無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究
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針對無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，文獻(xiàn)[9-12]提出幾種基于競爭占用和載波監(jiān)聽的MAC協(xié)議。由于無線介質(zhì)的相似性，這些算法也能夠適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。IEEE 802.11e對MAC層區(qū)分業(yè)務(wù)等級做出了規(guī)定，是競爭占用方案設(shè)計的主要依據(jù)。在這些方案中，根據(jù)分組優(yōu)先級，區(qū)分業(yè)務(wù)可以通過改變對應(yīng)的IFS持續(xù)時間和CW大小實(shí)現(xiàn)。例如，Veres對分布式算法進(jìn)行了研究，通過改進(jìn)的IEEE 802.11 DCF實(shí)現(xiàn)區(qū)分業(yè)務(wù)。首先，算法根據(jù)分組優(yōu)先級確定競爭窗范圍CWmin和CWmax，然后根據(jù)其值決定退避時間。這樣就可以將高優(yōu)先級分組的CWmin和CWmax值設(shè)置得低于低優(yōu)先級分組，縮短了退避時間。
Lu等人綜合考慮了距離和時間限制，提出了RAP分組調(diào)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類似，它采用基于優(yōu)先級的幀間值和退避窗值。仿真結(jié)果表明這種策略適合于節(jié)點(diǎn)實(shí)時監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信調(diào)度。其他基于IEEE 802.11的方案也都遵循這樣的原則。
一般來說，競爭占用方案使用方便、擴(kuò)展性好，適合于處理多種業(yè)務(wù)流，不同于需要準(zhǔn)確估計業(yè)務(wù)量的非競爭占用方案。但缺點(diǎn)是，無法像非競爭占用方案那樣對業(yè)務(wù)提供實(shí)時性保障。因此，這類協(xié)議比較適用于對預(yù)見性要求不高的網(wǎng)絡(luò)，如果要在多媒體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中成功運(yùn)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(jié)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(yù)約(競爭)周期和發(fā)送(非競爭)周期兩個子周期。在預(yù)約周期內(nèi)，傳感器鄰節(jié)點(diǎn)根據(jù)業(yè)務(wù)量競爭發(fā)送機(jī)會和發(fā)送周期。一旦獲取發(fā)送時隙，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間就會進(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將整個網(wǎng)絡(luò)分成若干網(wǎng)格，同一網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)問可以相互通信，同時將時間分成預(yù)約周期和發(fā)送周期的固定幀，在預(yù)約周期內(nèi)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)通過交換三條信息進(jìn)行發(fā)送／接收數(shù)據(jù)的時隙預(yù)約，一旦預(yù)約成功，該節(jié)點(diǎn)將在非競爭周期發(fā)送／接收數(shù)據(jù)。如果在允許的時延范圍內(nèi)成功完成了預(yù)約和數(shù)據(jù)傳輸，那么實(shí)時業(yè)務(wù)的時延要求就得到了保障。
混合方案優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展性好，控制開銷和沖突開銷較小，能夠有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。但缺點(diǎn)是，為了成功預(yù)約，鄰節(jié)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(jié)點(diǎn)間通信開銷。
3結(jié) 語
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(yīng)用前景。在保障多媒體業(yè)務(wù)傳輸前提下，如何設(shè)計高效節(jié)能的MAC協(xié)議是保證整個網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文重點(diǎn)分析了當(dāng)前幾種典型的MAC協(xié)議，并討論了其對實(shí)時多媒體應(yīng)用的支持能力。通過分析可知，混合方案更適合于支持WMSN實(shí)時通信。因?yàn)榛旌戏桨覆粌H提供了實(shí)時性業(yè)務(wù)保障，同時提高了能耗效率和帶寬利用率，并具有良好的擴(kuò)展性。
但是，上述MAC協(xié)議仍存在許多需要解決的開放問題。例如，協(xié)議沒有考慮到數(shù)據(jù)冗余、能耗延遲均衡折衷等問題，同時在設(shè)計中大多忽略了無線網(wǎng)絡(luò)端到端分組延遲、信道質(zhì)量、功率控制和節(jié)點(diǎn)異構(gòu)等其他問題。高效節(jié)能的MAC協(xié)議應(yīng)該在區(qū)分業(yè)務(wù)保障復(fù)雜度和資源高效應(yīng)用兩方面取得平衡。這些都是今后無線多媒體傳感器MAC協(xié)議設(shè)計時需要考慮的問題，希望能夠?qū)鴥?nèi)今后的研究工作起到一定的推動作用。
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