竞争型、调度型、混合型

    竞争型:SMAC、TMAC、PMAC、wiseMAC、shift(基于CSMA)
    BMAC(采用CCA技术、LPL机制)
    XAMC(基于异步竞争 的)
    调度型:TDMA(无线节点按照时间顺序访问信道)
    DEANA(将时间帧分为周期性的调度阶段和随机访问阶段)
    C-TDMA(基于分簇网络的MAC协议)
    TRAMA(信道接入机制为TDMA/CSMA)
    DMAC(信道接入机制为TDMA/slotted ALOHA)
    SMACS(信道接入机制为TDMA/FDMA)
    混合型:ZMAC(基于TDMA/CSMA)
    Funneling MAC

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