mac协议是什么

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mac协议全称是medium access control(介质访问控制)在WSNS中,它决定了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系统的底层基础结构。

一、MAC协议的分类

  根据节点访问信道方式的无线传感器网络MAC协议分类

  目前针对不同的传感器”>传感器网络应用,研究人员从不同的方面提出了多种MAC协议,但目前对WSN的MAC协议还缺乏一个统一的分类方式。本节提出的MAC分类方法是根据节点访问信道的方式:给节点分配固定的无线信道还是节点随机竞争访问信道,将WSN的MAC协议分为4类:基于竞争(Contention-based)的MAC协议;基于调度算法(Scheduling-based)的MAC协议;非碰撞(Collision free)的MAC协议;混合(Hybrid scheme)的MAC办议。

  无线传感器网络MAC协议分类——基于竞争的MAC协议

  多数分布式MAC协议采用载波侦听或冲突避免机制并采用附加的信令控制消息来处理隐藏和暴露节点问题。基于竞争随机访问的MAC协议是节点需要发送数据时,通过竞争方式使用无线信道。IEEE802.11 MAC协议采用带冲突避免的载波侦听多路访问(Carrier SensorMultiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)是典型的基于竞争MAC协议。在IEEES02.11 MAC协议的基础上,研究人员提出了许多用于传感器”>传感器网络的基于竞争的MAC协议,例如:S-MAC协议、T-MAC协议、ARC-MAC协议、Sift-MAC协议、Wise-MAC协议等。

  无线传感器网络MAC协议分类——基于CSMA/CAMAC协议

  CSMA/CA主要应用于无线局域网IEEE802.11MAC协议在分布式协凋(Distributed Coordination Function,DCF)工作模式下的一种协议。在DCF工作模式下,节点在侦听到无线信道忙之后,采用CSMA/CA机制和随机退避算法,实现无线信道的共享。

  IEEE802.15.4基本上是应用类似IEEF802.11的CSMA/CA方式竞争通信,节点定期侦听信道,接收Beacon帧。在没有数据发送和接收时进入休眠转台,协调器(Coordinator)缓存发往休眠节点的数据,定期发送Beacon帧,帧携带这些数据的目的节点地址,节点发现协调器缓存了发往自己的数据之后,向其发送POLL帧,表示自己可以接收数据,协凋器在收到POLL帧之后,首先向节点发送ACK帧,随后发送缓存的数据,在收到数据之后,节点向协调器发送ACK帧。

  无线传感器网络MAC协议分类——S-MAC协议

  S-MAC(Sensor-MAC)协议是较早的针对WSN的一种MAC协议,他是在802.11MAC的基础上,采用下面介绍的多种机制来减少了节点能量的消耗。固定周期性的侦听和睡眠:为了减少能量的消牦,传感器”>传感器节点要尽量处于低功牦的睡眠状态。S-MAC协议采用了低占空比的周期性睡眠/侦听。为了使得S-MAC协议具有良好的扩展性,在覆盖网络中形成众多不同的虚拟簇。

  消息传递技术:对于无线信道,传输差错与包长度成正比,短包成功传输的概率要大于长包。在S-MAC协议中消息传递技术将长消息分成若干短包,利用RTS/CTS握手机制,一次性发送整个长消息,这样既提高发送成功率,有减少了控制消息。流量自适应侦听机制:传感器”>传感器节点在与邻居节点通信结束后不立即进入睡眠状态,而保持侦听一段时间,采用流量自适应侦听机制,减少了网络中的传输延迟。

  S-MAC协议与IEEE802.11 MAC相比,在节能方面有了很大的改善。但睡眠机制的引入,使得网络的传输延迟增加,吞吐量下降。针对S-MAC协议存在的不足,研究人员对其进行了改进,提出了一种带有自适应睡眠的S-MAC协议。

  无线传感器网络MAC协议分类——T-MAC协议

T-MAC(Timeout-MAC)协议与自适应睡眠的S-MAC协议基本思想大体相同。数据传输仍然采用RTS/CTS/DATA/ACK的4次握手机制,不同的是在节点活动的时隙内插入了一个TA(Time Active)时隙,若TA时隙之间没有任何时间发生,则活动结束进入睡眠状态。TA的取值对于T-MAC协议性能至关重要,其约束条件为:TA=m(C+R+T),m>1,其中C为竞争信道时间,R为发送RTS分组的时间,T为RTS分组结束到发出CTS分组开始的时间。在仿真的时候,一般选取m=1.5,即:TA=1.5

二、MAC协议的应用

  不管是在传统的有线局域网(LAN)中还是在目前流行的无线局域网(WLAN)中,MAC协议都被广泛地应用。在传统局域网中,各种传输介质的物理层对应到相应的MAC层,目前普遍使用的网络采用的是IEEE 802.3的MAC层标准,采用CSMA/CD访问控制方式;而在无线局域网中,MAC所对应的标准为IEEE 802.11,其工作方式采用DCF(分布控制)和PCF(中心控制)。


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