无线传感网中简化的SMACS协议

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1、无线传感网中简化的SMACS协议　　摘要：无线传感器网络为了节省能量协议要尽可能的简单，本文是对SMACS协议的简化，去掉了超帧及同步过程。没有了超帧的时间同步机制会带来带来一系列的问题，通过引入虚超帧的概念，引入了新的邻居发现和信道分配的机制，利用邻居收发的信息，建立了两个节点间的通信链路。减少了同步信息的传输，增加了协同工作的一些计算，因计算比传输消耗的能量少，总的来说减少了能量的消耗。　　关键词：SMACSSSMACS冲突同步　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1007-9416（2015）10-0000-00　　1引言　　无线传感器网络因其应用广泛，得到科研人

2、员的极大关注。而无线传感器网络的数据链路层是以物理层为基础，为网络层提供数据传输服务，最主要为无线传感器网络提供媒体介入、差错控制等服务。人们对无线传感器网络MAC层协议已经进行了大量的的研究，类型划分也各不相同，最常见的的是按分配信道的方式划分，大体分为竞争型MAC（例如，S-MAC、T-MAC、Sift等），分配型MAC（例如，SMACS、TRAMA等）、混合型MAC（例如，ZMAC）和跨层MAC（例如，MINA）。　　以下我们主要讨论SMACS协议，SMACS协议属于分配型MAC，它适用于网络规模大、移动节点移动比较缓慢，协议设计的主要目的是为了降低节点的能量消耗。它采取了类

3、似TDMA、FDMA的形式，运行在超帧基础上，需要有同步超帧信息，相对消耗能量比较多。为了进一步减少能量消耗，我们对SMACS协议进行了简化，去除了超帧同步信息传输，转而通过一些简单的计算实现协调一致的通信目的。　　2简化的SMACS协议　　SMACS协议是加州大学洛杉矶分校的研究人员提出来的无线传感器网络的MAC层协议。要求每个节点可在多个频点上通信。一对节点在划分为时间长度固定的超帧上选取两个空闲时间段，随机选取一个频点，建立在两个节点节点间在两个时段分别进行一个接收、一个发送通信链路。可以实现慢速的移动节点在网络中的无缝连接。在不同超帧中的节点形成子网，子网之间可实现无缝连接

4、。也相当于同时使用了TDMA、FDMA。节点以超帧为单位循环往复，在自己分配的时段开始打开无线侦听信道或通信，其余时间睡眠。　　简化的SMACS协议（简称SSMACS）的中心思想是：因为每个节点有多个频点可以使用，我们把一个频点作为一个固定频点，在此频点上进行信道分配，记此频点为CC，其余频点作为数据频点发送数据，记此类频点为DC。在固定频点上使用时间长度固定的一段时间，可取的和SMACS超帧时间段相同，但不需要同步这些时间段，我们称其为虚超帧。采用虚超帧主要不是为了同步，而是为了提供一个周期性的开射频、关射频的时间段。其余频点可不使用超帧，只需每个节点使用一个自带的时钟计时器，每

5、隔虚超帧时间段定期在选择时间段开射频，要求开射频的时段基本一致。醒来后侦听是否需要通信，不需要通信接着睡眠（即关射频），其他时间一律睡眠。不需要维持时间长度固定的超帧的同步信息。　　邻居发现和信道分配：节点u在一个随机时间启动，在CC上随机侦听一段时间，如果信道空闲，发送邀请信息，邻居节点收到邀请信号后自各选取一个随机时间向节点u发送信息，节点u收到邻居节点的信号后，可根据信号到来的先后顺序或信号质量的好坏来选择一个邻居节点w，并向该邻居节点发送信息，包括节点u的地址信息、该节点虚超帧及时间分配情况，节点w根据这些信息选择一对空闲的时间段分别作为收发时间段，并随机分配一个频点，利用

6、平均传输时间、平均收发时间把自己的虚超帧开始时间和节点u的虚超帧时间一致，之后再把在虚超帧时间分配情况和频点的选择传输给节点u，这样在节点u和w之间就建立了一条通信链路。　　一对邻居节点在DC上进行通信需要选择一个共同时间开始通信，这样两个节点就需要开射频（即醒来）的时间一致。我们的做法是每次醒来，有数据传送时，利用平均传输时间、平均收发时间协调一致醒来的时间即可；在没有数据传送时在开射频时段也要发送一些信息，同样是利用平均传输时间、平均收发时间协调一致醒来的时间和通信的两个时间段，之后再去睡眠。　　由于我们并没有进行时间同步，这样随着时间的推移就有可能使得各个通信链路的时间段发生

7、错位，有可能和其余的链路发生冲突。出现这种情况，两个节点重新开始在CC上进行邻居发现，重新分配信道即可。　　对移动节点的处理可依旧采取EAR完全类似的算法进行管理，（1）静止节点会在CC上每间隔固定个虚超帧发送一次BI邀请信息，移动节点在接收到静止节点的BI消息后将开始连接过程。（2）静止节点在CC上在接收到MI消息后，需要检查连接是否可以建立，分配信道（采用上述方式）；（3）连接建立后，在DC上进行数据通信，其余情况的处理完全类似。　　下面我们对简化的SMACS协议