一种动态占空比的无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络(WSN)中,降低能耗会引发端到端时延的增加.为兼顾能耗和时延的平衡,提出一种基于动态占空比的WSN介质访问控制协议.通过计算节点利用率、平均睡眠延时,结合占空比上下限,动态调整节点占空比,使其更好地适应网络实时通信流量.实验结果表明,该协议在线性拓扑中比S-MAC节能52％,延迟减少35％,在网状拓扑...     

一种基于节能的无线传感器网络MAC协议

无线传感器网络中节点能量十分有限,为了进一步提高能量的利用效率,提出了一种基于节能的改进型媒体接入控制(MediumAccess Control,MAC)协议.该协议结合了BASIC算法与自适应S-MAC协议的优点,采用一种简单易行的算法根据节点实际分布情况调节RTS、CTS、DATA、ACK四种帧的发送功率,从而达到节省能量的目的.协议中采用的自适应侦听机制不仅可以减少数据的传输延迟,而且可以避免由于在S-MAC协议中引入功率控制策略时带来的一些问题.协议与S-MAC算法相比节省了能量,减少了时延,同时并没有降低无线传感器网络的其他性能.     

适用于周期休眠MAC协议的分簇时间同步算法

无线传感器网络中节点能量有限,常采用周期休眠的方式工作,而周期性休眠机制的实现依赖于节点间的时间同步方法.基于竞争的周期性休眠MAC协议的典型代表是S-MAC,在S-MAC协议的时间同步算法基础上,通过引入簇控制和边界节点控制方法提出一种分簇时间同步算法,该算法适用于周期性休眠的MAC协议.仿真和物理实验表明,分簇时间同步相比S-MAC时间同步方法能够有效控制网络中的簇数和边界节点数,减少时间同步开销和端到端传输时延,从而节省能耗,延长网络生存周期.     

基于竞争与TDMA的低时延无线传感器网络MAC协议

针对经典无线传感器网络（WSNs） S-MAC协议的累积睡眠延迟问题,提出了一种基于竞争与时分复用（TDMA）方式混合的低时延LH-MAC协议.LH-MAC根据包的传输跳数,提供不同优先级的接入服务,使已完成多跳传输的包以更大的概率接入信道,实现较远节点的低时延传输目标.仿真比较S-MAC与LH-MAC的平均延迟和能耗,表明LH-MAC在保持能量高效前提下,有效降低了端到端时延.     

SEEL:无线传感器网络下自适应、低延迟的节能媒质接入控制协议

无线传感器网络有着广泛的应用前景,然而由于传感器节点能量有限,因此传感器网络上运行的协议必须具备能量有效性以获得较长的生命周期.而媒质接入控制子层是节点能量消耗的主要所在,因此无线传感器网络设计的关键问题之一是媒质的接入控制.提出了一种自适应低延迟的节能MAC协议——SEEL协议,根据当前的网络负载自适应地调节竞争窗口的大小,从而减小节点数据传送的碰撞几率和由于碰撞而导致的能量消耗;采用了快速退避机制,减少了节点在退避过程中的空闲监听时间;扩展了RTS/CTS消息机制,可减少节点在每帧活动阶段的时间以及减小数据的延迟,两者都能节约能量的使用.实验结果显示,SEEL协议具有比S-MAC和TEEM协议更好的性能.     

WSN中S-MAC协议的能量消耗分析及改进

S-MAC协议是针对无线传感器网络的MAC协议.本文对协议中的节点能量消耗问题进行了详细地分析,从而推导出节点工作时各因素对能量消耗的影响.针对S-MAC的能量节省是以高延迟为代价;网络节点所分配的统一占空比使得传感器网络不能很好的适应网络流量变化的缺陷,提出了节点利用率这个概念.根据节点间利用率不相同的特点,为各节点分配带有不同占空比的周期性侦听机制,并采用动态分配占空比的方法来适应网络的变化.结果显示:通过这些改进达到了能量消耗和延迟的平衡,从而使S-MAC进一步得到优化.     

基于ZigBee的低功耗无线传感器网络改进协议

如何降低无线传感器网络(WSNs)节点的能耗来延长网络寿命是非常重要的,无线网路的性能主要取决于MAC协议,若要降低节点能耗,合理的设计与改进MAC协议就成为一个关键性问题.主要介绍了无线传感器网络中的ZigBee技术发展与应用,针对相关能耗问题,将延迟测量时间同步(DMTS)算法融入到ZigBee网络中,同时引入了基于S-MAC协议机制的周期性侦听/睡眠、碰撞避免等措施对协议进行改进,通过仿真与基本协议进行比较.仿真结果表明:改进的协议能够有效降低网络节点能耗.     

无线传感器网络MAC协议的性能改进研究

在无线传感器网络中,MAC协议决定着网络的信道分配,对网络的性能有很重要的影响。目前已研究出多种S-MAC协议,其中S-MAC协议是一种典型的无线传感器网络MAC协议,但此协议存在一定缺陷,无法更好地适应传感器网Jj络多变的特点。针对该问题,在S-MAC协议的基础上,结合了自适应退避窗口和根据节点队列长度预测流量的思想,提出了一种新的协议-Q-MAC协议,并达到了较为理想的预测效果。经NS2仿真验证,此协议在平均延迟、吞吐量、能量消耗方面较S-MAC协议有了显著提高。     

传感器网络中一种基于梯型休眠调度的MAC协议

如何在提供能量高效数据通信的同时满足必要的延迟需求,是无线传感器网络MAC协议面临的一大挑战。本文提出一种基于梯型休眠调度的MAC协议——LP-MAC,通过安排传输路径上的节点连续转发数据从而消除休眠延时;采用冲突避免机制和基于链路计数器的临时唤醒机制,减少兄弟节点间冲突并增加节点休眠时间,进一步提高协议能量效率。理论分析和模拟实验表明,LP-MAC协议既具有低能耗的协议特性,也能保证较低的稳定的端到端延时。     

竞争型无线传感器网络MAC层协议性能分析与优化

无线传感器节点对电池能量的依赖性很强,用最少的能量完成网络通信是无线传感器网络的研究重点.竞争型无线传感器网络MAC协议(如S-MAC)主要通过牺牲吞吐量和时延来节省能量.文章提出了一种全新的无线传感器MAC协议--BS-MAC.BS-MAC在S-MAC休眠/侦听制的基础上实现了数据的双向传输,提高了系统性能.理论分析和仿真结果表明,BS-MAC在维持合理的能量损耗的前提下,可以增加系统吞吐量,降低时延,性能优于S-MAC.     

An energy-efficient,transport-controlled MAC protocol for wireless sensor networks

In wireless sensor networks (WSNs), one major cause of wasted energy is that the wireless network interface is always on to accept possible traffic. Many medium access control (MAC) protocols therefore adopted a periodic listen-and-sleep scheme to save energy, at sacrifice of end-to-end latency and throughput. Another cause is packet dropping due to network congestion, necessitating a lightweight transport protocol for WSNs. In this paper, we suggest a transport-controlled MAC protocol (TC-MAC) that combines the transport protocol into the MAC protocol with the aims of achieving high performance as well as energy efficiency in multi-hop forwarding. Although TC-MAC also works through a periodic listen-and-sleep scheme, it lowers end-to-end latency by reserving data forwarding schedules across multi-hop nodes during the listen period and by forwarding data during the sleep period, all while increasing throughput by piggybacking the subsequent data forwarding schedule on current data transmissions and forwarding data consecutively. In addition, TC-MAC gives a fairness-aware lightweight transport control mechanism based on benefits of using the MAC-layer information. The results show that TC-MAC performs as well as an 802.11-like MAC in end-to-end latency and throughput, and is more efficient than S-MAC in energy consumption, with the additional advantage of supporting fairness-aware congestion control.     

多个无线传感器网络中节能MAC协议设计

在无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC)层协议影响着整个网络的性能。根据无线传感器网络对节点能耗和时延的要求,本文提出了一种基于跨层设计的节能MAC协议。利用物理层、MAC层和路由层之间的信息交互,在保证可靠通信的基础上,实现在一个监听/睡眠周期内数据多跳传输,缩短数据传输时延,并且有效控制网络数据传输的冗余度,降低冗余节点能量消耗。性能分析和仿真结果表明,节能MAC协议能够有效地降低网络时延并且减少节点能耗。     

无线传感网络低占空比MAC协议性能研究

恰当的通信协议对降低无线通信能耗,延长网络寿命具有重要的意义。低占空比MAC协议通过节点的休眠机制,大大降低了通信模块的空闲监听能耗。以S-MAC协议为例,研究了树型拓扑下低占空比协议的能耗性能、时延性能以及吞吐量,分析了各性能之间的关系以及休眠机制对性能的影响,并通过研究指出了协议的改进方向。     

无线传感器网络MAC协议研究

针对S-MAC协议节点能耗均衡能力的不足,提出一种基于网络能耗均衡的跨层优化协议(BS-MAC)。在该机制中,增加变量TS,用来记录该节点成为虚拟簇边界节点的次数,通过与邻居节点比较TS的大小进行自适应睡眠/侦听。在路由层成簇算法中加入参数TS,跨层调节节点能耗的均衡。仿真数据显示,BS-MAC在能耗和延迟方面较S-MAC没有大的变化,但能够提高网络节点能耗的均衡性,降低节点死亡率,延长网络生存周期。     

基于网络效用最大化与冲突避免的无线传感器网络MAC协议

针对周期汇报型无线传感器网络(WSN)中的无线信号冲突和能量利用效率问题,提出了一种基于网络效用最大化与冲突避免的媒体访问控制(UM-MAC)协议。该协议基于时分多路复用(TDMA)调度机制,将效用模型引入无冲突的节点工作时隙分配过程中,把链路可靠性、网络能耗归纳到一个统一的效用优化框架中;进而提出了一个启发式算法,使网络能够快速找到一个基于网络效用最大化与冲突避免的节点工作时隙调度方案。将UM-MAC协议与S-MAC协议和冲突避免MAC(CA-MAC)协议进行比较,在不同节点数量的网络环境中,UM-MAC获得的网络效用较大,平均数据包成功发送率较高,生命周期介于S-MAC与CA-MAC之间,在不同的网络负载下所有节点发数据包到汇聚节点的平均时延有所增加。仿真实验结果表明:UM-MAC协议较好地解决了冲突干扰问题,提高了网络的数据包成功发送率和能量利用效率等性能;在低网络负载时,TDMA类协议的性能并不比竞争类协议好。     

WSN流量自适应MAC协议的改进

在流量自适应媒体访问控制(MAC)协议中,容易产生吞吐量抖动的问题。为此,提出一种动态占空比机制的改进方案。在基于S- MAC和TDMA流量自适应MAC协议基础上,通过引入动态占空比机制,将原S-MAC协议的侦听/睡眠周期,划分为多个短侦听/睡眠周期,以实现多次数据传输。NS2仿真结果表明,该方案能减少系统时延和能量消耗,同时维持较高的吞吐量,实现协议的平滑切换。     

移动无线传感器网络中的ASA算法

在传统的无线传感器网络研究中,通常假设传感器节点位置是固定的,忽略了节点位置变化对网络性能的影响。针对上述问题,提出基于全局时间信息的自适应同步激活(ASA)算法。ASA算法借助全局时间信息,避免了节点移动性对MAC协议休眠调度机制的影响。仿真结果表明,ASA算法在节点移动的情况下,分组递交率及节能特性均优于S-MAC协议。     

A detailed review of energy-efficient medium access control protocols for mobile sensor networks

This article reviews the state-of-the-art energy-efficient contention-based and scheduled-based medium access control (MAC) protocols for mobile sensor networks (MSNs) by first examining access schemes for wireless sensor networks (WSNs). Efficient and proper mobility handling in sensor networks provides a window of opportunity for new applications. Protocols, such as S-MAC, reduce energy consumption by putting nodes to sleep after losing to channel contention or to prevent idling. Sleeping is a common method for energy-efficient MAC protocols, but delay depends on sleep duration or frame time, and longer delays lead to higher packet lost rate when nodes are unsynchronized due to network mobility. MS-MAC extends S-MAC to include mobility-awareness by decreasing this sleep duration when mobility is detected. S-MAC with extended Kalman filter (EKF) reduces mobility-incurred losses by predicting the optimal data frame size for each transmission. MMAC utilizes a dynamic mobility-adaptive frame time to enhance TRAMA, a scheduled-based protocol, with mobility prediction. Likewise, G-MAC utilizes TDMA for cluster-based WSNs by combining the advantages of contention and contention-free MACs. Z-MAC also combines both methods but without clustering and allows time slot re-assignments during significant topology changes. All of the above MAC protocols are reviewed in detail.     

基于动态占空比的流量自适应MAC协议

提出一种基于动态占空比的流量自适应MAC协议,在基于S-MAC和TDMA流量自适应MAC协议的基础上,引入动态占空比机制,将原S-MAC协议的侦听/睡眠周期划分为多个短侦听/睡眠周期以实现多次数据传输。仿真结果表明,该协议在多竞争节点情况下能减少系统时延,维持较高的吞吐率,实现协议的平滑切换。