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无线通信中的MAC协议
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2009-10-30
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MAC(介质接入控制)协议。所谓MAC协议,就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。
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无线传感器网络的 MAC 协议
默认分类 2009-09-22 10:12 阅读 23评论 0
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无线频谱是无线移动通信的通信介质,是一种广
播介质,属于稀缺资源。在无线传感器网络中,可能
会有多个节点设备同时接入信道,导致分组之间相互
冲突,使接收方无法分辨出接收到的数据,浪费信道
资源,吞吐量显著下降。为了解决这些问题,就需要
MAC(介质接入控制)协议。所谓 MAC 协议,就是通
过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享
介质。
在无线传感器网络中,为了实现多点通信,由
MAC(Medium Access Control)介质访问控制层协议
决定了局部范围无线信道的使用方式,以及多跳自组
织无线传感器网络节点之间的通信资源分配,也就是
说必须实现两大基本功能目标:在密集散布的传感器
现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的
数据通信链路;协调共享介质的访问,以便传感器网
络节点能够公平有效地分享通信资源。由于传感器网
络独特的资源限制和应用需求,传统的 MAC 协议不
再适合于无线传感器网络应用范例,如对于一个基于
基础设施的蜂窝系统,其 MAC 协议的设计基本目标
是提供高质量的服务质量(QoS)和带宽效率,且主要
致力于资源分配策略。而无线传感器网络没有像基站
一样的中央控制机构,况且网络节点的有效节能直接
影响无线传感器网络的使用寿命,因此在设计无线传
感器网络的 MAC 协议时,有几个方面问题值得重点
关注:能量感知和节省;网络效率(包括公平性、实
时性、网络吞吐率和带宽利用率等);可扩展性。尽
管蓝牙(Bluetooth)、移动自组织网络(MANET)和无线
传感器网络在通信基础设施上有相似的地方,但由于
网络寿命的制约,没有哪个现存的蓝牙或移动自组织
网络 MAC 协议可以直接用在无线传感器网络。相比
之下,除了节能和有效节能外,移动性管理和故障恢
复策略也是无线传感器网络 MAC 协议首要关注的问
题之一。尽管移动蜂窝网络、Ad-hoc 和蓝牙技术是
当前主流的无线网络技术,但它们各自的 MAC 协议
不适合无线传感器网络。GSM 和 CDMA 中的介质访
问控制主要关心如何满足用户的 QoS 要求和节省带
宽资源,能耗是第二位的;Ad-Hoc 网络则考虑如何
在节点具有高度移动性的环境中建立彼此间的链接,
同时兼顾一定的 QoS 要求,能耗也不是其首要关心
的;而蓝牙采用了主从式的星型拓扑结构,这本身就
不适合传感器网络自组织的特点。
目前,由于研究人员针对不同的无线传感器网络
应用,没有采用统一的 MAC 协议分类方式,但是大
体依据标准分为三种,如根据网络拓扑结构方式(分
布式和集中式控制);使用单一或多信道方式;采用
固定分配信道还是随机访问信道方式。已有参考文献
也将无线传感器网络 MAC 协议分为三类:确定性分
配、竞争占用和随机访问。前两者不是传感器网络的
理想选择。因为 TDMA 固定时隙的发送模式功耗过
大,为了节省功耗,空闲状态应关闭发射机。竞争占
用方案需要实时监测信道状态也不是一种合理的选
择。随机介质访问模式比较适合于无线传感网络的节
能要求。本书采用的是根据信道分配使用方式将无线
传感器网络 MAC 协议分为基于无线信道随机竞争方
式和时分复用方式及基于时分和频分复用等其他混合
方式三种。
1) 无线信道随机竞争接入方式(CSMA)
节点需要发送数据时采用随机方式使用无线信
道,典型的如采用载波监听多路访问(CSMA)的 MAC
协议,需要注意隐藏终端和暴露终端问题,尽量减少
节点间的干扰。
2) 无线信道时分复用无竞争接入方式(TDMA)
采用时分复用(TDMA)方式给每个节点分配了一个
固定的无线信道使用时段,可以有效避免节点间的干
扰。
3) 无线信道时分/频分/码分等混合复用接入方
式(TDMA/FDMA/CDMA)
通过混合采用时分和频分或码分等复用方式,实
现节点间的无冲突信道分配策略。
1 基于竞争的 MAC 协议
基于无线信道随机竞争方式的 MAC 协议采用按需
使用信道的方式,主要思想就是当节点有数据发送请
求时,通过竞争方式占用无线信道,当发送数据发生
冲突时,按照某种策略(如 IEEE802.11 MAC 协议的
分布式协调工作模式 DCF 采用的是二进制退避重传
机制)重发数据,直到数据发送成功或彻底放弃发送
数据。由于在 IEEE802.11 MAC 协议基础上,研究
者们提出了多个适合无线传感器网络的基于竞争的
MAC 协议,故本小节重点介绍 IEEE802.11 MAC 协
议及近期提出改进的无线传感器网络 MAC 协议。
1.IEEE802.11 MAC 协议
IEEE 802.11 MAC 协议是 IEEE 802.11 无线局域
网(WLAN)标准的一部分(另一部分是物理层规范)。
其主要功能是信道分配、协议数据单元(PDU)寻址、
组帧、纠检错、分组分片和重组等。IEEE 802.11
MAC 协议有两种工作方式:一种是分布式协调功能
(Distributed Coordination ,DCF);另一种是中心点
协调功能(Point Coordination,PCF)。由于 DCF 是
采用竞争接入信道的方式,而且目前 IEEE 802.11
WLAN 有比较成熟的标准和产品,所以目前在无线
传感器网络研究领域,很多的测试和仿真分析都基于
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资源评论
- yilu19912016-06-20主要是讲解了无线传感器网络中的MAC协议,典型协议的介绍等,思路清晰
- tongjing5242014-04-01虽然没有看完,但还是有帮助的
zhangzhaohui7029
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