基于跨层竞争的同步MAC协议研究

在无线传感器网络(WSNs)中,基于跨层竞争的同步媒体接入控制(MAC)在一周期内可安排多个数据包的多跳传输,传统的协议在同一个数据窗口传输请求数据包和确认数据包,降低了数据窗口的多跳流量的建立,也降低了在多跳场景中的数据包传输率和传输时延性能.本文提出了基于新的基于跨层竞争的同步MAC(CLC-MAC)协议,CLC-MAC协议引用新的周期结构,且其包含两个独立窗口,并由该窗口分别传输数据请求包和确认包,即请求包在数据窗口传输,而确认包在休眠窗口传输.实验数据表明:与先锋路由帧MAC(PRMAC)协议相比,CLC-MAC协议的端到端传输时延和数据包传输率的性能均得到了提高.     

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。     

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.     

基于跨层竞争的PRMAC协议的优化研究

基于流水路由的MAC协议PRMAC(Pipelined Routing Medium Access Control)是无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)的典型的基于跨层竞争的同步MAC协议. PRMAC协议允许一个周期内进行多跳传输.但是,PRMAC协议的传输请求发送包RTSD(Request-To-Send Data)和确认发送数据包CTSD(Confirmation-To-Send Data)在同一个数据包窗口传输,降低了路由性能.为此,对 PRMAC 协议进行改进,提出面向多跳场景的 PRMAC 协议 MH-PRMAC(Multi-Hop PRMAC). MH-PRMAC协议采用新的周期结构,并在休眠窗口内设置两个独立窗口,再由它们分别传输RTSD和CTSD包.实验数据表明,提出的MH-PRMAC协议有效地降低了数据包传输时延,并提高了数据包传输率.     

无线传感器网络中SMAC协议的改进与仿真

介质访问控制(MAC)协议的设计是无线传感器网络(WSNs)的关键技术之一,传感器介质访问控制(SMAC)协议是较早提出的以节能为目的的MAC协议.介绍了SMAC工作原理,在SMAC的基础上采用了快速冲突解决算法,使节点能够根据信道的忙闲,快速调整竞争窗口的大小,提高信道利用率.仿真结果表明:在网络负载较大的情况下,新方案在吞吐量和延时性方面相对于SMAC有显著的提高.     

低丢包率无线传感器网络S-MAC协议的研究

针对S-MAC协议的层间丢包问题,利用缓存队列原理提出了一种简化通信数据分组格式的S-MAC协议优化改进方案。结合TinyOS的主动消息机制在Mica2节点上实现了改进的S-MAC协议,并对MAC层的丢包率进行了测试。实验测试结果表明,优化改进后S-MAC协议较标准S-MAC协议在MAC层的丢包率上有明显的降低,提高了网络性能。     

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.     

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。     

基于生成树的无线传感器网络MAC协议

简要分析了无线传感器网络(W SNs)MAC层协议,针对MAC协议在节能和时延方面的不足,提出了一种基于生成树的MAC协议(ST-MAC)。以汇聚点为根节点,创建一个由网络中所有节点组成的生成树。ST-MAC采用TDMA接入方式,其固有的低工作周期提高了网络性能。性能分析和实验结果表明:相对S-MAC,ST-MAC在能量节省和时延方面有较好的效果。     

一种IEEE 802.11接入机制的新退避算法

无线传感器网络采用类似开放式系统互联模型的协议栈,作为第一个完全针对无线传感网络设计的MAC协议,S-MAC采用了IEEE802.11DCF的接入机制。本文在分析了IEEE802.11协议的二进制指数退避算法(BEB),以及倍数增线性减退避算法(MILD)后,提出了一种基于网络性能指标的新退避算法。新算法将无线信道中的时隙利用率映射网络性能指标传输概率,对网络中连续两次发送的时隙利用率进行平均滤波处理,改变重传节点的发送优先级,来调整节点在竞争使用窗口的退避值,以达到有效减少网络的碰撞、提高无线信道的使用效率和网络吞吐率的目的。仿真结果表明,新退避算法能更准确地估计网络当前的竞争状态,有效地提高了网络吞吐率,获得较好的网络性能。     

基于功率控制的无线传感器网络MAC协议研究

无线传感器网络是21世纪新兴的网络技术,它的出现使网络的发展进入一个新的阶段.近年来,对无线传感器网络介质访问控制协议的研究也越来越多.总结了近年来的研究成果,并针对S-MAC,T-MAC和D-MAC等几种典型的MAC协议进行了对比分析.研究出将功率控制机制引入到MAC协议中可以进一步减少能耗,给出了一种基于发射功率控制思想的MAC协议.PCSMAC协议.功率控制可以从直接的降低发送能量和间接的减少碰撞两个角度节约能耗,是一种有效的节能机制.仿真实验表明,引入功率控制后可以节约能耗达50%--96%左右.     

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.     

无线传感器网络MAC层能耗与时延的权衡

无线传感器网络节点设计的最重要约束之一就是要求低能耗,这与传统网络依赖持续的能源供应而致力于提供尽可能高的服务质量截然不同.研究了一个结合无线传感器网络的能耗特性而提出的MAC协议S-MAC协议,并在对802.11MAC、S-MAC中的能耗状态与时延特征进行理论和数学分析的基础上,通过仿真实验得出了在模拟网络环境中802.11MAC和S-MAC的能耗和平均时延,S-MAC协议中引入节点周期性睡眠、冲突串音避免和消息传递等新技术,以牺牲时延为代价换取高效的能量利用,提供了一种高效可扩展的在能耗和时延之间进行权衡的方案.     

一种结合业务区分的S-MAC协议

针对无线传感器网络中S-MAC协议没有考虑网络的QoS性能问题,本文提出了一种结合业务区分的S-MAC协议,令优先级不同的节点获得不同的接入信道概率,提高了传感器网络的QoS性能。仿真结果显示,改进后的S-MAC协议确实提高了网络的QoS性能。     

无线传感器网络S-MAC协议的分析与改进

无线传感器网络是一项新兴的技术,能广泛应用于环境监测、智能空间、医疗系统和机器人开发等领域,媒体接入控制协议(MAC)是保证该网络高效运行的关键协议之一.分析一种经典的MAC协议:S-MAC协议,对该协议存在的问题进行了探讨并提出一些改进的措施.     

BSC-MAC: Energy efficiency in wireless sensor networks with base station control

Wireless sensor networks (WSNs) are now used in many areas and the interest in this technology continues to increase. Due to the small structure of the processor, the memory of the sensor nodes forming the wireless sensor networks, and as they are operated by a battery, the most important problem appears to be the energy issue. The battery depletion of the sensor nodes randomly deployed in critical areas may negatively interfere with part or all of the network communication and may cause the life of the entire network to terminate. Therefore, many studies have been conducted in the field of energy efficiency. In this study, Base Station Controlled MAC (BSC-MAC), which is a new design of MAC, is recommended. The BSC-MAC protocol presents an adaptive approach for energy efficiency. It determines the nodes on the network as root and source nodes and manages a sleep schedule according to these structures. The simulation of the BSC-MAC protocol was performed with ns-2 and compared to similar protocols, such as adaptive energy efficient MAC (AEEMAC), pattern MAC (P-MAC), and sensor MAC (S-MAC).     

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.