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無(wú)線(xiàn)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò )MAC協(xié)議研究
作者：
時(shí)間：2010-03-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2 WMSN媒體訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議
在WMSN中，MAC協(xié)議處于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的底層，在相互競爭的傳感器節點(diǎn)之間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信道資源分配，決定著(zhù)無(wú)線(xiàn)信道的使用方式和網(wǎng)絡(luò )性能。根據信道接入機制，這些協(xié)議可以分為三類(lèi)：非競爭占用、競爭占用和混合占用方案，如圖2所示。下面詳細討論各類(lèi)MAC協(xié)議對實(shí)時(shí)多媒體應用的支持能力。
2.1非競爭占用方案
非競爭MAC協(xié)議通常以TDMA方式為主，也可采用FDMA或CDMA的信道訪(fǎng)問(wèn)方式。Sohrabi等人提出的SMACS是一種基于TDMA的分布式MAC協(xié)議。在無(wú)全網(wǎng)同步情況下，SMACS能夠發(fā)現鄰居節點(diǎn)，建立發(fā)送／接收鏈路，并對鄰節點(diǎn)發(fā)現和信道分配進(jìn)行了合并。通信鏈路由一對隨機選擇在固定頻率(或跳頻序列)上的通信節點(diǎn)構成。在鏈接建立時(shí)通過(guò)隨機喚醒，而在空閑時(shí)槽內關(guān)閉發(fā)射的機制有效減小了能量損耗。然而該方案有兩個(gè)缺點(diǎn)：鄰居節點(diǎn)的時(shí)槽數固定不變，并需要時(shí)間同步機制；固定時(shí)槽實(shí)現不夠靈活，很難支持更高的帶寬。另外，基于TDMA的方案均需要相鄰節點(diǎn)間的時(shí)間同步工作。
在EDF調度算法基礎上，Caccamo等人提出了一種基于FDMA的MAC協(xié)議。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )被分割成許多簇，相鄰簇間以FDM方式使用不同的頻率進(jìn)行通信，而在簇內節點(diǎn)間采用TDMA方式通信。對應的，消息分為簇內信息交換和簇間信息交換兩種。該方案保障了實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的傳輸、帶寬以及時(shí)延限制，但是在現有的無(wú)線(xiàn)傳感器硬件平臺上實(shí)現多種頻率比較困難，且簇內節點(diǎn)周期性信息調度加快了能量消耗。
Liu等人提出了一種基于CDMA的MAC協(xié)議以支持無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。他們認為采用CDMA方案可提供多簇間帶寬資源的靈活配置、安全性更好和業(yè)務(wù)吞吐量更大，同時(shí)允許進(jìn)行時(shí)、空域多域聯(lián)合通信。在全等正六邊形簇結構上采用不同CDMA編碼序列取代了多種頻率。在發(fā)送信息時(shí)，每個(gè)節點(diǎn)擁有1個(gè)發(fā)射模塊和6個(gè)接收模塊，而在偵聽(tīng)／接收時(shí)擁有7個(gè)接收模塊。與TDMA和FDMA方式相比，CDMA方式減小了內部通道間干擾，有效提高了帶寬利用率，但缺點(diǎn)是需要特殊的傳感器硬件支持，實(shí)現代價(jià)較大。
從本質(zhì)上講，非競爭占用方案有效地減小了分組信息碰撞，增加了網(wǎng)絡(luò )吞吐量，降低了延遲并保障了實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)傳輸，尤其在支持流媒體應用方面具有很強的競爭力。但缺點(diǎn)是，這種方案結構比較復雜，并且需要集中控制，在實(shí)際部署中很難調整幀長(cháng)度和時(shí)隙，無(wú)法有效應對節點(diǎn)失效和網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的變化，并需要多信道通信，對傳感器節點(diǎn)硬件要求很高。
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