衛(wèi)小偉

（陜西交通職業(yè)技術學院信息工程系，陜西西安　710018）

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WSN中一種節(jié)能的按需調(diào)度協(xié)作式MAC協(xié)議研究

衛(wèi)小偉

（陜西交通職業(yè)技術學院信息工程系，陜西西安710018）

摘要：能量空洞問題影響了由電池供電的多跳無線傳感器網(wǎng)絡的壽命。為此，本文提出一種按需調(diào)度協(xié)作式MAC協(xié)議（ODSC-MAC），綜合采用按需策略及可擴展（傳輸）范圍的傳感器協(xié)作機制，ODSC-MAC協(xié)議解決了多跳WSN網(wǎng)絡進行協(xié)作式傳輸（CT）時存在的時空問題，延長了網(wǎng)絡壽命。另外，采用正交管線占空比調(diào)度以緩解流量競爭，同時設計了一種基于預定策略的喚醒機制以使協(xié)作節(jié)點時間同步，并為CT傳輸范圍擴展提供支持。與現(xiàn)有的MAC協(xié)議相比，基于REACT的NS-2仿真結果表明，該協(xié)議既明確考慮了CT傳輸?shù)拈_銷及流量密集時控制報文的實際故障，又使網(wǎng)絡運行時間提升了近80%。

關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；能量空洞；協(xié)作傳輸；按需調(diào)度

眾所周知，能量空洞問題影響了由電池供電的多跳無線傳感器網(wǎng)絡的壽命［1］。Sjnk附近的節(jié)點由于負載較重，能量耗盡較早，容易出現(xiàn)能量空洞問題：Sjnk附近的節(jié)點既要傳輸自己的報文，又要為距離Sjnk較遠的節(jié)點轉發(fā)報文。文獻［2］已經(jīng)證明，殘余能量激活式協(xié)作傳輸（REACT）轉發(fā)策略可糾正能量不均衡現(xiàn)象，將網(wǎng)絡壽命延長2倍甚至更多。然而，該策略沒有考慮協(xié)作式傳輸（CT）導致的額外控制開銷。同時也沒有考慮如何將REACT與占空比結合起來，而占空比是節(jié)約能量、提升WSN網(wǎng)絡壽命的常用方法。

文獻［3］的研究表明，MAC協(xié)議的能量消耗主要集中于空閑偵聽、開銷和沖突，及數(shù)據(jù)傳輸和接收。空閑偵聽意味著即使沒有入向報文，節(jié)點也需不斷地對信道進行偵聽，IEEE 802.11內(nèi)的許多MAC協(xié)議均未考慮這一情況，而WIFI基站也必須偵聽可能的流量。很顯然，對WSN來說，空閑偵聽是災難性的，因為這種模式下的節(jié)點消耗的能量與接收數(shù)據(jù)時的能耗相同。許多文獻已經(jīng)研究了占空比MAC協(xié)議［4-5］，并允許節(jié)點在活躍狀態(tài)和睡眠狀態(tài)間進行切換。這些協(xié)議顯著降低了空閑偵聽的周期和開銷。具體來說，文獻［4］中的DWMAC協(xié)議具有出色的傳輸比、延時和節(jié)能表現(xiàn)。而DWMAC和其他協(xié)議均未解決多跳WSN網(wǎng)絡的能量空洞問題。同時，許多文獻還提出支持CT傳輸?shù)腗AC協(xié)議［6］。多個單天線無線設備經(jīng)過協(xié)調(diào)而形成一個虛擬的天線陣列時，即可進行CT傳輸，可有效提升接收器的信噪比。然而，這些研究既沒有解決網(wǎng)絡壽命問題，也沒有緩解能量空洞問題。此外，這些研究均做出如下空間假設：數(shù)據(jù)源，合作節(jié)點和目的節(jié)點均位于同一沖突域中（即：互相位于對方的傳輸范圍內(nèi)），同時做出如下時間假設：在CT傳輸期間，所有節(jié)點保持活躍狀態(tài)。一般地，多跳網(wǎng)絡不滿足空間假設，而且異步占空比網(wǎng)絡也難以滿足時間假設。

與大部分重點研究能量節(jié)約或能量均衡策略的MAC協(xié)議文獻不同，本文提出一種按需調(diào)度協(xié)作式MAC協(xié)議，集成了MAC協(xié)議設計時的能量節(jié)約和能量均衡啟發(fā)式策略，既提高了能耗的均衡性，又延長了網(wǎng)絡壽命。具體來說，通過利用可對CT范圍擴展進行無縫調(diào)度的MAC協(xié)議，解決了能量空洞問題，同時通過一種按需喚醒機制放松了時間假設。為了給上述方法提供支持，提出在MAC中集成管線和正交調(diào)度機制，以實現(xiàn)按需CT傳輸，并緩解流量競爭。

NS-2仿真結果表明，即使考慮了開銷，基于REACT的MAC協(xié)議仍然將網(wǎng)絡壽命延長了80%。

1　網(wǎng)絡模型和占空比設計

REACT協(xié)議需要假設一種基于樹的路由協(xié)議?？紤]時分CT傳輸（TDCT）包括一個多播階段和多個單播階段。在首個多播階段，數(shù)據(jù)源與協(xié)調(diào)節(jié)點共享報文的一份拷貝。然后，協(xié)調(diào)節(jié)點在正交時隙期間把報文轉發(fā)給目的地。為了擴展CT范圍，當數(shù)據(jù)源把報文多播給協(xié)調(diào)節(jié)點時，源節(jié)點、協(xié)調(diào)節(jié)點和目的地的無線設備必須開啟。目的地的無線設備開啟之后，即可對數(shù)據(jù)源發(fā)來的信號進行采集和存儲，然后與協(xié)調(diào)節(jié)點發(fā)來的報文拷貝進行融合。文獻［7］提出的SCT-MAC協(xié)議通過使節(jié)點在其母節(jié)點和兩跳母節(jié)點調(diào)度期間（即sched1 和sched2）喚醒并在sched2期間發(fā)起CT傳輸，以實現(xiàn)喚醒交匯。然而在該機制中，距離Sjnk較遠的節(jié)點，其調(diào)度次數(shù)往往多于Sjnk附近的節(jié)點，因此空閑偵聽時消耗更多的能量。另外，候選輔助節(jié)點局限于共享相同母節(jié)點的兄弟節(jié)點或母節(jié)點的兄弟節(jié)點。為此，本文提出一種方法通過按需方式使協(xié)作節(jié)點實現(xiàn)時間同步。具體來說，每個節(jié)點自身維護一個永久調(diào)度，以接收入向報文，只在需要支持CT傳輸時按需喚醒，本文將其稱為時間調(diào)度。

一個占空比包括調(diào)度周期、數(shù)據(jù)周期和睡眠周期。超級幀定義為調(diào)度周期和數(shù)據(jù)周期的串接。將工作循環(huán)（cyc1e）的長度定義為NS個超級幀。在超級幀期間，利用調(diào)度周期進行協(xié)作喚醒請求和傳輸預約。在數(shù)據(jù)周期期間，根據(jù)先前調(diào)度周期提供的調(diào)度信息進行非CT數(shù)據(jù)傳輸和CT數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點在整個睡眠周期及“未被使用的”數(shù)據(jù)周期部分時間內(nèi)處于睡眠狀態(tài)。網(wǎng)絡初始化時使用與SCT-MAC相同的貪婪算法和廣播策略，以建立永久超級幀調(diào)度，如算法1所示。與文獻［5］中的DW-MAC相同，假設由一種專門的網(wǎng)絡時間同步協(xié)議來傳播占空比信息。在圖1給出的調(diào)度算法示例中，50個節(jié)點隨機形成拓撲結構且NS=12。方塊中的數(shù)字表示對應節(jié)點的永久調(diào)度。請注意，葉節(jié)點服從其母節(jié)點的調(diào)度。

算法1：超級幀調(diào)度

1：輸入：

2：Pt=節(jié)點t的直接母節(jié)點

3：It=節(jié)點t的干擾母節(jié)點集合

4：Sa=｛s∈［1，Ns］：s≠si?i∈It，si表示結點的調(diào)試｝

5：輸出：st

6：開始

9：jf s＜sptthen st←s，break；

10：jf s=mjsSdathen

11：st←maxSda；

12：end

13：end

14：返回st

15：end

在異構網(wǎng)絡中進行CT傳輸?shù)碾y度很大，因為數(shù)據(jù)源、協(xié)調(diào)節(jié)點和目的地必須就進行CT傳輸?shù)膯拘阎芷谶_成一致。本文研究通過明確的請求步驟，使協(xié)調(diào)節(jié)點和單跳母節(jié)點會集于共同的喚醒交Sjnk，下一節(jié)對此做詳細描述。

圖1　隨機拓撲結構的調(diào)度示例

2　按需調(diào)度協(xié)作式MAC協(xié)議（0DSC-MAC）

2.1概述

在ODSC-MAC協(xié)議中，每個節(jié)點維護一個永久調(diào)度，并在線決定時間調(diào)度。為了支持CT傳輸，可按需激活時間調(diào)度，然后關閉。假設每個節(jié)點知道其單跳相鄰節(jié)點及兩跳母節(jié)點的永久調(diào)度。因為每個節(jié)點可能是接收節(jié)點，所以它在其自身永久調(diào)度期間始終喚醒，以接收CT或非CT傳輸數(shù)據(jù)。當節(jié)點決定向其母節(jié)點直接傳輸一個非CT數(shù)據(jù)報文時，則該節(jié)點在其母節(jié)點的永久調(diào)度期間喚醒，并按照第4小節(jié)的步驟傳輸數(shù)據(jù)。另一方面，當源節(jié)點決定進行CT傳輸時，如圖2所示，則它將會按照第2小節(jié)的準則過濾候選協(xié)同節(jié)點。本文使用與REACT相同的CT傳輸決策準則。在該準則下，需要比較源節(jié)點的殘余能量Ei及其母節(jié)點的能量Ep。如果EP＞Ei，則進行非CT傳輸。否則，做出CT決策以保護母節(jié)點。然后，協(xié)同節(jié)點將會在線決定時間調(diào)度，在此期間這些節(jié)點將會喚醒，第3小節(jié)給出一種算法以落實這些步驟。本文定義了3種類型的積極調(diào)度以支持ODSC-MAC協(xié)調(diào)中的調(diào)度機制，相應節(jié)點的職責如下所示：

1）永久調(diào)度（類型1）：由每個節(jié)點設置，以偵聽入向報文。

2）臨時調(diào)度（類型2）：由初始化CT傳輸?shù)脑垂?jié)點設置，以便對協(xié)同節(jié)點做出喚醒請求。

3）臨時調(diào)度（類型3）：由協(xié)同節(jié)點設置為喚醒交Sjnk，以進行CT傳輸。

2.2協(xié)同節(jié)點的選擇

圖2　源節(jié)點的CT決策和喚醒調(diào)度

SCT-MAC協(xié)議在設計調(diào)度機制時要求協(xié)同節(jié)點必須為源節(jié)點的兄弟節(jié)點或母節(jié)點的兄弟節(jié)點。與該協(xié)議相反，ODSC-MAC沒有類似約束。相反，每個節(jié)點可從其單跳相鄰節(jié)點中選擇協(xié)同節(jié)點。本文選擇如下協(xié)同節(jié)點：1）殘余能量最大，2）能量大于源節(jié)點。通過周期性地插入共同的信息共享廣播時隙，即可獲得能量信息。廣播期間傳輸?shù)膱笪囊部捎糜谥匦抡{(diào)整調(diào)度，并更新其相鄰節(jié)點信息，以適應可能發(fā)生的拓撲結構變化。

圖3　喚醒機制

2.3按需喚醒

CT傳輸時，我們提供在線喚醒機制，通過在線管理臨時調(diào)度以使相同節(jié)點實現(xiàn)臨時同步。具體來說，本文要求在兩跳母節(jié)點的永久調(diào)度期間進行CT傳輸，該調(diào)度也是可能發(fā)生的兩跳非CT傳輸?shù)恼{(diào)度。因此，本文的目標是使所有協(xié)同節(jié)點會聚于該CT交Sjnk。

因為節(jié)點的永久調(diào)度可能完全不同，本文提出一種明確的喚醒請求步驟，以設置協(xié)同節(jié)點的喚醒交Sjnk。如圖3所示，源節(jié)點i設置類型2調(diào)度，以便在每個協(xié)同節(jié)點及單跳母節(jié)點的調(diào)度sj期間臨時喚醒。請注意，每個sj是調(diào)度周期和數(shù)據(jù)周期的串接。源節(jié)點將向協(xié)同節(jié)點發(fā)送一個喚醒請求報文，以表明CT交Sjnk的預期時間β，并等待喚醒回復。視生成報文的時間隙α和協(xié)同節(jié)點的調(diào)度不同，為協(xié)同節(jié)點提供一種方法以便協(xié)同節(jié)點自行決定何時喚醒進行CT傳輸，如算法2所示。這一協(xié)調(diào)過程請見第4小節(jié)將要描述的MAC協(xié)議非CT傳輸步驟，即：使用調(diào)度周期交換喚醒請求/回復。

算法2：在線喚醒調(diào)度算法

輸入：協(xié)同節(jié)點集合（包括母節(jié)點）Г

報文到達時的時隙，α

兩跳母節(jié)點的調(diào)度，β

輸出：喚醒交Sjnk的調(diào)度

1：源節(jié)點：（進行喚醒請求）

2：maxTjme←0；

3：for每個j∈Г do

4：jf sj≡β then設置WakedStatus［J］；

5：e1se

6：d1←（sj-α）modNs；

7：d2←（β-sj）modNs；

9：schedu1eTx Re quest［j］；

10：end

11：end

12：每個協(xié)同節(jié)點：（當接收到喚醒請求時）

13：d←（β-sj）modNs；

14：TjmeToWake←start of S1ot+d*sup er FrameLen；

15：jf TjmeToWake＜max Tjme then schedu1eDe1ayedWakeup（）；

16：e1se

17：schedu1eWakeup（）；

18：end

19：sendWakeup Re p1y（）；

注意，該算法存在兩種延時：1）鏈路延時（從數(shù)據(jù)源到下一跳節(jié)點，要么是單跳母節(jié)點，要么是兩跳母節(jié)點）。2）協(xié)同節(jié)點進行協(xié)調(diào)時可能導致的“額外”延時。請注意，如果被選協(xié)調(diào)節(jié)點的協(xié)調(diào)過程準時發(fā)生于兩跳母節(jié)點之用（稱為提前協(xié)調(diào)），則協(xié)調(diào)節(jié)點的協(xié)調(diào)過程不會有任何額外延時，這主要是由于永久型調(diào)度的管線特征。實際上，協(xié)調(diào)節(jié)點的選擇過程可以采用第3種準則（即sj＜β），以保證提前協(xié)調(diào)。

2.4CT和非CT傳輸?shù)臒o縫調(diào)度及傳輸

本小節(jié)對母節(jié)點調(diào)度期間的非CT傳輸和圖3中CT傳輸交匯期間CT傳輸?shù)臒o縫調(diào)度和傳輸詳細描述。與SCTMAC相同，使用調(diào)度周期在下一數(shù)據(jù)周期內(nèi)預留數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點在數(shù)據(jù)周期未被使用的時間內(nèi)處于睡眠狀態(tài)。接收器將跟蹤自身數(shù)據(jù)周期內(nèi)已經(jīng)預留的非CT和CT傳輸次數(shù)。

1）非CT情況：在調(diào)度期間，源節(jié)點S向目的節(jié)點D發(fā)送一個調(diào)度幀（SF），目的節(jié)點D將返回一個調(diào)度幀，且返回的調(diào)度幀中包含數(shù)據(jù)周期內(nèi)已經(jīng)預留的非CT（Nnon-CT）和CT （NCT）數(shù)量。節(jié)點S和D根據(jù)下式計算從后續(xù)數(shù)據(jù)周期開始的相應喚醒時間點TWakeup：

其中Tnon-CT=Tpkt+TAck+SIFS且TCT=2TPkt+2TAck+3SIFS。很容易看出，對一個接收器來說，在后續(xù)數(shù)據(jù)周期內(nèi)不會發(fā)生調(diào)度沖突，因此避免了不同發(fā)射機間的數(shù)據(jù)沖突。在數(shù)據(jù)周期內(nèi)的調(diào)度時間TWakeup喚醒后，節(jié)點S和D進行DATA-ACK（數(shù)據(jù)確認）過程，然后再次進入睡眠狀態(tài)。

2）CT傳輸情況：與SCT-MAC相同，使用一個協(xié)調(diào)節(jié)點來使（傳輸）范圍翻倍。以圖4（b）中的拓撲結構為例，在CT交匯時間內(nèi)，節(jié)點S向兩跳之外的目的節(jié)點D發(fā)送一個SF。招募的協(xié)調(diào)節(jié)點C在下一時隙期間于SIFS之后向節(jié)點D發(fā)送SF?；谧畲蟊壤M合準則（MRC）對SF解碼后，節(jié)點D向源節(jié)點S發(fā)送一個包含Nnon-CT和NCT的SF。因為目的節(jié)點傳輸時沒有使用CT傳輸，所以該SF必須由源節(jié)點的單跳母節(jié)點轉發(fā)（將被保護的節(jié)點P）。接收到轉發(fā)來的SF后，源節(jié)點S和協(xié)調(diào)節(jié)點C將會根據(jù)式（1）調(diào)度一個喚醒時間。然后，在數(shù)據(jù)周期內(nèi)的喚醒時間，源節(jié)點S在首個時隙期間發(fā)送數(shù)據(jù)報文，由節(jié)點C在第2個時隙期間于SIFS之后對該報文進行解碼和轉發(fā)。在根據(jù)MRC準則解碼CT報文時，兩跳目的節(jié)點D通過兩跳方式向節(jié)點S傳輸ACK。同時，由節(jié)點P代表節(jié)點D轉發(fā)ACK。為了避免監(jiān)聽節(jié)點S和C的數(shù)據(jù)報文，節(jié)點P應該在節(jié)點D傳輸ACK前調(diào)度一個喚醒時間Tp，即Tp=TWakeup+2Tpkt+2SIFS。因此，本文無法完全避免使用將被保護的節(jié)點P，只使用該節(jié)點進行控制報文的轉發(fā)，其他情況下允許其進入睡眠狀態(tài)。

CT和非CT重傳包括SF握手重試和數(shù)據(jù)傳輸。前一種情況發(fā)生于調(diào)度周期內(nèi)，可以進行多次嘗試直至到達周期的邊界。然而，如果SF握手成功但是被調(diào)度的數(shù)據(jù)傳輸在數(shù)據(jù)周期內(nèi)失敗，則節(jié)點必須等待下一工作循環(huán)。

2.5單跳節(jié)點處理及向Slnk快速轉發(fā)

因為與Sjnk相距單跳距離的節(jié)點的調(diào)度具有正交性（因為它們互相位于對方的干擾范圍內(nèi)），所以它們可在分裂時間（sp1jt tjme）內(nèi)見到Sjnk，因此可向源節(jié)點直接發(fā)送回復SF，而不是使Sjnk通過兩跳方式向源節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)。有3種類型的流量可能會通過單跳節(jié)點，如圖4所示：圖（a）和（b）中以自己作為MAC層目的地的非CT傳輸和CT傳輸，圖（c）中從其葉節(jié)點直接傳向Sjnk的CT傳輸。在前兩種情況下，節(jié)點多預留一個Tnon-CT，用于立刻把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)往Sjnk。在第3種情況下，它代表Sjnk回復SF。

圖4　單跳節(jié)點的流量

3　仿真實驗

下面給出了NS-2.29的仿真實驗對ODSC-MAC協(xié)議的詳細評估結果。假設有100個隨機拓撲結構，50個節(jié)點隨機部署于1 000m*1 000m面積上。Sjnk位于中心。與SCT-MAC 和DW-MAC不同，使用隨機相關事件（RCE）流量模型分析ODSC-MAC，以模擬空間相關事件觸發(fā)的突發(fā)流量。每200秒隨機選擇事件位置。以事件位置為中心、半徑為R的圓內(nèi)的每個節(jié)點生成一個報文發(fā)給Sjnk。半徑R逐漸增加，以便向網(wǎng)絡輸入更多流量。表1給出了主要仿真參數(shù)。節(jié)點的初始能量為50J，Sjnk沒有能量約束。路由層使用最小距離指標，路由層的能耗忽略。同時，還忽略ODSC-MAC協(xié)議在構建永久型調(diào)度時網(wǎng)絡初始化階段的能耗。將ODSC-MAC協(xié)議與合作式協(xié)議SCT-MAC［7］和非合作式占空比協(xié)議DWMAC［4］進行比較。

3.1網(wǎng)絡壽命評估

本節(jié)評估了不同協(xié)議的網(wǎng)絡壽命。網(wǎng)絡壽命定義為首個節(jié)點死亡時成功發(fā)送到Sjnk的報文數(shù)量。圖5給出了事件感知范圍R上升時，平均壽命的增長情況，此時置信區(qū)間為95%（它們非常?。?。研究發(fā)現(xiàn)，ODSC-MAC的壽命遠優(yōu)于SCT-MAC和DW-MAC。例如，當R=400 m時，ODSC-MAC的平均壽命比SCT-MAC高77.8%。這是因為雖然進行CT傳輸，但是ODSC-MAC花費在空閑偵聽上的時間很少。當流量增加時，交錯的占空比降低了多個節(jié)點競爭媒介的沖突現(xiàn)象。

表1　仿真參數(shù)

圖5　網(wǎng)絡壽命與事件感知范圍的關系

圖6以很小的標度給出了3種協(xié)議的平均輸送比，置信區(qū)間為95%。除了輸送比最高外，ODSC-MAC對所有事件感知范圍的置信區(qū)間也最小。

圖6　輸送比與事件感知范圍的關系

3.2殘余能量情況

本節(jié)給出在事件感知范圍為100 m和300 m條件下，首個節(jié)點死亡時網(wǎng)絡中所有節(jié)點的殘余能量情況。圖7表明，SCT-MAC協(xié)議使Sjnk周圍有大量能量未被利用。這是因為SCT-MAC協(xié)議的調(diào)度要求節(jié)點在母節(jié)點和兩跳母節(jié)點調(diào)度時喚醒，以便支持CT傳輸，因此距離Sjnk較遠的節(jié)點需要維護多達3個喚醒調(diào)度，消耗的能量大于空閑偵聽時的能耗。從圖7中還可以看出，DW-MAC的殘余能量比較均衡，因為所有節(jié)點調(diào)度經(jīng)過同步，所以許多能量消耗于空閑偵聽時的調(diào)度周期及信道競爭。另一方面，ODSC-MAC的能量之所以比SCT-MAC均衡，是因為節(jié)點需要在線維護一個永久調(diào)度并管理多個臨時調(diào)度，因此針對可能發(fā)生的CT流量而花費的空閑偵聽時間有所降低。

圖7　當首個節(jié)點的能量耗盡時網(wǎng)絡的殘余能量情況

3.3飽和壽命

為了量化CT傳輸對ODSC-MAC協(xié)議的影響，將感知范圍從100m增加到1 200 m，然后比較ODSC-MAC協(xié)議支持CT傳輸和不支持CT傳輸時的壽命（置信區(qū)間為95%）。“不支持CT傳輸”是指，按照第2節(jié)內(nèi)容進行占空比分配，但是每個報文必須進行非CT傳輸。當感知范圍為1 200 m時，幾乎每個節(jié)點均將進行周期性傳輸，因此有50個數(shù)據(jù)流發(fā)往Sjnk，大大增加了網(wǎng)絡負載。從圖8中可以發(fā)現(xiàn)，感知范圍到達600 m之前出現(xiàn)上升趨勢后，壽命開始緩慢降低，直至到達穩(wěn)定水平。Bjanchj等人研究［8］發(fā)現(xiàn)，在WIFI網(wǎng)絡中當流量增加時吞吐量有類似趨勢。類似地，本文將該穩(wěn)定水平定義為網(wǎng)絡飽和壽命。圖8表明，即使在兩種情況下細致設計了占空比調(diào)度且考慮了CT傳輸?shù)耐ㄐ砰_銷，與非CT傳輸相比，CT傳輸仍然會增加飽和壽命。

圖8　飽和壽命：CT模式和非CT模式

圖9　CT取消頻率

3.4CT傳輸控制握手導致的實際缺陷

圖9給出了事件感知范圍為200 m和600 m時，每個源節(jié)點的CT取消頻率。請注意，Sjnk周圍的單跳節(jié)點無需初始化CT傳輸。當網(wǎng)絡中的流量負載較高時，CT取消的頻率顯著上升。這一現(xiàn)象有兩個原因：1）若網(wǎng)絡負載較大，則CT交匯期間進行CT數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度時SF握手的沖突加劇。沖突既來自于非CT握手競爭也來自于CT握手競爭。2）當我們?yōu)榱说竭_CT交匯處而部署明確的喚醒請求/回復步驟時，由于存在競爭，導致該喚醒步驟發(fā)生故障的頻率加劇。因此，必須放棄CT傳輸企圖，然后采用非CT傳輸。

4　結　論

本文提出一種按需占空比MAC協(xié)議（ODSC-MAC）以支持REACT協(xié)議；該協(xié)議利用網(wǎng)絡層的CT傳輸范圍擴展來解決多跳WSN網(wǎng)絡的能量空洞問題。通過綜合利用在線調(diào)度和CT傳輸范圍擴展機制，解決了多跳WSN網(wǎng)絡進行CT傳輸時的時空挑戰(zhàn)，顯著延長了網(wǎng)絡壽命。即使考慮控制報文的能量，支持REACT的ODSC-MAC協(xié)議仍然可將網(wǎng)絡壽命提升80%左右。

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Research on an energy-savlng on-demand schedullng cooPeratlve MAC Protocol ln wlreless sensor networks

WEI Xjao-wej
（Department of Information Engineering，Shaanxi College of Communica Technology，Xi'an 710018，China）

Abstract:The energy ho1e prob1em 1jmjts the 1jfetjme of battery powered mu1tj-hop wjre1ess sensor networks（WSNs）. To so1ve thjs prob1em，An On-demand Schedu1jng Cooperatjve MAC protoco1（ODSC-MAC）js proposed. By combjnjng an on-demand strategy and sensor cooperatjon jntended to extend range，OSC-MAC tack1es the spatjo-tempora1 cha11enges for performjng cooperatjve transmjssjon（CT）jn mu1tj-hop WSN，to pro1ong the 1jfetjme of the network. In addjtjon，we use orthogona1 and pjpe1jned duty-cyc1e schedu1jng for reducjng the traffjc contentjon，and devjse a reservatjon-based wake-up scheme to brjng cooperatjng nodes jnto temporary synchrony to support CT range extensjon. Compared wjth exjstjng MAC protoco1s，our NS-2 sjmu1atjons wjth REACT show that whj1e we exp1jcjt1y account for the overhead of CT and practjca1 faj1ures of contro1 packets jn dense traffjc，OSC-MAC stj11 gjves a1most 80%jncrease jn network 1jfetjme.

Key words:wjre1ess sensor networks；energy ho1e；cooperatjve transmjssjon；on-demand schedu1jng

中圖分類號：TN92

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6236（2016）07-0096-05

收稿日期：2015-04-08稿件編號：201504065

作者簡介：衛(wèi)小偉（1975—），男，陜西西安人，博士，副教授。研究方向：無線傳感網(wǎng)、移動計算。