AMAC协议与ASMAC协议.ppt

论文学习交流,古连华,An Adaptable Energy-Efficient Medium Access Control Protocol for Wireless Sensor Networks 一种自适应低能耗的无线传感器网络MAC协议,Justin T. Kautz 23rd Information Operations Squadron, Lackland AFB TX Justin.K Barry E. Mullins, Rusty O. Baldwin, Scott R. Graham Air Force Institute of Technology, Wright-Patterson AFB OH Barry.Mullins, Rusty.Baldwin, Scott.G,摘要,我们基于S-MAC协议设计了一种叫“自适应MAC协议（AMAC）”的无线传感器网络MAC协议。由于无线传感器网络是能量吝惜的，尽可能地节能可以延长网络的生存时间。而S-MAC协议用了一个固定大小的侦听/睡眠周期长度，AMAC协议通过合并多个工作周期来适应流量状况。在高流量负载情况下，AMAC适用一个短的工作周期，可以更多地侦听。在低流量负载情况下，AMAC适用一个长的工作周期，减少侦听频率。AMAC协议是在OPNET仿真器下仿真的。分析指出相对于S-MAC协议，AMAC节省了15%能量，节省了22%的单位比特能耗，代价是造成了2倍的延时。对于延时不敏感的应用，AMAC可以延长网络生存时间。,Background & Methodology,点对点的通信中针对能耗高效的低层的MAC协议改进，可以为节点带来益处。一些MAC从这样一个事实进行改进：一个无线传感器网络的节点花费大部分时间进行媒体的空闲侦听，而不是传输或接受数据。为了节省能源，接收节点可以关闭一段时间，称作睡眠周期。S-MAC协议就是用了这样的方法。 一个节点常常接收到发送给其他节点的数据。为了节省能量，在旁边的节点传输数据的时候，这样的节点可以关闭。PAMAS协议和SMAC协议都体现了这样的做法。其他的方法使用基于调度的而不是基于竞争的算法，来最大化通信效率，比如TRAMA协议。 S-MAC相对于802.11协议来说在能量消耗上是有效率的，但它还不能自适应，也不灵活。S-MAC的侦听/睡眠周期是在网络应用之前设置耗的。在应用中来调整合适的工作周期，一旦设置耗，这个周期是不变的。这种静态的配置制约了S-MAC的灵活性。 我们的研究的目标是通过允许动态调整适应不同的网络状况，使S-MAC更加能耗高效。我们验证了平均的能量节省了，因为它根据流量状况调整，在不活动期间更多地进入睡眠。这些做法增加了在低活跃期间的时延。,AMAC Protocol Design,AMAC 功能上类似于S-MAC，对原先的协议改变不大。AMAC根据流量趋势改变了睡眠时间。睡眠周期情况见图1。 AMAC的节点通知邻居节点变化情况，从而让邻居节点与该节点在合适的调度下通信。 节点的收敛是以分钟为顺序的。 这种过程在整个网络运行过程中贯穿。,在工作周期中设置界限，防止节点太常醒来或过长时间睡眠。 而且，必须保持同步，工作周期中选择了最高1/4分隔到最低1/64的分隔。,AMAC Protocol Design,AMAC adapts to varying traffic conditions by maintaining a variable called currentusage which uses exponential forgetting. currentusage is affected by whether or not the listen period/slot of the duty cycle is used. A used slot means that data was either sent or received. The current usage value is (where n is the sensitivity level.) AMAC适用一个参数currentusage来适应变化的流量状况。Currentusage受侦听/睡眠周期的影响。,Experimental Design,评价和仿真是在OPNET 11.0.A下进行的。 详细的模型是基于S-MAC设计。 图5显示AMAC平均能耗比S-MAC节省15% 图6显示AMAC时延比S-MAC大。 AMAC每比特能耗比S-MAC减少了22%,Conclusion,本研究的目标是修改已有的协议，使它更灵活，更节能。AMAC是最新一代的节能型的MAC协议，并可以适应流量变化，提高能量利用率。 AMAC减少了15%能耗，22%每字节能耗，提高4%吞吐量。代价是两倍的时延。对于时延不敏感的应用，AMAC提供了延长网络生存时间的解决方法。,An Adaptive Schedule Medium Access Control for Wireless Sensor Networks 一种自适应调度机制的无线传感器网络MAC协议,LIU Bing, ZHANG Lin, ZHANG Huimin School of Information Engineering Beijing University of Posts and Telecommunications Beijing, China B,摘要,许多无线传感器网络MAC协议，比如S-MAC和CSMA-MPS，都采用了侦听/睡眠周期来节省能量。 节点的工作周期影响网络的表现，比如能耗效率，时延和吞吐量。 本文介绍一种自适应调度机制的MAC协议AS-MAC。 AS-MAC在MAC层引入周期的适应性。这个协议的效果是它能在动态流量中减少时延，提高吞吐量，和提高能量效率。 我们同时把AS-MAC跟S-MAC和CSMA-MPS通过仿真比较，结果显示AS-MAC比以前的协议表现好。,ADAPTIVE SCHEDULE MEDIA ACCESS CONTROL,网络性能包括能耗效率、时延和吞吐量，受很多条件的影响。设计MAC协议时，应该分析影响网络性能的因素，并在各个指标间作个平衡。 在无线传感器网络中，影响效率的主要因素是空闲侦听。这在低流量的无线传感器网络中尤其明显。 为了提高技能效率和吞吐量，降低时延，提出一种自适应调度的MAC协议AS-MAC,ADAPTIVE SCHEDULE MEDIA ACCESS CONTROL,这不是一个真正的跨层设计，因为它没用到高层的信息。但它有一些跨层的特征，因为MAC层的侦听状态可以适应高层定义的动态流量，并且可以改善高层的表现。 当没有数据流时，节点的侦听时间T为Tmax，最大侦听时间。Tmax是根据时延要求选择的。 当一个节点有数据包要发送时，在成功的载波侦听（CS）后，它增加一个状态列T和R。在状态T中节点广播目的地址，然后转入状态R，准备接收数据。 当发送节点收到回答后，结束T和R序列，并开始数据的传输。 过程见图1。,ADAPTIVE SCHEDULE MEDIA ACCESS CONTROL,时间T应该适应流量负载。没有流量时，参数T应为Tmax，当有数据交换时，下一个T会变成Tmin。Tmin是最小的时间，使接收节点接收数据并在下个周期回应。如图2所示。 Tmin保证网络能达到最大的吞吐量，最大限度并减少队列延迟。,PERFORMANCES AND SIMULATIONS,AS-MAC使节点适应动态的网络流量，它的侦听周期随数据流量调整，当流量负载轻的时候，参数T可以较大。 相对于CSMA-PS和CSMA-MPS，AS-MAC在第一个数据包传输之前只要一个长列T-R。因为节点之间序列包的协调不多，T-R队列也比较少。所以AS-MAC有较高的能耗效率。 节能性。从右图看出，在轻负载时AS-MAC右较好的节能特性，这是由动态的侦听时间带来的。当网络负载重时，AS-MAC消耗较多能量。,PERFORMANCES AND SIMULATIONS,时延分析。AS-MAC有最低延时，因为在数据流中侦听状态的调整。