无线传感器网络MAC协议综述1.pdf

无限传感网络作业21.认识典型的无线传感器网络MAC协议的工作流程IEEE802.11采用带冲突避免的载波侦听多路访问CSMA／CA协议，他可以作为基于竞争MAC协议的代表。但是该协议要求射频部分一直处于侦听状态，消耗r大量的能量，不适合无线传感器网络。S-MAC美国加州大学信息科学院的wei和YeEstrin等人在802．1lMAC协议的基础上，提出了S-AC(SensorMAC协议)该协议主要针对无线传感器网络的节省能量要求。S-AC协议通常假设传感器网络的数据传输量少，节点协作完成共同任务，网络内部能够进行数据处理和融合减少数据通信量，网络能够容忍一定程度通信延迟。S-MAC协议就是为减少空闲侦听、冲突避免和减少控制开销而设计的，采用了工作／休眠策略，将时间分为帧，每一帧分为工作阶段和休眠阶段。其主要采用以下儿种措施：（1）周期性侦听／睡眠：每个节点独立地调度他的工作状态，周期性地转入睡眠状态，睡眠期间关掉无线电收发部分，在苏醒后侦听信道状态，判断是否需要发送或接收数据。（2）流量自适应侦听机制：通信节点的邻居节点在通信结束后不立即进入睡眠状态而是侦听信道一段时间，无须等待下一次调度，减少了多跳方式引起的传输延迟。（3）串音避免：每个节点在传输数据时，都要经历RTS／CTS／DATA／ACK的通信过程。每个分组都有一个域值(NAV)表示剩余通信过程需要持续的时间长度。若邻居节点处于侦听周期时，记录这个时间长度值，同时进入睡眠状态。NAV变为0时，节点就被唤醒。（4）消息传递：S-MAC协议利用RTS／CTS机制，一次预约发送整个长消息的时间，并把一个长消息分成许多短消息。T-MAC(timeoutMAC)协议是在S-MAC协议的基础上提出的。T-MAC协议在保持周期长度不变的基础上，根据通信流量动态地调整活动时间，用突发方式发送信息，减少侦听时间。T-MAC协议的优点是减少了空闲侦听功耗，适用于可变负载的场景，但是他根据当前网络通信情况，提前结束活动周期来减少空闲侦听，会带来早睡问题。2.认识和理解无线传感器网络路由协议Flooding与Gossiping路由协议、定向扩散路由协议、LEACH路由协议、GRID路由协议、SAR路由协议Flooding与Gossiping协议这是一种传统的网络通信路由协议。这种算法不要求维护网络的拓扑结构和相关路由的计算，仅要求接受到信息的节点以广播形式转发数据包。优点在于：实现简单；不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂路由发现算法消耗计算资源；适用于鲁棒性较高的场合。但同时也有相应的缺点：一个节点可能得到一个数据的多个副本；存在部分重叠，如果相邻节点同时对某件事作出反应，则两个节点的邻居节点将收到两份数据副本；盲目使用资源，无法作出自适应的路由选择。为克服Flooding算法这些固有的缺陷，S.Hedetniemi等人提出闲聊式（Gossiping）策略。这种算法采用随机性原则，即节点发送数据时不再采用广播形式，而是随机选取一个相邻节点转发它接收到的数据副本（避免了消息爆炸的结果）。定向扩散路由协议定向扩散模型DD（DirectedDiffusion）是一种以数据为中心的信息传播协议,运行DD的传感器节点使用基于属性的命名机制来描述该数据。其中，定向扩散算法在运行过程中包括以下3个基本过程，即路径建立阶段、数据发送阶段和增强路径阶段。路径建立阶段：汇聚点以广播、多跳的方式向网络中所有节点发布命令信息，命令信息用含有任务类型、数据发送速率、时间戳等参数的兴趣描述。每个节点通过记录获取到兴趣的相应邻居节点、数据速率和时间戳等来建立梯度。数据发送阶段：当节点采集到匹配查询的数据时，通过梯度路径发向汇聚点。中间节点利用本地化规则实现数据的融合。增强路径阶段：汇聚点在收到这些低速率数据后，向数据到达最快的邻居节点发送增强消息，增强消息表示汇聚节点要求高速率发送数据。相应邻居节点按照同样地方式，依次传递增强信息给其邻居节点，直到到达数据源，从而构建数据发送的主路径，数据以后就通过路径发送给汇聚点。SAR路由协议SAR协议是第一个具有QoS（服务质量，是一种网络安全机制，用于解决网络延迟及阻塞问题的一项技术）意识的路由协议。它的特点是路由决策不仅要考虑到每条路径的能源，还要涉及端到端的延迟需求和待发数据包的优先级。LEACH路由协议LEACH的基本思想是以循环的方式随机选择簇首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。仿真表明，与一般平面多跳路由和静态分层算法相比，LEACH可以将网络的生命周期延长15%。GRID路由协议GRID路由协议是一种典型的基于地理信息的路由协议。在基于地理信息路由协议中，网络中的借点理由gps设备、三角定位系统