基于S_MAC和T_MAC协议的无线传感器网络技术之节能探讨

基于S-MAC和T-MAC协议的无线传感器网络技术之节能探讨

陈玉霞

(贵州大学电子科学系

贵州贵阳550025毕节学院物理系贵州毕节551700)

要:在无线传感器网络协议设计中,针对碰撞、串音、空闲侦听和协议开销造成传感器网络更多能

量的消耗,从减少能量消耗出发,探讨S-MAC和T-MAC协议在设计中的考虑。

关键词:无线传感器网络;S-MAC协议;T-MAC协议;能量消耗中图分类号:TP212

无线传感器网络的出现和发展对现代科学技术产生了及其深刻的影响,它在军事、工业、医疗、交通、环保等许多领域都具有广阔的应用前景和巨大的实用价值。新的、不同的应用对无线传感器网路的研究提出了新的技术问题,在这些技术问题中,能耗问题成为了首要问题。笔者就S-MAC协议和T-

文献标识码:A

系统的底层基础结构。它处于传感器网络协议的底层部分,对网络的性能有较大的影响,是无线传感器网络的研究重点。

无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。其中,传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分。无线通信模块的状态包括发送、接收、侦听、睡眠四种(见图1)。无线通信模块在发送状态能量消耗最多,在睡眠状态能量消耗最少,接收状态与发送状态的能量消耗几乎均等。为了减少能耗,

块和处理器模块的能量消耗更多。

(3)空闲侦听(idlelistening)。由于节点不能预知相邻节点什么时候传送数据给自己,所以处于空闲状态的节点需要一直保持对无线信道的侦听,以便随时准备接收分组数据,这种准备就绪的状态造成了节点能量的大量消耗。

(4)协议开销(protocoloverhead)。协议开销包含在MAC的控制帧中,在控制节点间信道分配时,节点发送如

MAC协议在无线传感器网络中针对节

能的需求做简要探讨。

1无线传感器网络和MAC协议

无线传感器网络(wirelesssensor

RTS/CTS/ACK等控制消息会消耗一定

的网络能量。

传感器节点简单且廉价,不能提供大量的能量资源,由于节点数量多、又受环境和其他条件的限制,所以节点的电池能量通常难以进行补充。因此,大多数无线传感器网络MAC协议的设计均试图解决上述问题,以减小能量消耗,最大化网络周期。在IEEE802.11-

MAC协议的无线信道使用通常采用“侦

听/睡眠”交替策略。

20功耗/mW

network,WSN)是由大量具有特定功能

的传感器节点通过自组织的无线通信方式,相互传递信息,协同地完成特定功能的智能专用网络。其显著特点是节点能量和硬件资源有限、数量多、无中心自组织、分布密集、网络动态性强,其中能耗问题是WSN中至关重要的问题。

介质访问控制(mediumaccess

151050

传感器处理器发送图1

接收

侦听

睡眠

传感器节点能量消耗情况

MAC基础上,人们提出了许多用于传感

器网络的基于竞争的MAC协议,S-

control,MAC)协议,就是通过一组规则

和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。MAC协议的基本作用是避免点到点通信时冲突的发生。它必须实现两大基本功能目标:在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路;协调共享介质的访问,以便传感器网络节点能够公平有效地分享通信资源。MAC协议在无线传感器网络中决定无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建传感器网络

收稿日期:2010-10-05

2在无线传感器网络中,造成网络能量浪费的主要原因包括

(1)碰撞(collision)。碰撞使目的节点的数据接收和源节点的数据发送变得无效,并且分组的重传会消耗更多的能量。MAC协议采用竞争方式使用共享无线通道发送数据的过程中,可能会引起多个节点之间产生碰撞,然后由于需要重传数据,而消耗节点更多的能量。

(2)串音(overhearing)。如果源节点的所有相邻节点均处于接收状态,可能会接收并处理不是发送给自己的数据,这种串音现象造成节点的无线接收模

MAC协议和T-MAC协议就是其中的

典型代表。

3S-MAC协议和T-MAC协议在无线传感器网络设计中针对节能的考虑

(1)针对以上可能造成传感器网络消耗更多能量的因素,S-MAC(sensor

MAC)协议采用以下机制:

第一,周期性侦听/睡眠的低占空比工作方式,控制节点尽可能处于睡眠状态来降低节点能量的消耗:每个节点独立地调度它的工作状态,周期性地转入睡眠状态,在苏醒后侦听信道状态,

PIONEERINGWITHSCIENCE&TECHNOLOGYMONTHLYNO.12011

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