基于SMAC的無線傳感器網絡MAC協議的分析與優(yōu)化
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1．2．6 自適應偵聽機制
自適應偵聽機制的基本思想是：當一個節(jié)點收到RTS或者CTS數據包，偵聽到鄰居節(jié)點有數據通信，就進入睡眠，同時記錄它的通信時間。對通信時間的記錄幫助節(jié)點通信結束后能夠醒來，在一個較短的時間內偵聽信道查看是否有數據包需要傳遞，這種偵聽同樣是通過是否接收RTS數據包和CTS數據包來實現的。通信結束后節(jié)點會醒來，這個時候節(jié)點進入工作狀態(tài)，偵聽是否有數據包到達，如果有數據包到達則建立信道進行通信，如果沒有數據包到達，則結束偵聽，繼續(xù)進入睡眠，按照既定調度方式工作。
2 改進的MAC協議ATC-SMAC
如前面所述，S-MAC協議由于采用了固定的占空比，它不能根據網絡中數據流的延遲情況動態(tài)調整占空比大小，造成了兩個主要的問題。本節(jié)提出了一種新的無線傳感器網絡的MAC層協議——ATC-SMAC(Automation of Time Controlled-SMAC)，該協議在S-MAC協議的基礎上改進了固定占空比的劣勢，采用根據每個節(jié)點上的數據包的平均延遲調整占空比的策略。
2．1 ATC-SMAC協議的工作原理
ATC-SMAC協議支持傳感器網絡中的不同節(jié)點擁有不同的占空比?，F在假設節(jié)點的初始化占空比為P，幀長為T，睡眠時間為Tsleep，工作時間為Tactive，顯然有，P=Tactive／T。設數據包在某節(jié)點的平均阻塞延遲為Tblock。
ATC-SMAC的節(jié)點占空比調整策略如下：如果Tblock的變化超過了Pctr，那么占空比也要調整相應的比例；不論這種變化是增加還是減少，只要變化的范圍超過了Pctr，占空比都會調整；根據Tblock變化的幅度，占空比調整的幅度也會相應地變化。本文中Pctr選為20％，經過后面的仿真實驗驗證，Pctr為20％的ATC-SMAC協議要比自適應的S-MAC協議更加優(yōu)秀。為了通過減少節(jié)點的計算量從而達到節(jié)省節(jié)點能量的目的，節(jié)點的數據包平均時延為兩個同步周期計算一次。節(jié)點統(tǒng)計在剛剛過去的兩個同步周期內自己轉發(fā)的所有數據包的延遲。對于每一個數據包，在它進入節(jié)點的緩沖隊列的時候，從數據包的報頭中可以看到上一個節(jié)點發(fā)送出該數據包的時刻Tin，忽略數據在物理介質中傳播的時間，記錄該數據包從本節(jié)點上發(fā)送出去的時刻Tout，該節(jié)點的延遲Ti=Tout-Tin。對于該節(jié)點轉發(fā)的數據包1，2，…，n，統(tǒng)計得出它們的延遲T1，T2，…，Tn，得到該節(jié)點的平均延遲Teven為：
Teven=(T1+T2+…+Tn)／n (1)
節(jié)點除了計算剛剛過去的兩個同步周期內的平均延遲外，還保存上兩個同步周期內的平均延遲Tpast。
如果在剛剛過去的兩個同步周期內，節(jié)點轉發(fā)數據包的量比較大，延遲較高，Teven>Tpast，那么計算Teven高于Tpast的百分比P，如果P不到20％，那么該節(jié)點的占空比不做調整；如果P高于20％(包括20％)小于40％，那么該節(jié)點在下一個同步周期的時候將自己的占空比上調20％；如果P高于40％(包括40％)小于60％，那么占空比往上調整40％；依次類推，如果P高于C％(包括C％，其中C為20的整數倍)而小于(C+20)％，那么占空比往上調整C％。
同理可得向下調整占空比的方式：如果在剛剛過去的兩個同步周期內，節(jié)點轉發(fā)數據包的量比較小，延遲較低，TevenTpast，那么計算Teven低于Tpast的百分比P，如果P不到20％，那么該節(jié)點的占空比不做調整；如果P高于20％(包括20％)小于40％，那么該節(jié)點在進入下一個同步周期的時候將自己的占空比下調20％；如果P高于40％(包括40％)小于60％，那么占空比往下調整40％；依次類推，如果P高于C％(包括C％，其中C為20的整數倍)而小于(C+20)％，那么占空比往下調整C％。
占空比向上調整過程的偽代碼表示如下：
2．2 ATC-SMAC的節(jié)能策略分析
Pctr為20％的基于ATC-SMAC協議的傳感器在吞吐量、端到端延時以及能量消耗上都要略優(yōu)于動態(tài)的S-MAC協議。與使用固定占空比的S-MAC協議相比，ATC-SMAC在吞吐量上平均要比S-MAC協議高大約1倍；在端到端延時這項上，ATC-SMAC的數據包平均時延大約為S-MAC協議的0．6倍；ATC-SMAC平均每字節(jié)消耗的能量大概為S-MAC協議的0．4倍。與動態(tài)調整的S-MAC協議相比，ATC-SMAC協議的平均端到端時間大概為動態(tài)S-MAC協議的70％，ATC-SMAC協議的平均吞吐量大概為動態(tài)S-MAC協議的1．2倍，ATC-SMAC平均傳輸每字節(jié)消耗的能量大概為動態(tài)S-MAC協議的75％。
3 結語
ATC-SMAC協議在SMAC協議的基礎上進行了改進，使用了更加優(yōu)秀的動態(tài)調整占空比的算法。它可以讓節(jié)點根據自己流量的變化動態(tài)地調整自身的占空比。通過仿真結果，可以看出ATC-SMAC協議在端到端延遲、能量使用效率以及網絡吞吐量等方面較S-MAC協議(自適應和非自適應兩種)都有一定程度的提高。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161289.htm
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