7.2.2 S-MAC
（3）产生调度周期之后，收到邻居的不同的调度 信息，首先判断是否有邻居节点和自己同步，没 有就放弃自己的调度周期，转而采用邻居节点的 调度周期。
如果节点没有收到与自己调度相同的邻居节点的 通告，在调度表中添加该邻居节点的调度信息， 依照自己和邻居节点的调度周期工作。
7.2.2 S-MAC
2）基于分配的信道访问控制
基于分配的信道访问控制将共享的信道 资源按照某种策略无冲突的分配给网络 中的各个节点，当节点需要发送数据时， 在自身分配的信道资源内完成数据传输。 节点之间互不干扰，因此没有冲突。
2）基于分配的信道访问控制
固定信道分配将共享的无线信道以频分多址 FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA等 方优式点：划无分冲为突若干个逻辑子信道。
7.2.2 S-MAC
S-MAC基本思想：通过周期性侦听/睡眠的低占 空比方式，控制节点尽可能处于睡眠状态来减 少空闲侦听时间，降低能量消耗。此外为了避 免网络中的冲突和隐藏终端问题，采用物理和 虚拟载波侦听机制，以及RTS/CST通告机制。
7.2.2 S-MAC
1）周期性侦听和睡眠
侦听
和CSMA。 缺点： 如何解决竞争访问的冲突问题
ALOHA
随机方式占用信道 解决冲突的方式—ACK确认 优点：实现简单 缺点：大量数据发送时，冲突率很高
CSMA
载波侦听方式占用信道 先听后发 CA 有效降低网络中的冲突概率
基于竞争的信道访问控制
无线系统中，碰撞发生在接收端，因此，
与传统无线网络相比，传感器网络在节点 规模、网络结构、通信带宽、电源能量、 应用场景等方面都有显著的区别。
7.1.2 传感器网络MAC协议的特点
能量高效 MAC层位于物理层之上，直接控制节点 上能耗较大的无线通信模块的收/发行为， 对节点的能量消耗有重要影响。 可扩展性 MAC协议要能保证大量节点对信道的高 效访问，减少对信道的访问冲突。 可以适应网络拓扑的动态变化。
机数 CW是一个随机整数，位于(aCWmin,aCWmax]
区间；aSlotTime是一个时隙长度
知识回顾
无线传感器网络MAC协议 分类：基于竞争的信道访问控制和基于
分配的信道访问控制 IEEE802.11MAC
7.2.2 S-MAC
Sensor MAC协议 基于CSMA的随机竞争 针对节省能量需求和可扩展性
7.2.1 IEEE802.11 MAC（DCF模式）
IEEE802.11MAC协议是无线局域网的MAC层协议 标准
分为分布式协调DCF和点协调PCF两种
基本方式 CSMA/CD共享无线
信道
可选工作方式 轮询方式工作
7.2.1 IEEE802.11 MAC（DCF模式）
IEEE802.11MAC协议规定了三种基本的帧间间隔 (InterFrame Spacing，IFS)，用于支持不同的数据帧 占用信道的优先级，减少数据帧之间的信道访问冲 突。 时间间隔：DIFS>PIFS>SIFS
节点的对共享信道的竞争访问。
2）基于分配的信道访问控制
轮询
集中式
哪种需要全部信息？哪种需 要局部信息？
令牌环 分布式
7.1.2 传感器网络MAC协议的特点
MAC协议是传感器网络组网的基础，也是 网络节点通信的第一步。
MAC协议对传感器节点的能量消耗，以及 以上路由协议的工作效率都有重要影响。
具有相同调度周期的节点形成一个虚拟 簇，簇内节点可以正常通信。
具有多个调度周期的节点，成为虚拟簇的边 界节点
7.2.2 S-MAC
2）自适应侦听 周期性侦听/睡眠机制中，存在的问题
引起数据传输延迟h
考虑单跳和多跳网络 的影响
7.2.2 S-MAC
采用自适应侦听机制 基本思想：在一次通信过程中，当节点发现 邻居节点传输结束时，醒来侦听一段时间。 如果节点发现自己正好是通信的下一跳，即 收到RTS分组，它就可以立刻接收数据，无 需等到下一次侦听周期，从而减少数据分组 的传输延迟。否则，返回睡眠状态。
CTS：clear to send
7.2.1 IEEE802.11 MAC（DCF模式）
立即主动确认机制：DATA---ACK 信道预留机制:发送信息之前交换RTS和CTS帧 NAV值控制信道占用 退避算法 退避计时器
7.2.1 IEEE802.11 MAC（DCF模式）
退避算法 BackoffTime = Random()*aSlotTime Random()是竞争窗口[0,CW]内均匀分布的伪随
发送端不知道是否有冲突。
隐藏
终端
问题
隐藏终端问题可以简单定义为：节点之间无法互相监听对方。但 当其不可以同时传输时，其同时传输，从而导致冲突发生。隐藏 终端在单个AP（或者单个Receiver）时就有可能发生。
暴露终端问题可以简单定义为：节点之间能够互相监听对方。 但其可以同时传输时，其不传输，从而造成浪费。暴露终端在 多个AP（或者多个Receiver）时才有可能发生。
组建传感器网络的底层基础结构，分配 有限的通信带宽。
7.1 概述
7.1.1无线网络的信道访问控制方式分类 7.1.2传感器网络MAC协议的特点 7.1.3传感器网络MAC协议的节能设计
7.1.1无线网络的信道访问控制方式分类
信道访问控制是解决网络中多个节点如何高效、 无冲突的共享信道资源的问题。
（2）空闲侦听 节点在不发送数据时，需要一直保持对 无线信道的侦听，以便接收可能传输给 自己的数据。 传感器网络的 应用中，节点只有在监测 事件时才会发送数据，信道上的业务负 载比较低。
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
（3）串听overhearing 由于无线网络的广播特性，节点在发送 数据包时，其传输范围内所有节点都会 收到该信号，从而使那些非期望的目的 节点接收和处理了不需要的数据，这种 现象称为串听。
7.2.1 IEEE802.11MAC 7.2.2 S-MAC 7.2.3 B-MAC 7.2.4 RI-MAC
7.2 竞争型的MAC协议
基本思想是节点根据业务需求，通过竞争方式主动 抢占信道。
不依赖于传输调度表 优势就是简单，可扩展性好，能支持大规模网络，
自动适应网络流量和拓扑结构的动态变化。
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
（4）协议控制消息 MAC协议为了协调为了中的节点更高效、 无冲突的访问共享信道，不可避免需要 发送一些额外的协议字段或者控制消息， 使节点消耗更多的能量。
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
考虑以上因素，传感器网络MAC协议为了减少节点的能量消耗，通 常采用“侦听/睡眠”方式。
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
消耗能量最多
消耗能量最少
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
从无线网络MAC层的角度来看，影响节 点通信能耗的因素主要来自于四个方面：
冲突重传 空闲侦听 串听 MAC协议的控制消息
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
与传统无线网络相比，传感器网络具有的大规 模部署、节点性能受限、业务数据突发、网络 负载较低和数据分组小等特征进一步加剧了这 些因素对传感器节点造成的能量消耗。
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
（1）冲突重传 对传感器网络而言，大规模节点的部署 以及事件触发类应用中感知数据在时间 上的突发性特征，都有可能导致网络中 的碰撞概率增大，以致数据包的频繁重 传急剧加速节点的能量消耗，同时还会 增大网络的传输时延。
7.1.3 传感器网络MAC协议的节能设计
DCF工作模式下，当节点需要传输数据分组时， 首先要通过载波侦听机制来确定无线信道的状态。
载波侦听机制包含物理载波侦听和虚拟载波侦听
物理层
MAC层
7.2.1 IEEE802.11 MAC（DCF模式）
物理载波侦听
NAV：network alllcation vector RTS：request to send
目前无线网络MAC协议的信道访问控制方式目 前分为两类：
基于竞争的信道访问控制 基于分配的信道访问控制
信道访问控制方式
基于竞争
基于分配
ALOHA、CSMA/CD
固定信道 动态信道
TDMA、FDMA、 Polling、
CDMA
Tokiห้องสมุดไป่ตู้g
基于竞争的信道访问控制
采用按需使用信道的方式 碰撞时，按照某种策略重发数据 可扩展性好 典型的基于竞争的信道访问控制方式有ALOHA
（1）节点有数据发送，开启无线通信模块进行侦听，信道空闲时发送 数据，从而减少冲突重传 （2）节点无数据发送时，进行入休眠状态，减少空闲侦听和串听 （3）邻居节点需要通过协调保持侦听/睡眠周期的同步或者主动唤醒。 （4）MAC协议设计应该尽可能简单高效，避免协议本身开销过大。
7.2 竞争型的MAC协议
(1)SIFS：短帧间间隔，最高优先级，用于需要立即响 应的服务，如ACK帧，RTS帧和CTS帧。 (2)PIFS：PCF方式下的帧间间隔，获得在非竞争访问 周期启动时对信道的占用权，完成节点与AP之间的数 据帧传输。 (3)DIFS：DCF方式下的帧间间隔，完成节点之间数据 帧传输。
7.2.1 IEEE802.11 MAC（DCF模式）
第7章 MAC协议
2019年4月11日星期四
目录
7.1 概述 7.2 竞争型的MAC协议 7.3分配型的MAC协议 7.4混合型的MAC协议
7.1 概述
无线通信节点共享无线介质通信，如何 控制对介质的访问？
逻辑链路控制子层LLC 介质访问控制子层MAC