基于SMAC的無線傳感器網絡MAC協議的分析與優化
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1．2．6 自適應偵聽機制
自適應偵聽機制的基本思想是：當一個節點收到RTS或者CTS數據包，偵聽到鄰居節點有數據通信，就進入睡眠，同時記錄它的通信時間。對通信時間的記錄幫助節點通信結束后能夠醒來，在一個較短的時間內偵聽信道查看是否有數據包需要傳遞，這種偵聽同樣是通過是否接收RTS數據包和CTS數據包來實現的。通信結束后節點會醒來，這個時候節點進入工作狀態，偵聽是否有數據包到達，如果有數據包到達則建立信道進行通信，如果沒有數據包到達，則結束偵聽，繼續進入睡眠，按照既定調度方式工作。
2 改進的MAC協議ATC-SMAC
如前面所述，S-MAC協議由于采用了固定的占空比，它不能根據網絡中數據流的延遲情況動態調整占空比大小，造成了兩個主要的問題。本節提出了一種新的無線傳感器網絡的MAC層協議——ATC-SMAC(Automation of Time Controlled-SMAC)，該協議在S-MAC協議的基礎上改進了固定占空比的劣勢，采用根據每個節點上的數據包的平均延遲調整占空比的策略。
2．1 ATC-SMAC協議的工作原理
ATC-SMAC協議支持傳感器網絡中的不同節點擁有不同的占空比。現在假設節點的初始化占空比為P，幀長為T，睡眠時間為Tsleep，工作時間為Tactive，顯然有，P=Tactive／T。設數據包在某節點的平均阻塞延遲為Tblock。
ATC-SMAC的節點占空比調整策略如下：如果Tblock的變化超過了Pctr，那么占空比也要調整相應的比例；不論這種變化是增加還是減少，只要變化的范圍超過了Pctr，占空比都會調整；根據Tblock變化的幅度，占空比調整的幅度也會相應地變化。本文中Pctr選為20％，經過后面的仿真實驗驗證，Pctr為20％的ATC-SMAC協議要比自適應的S-MAC協議更加優秀。為了通過減少節點的計算量從而達到節省節點能量的目的，節點的數據包平均時延為兩個同步周期計算一次。節點統計在剛剛過去的兩個同步周期內自己轉發的所有數據包的延遲。對于每一個數據包，在它進入節點的緩沖隊列的時候，從數據包的報頭中可以看到上一個節點發送出該數據包的時刻Tin，忽略數據在物理介質中傳播的時間，記錄該數據包從本節點上發送出去的時刻Tout，該節點的延遲Ti=Tout-Tin。對于該節點轉發的數據包1，2，…，n，統計得出它們的延遲T1，T2，…，Tn，得到該節點的平均延遲Teven為：
Teven=(T1+T2+…+Tn)／n (1)
節點除了計算剛剛過去的兩個同步周期內的平均延遲外，還保存上兩個同步周期內的平均延遲Tpast。
如果在剛剛過去的兩個同步周期內，節點轉發數據包的量比較大，延遲較高，Teven>Tpast，那么計算Teven高于Tpast的百分比P，如果P不到20％，那么該節點的占空比不做調整；如果P高于20％(包括20％)小于40％，那么該節點在下一個同步周期的時候將自己的占空比上調20％；如果P高于40％(包括40％)小于60％，那么占空比往上調整40％；依次類推，如果P高于C％(包括C％，其中C為20的整數倍)而小于(C+20)％，那么占空比往上調整C％。
同理可得向下調整占空比的方式：如果在剛剛過去的兩個同步周期內，節點轉發數據包的量比較小，延遲較低，TevenTpast，那么計算Teven低于Tpast的百分比P，如果P不到20％，那么該節點的占空比不做調整；如果P高于20％(包括20％)小于40％，那么該節點在進入下一個同步周期的時候將自己的占空比下調20％；如果P高于40％(包括40％)小于60％，那么占空比往下調整40％；依次類推，如果P高于C％(包括C％，其中C為20的整數倍)而小于(C+20)％，那么占空比往下調整C％。
占空比向上調整過程的偽代碼表示如下：
2．2 ATC-SMAC的節能策略分析
Pctr為20％的基于ATC-SMAC協議的傳感器在吞吐量、端到端延時以及能量消耗上都要略優于動態的S-MAC協議。與使用固定占空比的S-MAC協議相比，ATC-SMAC在吞吐量上平均要比S-MAC協議高大約1倍；在端到端延時這項上，ATC-SMAC的數據包平均時延大約為S-MAC協議的0．6倍；ATC-SMAC平均每字節消耗的能量大概為S-MAC協議的0．4倍。與動態調整的S-MAC協議相比，ATC-SMAC協議的平均端到端時間大概為動態S-MAC協議的70％，ATC-SMAC協議的平均吞吐量大概為動態S-MAC協議的1．2倍，ATC-SMAC平均傳輸每字節消耗的能量大概為動態S-MAC協議的75％。
3 結語
ATC-SMAC協議在SMAC協議的基礎上進行了改進，使用了更加優秀的動態調整占空比的算法。它可以讓節點根據自己流量的變化動態地調整自身的占空比。通過仿真結果，可以看出ATC-SMAC協議在端到端延遲、能量使用效率以及網絡吞吐量等方面較S-MAC協議(自適應和非自適應兩種)都有一定程度的提高。本文引用地址：http://www.104case.com/article/161289.htm
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