MAC協議

DMAC協議

在課堂上學習了競爭型的S-MAC協議以及分配型的SMACA協議，課下我通過查閱一些資料又了

解到一種MAC協議一一DMAC協議。

SMAC協議和TMAC協議一樣，采用周期性的活動、睡眠策略來減少能量消耗,但會出現數據在轉

發過程中“走走停停”的數據通信停頓問題。例如，通信模塊處于睡眠狀態的節點，如果檢測

到事件就必須等到通信模塊轉換到活動周期才能發送數據：中間節點要轉發數據時，下一跳節

點可能處于睡眠狀態，此時也必須等待它轉換到活動周期。這種節點睡眠帶來的延遲會隨著路

徑上跳數的增加而成比例增加。

傳感器網絡中一種重要的通信模式是多個傳感器節點向一個匯聚節點發送數據。

所有傳感器節點轉發收到的數據，形成一個以匯聚節點為根節點的樹型網絡結構,稱為“數據

采集樹”。這種數據采集樹結構可以減少節點睡眠所帶來的數據延遲和能量消耗。DMAC協議就

是針對這種“數據采集樹”結構提出的，目標是減少網絡的能量消耗和減少數據的傳輸延遲。

1.基本思想

DMAC協議的核心思想是采用交錯調度機制。下圖所示為DMAC協議的交錯調度機制示意

圖。

該機制將節點周期劃分為接收時間、發送時間和睡眠時間。其中接收時間和發送時間相

等，均為一個數據分組的時間。每個節點的調度具有不同的偏移，下

層節點的發送時間對應上層節點的接收時間。這樣，數據能夠連續地從數據源節點傳

送到匯聚節點，減少在網絡中的傳輸延遲。

DMAC協議采用ACK應答機制，發送節點如果沒有收到ACK應答，要在

下一個發送時間重發，接收節點正確接收到

數據后，立刻發送

為了減少發送數據的沖突，每個節點在發送數據之前先退避一個固定時間(BackoffPeriod，

BP),在沖突窗口(ContentWindow，CW)內隨機選擇發送

等待時間。接收到數據的節點在等待一個短周期(ShortPeriod，SP)后回復一個

ACK應答。發送周期和接收周期的長度用表示:

uBP+CW+DATA+SP+ACK

式中，DATA為數據包的傳輸時間，ACK為ACK幀的傳輸時間。

DMAC協議的具體實現是通過自適應占空比機制和數據預測機制來實現的。

以下詳細介紹自適應占空比機制和數據預測機制2.關鍵技術

1)自適應占空比機制

DMAC協議中，如果節點在一個發送周期內有多個數據包要發送，就需要

該節點和樹狀路徑上的上層節點一起加大發送周期占空比。DMAC協議引入了一種新

的機制：自適應占空比機制，使占空比能自適應調整。

該機制通過在MAC層數據幀的幀頭加入一個標記(MoreDataFlag)，設置

為1表示發送節點還有數據需要發送；在ACK分組頭中增加同樣的標志位，設置為1表示接收

ACK0

料型^構

節點準備好繼續接收數據。當收到下一跳節點發來標志設置為1的數據分組時，節點設置它的

數據分組中的標志為根據自適應占空比機制的規則，節點決定增加活動周期的條件是：節點發

送了標志設置為1的數據分組，或者收到了標志設置為1的ACK分組。

自適應占空比機制的優點是，數據在傳輸路徑上逐跳進行預約，從而能夠提高網絡的數據

傳輸效率。

2）數據預測機制

在數據采集樹中，越靠近上層的節點，匯聚的數據越多，所以對數據的底層

節點適合的占空比不一定適合中間節點。比如節點A和節點B有共同的父節點

C,節點A和節點B在每個發送周期都只有一個數據包要發送。如果節點A通

過競爭獲得了信道，就向節點C發送數據，節點C在接收到數據后向節點A發送一個ACK，隨

后進入睡眠狀態，這樣就給節點B的數據帶來了睡眠延遲。

DMAC協議引入了數據預測機制來解決此問題。如果一個節點在接收狀態下接收到一個數據包，

該節點預測子節點仍有數據等待發送。在發送周期結束后再等待個周期之后，節點重新切換到

接收狀態。所有接收到該數據包的節點都執行這樣一個操作，增加一個接收周期，在這個增加

的接收周期中，節點如果沒有接收到數據則直接轉入睡眠狀態，不會進入發送周期。如果接收

到數據，那么在個周期之后再增加一個接收周期。在節點發送周期內，如果節點競爭信道失

敗，會接收到父節點發給其他節點的ACK，那么節點就知道父節點在個周期后會增加一個接

收周期，所以節點在睡眠個周期之后進入發送狀態，在這個增加的發送周期內向父節點發送

數據。

協議根據節點在數據采集樹上的深度為節點分配交錯的活動/睡眠

周期，在占空比方式下避免了數據多跳傳輸中的睡眠延遲。

通過引入自適應占空比機制，DMAC協議能根據網絡數據流量動態地調整

占空比。

3.特點

DMAC協議具有如下特點:

DMAC協議是一種針對樹狀數據采集網絡提出的能量高效、低延遲的MAC

協

議。

DMAC