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一种无线传感器网络多信道的MAC协议Abstract•目前，大部分无线传感器网络MAC协议都是针对单信道的然 而，单信道MAC协议在更高的带宽限制要求中不足本文我们 提出了一种让DMAC协议支持多信道的方法信道分配方法基 于节点的本地信息我们的多信道DMAC协议在从源节点到汇 聚节点信息采集之前实施信道分配，并使广播变成可能分析 和仿真结果表明这个多信道协议明显减少了时延，但并不增加 能耗1 In troductlon•传统的有线网络和大部分的无线传感器网络都基于单信道，单 信道引致激烈的竞争，口它不能反映多元的无线传感器网络的 特征只有引入多信道才能改善这种情况•多信道MAC协议能减少竞争，冲突和由于冲突带来的重发冃 前的收发器都支持多频率比如uNode, CC2420, MC13192 都有不同的信道所以，多信道、低时延和高能量效率的MAC 协议很值得研究2 Related works・现在的WSN MAC协议可以分为三类：基于竞争的方式、基于吋分复用的方式 和多信道方式• MMSN使第一个提出的多信道的无线传感器网络MAC协议，它包括信道分配 和媒介接入方而在信道分配方而MMSN捉供了四种策略。

媒介接入方而， 它设计了一个可扩展的支持广播的方法• Ozlem Durmaz Inzel等人提出了一个基于LMAC的多信道策略它允许节点在需耍时利用新的频率包含两部分：第一部分，节点根据LMAC方式在单信道 中选择时榊；第二部分，节点在第一步中无法选择到时榊，就邀请空闲侦听 的邻居节点协商一个新的频率信道和吋槽•上述的多信道MAC协议并没考虑物理层如MMSN假设了信道数是无穷的 在媒介接入方面，这些协议基于竞争和时槽，这会在数据采集中导致冲突和 时延，和能量浪费DMAC protocol overview•在DMAC中，许多源节点和一个汇聚节点的结构构成数据采集树数据传递 过程中路由可能改变，但DMAC假设传感器节点是不移动的，而且到汇聚节点 的路由是非常持久稳定的，所以数据采集树在一个合理的时间段中是维持稳 定的只有一个目标节点，就是汇聚节点除了汇聚节点之外，其他所有节 点都先前传递它接收到的包• DMAC设计了一个可行的方法，让侦听时间交错，从而实现数据包能持续地从 传感器节点流到汇聚点DMAC protocol overview•交错侦听调度有四个好处:• 1.节点醒来传递数据包到下一跳，睡眠延时可以消除• 2.长活动周期的请求可以被传播到汇聚节点，从而多跳的路上的节点可 以相应增加他们的工作周期，避免数据滞留• 3.因为活动周期是错开的，可以减少竞争• 4.只有在多跳路径上的节点才需要增加它们的活动周期，其他的节点可以保持在基本的低工作周期上，节省能量8 DMAC protocol overview• DMAC是针对单信道的传感器网络设计的，不能满足现代无线 传感器网络的要求。

时延会由于激烈的竞争而增大，同时由于 冲突带来的重传会消耗许多能量•为了保持DMAC的低时延和能耗特征，多信道的支持是必要 的4 Multichannel support for DMAC4.1 Assumptlo n• WSN中有三种通信模式：一是邻居节点Z间的数据传递；二是从汇聚节 点到源节点的控制包；三是从源节点到汇聚节点的数据第三种是最主 要的•我们采用DMAC的数据采集树作为研究模型，并加以下前提：• 1.每个节点安装了半双工的收发器，不能同时收和发• 2.提供16个不重叠频率的信道• 3.信道转换带來的时延可以忽略• 4.邻居节点之间可以同步• 5.为了消除单汇聚节点的瓶颈，协议中设定了许多汇聚节点4.2 Frequency assignment• ID：每个节点的地址ChlD：物理信道的数目ChList： ChlD和物理频率的关系表•通过使用不同的ChList可以容易控制信道•每个节点广播它的ID两次第一次广播后，节点可以得到它的全部一跳邻居节点的ID；第二次，节点广播它在第一次广播中采集 到的ID信息Z后，节点就 知道了它两跳内的ID信息, 节点就可以开始选择通信 信道。

•对于源节点,等待它的父节 点广播信道使用的信息;对 于中间节点和汇聚节点，计 算采集到的ID信息赖选择 信道，授厉广播这些信道使 用信息节点采集和记录它 们的父信道使用信息，如果 它们冇数据发送给父节点, 它们就在它们父节点使用 來接收信息的信道上发送Algorithm 1 Channel ID computationInput: Node As ID (ID_A), and node As neighbors IDs with in communication area.Output: The channel ID ChLD (ChlD) of node A gets assignedSID 二 0, ChID=0;found=False;for each node B in As communication area doif(ID_B < ID_A) then SID++;end ifend forfound=TURE;if found thenChlD二SID mod NumCh end讦4.3 Media access deslgn•源节点：应该能感应和冇用信息由于事件发生随机，不可能预测，实际中源节点采用侦听/睡眠调度赖感知事件同时保持低能耗Fig< 4 DMAC with broadcasting s叩port•中间节点:应该尽可能 睡眠节能。

只有有数据 发给它的时候醒来传 递数据，然后进入睡 眠交错的侦听调度是 一个解决方法•簇首节点:应该能采集 和筛选接收到的数据 我们的多信道DMAC中，我们假设有合适的 调度保证数据采集和 能量消耗的平衡•当节点在Ch1广播它的控制信息，只冇节点2醒來接收这个数据，只他节点继续保持睡眠状态在节点1广播完毕后，节点2醒來，广播它"己的信道使用信息同样，只冇节点3醍來接收这个控制信息，当节点3广播时，只有节点4和5醒來接收绘厉，节点4和5采集数据.然厉在节点3的接收信道上传输给节 点3这样，数据一层层直到传输给节点1分析这个过程，时延和可能的冲突减少到最低5 Performance evaluati on•我们在NS・2中进行仿真为了比较，我们同时仿真了单信道和多信道的DMAC协议•山图可见：两个协议的能耗性能几乎是一样的；而多信道的DMAC明显比单信道的DMAC在时延上更短Fig. 6 Energy efficiency of single-channel and multichannel DMACFig. 7 Latency of single-channel and multi-channel DMACSUVAOUOSI6 Conclusions•多信道的DMAC协议不仅让DMAC支持多信道，而且使DMAC 中广播变成可能。

从仿真结果可见，这个多信道DMAC协议在 能耗的时延性能上表现很好我们未来的研究工作主要在于在 MC13192平台中实现这个协议，在实际的实验中测试其性能。