一種針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的自適應(yīng)的能量高效和低時(shí)延的MAC協(xié)議

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1、AnAdaptiveEnergy-EfficientandLow-LatencyMACforDataGatheringinWirelessSensorNetworksGangLiuBhaskarKrishnamachari.CauligiS.RaghavendraDepartmentofElectricalEngineering.UniversityofSouthernCaliforniaLosAnceles.CA90089{ganglu,bkrishna^raghuj@usc.edu一種針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的自適應(yīng)的能量高效和低時(shí)延的MAC協(xié)議

2、(經(jīng)典的基于數(shù)據(jù)采集樹的DMAC協(xié)議)Abstract?在許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，主要的流量模式包括從許多源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的單向的數(shù)據(jù)釆集。本文我們提出了DMAC,—種能量高效和低時(shí)延的MAC協(xié)議，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是適應(yīng)這種數(shù)據(jù)采集樹。我們首先指出以往的MAC協(xié)議有數(shù)據(jù)前傳的中斷問題，不是所有在多跳路徑上的節(jié)點(diǎn)知道數(shù)據(jù)傳遞的進(jìn)程，造成了很大的睡眠延時(shí)。DMAC解決了屮斷問題，并允許了連續(xù)的包傳遞，這依靠了節(jié)點(diǎn)交錯的睡眠調(diào)度機(jī)制。DMAC也根據(jù)流量負(fù)載動態(tài)調(diào)整工作周期。我們進(jìn)一步提出了數(shù)據(jù)預(yù)測機(jī)制，使用more-to-send(MTS)包來減輕信道競爭和沖突帶來

3、的問題。仿真結(jié)果表明，DMAC提供了低能耗低時(shí)延并保證了很高的數(shù)據(jù)可靠性。1Introduction?本文提出的DMAC協(xié)議采用一種交錯的活動/睡眠調(diào)度，在多跳的路徑上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的數(shù)據(jù)傳遞。在DMAC中，當(dāng)多個子節(jié)點(diǎn)在同一個發(fā)送時(shí)槽有包要發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)預(yù)測用來允許活動時(shí)槽請求，而More-to-Send包用在當(dāng)同一層次數(shù)據(jù)采集樹但不同父日標(biāo)的節(jié)點(diǎn)競爭信道接入時(shí)。2DataForwardingInterruptionProblem?數(shù)據(jù)傳遞中斷問題DFI存在于基于工作周期的技術(shù)中。因?yàn)榇舴秶邢蓿诖舴秶獾墓?jié)點(diǎn)不知道正在發(fā)生的數(shù)據(jù)傳輸，而進(jìn)入睡眠，

4、直到它的下一個周期。數(shù)據(jù)傳遞過程可能會在這個節(jié)點(diǎn)處卡住，等到它的下一個工作周期才能繼續(xù)傳輸。這會增加時(shí)延。3DMACProtocolDesign?WSN最主要的傳輸模式是從傳感節(jié)點(diǎn)到匯聚及節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)釆集。如有多個源節(jié)點(diǎn)和一個匯聚節(jié)點(diǎn)，則形成一個數(shù)據(jù)采集樹。數(shù)據(jù)交遞過程中這些路徑可能會變化，但我們假設(shè)節(jié)點(diǎn)固定，釆集樹的路徑相對穩(wěn)定，這樣做一個合理的時(shí)間段內(nèi)，數(shù)據(jù)采集樹保持穩(wěn)定。?數(shù)據(jù)釆集樹屮數(shù)據(jù)流是單向地從傳感節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的。只有一個目標(biāo)，就是匯聚節(jié)點(diǎn)。除了匯聚節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)都逐跳傳遞數(shù)據(jù)給下一跳。除了匯聚節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)都把接收到數(shù)據(jù)逐跳傳遞下去。

5、?我們設(shè)計(jì)的可行性在于能交錯活動調(diào)度從而使數(shù)據(jù)包能不間斷地從傳感節(jié)點(diǎn)傳到匯聚點(diǎn)。DMACB標(biāo)是低能耗和低時(shí)延。3DMACProtocolDesign?在DMAC中，一個時(shí)間間隔分為接收、發(fā)送和睡眠三個部分。在發(fā)送和接受階段，時(shí)長u足夠長來傳輸一個數(shù)據(jù)包。?根據(jù)節(jié)點(diǎn)在采集樹中的深度d,節(jié)點(diǎn)的活動周期按照du來偏移。?在這個結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)傳遞只能單向進(jìn)行。Figure2.DMACinadatagatheringtree.3DMACProtocolDesign?在DMAC中，RTS/CTS控制包沒采用。因?yàn)橄鄬τ趯?shí)際應(yīng)用中很短小的數(shù)據(jù)包，它會帶來不必要的開銷比

6、例。然而，鏈路層的ACK包含數(shù)據(jù)重傳機(jī)制還是需要的，因?yàn)闊o線信道不良的質(zhì)量和競爭。?本地同步是需要保證的，因?yàn)樵贒MAC中，節(jié)點(diǎn)需要知道鄰居的調(diào)度。可以采用參考廣播同步策略RBS來達(dá)到小于10us的同步精度。4PerformaneeEvaluation?我們在NS?2中仿真。用S-MAC和全活動的CSMA/CAMAC作為對比。?由圖，DMAC利ullactiveCSMA/CAMAC都隨跳數(shù)的增加而時(shí)延增加。SMAC有更大的時(shí)延。DMACttSMAC消耗更少的能量。因?yàn)镾-MAC中不是下一跳的節(jié)點(diǎn)的附加活動時(shí)間導(dǎo)致了附加的能耗。(a)latencyFig

7、ure3?Packetlatencyandenergyonachaintopology.(b)energy3ConclusionandFutureWork?本文提出了DMAC,一種能耗高效和低時(shí)延的MAC協(xié)議，適用于基于采集樹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。DMAC利用數(shù)據(jù)采集樹結(jié)構(gòu)來達(dá)到能耗效率和低傳輸時(shí)延的。DMAC交錯活動/睡眠調(diào)度,允許了連續(xù)的數(shù)據(jù)包在多跳的路徑上傳輸。我們的仿真結(jié)構(gòu)表明在數(shù)據(jù)采集樹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中DMAC達(dá)到了節(jié)能和低時(shí)延性能。未來的工作我們目標(biāo)是在Mote-based平臺上實(shí)現(xiàn)協(xié)議并測試其性能。