無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究
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在WMSN中，MAC協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的底層，在相互競爭的傳感器節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行無線信道資源分配，決定著無線信道的使用方式和網(wǎng)絡(luò)性能。根據(jù)信道接入機(jī)制，這些協(xié)議可以分為三類：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(xì)討論各類MAC協(xié)議對實(shí)時多媒體應(yīng)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的信道訪問方式。Sohrabi等人提出的SMACS是一種基于TDMA的分布式MAC協(xié)議。在無全網(wǎng)同步情況下，SMACS能夠發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)，建立發(fā)送／接收鏈路，并對鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和信道分配進(jìn)行了合并。通信鏈路由一對隨機(jī)選擇在固定頻率(或跳頻序列)上的通信節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在鏈接建立時通過隨機(jī)喚醒，而在空閑時槽內(nèi)關(guān)閉發(fā)射的機(jī)制有效減小了能量損耗。然而該方案有兩個缺點(diǎn)：鄰居節(jié)點(diǎn)的時槽數(shù)固定不變，并需要時間同步機(jī)制；固定時槽實(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)間的時間同步工作。
在EDF調(diào)度算法基礎(chǔ)上，Caccamo等人提出了一種基于FDMA的MAC協(xié)議。整個網(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(nèi)節(jié)點(diǎn)間采用TDMA方式通信。對應(yīng)的，消息分為簇內(nèi)信息交換和簇間信息交換兩種。該方案保障了實(shí)時性業(yè)務(wù)的傳輸、帶寬以及時延限制，但是在現(xiàn)有的無線傳感器硬件平臺上實(shí)現(xiàn)多種頻率比較困難，且簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)周期性信息調(diào)度加快了能量消耗。
Liu等人提出了一種基于CDMA的MAC協(xié)議以支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時業(yè)務(wù)。他們認(rèn)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，同時允許進(jìn)行時、空域多域聯(lián)合通信。在全等正六邊形簇結(jié)構(gòu)上采用不同CDMA編碼序列取代了多種頻率。在發(fā)送信息時，每個節(jié)點(diǎn)擁有1個發(fā)射模塊和6個接收模塊，而在偵聽／接收時擁有7個接收模塊。與TDMA和FDMA方式相比，CDMA方式減小了內(nèi)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(xiàn)代價較大。
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)時性業(yè)務(wù)傳輸，尤其在支持流媒體應(yīng)用方面具有很強(qiáng)的競爭力。但缺點(diǎn)是，這種方案結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且需要集中控制，在實(shí)際部署中很難調(diào)整幀長度和時隙，無法有效應(yīng)對節(jié)點(diǎn)失效和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，并需要多信道通信，對傳感器節(jié)點(diǎn)硬件要求很高。
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