發布日期：2022-05-11 點擊率：25
清華大學孫利民版的《無線傳感器網絡》，介紹了無線傳感器網絡研究領域中的研究成果和應用技術。全書共分為三篇。第1篇是無線傳感器網絡的通信協議，包括網絡拓撲控制、路由協議、介質訪問協議和短距離低功耗無線通信標準；第2篇是無線傳感器網絡的支撐技術，包括定位機制、時間同步、網絡安全、數據管理和數據融合；第3篇是無線傳感器網絡的應用技術，包括傳感器節點的硬件平臺、編程語言nesc、操作系統tinyos、跟蹤系統和環境監測系統。全書基本上反映了近幾年來無線傳感器網絡相關方面的最新研究成果，并提供了詳盡的參考文獻。
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第三章、MAC協議內容提要1.概述2.競爭型MAC協議3.分配型MAC協議4.混合型MAC協議5.MAC的跨層設計6.主要參考文獻內容提要1.概述2.競爭型MAC協議3.分配型MAC協議4.混合型MAC協議5.MAC的跨層設計6.主要參考文獻無線傳感器網絡MAC協議?網絡特征?傳感器節點能量受限?傳感器節點失效概率大?傳感器節點計算處理能力有限?通信帶寬有限?以數據為中心?高密度、大規模隨機分布對MAC協議的設計提出了新的挑戰!研究熱點?能量效率?空閑監聽?沖突?控制開銷?串擾?可擴展性?網絡效率?算法復雜度?與其它層協議的協同目前普遍認為重要性依次遞減!MAC協議分類?分類方式?分配信道的方式?競爭型?分配型?混合型?使用的信道數目?單信道?雙信道?多信道?網絡類型?同步網絡?異步網絡內容提要1.概述2.競爭型MAC協議3.分配型MAC協議4.混合型MAC協議5.MAC的跨層設計6.主要參考文獻競爭型MAC協議?基本思想?發送時主動搶占,CSMA方式(載波偵聽多路訪問)–CSMA/CA主要使用兩種方法來避免碰撞:送出資料前,偵聽媒體狀態,等沒有人使用媒體,維持一段時間后,再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用,才送出資料。由於每個裝置采用的隨機時間不同,所以可以減少碰撞的機會。–送出資料前,先送一段小小的請求傳送封包(RTS: Request to Send)給目標端,等待目標端回應封包後,才開始傳送?按需分配?優點?網絡流量和規模變化自適應?網絡拓撲變化自適應?算法較簡單?典型協議?SMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、SiftSMAC協議-前提條件和基本思想?前提條件?數據量少,可進行數據的處理和融合?節點協作完成共同的任務?網絡可以容忍一定程度的通信延遲?基本思想?周期性睡眠和監聽;協商一致的睡眠調度機制(虛擬簇)?自適應的偵聽機制,減少信息的傳輸延遲?帶內信令來減少重傳和避免監聽不必要的數據?消息分割和突發傳遞機制來減少控制信息的開銷和消息的傳遞延遲SMAC協議-關鍵技術1?周期性睡眠和監聽?一個周期內有睡眠和監聽兩種狀態?節點之間協同,保持監聽同步?同步調度,形成虛擬簇?全監聽周期,保證鄰居發現?降低功耗,增加延遲圖3?1 周期性監聽和睡眠
* SMACS協議-關鍵技術1 鏈路建立 引入超幀的概念，用固定參數Tframe表示 在上電后先進行鄰居發現，每發現一個鄰居就有一對節點形成一個雙向信道 在兩個節點的超幀中為該鏈路分配一對時隙用于雙向通信，這種不同步的時隙分配稱為異步分配通信 每對時隙都會選擇一個隨機的頻點，減少鄰近鏈路沖突 的可能 SMACS協議-關鍵技術2 鏈路建立 節點A和D分別在Td和Ta時刻開始進行鄰居發現 節點B和C分別在Tb和Tc時刻開始進行鄰居發現 兩個時隙分配不同的頻點 fx和fy 圖 3?17 異步分配通信 SMACS協議-關鍵技術3 鄰居發現和信道分配 假設節點B，C，G進行鄰居發現。節點在隨機的時間段內打開射頻部分，在一個固定的頻點監聽一個隨機長度的時間。節點C在監聽結束后廣播一個邀請消息Type1 節點B和G接收到C發出的Type1消息后，等待一個隨機的時間，然后各自廣播一個應答消息Type2 C將接收到B和G發來的邀請應答 ，可以選擇最早到達的應答者，也可以選擇接收信號強度最大的應答者。在選擇了應答者后C將立即發送一個Type3 給最早到達的B ，Type3消息中攜帶分配信息，該信息包含節點C的下一個超幀的起始時間 節點B根據Type3得到一個時間偏移，并找出兩個共同的空閑時間段做為時隙對，分配給B和C之間的鏈路。 SMACS協議-關鍵技術4 鄰居發現和信道分配 節點B選擇一個隨機的頻點，將時隙對在超幀中的位置信息以及選擇的頻點通過Type4發送給節點C。這些信息成功交換之后，B和C之間就完成了時隙分配和頻率選擇，可以切換到對應的時隙和頻率進行通信。 圖 3?18 鄰居發現 TRAMA協議-基本思想 將一個物理信道分成多個時隙，通過對這些時隙的復用為數據和控制信息提供信道 每個時間幀分為隨機接入和分配接入兩部分，隨機接入時隙也稱為信令時隙，分配接入時隙也稱為傳輸時隙 節點交換兩跳內鄰居信息和分配信息 采用流量自適應的分布式選舉算法選擇在每個時隙上的發送節點和接收節點 圖 3?19 時隙分配 TRAMA協議-關鍵技術1 NP協議 節點啟動后處于隨機接入時隙，此時節點為接收狀態 通過在隨機接入時隙中交換控制信息，NP協議實現鄰居信息的交互?？刂菩畔⒅袛y帶了增加的鄰居的更新，如果沒有更新，控制信息作為通知鄰居自己存在的信標 節點之間的時鐘同步信息也是在隨機接入時隙中發送 每個節點發送關于自己下一跳鄰居的增加更新，可以用來保持鄰居之間的連通性。如果節點在一段時間內都沒有再收到某個鄰居的信標，則該鄰居失效。 TRAMA協議-關鍵技術2 調度交換協議 建立和維護發送者和接收者選擇時需要的調度信息 ，包括調度信息生成和調度信息交換與維護 根據高層應用產生數據的速率計算出一個調度間隔，確定可分配的時隙數，生成調度信息 節點通過調度分組廣播廣播調度信息 節點根據接收到的廣播維護下一跳鄰居的分配信息 AEA算法 確定節點當前時隙應處于發送、接收還是睡眠狀態 DMAC協議-基本思想 適合于節點采集數據后，向一個sink節點匯聚的單向樹狀模式 采用預先分配的方法來避免睡眠延遲 引入了一種交錯的監聽睡眠調度機制，保證數據在多跳路徑上的連續傳輸 DMAC協議-關鍵技術1 交錯喚醒機制 假設網絡中的節點保持靜止，且每個路由節點有足夠的存活時間，可以在較長時間內保持網絡路徑不發生變化 假設數據由傳感器節點向唯一的sink單向傳輸 假設各個節點之間保持時鐘同步 DMAC協議-關鍵技術2 交錯喚醒機制 在一個多跳傳輸路徑上，各個節點交錯喚醒，如同鏈鎖一樣環環相扣，保證數據在樹狀結構上能持續傳輸，不被睡眠所中斷 每個間隔分為接收、發送和睡眠三個周期。 圖 3?23 DMAC協議基本機制 DMAC協議-關鍵技術4 自適應占空比機制 如果節點在一個發送周期內有多個數據包要發送，就需要該節點和樹狀路徑上的上層節點一起加大發送周期占空比 通過在MAC層數據幀的幀頭加入一個標記(more data flag)，以較小的控制開銷發送占空比更新請求。在ACK幀中加入同樣的標記位 DMAC協議-關鍵技術5 數據預測機制 在數據采集樹中，越靠近上層的節點，匯聚的數據越多，對樹的底層節點適合的占空比不一定適合中間節點 如果一個節點在接收狀態下接收到一個數據包，該節點預測子節點仍有數據等待發送。在發送周期結束后再等待3u個周期，節點重新切換到接收狀態 DMAC協議-關鍵技術6 MTS幀機制 必要性：雖然自適應占空比機制和數據預測機制考慮了沖突避免，數據采集樹中不同分枝節點仍有沖突的可能 MTS幀只包含目的地址和MTS標志位。標志位為1時稱為MTS請求，標志位為0時稱為MTS清除 發送或接收到MTS請求的節點每隔3
清華大學孫利民版的《無線傳感器網絡》，介紹了無線傳感器網絡研究領域中的研究成果和應用技術。全書共分為三篇。第1篇是無線傳感器網絡的通信協議，包括網絡拓撲控制、路由協議、介質訪問協議和短距離低功耗無線通信標準；第2篇是無線傳感器網絡的支撐技術，包括定位機制、時間同步、網絡安全、數據管理和數據融合；第3篇是無線傳感器網絡的應用技術，包括傳感器節點的硬件平臺、編程語言nesc、操作系統tinyos、跟蹤系統和環境監測系統。全書基本上反映了近幾年來無線傳感器網絡相關方面的最新研究成果，并提供了詳盡的參考文獻。
《無線傳感器網絡》書籍目錄:
第1篇傳感器網絡通信協議
第1章無線傳感器網絡概述
第2章路由協議
第3章mac協議
第4章拓撲控制
第5章ieee 802.15.4標準
第2篇傳感器網絡支撐技術
第6章定位技術
第7章時間同步
第8章安全技術
第9章數據管理
第10章數據融合
第3篇傳感器網絡應用技術
第11章硬件平臺
第12章nesc語言
第13章tinyos操作系統
第14章跟蹤系統
第15章環境監測系統
參考文獻
常用術語英漢對照
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