一种基于数据采集树的无线传感器网络的MAC协议.DOCVIP

一种基于数据采集树的无线传感器网络的MAC协议 Abstract 在许多无线传感器网络中，主要的流量模式包括从许多源节点到汇聚节点的单向的数据采集。本文我们提出了DMAC，一种能量高效和低时延的MAC协议，设计的目标是适应这种数据采集树。我们首先指出以往的MAC协议有数据前传的中断问题，不是所有在多跳路径上的节点知道数据传递的进程，造成了很大的睡眠延时。DMAC解决了中断问题，并允许了连续的包传递，这依靠了节点交错的睡眠调度机制。DMAC也根据流量负载动态调整工作周期。我们进一步提出了数据预测机制，使用more-to-send（MTS）包来减轻信道竞争和冲突带来的问题。仿真结果表明，DMAC提供了低能耗低时延并保证了很高的数据可靠性。 1 Introduction 本文提出的DMAC协议采用一种交错的活动/睡眠调度，在多跳的路径上实现了连续的数据传递。在DMAC中，当多个子节点在同一个发送时槽有包要发送时，数据预测用来允许活动时槽请求，而More-to-Send包用在当同一层次数据采集树但不同父目标的节点竞争信道接入时。 2 Data Forwarding Interruption Problem 数据传递中断问题DFI存在于基于工作周期的技术中。因为串音范围有限，在串音范围之外的节点不知道正在发生的数据传输，而进入睡眠，直到它的下一个周期。数据传递过程可能会在这个节点处卡住，等到它的下一个工作周期才能继续传输。这会增加时延。 3 DMAC Protocol Design WSN最主要的传输模式是从传感节点到汇聚及节点的数据采集。如有多个源节点和一个汇聚节点，则形成一个数据采集树。数据交递过程中这些路径可能会变化，但我们假设节点固定，采集树的路径相对稳定，这样做一个合理的时间段内，数据采集树保持稳定。 数据采集树中数据流是单向地从传感节点到汇聚节点的。只有一个目标，就是汇聚节点。除了汇聚节点外，其他节点都逐跳传递数据给下一跳。除了汇聚节点外，其他节点都把接收到数据逐跳传递下去。 我们设计的可行性在于能交错活动调度从而使数据包能不间断地从传感节点传到汇聚点。DMAC目标是低能耗和低时延。 3 DMAC Protocol Design 在DMAC中，一个时间间隔分为接收、发送和睡眠三个部分。在发送和接受阶段，时长u足够长来传输一个数据包。 根据节点在采集树中的深度d，节点的活动周期按照du来偏移。 在这个结构中，数据传递只能单向进行。 3 DMAC Protocol Design 在DMAC中，RTS/CTS控制包没采用。因为相对于实际应用中很短小的数据包，它会带来不必要的开销比例。然而，链路层的ACK包含数据重传机制还是需要的，因为无线信道不良的质量和竞争。 本地同步是需要保证的，因为在DMAC中，节点需要知道邻居的调度。可以采用参考广播同步策略RBS来达到小于10us的同步精度。 4 Performance Evaluation 我们在NS-2中仿真。用S-MAC和全活动的CSMA/CA MAC作为对比。 由图，DMAC和full active CSMA/CA MAC都随跳数的增加而时延增加。SMAC有更大的时延。DMAC比SMAC消耗更少的能量。因为S-MAC中不是下一跳的节点的附加活动时间导致了附加的能耗。 5 Conclusion and Future Work 本文提出了DMAC，一种能耗高效和低时延的MAC协议，适用于基于采集树的无线传感器网络。DMAC利用数据采集树结构来达到能耗效率和低传输时延的。DMAC交错活动/睡眠调度，允许了连续的数据包在多跳的路径上传输。我们的仿真结构表明在数据采集树的无线传感器网络中DMAC达到了节能和低时延性能。未来的工作我们目标是在Mote-based平台上实现协议并测试其性能。