s-mac协议PPT课件

S-MAC协议的介绍：2，传感器网络中节点的能量资源非常有限，设计MAC协议时必须首先考虑能量的有效性。 在无线传感器网络中，除正常的数据收发消耗能量外，MAC层中的能量损失主要来自以下方面：-，(1)空闲侦听：网络中的节点不知道邻居节点何时向自己发送数据，其无线模块始终处于活动状态这是节点能源消耗的最主要来源。 典型的射频收发器处于接收模式时所消耗的能量比处于待机模式时多两个百分点。 另外，为了避免冲突，节点也需要监听信道，调查信道是否被占用。 空闲侦听成本对于缺少或较少数据的网络应用而言也较高。- 4，(2)冲突冲突(collision ) :主要是两个或多个节点可以在相同的时间段向相同节点发送分组，当处于接收状态的节点冲突，引起信号之间的干扰，分组被破坏，接收节点所接收的信息是多馀的，并且应当丢弃它们，并且源节点应当重新发送。 传输和接收这些错误数据的能量会丢失，不仅浪费能量，消息延迟也会增加。 RTS/CTS握手机制可以解决冲突问题，但会导致额外的协议开销。- 5，(3)串音：在网络中，每个节点在广播中发送消息，并且节点的广播范围内的节点(而不是点对点)接收到指向其他节点的分组，这将导致串音干扰当节点密度大或需要传输的数据量大时，串扰所消耗的能量也相当大。 为避免这种情况，节点必须在没有数据传输和接收时关闭接收器。- 6，(4)控制信息的开销controlpacketoverhead :许多MAC层协议需要在节点之间交换控制信息，这些信息的交换消耗了一定的能量，并且MAC的头部和控制分组(例如，RTS/CTS/ACK )是有效数据当传输仅包含几个字节的数据时，协议的开销变大。 此外，在无线传感器网络中，由于节点“脆弱”(具有有限能量、易损坏等)，因此各节点需要发送和接收一些消息，以确认相邻节点处于何种状态(例如，它们是否存在)。 一些无线传感器网络需要同步，并且通过周期性地发送同步消息来同步节点，这些传感器网络需要消耗能量。 再者，- 7、传感器网络的节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化而进行相对复杂的监控，传感器节点也具有无线通信能力，可以节点之间的协调监控。 考虑到监控应用的实际情况，传感器节点很可能位于人们难以接触或者无法接近的位置，因此难以更换电池。 因此，对于这种网络应用，节能是MAC协议设计的第一考虑因素。 传感器节点有限的计算能力、存储能力和通信能力，使得每个节点仅能够获取本地网络拓扑信息，因此在节点上操作的网络协议应当尽可能简单。8、针对无限传感器网络的应用要求，产生了S-MAC协议。 协议主要在一些方面创新了1 .周期性监听和休眠2 .冲突避免3 .业务自适应监听机制-9 .节点周期性监听信道(listen )和休眠(sleep )在监听期间发送和接收SYNC信息，完成了网络维护。 如果发送数据，则在信息交换中冲突通道，并在随后的sleep时间发送数据。 其中listen时间远小于sleep时间是由WSN网络的数据流量少、突发性特征决定的。-，10，(1)休眠：节点进行周期性监听和休眠，其工作占空比根据当时的网络流量情况进行了自适应调整。 如果节点处于休眠状态，请设置sleep计时器的计时。 (2)监听通道： sleep计时器超时时，节点从睡眠中唤醒，启动listen计时器。节点从休眠中醒来后，首先监听信道。 这里，假设每个节点在传输信道之前能够监听信道。 MAC使用物理层协议提供的载波侦听API来执行载波侦听，并根据从物理层传递的信道状况量来确定信道空闲作为载波侦听的结果。 如果有要发送到上层的数据，则开始通道冲突。 否则，我们会截获数据是否到达。 以下是S-MAC协议下七个环节的介绍，11，(3)竞争信道：当一个节点传输数据时，首先监听信道，确认是否正在转发其它节点。 若信道空闲，则使用退避算法在随机退避时计算竞争信道，若退避结束后信道空闲，则立即开始发送，若发送信息冲突，重发次数超过规定次数，则重复上述步骤重新竞争信道的多个发送等待节点监视信道的空闲， 使用退避算法的随机退避时间最小的节点最早地终止退避，与信道发生冲突并且在其它节点终止退避之后，继续等待下一信道冲突，直到其发现信道在该时间点被占用为止。 监听期间listen计时器超时时，节点将进入睡眠状态，并在下一个listen时间到来时继续唤醒冲突通道。 此外，12，(4)RTS/CTS握手过程：在节点与信道发生冲突之后，节点发送向目的地节点通知的短传输请求帧(RTS )，并且在目的地节点接收到RTS之后，用CTS信息帧来作出响应。 发送节点收到CTS回复后，可以开始发送DATA数据。 如果其它节点在接收到RTS或CTS消息后确认该数据分组未发送至其自身，则其在使用NAV计时器来设置虚拟载波侦听时间之后进入休眠状态。 休眠状态的时间由RTS或CTS分组的持续时间(transmission duration )确定，此时有效地避免了相邻节点在该点传输数据和引起冲突。13、(5)数据传输：源和目标节点信号交换完成后，开始发送数据。 当目的地节点接收到数据时，它向该源节点发送一个ACK确认帧。 当源节点接收到ACK时，源节点继续发送data分组，并且当目的地节点接收到ACK时返回它。 源节点释放信道占有权，并且与其它节点冲突，直到所有数据分组都被重新传送。 类似地，数据帧和ACK答复帧具有持续数据传输持续时间值，并且其他节点基于该持续时间值来设置休眠定时器，并且当该传输完成时将监视该信道，并且当正在发送数据时冲突信道另外，14，(6)数据重传：如果在源节点发送RTS之后一定时间段内没有接收到CTS帧响应，或者在提取数据之后一定时间段内没有接收到ACK响应，则节点指示发送失败，并且节点将直接发送未接收到响应的RTS帧或数据包如果发送三次都没有接收到响应，则该节点放弃发送且进入睡眠，并且在下一个侦听周期醒来重新冲突信道。 (7)网络维护进程：每个节点需要定期进行SYNC广播以向网络上的相邻节点通知其定时调度信息。 在侦听周期开始时进行该SYNC广播消息的发送/接收。 另外，节点此时根据接收到的相邻节点的SYNC信息，进行网络的维护、新节点的加入、相邻列表的更新、相邻节点是否消失的判断。 与IEE