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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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2.2競爭占用方案
針對無(wú)線(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )，文獻[9-12]提出幾種基于競爭占用和載波監聽(tīng)的MAC協(xié)議。由于無(wú)線(xiàn)介質(zhì)的相似性，這些算法也能夠適用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。IEEE 802.11e對MAC層區分業(yè)務(wù)等級做出了規定，是競爭占用方案設計的主要依據。在這些方案中，根據分組優(yōu)先級，區分業(yè)務(wù)可以通過(guò)改變對應的IFS持續時(shí)間和CW大小實(shí)現。例如，Veres對分布式算法進(jìn)行了研究，通過(guò)改進(jìn)的IEEE 802.11 DCF實(shí)現區分業(yè)務(wù)。首先，算法根據分組優(yōu)先級確定競爭窗范圍CWmin和CWmax，然后根據其值決定退避時(shí)間。這樣就可以將高優(yōu)先級分組的CWmin和CWmax值設置得低于低優(yōu)先級分組，縮短了退避時(shí)間。
Lu等人綜合考慮了距離和時(shí)間限制，提出了RAP分組調度策略。采用RAP的MAC協(xié)議對IEEE802.11進(jìn)行了改進(jìn)。與IEEE 802.11e類(lèi)似，它采用基于優(yōu)先級的幀間值和退避窗值。仿真結果表明這種策略適合于節點(diǎn)實(shí)時(shí)監控的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的通信調度。其他基于IEEE 802.11的方案也都遵循這樣的原則。
一般來(lái)說(shuō)，競爭占用方案使用方便、擴展性好，適合于處理多種業(yè)務(wù)流，不同于需要準確估計業(yè)務(wù)量的非競爭占用方案。但缺點(diǎn)是，無(wú)法像非競爭占用方案那樣對業(yè)務(wù)提供實(shí)時(shí)性保障。因此，這類(lèi)協(xié)議比較適用于對預見(jiàn)性要求不高的網(wǎng)絡(luò )，如果要在多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中成功運用，這些方案需要對接入業(yè)務(wù)提供概率保障。
2.3混合方案
MAC混合方案有效結合了非競爭占用和競爭占用方案的優(yōu)點(diǎn)。該方案將傳輸周期分為預約(競爭)周期和發(fā)送(非競爭)周期兩個(gè)子周期。在預約周期內，傳感器鄰節點(diǎn)根據業(yè)務(wù)量競爭發(fā)送機會(huì )和發(fā)送周期。一旦獲取發(fā)送時(shí)隙，發(fā)射機和接收機間就會(huì )進(jìn)行通信。Adamout等人提出的靜態(tài)Ad Hoc／WSN就是這種混合方案的典范。Adamout將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分成若干網(wǎng)格，同一網(wǎng)格中的節點(diǎn)問(wèn)可以相互通信，同時(shí)將時(shí)間分成預約周期和發(fā)送周期的固定幀，在預約周期內，網(wǎng)格節點(diǎn)通過(guò)交換三條信息進(jìn)行發(fā)送／接收數據的時(shí)隙預約，一旦預約成功，該節點(diǎn)將在非競爭周期發(fā)送／接收數據。如果在允許的時(shí)延范圍內成功完成了預約和數據傳輸，那么實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)延要求就得到了保障。
混合方案優(yōu)點(diǎn)是擴展性好，控制開(kāi)銷(xiāo)和沖突開(kāi)銷(xiāo)較小，能夠有效節省網(wǎng)絡(luò )資源。但缺點(diǎn)是，為了成功預約，鄰節點(diǎn)需要進(jìn)行同步。因此，與競爭占用方案相比，混合方案需要大量節點(diǎn)間通信開(kāi)銷(xiāo)。
3結 語(yǔ)
WMSN作為傳感器網(wǎng)絡(luò )新的研究方向，在軍事和民用等諸多領(lǐng)域中顯示出廣闊的應用前景。在保障多媒體業(yè)務(wù)傳輸前提下，如何設計高效節能的MAC協(xié)議是保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò )正常運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文重點(diǎn)分析了當前幾種典型的MAC協(xié)議，并討論了其對實(shí)時(shí)多媒體應用的支持能力。通過(guò)分析可知，混合方案更適合于支持WMSN實(shí)時(shí)通信。因為混合方案不僅提供了實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)保障，同時(shí)提高了能耗效率和帶寬利用率，并具有良好的擴展性。
但是，上述MAC協(xié)議仍存在許多需要解決的開(kāi)放問(wèn)題。例如，協(xié)議沒(méi)有考慮到數據冗余、能耗延遲均衡折衷等問(wèn)題，同時(shí)在設計中大多忽略了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )端到端分組延遲、信道質(zhì)量、功率控制和節點(diǎn)異構等其他問(wèn)題。高效節能的MAC協(xié)議應該在區分業(yè)務(wù)保障復雜度和資源高效應用兩方面取得平衡。這些都是今后無(wú)線(xiàn)多媒體傳感器MAC協(xié)議設計時(shí)需要考慮的問(wèn)題，希望能夠對國內今后的研究工作起到一定的推動(dòng)作用。
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