AMAC协议与ASMAC协议

论文学习交流古连华AnAdaptableEnergy-EfficientMediumAccessControlProtocolforWirelessSensorNetworks一种自适应低能耗的无线传感器网络MAC协议JustinT.Kautz23rdInformationOperationsSquadron,[e-mail],RustyO.Baldwin,ScottR.GrahamAirForceInstituteofTechnology,Wright-PattersonAFBOH{Barry.Mullins,Rusty.Baldwin,Scott.Graham}@afit.edu摘要我们基于S-MAC协议设计了一种叫“自适应MAC协议（AMAC）”的无线传感器网络MAC协议。由于无线传感器网络是能量吝惜的，尽可能地节能可以延长网络的生存时间。而S-MAC协议用了一个固定大小的侦听/睡眠周期长度，AMAC协议通过合并多个工作周期来适应流量状况。在高流量负载情况下，AMAC适用一个短的工作周期，可以更多地侦听。在低流量负载情况下，AMAC适用一个长的工作周期，减少侦听频率。AMAC协议是在OPNET仿真器下仿真的。分析指出相对于S-MAC协议，AMAC节省了15%能量，节省了22%的单位比特能耗，代价是造成了2倍的延时。对于延时不敏感的应用，AMAC可以延长网络生存时间。Background&Methodology点对点的通信中针对能耗高效的低层的MAC协议改进，可以为节点带来益处。一些MAC从这样一个事实进行改进：一个无线传感器网络的节点花费大部分时间进行媒体的空闲侦听，而不是传输或接受数据。为了节省能源，接收节点可以关闭一段时间，称作睡眠周期。S-MAC协议就是用了这样的方法。一个节点常常接收到发送给其他节点的数据。为了节省能量，在旁边的节点传输数据的时候，这样的节点可以关闭。PAMAS协议和SMAC协议都体现了这样的做法。其他的方法使用基于调度的而不是基于竞争的算法，来最大化通信效率，比如TRAMA协议。S-MAC相对于802.11协议来说在能量消耗上是有效率的，但它还不能自适应，也不灵活。S-MAC的侦听/睡眠周期是在网络应用之前设置耗的。在应用中来调整合适的工作周期，一旦设置耗，这个周期是不变的。这种静态的配置制约了S-MAC的灵活性。我们的研究的目标是通过允许动态调整适应不同的网络状况，使S-MAC更加能耗高效。我们验证了平均的能量节省了，因为它根据流量状况调整，在不活动期间更多地进入睡眠。这些做法增加了在低活跃期间的时延。AMACProtocolDesignAMAC功能上类似于S-MAC，对原先的协议改变不大。AMAC根据流量趋势改变了睡眠时间。睡眠周期情况见图1。AMAC的节点通知邻居节点变化情况，从而让邻居节点与该节点在合适的调度下通信。节点的收敛是以分钟为顺序的。这种过程在整个网络运行过程中贯穿。在工作周期中设置界限，防止节点太常醒来或过长时间睡眠。而且，必须保持同步，工作周期中选择了最高1/4分隔到最低1/64的分隔。AMACProtocolDesignAMACadaptstovaryingtrafficconditionsbymaintainingavariablecalledcurrentusagewhichusesexponentialforgetting.currentusageisaffectedbywhetherornotthelistenperiod/slotofthedutycycleisused.Ausedslotmeansthatdatawaseithersentorreceived.Thecurrentusagevalueis(wherenisthesensitivitylevel.)AMAC适用一个参数currentusage来适应变化的流量状况。Currentusage受侦听/睡眠周期的影响。ExperimentalDesign评价和仿真是在OPNET11.0.A下进行的。详细的模型是基于S-MAC设计。图5显示AMAC平均能耗比S-MAC节省15%图6显示AMAC时延比S-MAC大。AMAC每比特能耗比S-MAC减少了22%Conclusion本研究的目标是修改已有的协议，使它更灵活，更节能。AMAC是最新一代的节能型的MAC协议，并可以适应流量变化，提高能量利用率。AMAC减少了15%能耗，22%每字节能耗，提高4%吞吐量。代价是两倍的时延。对于时延不敏感的应用，AMAC提供了延长网络生存时间的解决方法。AnAdaptiveScheduleMediumAccessControlforWirelessSensorNetworks一种自适应调度机制的无线传感器网络MAC协议LIUBing,ZHANGLin,ZHANGHuiminSchoolofInformationEngineeringBeijingUniversityofPostsandTelecommunicationsBeijing,[e-mail]摘要许多无线传感器网络MAC协议，比如S-MAC和CSMA-MPS，都采用了侦听/睡眠周期来节省能量。节点的工作周期影响网络的表现，比如能耗效率，时延和吞吐量。本文介绍一种自适应调度机制的MAC协议AS-MAC。AS-MAC在MAC层引入周期的适应性。这个协议的效果是它能在动态流量中减少时延，提高吞吐量，和提高能量效率。我们同时把AS-MAC跟S-MAC和CSMA-MPS通过仿真比较，结果显示AS-MAC比以前的协议表现好。ADAPTIVESCHEDULEMEDIAACCESSCONTROL网络性能包括能耗效率、时延和吞吐量，受很多条件的影响。设计MAC协议时，应该分析影响网络性能的因素，并在各个指标间作个平衡。在无线传感器网络中，影响效率的主要因素是空闲侦听。这在低流量的无线传感器网络中尤其明显。为了提高技能效率和吞吐量，降低时延，提出一种自适应调度的MAC协议AS-MACADAPTIVESCHEDULEMEDIAACCESSCONTROL这不是一个真正的跨层设计，因为它没用到高层的信息。但它有一些跨层的特征，因为MAC层的侦听状态可以适应高层定义的动态流量，并且可以改善高层的表现。当没有数据流时，节点的侦听时间T为Tmax，最大侦听时间。Tmax是根据时延要求选择的。当一个节点有数据包要发送时，在成功的载波侦听（CS）后，它增加一个状态列T和R。在状态T中节点广播目的地址，然后转入状态R，准备接收数据。当发送节点收到回答后，结束T和R序列，并开始数据的传输。过程见图1。ADAPTIVESCHEDULEMEDIAACCESSCONTROL时间T应该适应流量负载。没有流量时，参数T应为Tmax，当有数据交换时，下一个T会变成Tmin。Tmin是最小的时间，使接收节点接收数据并在下个周期回应。如图2所示。Tmin保证网络能达到最大的吞吐量，最大限度并减少队列延迟。PERFORMANCESANDSIMULATIONSAS-MAC使节点适应动态的网络流量，它的侦听周期随数据流量调整，当流量负载轻的时候，参数T可以较大。相对于CSMA-PS和CSMA-MPS，AS-MAC在第一个数据包传输之前只要一个长列T-R。因为节点之间序列包的协调不多，T-R队列也比较少。所以AS-MAC有较高的能耗效率。节能性。从右图看出，在轻负载时AS-MAC右较好的节能特性，这是由动态的侦听时间带来的。当网络负载重时，AS-MAC消耗较多能量。PERFORMANCESANDSIMULATIONS时延分析。AS-MAC有最低延时，因为在数据流中侦听状态的调整。在AS-MAC中，吞吐量随着流量的增加而增加，直到它到达网络最大容量。Conclusion本文分析了网络性能因素如能耗效率、时延和吞吐量等，用了动态的节点侦听状态。提出了AS-MAC协议。它的侦听时间是随数据流和负载变化的。在这个协议中，时延减少了，吞吐量随负载变化。而且它不需要时间同步。现在我们正在实际平台中实现这个协议，在实际环境中验证它。谢谢！