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TDMA技术

发布时间:2012/3/28 19:31:46 访问次数:6095

    时分复用( Time Division Multiple Access,TDMA)机制就是为每个无线传感器网络节点分配独立的用于数据收发的时隙,而节点在其他空闲时隙内转入睡眠节能状态。相比随机 ST9FAUDIOV1E竞争接入机制,时分复用方式本身更能节省能量,因为省去了竞争机制的碰撞重传问题。然而TDMA机制也存在不足之处,它需要严格的时间同步,并且通常用在拓扑结构不变的网络,它不能很好地处理传感器节点移动和节点失效的情况,因此在网络扩展性方面存在严重不足。基于分簇结构的无线传感器网络,Arisha等提出了基于TDMA机制的能量感知的分簇网络MAC协议。在协议中,所有传感器节点固定划分或自动形成多个簇,每个簇内有一个簇头节点。簇头负责为簇内所有传感器节点分配时槽,收集和处理簇内传惑器节点发来的数据,并将数据发送给汇聚节点。该协议在更新和重组阶段都需要重新分配时隙,才能适应簇内节点拓扑动态变化及节点状态的变化,这样就要求簇头节点有较强的计算和通信能力,能耗也较大。研究者在综合分析了TDMA机制的优缺点之后,结合具体的传感器网络的应用,提出
了多个基于TDMA的传感器网络MAC协议。

                       
    DEANA协议
    DEANA协议全称是分布式能量感知节点活动(Distributed Energy-Aware NodeActivation)协议,DEANA协议采用TDMA机制,为WSN中的每个节点分配固定的时隙用于数据的传输。同时,DEANA协议特做出了一些改进,它在每个节点的数据传输时隙前加入了简短的控制时隙,控制时隙被用于节点之间相互通知是否有数据需要接收,如果没有数据接收,节点就进入休眠状态。只有接收数据的节点才会在整个传输时隙内保持活动状态,如图2-6所示。
    DEANA协议的核心思想是让节点交换能量信息。它执行一个本地选举程序来选择能量最低的节点为“赢者”,使得这个“赢者”比其邻节点具有更多的睡眠时间,以此在节点间平衡能量,延长网络的生命周期。且这个选举程序与TDMA时隙分配集成到一起,从而不影响系统的吞吐量。每个节点一般都会有两个状态,正常操作阶段( Normal  Operation Phase)和选举阶段( Voting Phase)。正常操作阶段发送数据包(Data Packets),而在投票阶段主要发送控制包( Control  Packets),包括投票包(Vote Packer)和无线能级模式包(Radio-Power-Modepacket)。Radio-power-mode为TRUE的节点将占用两个时槽,FALSE的节点占用一个时槽。各个节点为每个邻居节点维持一个表明其无线收发装置能量状态的变量,当某一节点I比原来的“赢者”能量值低时,它进入选举阶段。
    节点I的处理过程如下。
    ①发送当前的能量值给所有邻居节点。
    ②收集所有邻居投票( Vote),如所有投票和为正,则设置Radio-power-mode力TRUE;否则为FALSE。
    ③发送Radio-Power-mode和能级信息给所有邻居节点。
    节点I的邻居节点J处理过程如下。
    ④检查接收到的能量值是否小于自己的能量值。
    ⑤是,则投正票(Positive Vote);否,投负票(Negative Vote)。
    ⑥如果接收到节点I的Radio-power-mode为TRUE,则设置本身节点J的Radio-power-mode也为TRUE。
    ⑦发送Radio-power-mode包给所有节点J的邻居节点。
    DEANA协议继承了TDMA类协议的优点,包括无冲突丢包以及无竞争机制及其额外的开销。此外,该协议通过对节点能源细粒度的控制,节省关键路径上节点的能源,从而延长了整个网络的生命周期。协议的缺点是传感器节点只在自己占有时隙且无传输时,才能进入睡眠;而在其邻节点占有的时隙里,就算没有数据传输,它也必须醒着,这样就带来较大的能量开销。而且,额外的区域选举程序就算不增加网络负载,但发包与收包也会消耗节点能量。

    时分复用( Time Division Multiple Access,TDMA)机制就是为每个无线传感器网络节点分配独立的用于数据收发的时隙,而节点在其他空闲时隙内转入睡眠节能状态。相比随机 ST9FAUDIOV1E竞争接入机制,时分复用方式本身更能节省能量,因为省去了竞争机制的碰撞重传问题。然而TDMA机制也存在不足之处,它需要严格的时间同步,并且通常用在拓扑结构不变的网络,它不能很好地处理传感器节点移动和节点失效的情况,因此在网络扩展性方面存在严重不足。基于分簇结构的无线传感器网络,Arisha等提出了基于TDMA机制的能量感知的分簇网络MAC协议。在协议中,所有传感器节点固定划分或自动形成多个簇,每个簇内有一个簇头节点。簇头负责为簇内所有传感器节点分配时槽,收集和处理簇内传惑器节点发来的数据,并将数据发送给汇聚节点。该协议在更新和重组阶段都需要重新分配时隙,才能适应簇内节点拓扑动态变化及节点状态的变化,这样就要求簇头节点有较强的计算和通信能力,能耗也较大。研究者在综合分析了TDMA机制的优缺点之后,结合具体的传感器网络的应用,提出
了多个基于TDMA的传感器网络MAC协议。

                       
    DEANA协议
    DEANA协议全称是分布式能量感知节点活动(Distributed Energy-Aware NodeActivation)协议,DEANA协议采用TDMA机制,为WSN中的每个节点分配固定的时隙用于数据的传输。同时,DEANA协议特做出了一些改进,它在每个节点的数据传输时隙前加入了简短的控制时隙,控制时隙被用于节点之间相互通知是否有数据需要接收,如果没有数据接收,节点就进入休眠状态。只有接收数据的节点才会在整个传输时隙内保持活动状态,如图2-6所示。
    DEANA协议的核心思想是让节点交换能量信息。它执行一个本地选举程序来选择能量最低的节点为“赢者”,使得这个“赢者”比其邻节点具有更多的睡眠时间,以此在节点间平衡能量,延长网络的生命周期。且这个选举程序与TDMA时隙分配集成到一起,从而不影响系统的吞吐量。每个节点一般都会有两个状态,正常操作阶段( Normal  Operation Phase)和选举阶段( Voting Phase)。正常操作阶段发送数据包(Data Packets),而在投票阶段主要发送控制包( Control  Packets),包括投票包(Vote Packer)和无线能级模式包(Radio-Power-Modepacket)。Radio-power-mode为TRUE的节点将占用两个时槽,FALSE的节点占用一个时槽。各个节点为每个邻居节点维持一个表明其无线收发装置能量状态的变量,当某一节点I比原来的“赢者”能量值低时,它进入选举阶段。
    节点I的处理过程如下。
    ①发送当前的能量值给所有邻居节点。
    ②收集所有邻居投票( Vote),如所有投票和为正,则设置Radio-power-mode力TRUE;否则为FALSE。
    ③发送Radio-Power-mode和能级信息给所有邻居节点。
    节点I的邻居节点J处理过程如下。
    ④检查接收到的能量值是否小于自己的能量值。
    ⑤是,则投正票(Positive Vote);否,投负票(Negative Vote)。
    ⑥如果接收到节点I的Radio-power-mode为TRUE,则设置本身节点J的Radio-power-mode也为TRUE。
    ⑦发送Radio-power-mode包给所有节点J的邻居节点。
    DEANA协议继承了TDMA类协议的优点,包括无冲突丢包以及无竞争机制及其额外的开销。此外,该协议通过对节点能源细粒度的控制,节省关键路径上节点的能源,从而延长了整个网络的生命周期。协议的缺点是传感器节点只在自己占有时隙且无传输时,才能进入睡眠;而在其邻节点占有的时隙里,就算没有数据传输,它也必须醒着,这样就带来较大的能量开销。而且,额外的区域选举程序就算不增加网络负载,但发包与收包也会消耗节点能量。

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