无线传感器网络原理及方法第五章课件.ppt
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1、第5章,无线传感器网络MAC层,1,5.1无线传感器网络MAC协议的分类,针对不同的传感器网络应用,研究人员从不同方面提出了多个MAC协议,一般可以按照下列几种方式进行分类。1信道数 2信道分配方式 3节点的工作方式 4控制方式,2,5.2 IEEE 802.11协议,5.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构1.Ad Hoc网络形式,3,2.基础结构网络形式,5.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构,4,3.扩展服务集结构形式,图5-3扩展服务集网络,5.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构,5,5.2.2 IEEE 802.1l 协议MAC层的工作模式,IEEE 802.1
2、1协议族标准采用CSMA/CA机制,该机制可以利用握手的方式来解决隐藏终端的问题,同时也利用ACK信号来避免冲突的发生。802.11协议族规定了两种不同的MAC层访问机制,一种是分布式协调功能(Distributed Coordination Function,DCF),用来传输异步数据,同时也是支持PCF机制的基础。另一种访问机制称为点协调功能(Point Coordination Function,PCF),是可选的,它只可用于基本网络配置的拓扑结构。两种工作模式关系如图5-4所示。,图5-4 IEEE 802.11两种工作模式,6,5.2.3分布式协调功能(DCF),1基本访问 基本访问
3、被视为STA(站点)用于决定是否可以发送的核心机制。通常,一个STA在满足下列条件之一时,就可以发送一个MPDU(MAC Protocol Data Unit)。该STA在没有PC的情况下,按照DCF访问方式工作;该STA处在PCF访问的竞争期间;该STA确定当媒介的空闲时间大于或等于一个DIFS;当STA上次收到一个没有正确FCS帧后,STA确定媒介空闲时间大于或等于一个DIFS。,图5-5 DCF基本访问模式,7,如图5-6所示。DCF可利用RTS和CTS两个控制帧来进行信道预约。,图5-6隐蔽终端问题,2RTS/CTS访问机制,RTS/CTS访问机制工作原理如图5-7所示。,图5-7RT
4、S/CTS访问机制,8,对于要发送帧的STA而言,当该STA通过物理或虚拟载波机制发现媒质忙时,或STA被指出发送没有成功时,STA将调用退避算法。退避算法过程如图5-8所示。,图5-8退避算法过程,3退避算法,9,5.2.4集中式协调功能(PCF),1PCF基本访问 2无竞争期间的网络分配矢量操作 3PCF站点的帧发送过程 图5-9为PCF工作模式下PC和STA间帧传输的例子。,图5-9 PCF工作模式下的帧传输,4无竞争轮询列表 轮询列表是一个隐藏在PC处的逻辑结构,用于强制轮询无竞争可轮询的STA,而不管是否有数据要发送到该STA。,10,5.2.5 DCF与PCF机制的局限性,DCF机
5、制支持异步数据传输,在低负载环境下性能较好,由于DCF机制仅仅支持尽力而为的服务,没有基于数据流的区分和优先级的规定,因此对于如VoIP电话、视频会议等需要特定的带宽、延迟和抖动的实时业务不太适合,但无线网络中的一些关键技术,比如RTS/CTS,分段/重组等在一定程度上进行了性能的弥补。PCF机制通过轮询和应答机制提供无竞争的传输,在某种程度上这种方式类似于令牌网。控制器控制着令牌,使得这一机制适合特定延迟、抖动要求的传输。,11,5.2.6 IEEE 802.11的QoS保障,普通的802.11无线局域网标准是没有QoS保障的,为了弥补这一不足,IEEE提出了802.11的增强型标准802.
6、11e。802.1le增加了对QoS的定义,旨在保证语音和视频等高带宽应用的服务质量。802.11e引入了EDCF和HCF两种机制,具有IEEE 802.1le QoS功能的STA称为QSTA(QoS-capable STA),为其他STA提供集中控制的QSTA称为混合协调器(HC),HC通常由AP担任,此AP也称为QAP。EDCF只在CP阶段使用,HCF在CP和CFP阶段都可以使用,因而是一种混合协调功能。,12,5.3基于竞争的MAC协议,5.3.1 S-MAC协议 1周期性侦听和睡眠 2流量自适应侦听机制 3串音避免 4.消息传递,图5-10 协议的虚拟簇,图5-11 S-MAC与IEE
7、E 802.11 MAC协议的突发分组传送,13,5.3.2 T-MAC协议,1.基本工作原理T-MAC协议在保持周期长度不变的基础上,根据通信流量动态地调整活动时间,用突发方式发送信息,减少空闲侦听时间。如图5-12(b)所示,T-MAC协议相对S-MAC协议减少了处于活动状态的时间。,2.早睡问题T-MAC协议提出两种方法解决早睡问题。第一种方法称为未来请求发送(future request-to-send,FRTS)。另一种方法称作满缓冲区优先(full buffer priority)。当节点的缓冲区接近占满时,对收到的RTS不作应答,而是立即向目标接收者发送RTS消息,并传输数据给目
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- 无线 传感器 网络 原理 方法 第五 课件
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