無線多媒體傳感器網絡MAC協議研究
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在WMSN中，MAC協議處于無線傳感器網絡協議棧的底層，在相互競爭的傳感器節(jié)點之間進行無線信道資源分配，決定著無線信道的使用方式和網絡性能。根據信道接入機制，這些協議可以分為三類：非競爭占用、競爭占用和混合占用方案，如圖2所示。下面詳細討論各類MAC協議對實時多媒體應用的支持能力。
2.1非競爭占用方案
非競爭MAC協議通常以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協議。在無全網同步情況下，SMACS能夠發(fā)現鄰居節(jié)點，建立發(fā)送／接收鏈路，并對鄰節(jié)點發(fā)現和信道分配進行了合并。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(jié)點構成。在鏈接建立時通過隨機喚醒，而在空閑時槽內關閉發(fā)射的機制有效減小了能量損耗。然而該方案有兩個缺點：鄰居節(jié)點的時槽數固定不變，并需要時間同步機制；固定時槽實現不夠靈活，很難支持更高的帶寬。另外，基于TDMA的方案均需要相鄰節(jié)點間的時間同步工作。
在EDF調度算法基礎上，Caccamo等人提出了一種基于FDMA的MAC協議。整個網絡被分割成許多簇，相鄰簇間以FDM方式使用不同的頻率進行通信，而在簇內節(jié)點間采用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。該方案保障了實時性業(yè)務的傳輸、帶寬以及時延限制，但是在現有的無線傳感器硬件平臺上實現多種頻率比較困難，且簇內節(jié)點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協議以支持無線傳感器網絡的實時業(yè)務。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)務吞吐量更大，同時允許進行時、空域多域聯合通信。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，每個節(jié)點擁有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方式減小了內部通道間干擾，有效提高了帶寬利用率，但缺點是需要特殊的傳感器硬件支持，實現代價較大。
從本質上講，非競爭占用方案有效地減小了分組信息碰撞，增加了網絡吞吐量，降低了延遲并保障了實時性業(yè)務傳輸，尤其在支持流媒體應用方面具有很強的競爭力。但缺點是，這種方案結構比較復雜，并且需要集中控制，在實際部署中很難調整幀長度和時隙，無法有效應對節(jié)點失效和網絡拓撲結構的變化，并需要多信道通信，對傳感器節(jié)點硬件要求很高。
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