1 引言 隨著計(jì)算機(jī)、傳感器和無(wú)線通信的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新興的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1] 。由于其廣泛的應(yīng)用前景，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到越來(lái)越多研究人員的青睞。介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）協(xié)議決定了無(wú)線信道使用的方式，在傳感器結(jié)點(diǎn)之間分配有限的通信資源，
1 引言
隨著計(jì)算機(jī)、傳感器和無(wú)線通信的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新興的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1] 。由于其廣泛的應(yīng)用前景，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到越來(lái)越多研究人員的青睞。介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）協(xié)議決定了無(wú)線信道使用的方式，在傳感器結(jié)點(diǎn)之間分配有限的通信資源，用來(lái)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 MAC協(xié)議對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響，是保證無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。
S-MAC [2]協(xié)議是一種典型的基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問(wèn)MAC協(xié)議，它是建立在IEEE802.11MAC[3] 協(xié)議的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量需求而提出來(lái)的傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議。該協(xié)議具有良好的擴(kuò)展性，不要求嚴(yán)格的時(shí)間同步，但是它也存在著節(jié)點(diǎn)活動(dòng)時(shí)間無(wú)法根據(jù)通信負(fù)載動(dòng)態(tài)變化以及節(jié)點(diǎn)休眠帶來(lái)的延遲問(wèn)題。
本文首先解析了S-MAC協(xié)議采用的機(jī)制，指出其存在的問(wèn)題，然后結(jié)合T-MAC協(xié)議和D-MAC協(xié)議，提出了改進(jìn)方法。最后通過(guò)仿真分析，證明了改進(jìn)后的方法能使節(jié)點(diǎn)活動(dòng)時(shí)間靈活的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載的變化，進(jìn)一步節(jié)省了能量，同時(shí)能在很大程度上減少節(jié)點(diǎn)休眠產(chǎn)生的延遲。
2 S-MAC協(xié)議采用機(jī)制解析
S-MAC協(xié)議是一種基于競(jìng)爭(zhēng)的控制協(xié)議，它主要采用以下機(jī)制：
“虛擬簇”機(jī)制：每個(gè)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)隙開(kāi)始的時(shí)候廣播含有自己調(diào)度信息的同步數(shù)據(jù)包，接受到同步數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)按需要調(diào)整時(shí)鐘。這樣具有相同調(diào)度的節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)“虛擬簇”。原則上整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該工作在同一“時(shí)隙結(jié)構(gòu)”，但是由于移動(dòng)性和時(shí)隙調(diào)度機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)中可包含許多“虛擬簇”。
周期性活動(dòng)和休眠機(jī)制：S-MAC協(xié)議將時(shí)間劃分為多個(gè)幀，每個(gè)幀由兩部分構(gòu)成：活動(dòng)狀態(tài)和休眠狀態(tài)。在活動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)和相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，活動(dòng)狀態(tài)通常固定在300ms。在休眠狀態(tài)節(jié)點(diǎn)將其發(fā)射接收器關(guān)閉，以此減少能量的損耗，如果此時(shí)有數(shù)據(jù)要處理，就被緩存起來(lái)，等到節(jié)點(diǎn)處于活動(dòng)狀態(tài)再處理，通過(guò)周期性的活動(dòng)/休眠大大減少了空閑造成的能量損耗。
3 S-MAC協(xié)議存在問(wèn)題
S-MAC協(xié)議采用周期性的活動(dòng)/休眠調(diào)度機(jī)制，活動(dòng)時(shí)間通常是固定不變的，而消息速率是變化的，協(xié)議處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整，不能有效的節(jié)省能量。
通信模塊處于休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如果檢測(cè)到事件，就必須等到通信模塊轉(zhuǎn)換到活動(dòng)周期才能發(fā)送數(shù)據(jù)，中間節(jié)點(diǎn)要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，下一跳節(jié)點(diǎn)可能處于休眠狀態(tài)，此時(shí)也必須等到它轉(zhuǎn)換到活動(dòng)周期，這種由于節(jié)點(diǎn)休眠帶來(lái)的延遲會(huì)隨著路徑上跳數(shù)的增加成比例增加。
4 S-MAC協(xié)議的改進(jìn)
針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議存在無(wú)法使節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)時(shí)間根據(jù)通信負(fù)載動(dòng)態(tài)變化以及節(jié)點(diǎn)休眠帶來(lái)的延遲問(wèn)題，我們首先分析一下T-MAC協(xié)議和D-MAC協(xié)議對(duì)它的改進(jìn)，然后再提出自己的改進(jìn)方法。
T-MAC協(xié)議主要是針對(duì)S-MAC協(xié)議活動(dòng)時(shí)間固定、無(wú)法適應(yīng)通信負(fù)載變化的問(wèn)題而提出來(lái)的。它在保持周期長(zhǎng)度不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)通信流量動(dòng)態(tài)地調(diào)整活動(dòng)時(shí)間。處在活動(dòng)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如果在一個(gè)給定時(shí)間TA內(nèi)沒(méi)有發(fā)生周期時(shí)間定時(shí)器溢出或感知網(wǎng)絡(luò)發(fā)生沖突，就結(jié)束活動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)入休眠狀態(tài)，但是引入了早睡問(wèn)題。
D-MAC協(xié)議主要是針對(duì)節(jié)點(diǎn)休眠帶來(lái)的延遲問(wèn)題而提出來(lái)得。它采用交錯(cuò)調(diào)度機(jī)制，將節(jié)點(diǎn)周期劃分為接收時(shí)間、發(fā)送時(shí)間和休眠時(shí)間。其中接受時(shí)間和發(fā)送時(shí)間相等，均為發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)分組的時(shí)間。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度具有不同的偏移，下層節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間對(duì)應(yīng)上層節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)間。這樣數(shù)據(jù)能夠連續(xù)地從數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，減少了傳輸延遲，但是D-MAC協(xié)議需要嚴(yán)格的時(shí)間同步。
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