DMAC协议
MAC层协议1解读
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面临的挑战：
* 要求严格的时间同步，这对计算和 处理能力有限的传感器节 点是个难题 * 要求能够根据节点的需求进行时隙分配调度，这就要求有完 善的调度算法 * 扩展性不好，一旦帧长度和时隙分配算法确定就很难调整， 对于网络拓扑的适应性较差
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基于分簇网络的MAC协议
将传感器节点分簇，簇首节点进行数据融合后把 聚集的数据传送给汇聚节点。这种方式能满足传 感器网络的可扩展性，有效的维持传感器节点的 能量消耗，从而延长网络生命周期
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协议通信配置
采用了基于二跳簇的网络拓扑结构，在簇首节点与汇 聚节点的通信采用 FDMA （频分多址）编码。在同一 簇内，簇内节点和簇首节点的通信被分为交替循环的 两个阶段
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随机访问阶段
在随机访问阶段, 簇内节点采用CSMA /CA机制实现与 簇首节点建立通信连接, 实现无线信道的共享。 簇内节点在发送数据包之前, 先发送请求帧, 簇首节点 收到请求帧后发送清除帧进行应答, 簇内节点根据自己 采集的信息流量, 向簇首节点发送携带自己节点编号ID 和信息流量大小的预约信息数据包。当簇首节点收到 数据包后, 向簇内节点广播一个应答帧( ACK )确认数 据包已被正确接收。簇内其它节点侦听到请求帧或者 清除帧后等待直到本次数据包发送完成然后再次竞争 信道。利用CSMA /CA 机制, 簇首收到全部簇内节点 发送的数据包后, 通过分析各簇内节点需要发送的信息 流量大小建立信息调度访问列表, 该调度访问列表决定 了簇内各节点在调度访问阶段的工作时隙段。
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基于分簇的MAC协议中，节点的状态有四种：感知状 态、转发状态、感知并转发状态以及休眠状态。 周期性的将时间帧分为四个阶段：
网络名词解释和简答
并非标准，仅供参考！！名词解释：1、计算机网络：以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合2、网络拓扑：网络拓扑是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，特别是计算机分布的位置以及电缆如何通过它们3、网络协议：为网络数据交换而制定的规则，这些规则明确规定了所交换数据的格式以及相关的同步问题。
4、计算机网络体系结构：是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。
5、拥塞：拥塞是指到达通信子网的信息量过大，超出了网络所能承受的能力，导致网络性能下降的现象6、冲突窗口：是指从数据发送开始到网络上最远的两个站之间信号传播时延的两倍止的时间区间。
7、基带传输：信号以其基带进行的传输，一种不搬移基带信号频谱的传输方式。
8、全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息。
9、虚拟局域网：按照某种要求由一些局域网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
10、虚电路：在分组交换散列网络上的2个或者多个端点间的链路。
11、广域网：连接2个以上的局域网，是互联网的核心部分，任务是远距离传输主机发送的数据。
12、自治系统：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和类同的度量以确认分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由。
13、路由选择：决定进去节点的分组应从哪条输出线输出，也就是生成节点的输出线选择表。
按照复杂的分布式算法根据从各相邻的路由器所得到的关于整个网络拓扑的变化情况，动态的改变所选路由。
14、网际互联：利用网络互连设备及相应的技术措施和协议把2个以上的计算机网络连接起来，实现计算机网络之间的通信。
15、多协议路由器：同时运行不同类型协议的路由器，具有处理不同协议分组的能力，为不同的协议建立和维护不同的路由表。
16、传输延时：主机或者路由器发送数据帧所需要的时间。
17、URL：统一资源定位符，是在互联网上唯一确定资源位置的方法。
负责标识万维网上的各种文档，并使每个文档在真个万维网范围内具有唯一的标识符。
无线传感器网络原理及方法第五章
5.4.5 DMAC
传感器网络中一种重要的通信模式是多个传感器节点向一个汇 聚节点发送数据。所有传感器节点转发收到的数据，形成一个以汇聚 节点为根节点的树型网络结构，称为数据采集树(data gathering tree)。DMAC协议就是针对这种数据采集树结构提出的，目标是减少 网络的能量消耗和减少数据的传输延迟。 DMAC协议的核心思想是采用交错调度机制。 DMAC协议采用ACK应答机制，发送节点如果没有收到ACK应答， 要在下一个发送时间重发。节点正确接收到数据后，立刻发送ACK消 息给发送数据的节点。为了减少发送数据产生的冲突，节点在等待固 定的后退时间(backoff period，BP)后，在冲突窗口(content window，CW)内随机选择发送等待时间。接收节点在发送ACK消息时， 采用短时间段(short period，SP)的固定延迟。
站点A
站点B
站点
图5-6隐蔽终端问题
NAV等待时间（延迟接入信道）
图5-7
RTS/CTS访问机制
3．退避算法
对于要发送帧的STA而言，当该STA通过物理或虚拟载波机制
发现媒质忙时，或STA被指出发送没有成功时，STA将调用退避算 法。退避算法过程如图5-8所示 。
DIFS 节 点 A 节 点 B 节 点 C 推 迟 节 点 D 推 迟 节 点 E 退 避时 间 帧 剩 余 退 避 时 间 帧 竞 争 窗 口 帧 推 迟 帧 推 迟
5.4.1基于分簇网络的MAC协议
对于分簇结构的传感器网络，基于TDMA机制的MAC协议如图 5-17所示，所有传感器节点同时划分或自动形成多个簇，每个簇 内有一个簇头节点。簇头负责为簇内所有传感器节点分配时槽， 收集和处理簇内传感器节点发来的数据，并将数据发送给汇聚节 簇3 点。 汇聚节点
协同作战信息系统（CEIS）网络管理研究
协同作战信息系统（ＣＥＩＳ）网络管理研究务发送至数据层。
反过来，数据包处理单元Ｉ还需要将本结点的传感器数据和拓扑信息打包在一起，对随机业务和ＴＤＭＡ时隙表也要分类打包，暂存在业务数据缓存中，在相应的时隙发送出去。
（３）ＴＤＭＡ层和物理层ＴＤＭＡ层和物理层相当于通信单元。
其中，ＴＤＭＡ执行器相当于结点控制模块，天线控制器和物理层的收发信机模块相当于测角平台模块和通信处理模块。
数据包处理单元ＩＩ执行数据处理器的“配对”功能，以下详述。
接收数据时，ＴＤＭＡ层根据本层的ＴＤＭＡ时隙表从物理层接收数据包，直接送往网络层的数据包处理单元Ｉ，供其分析和解包。
发送数据时，网络层打包好各类业务数据，先暂存在数据包处理单元ＩＩ的缓冲器中，按照一定次序和优先级排队（称此过程为“配对”），在ＴＤＭＡ时隙表的对应时隙向物理层发送数据包。
此外，ＴＤＭＡ执行器会根据时隙表在对应的时隙设定好天线的物理参数，以保证数据包的正确定向传输。
３．４．２仿真模型搭建图３．１４是ＣＥＩＳ网络在ＯＰＮＥＴｌ０．５平台下的网络仿真实例【１６】。
为了与实际场景一致，在仿真中我们设置ＣＥＩＳ结点分布在一个半径为１０ｋｉｎ的圆形区域内，结点定向天线的波束覆盖范围为１０ｋｉｎ。
在该区域中，结点满足端到端两跳的要求（即由一个结点到另一个结点最多经过一个结点作为中继）。
由若干个ＣＥＩＳ结点随机分布构成一个ＣＥＩＳ网络，结点间通过无线定向链路互相通信。
需要注意的是，在实际仿真中ＣＥＩＳ网络的规模（如结点数）和天线的波束宽度均是可变的。
图３．１４２０结点组成的ＣＥＩＳ网络实例第三苹ＣＥＩＳ网络管理方案详细设计２３图３．１４画出的是一个由２０结点组成的ＣＥＩＳ网络组网情况，其余数目结点的情况与之类似。
设定该情况下定向天线的波束宽度为６０度，每个结点具备两付天线，用定向天线发射数据，用全向天线接收数据。
为了避免某结点接收到由该结点发射天线发出的信息，仿真中需要在结点周围增加“接收主询”。
DMAC
判断剩余传输量是否小于FIFO长度 小于该长度则AT91F_Prepare_Multiple_Transfer最后descriptor 否则AT91F_Prepare_Multiple_Transfer置descriptor到下一个LLI fifoForP，缓冲地址是否自增 DMA_DisableChannel DMA_SetSourceAddr DMA_SetDestinationAddr DMA_SetDescriptorAddr DMA_SetSourceBufferSize DMA_SetDestBufferMode DMA_SetConfiguration 循环到目标地址>初始目标地址+传输长度 判断剩余传输量是否小于FIFO长度 小于该长度则AT91F_Prepare_Multiple_Transfer最后descriptor 否则AT91F_Prepare_Multiple_Transfer置descriptor到下一个LLI
传感网的概念
1、传感网的概念：就是由部署在监测区域内，由大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。
传感器网络的三个要素：传感器、感知对象和观察者2、传感网的研究与发展：答：传感器网络的研究起步于20实际90年代末期。
从21世纪开始，传感器网络引起了学术界、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。
1、在军事领域：美国国防部和各军事部门焦躁开始启动传感器网络的研究。
2、在民用领域：美国交通部1995年提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。
3、学术界：美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划。
4、我国2004年起有更多的院校和科研机构加入到领域的研究工作中去。
3、传感网的关键技术与特点：答：WSN的关键技术：网络拓扑控制、网络协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、数据管理、无线通信技术、嵌入式操作系统、应用层技术。
特点：大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠性网络、应用性相关的网络、以数据为中心的网络。
4、传感网的主要应用领域答：军事应用，环境观测和预报系统，医疗护理，智能家居，建筑物状态监控，其他方面的应用（如空间探索，智能尘埃等）。
1、物理层特点：功耗分布答：传感器节点的限制：电源能量有限，通信能力有限，计算和存储能力有限。
频率分配：由于在6GHz以下频段的波形可以进行很好的整形处理，能较容易地滤除不期望的干扰信号，所以当前大多数射频系统都是采用这个范围的频段。
物理层设计考虑：（1）低功耗问题。
（2）低发射功率和小传播范围。
（3）低占空系数问题。
大多数硬件应用在大部分时间内不工作或工作于低功耗的待机状态。
（4）相对较低的数据率。
一般来说每秒几十或几百kb。
（5）较低的实现复杂度和较低的成本。
（6）较小的移动程度。
2018_ch11_第十一章DMA和DMAC
D0
不用
0 0 0 1 1 1
0 选择通道0 1 选择通道1 0 选择通道2 1 选择通道3
清除DMA请求位 建立DMA请求位
微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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8)屏蔽寄存器
D7
D6
D5 不用
D4
D3
D2
D1 0
D0 通道选择 0 1 0 1 Channel 0 Channel 1 Channel 2 Channel 3
RD RB RA
微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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11.3.2 8237A的一般编程方法
微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC ¦
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例1（教材P353）：某系统使用1片8237A作为DMAC， 基地址为00H。要求利用通道0从外设读1024字节数据块 到内存以6000H开始的区域，每传完一个字节地址加1， 采用数据块连续传送方式，禁止自动预置、DREQ和 DACK高有效。 初始化程序如下：
Si
Si S0
S0
S1 S2
S3 S4
S2
S3
S4
Si
Si
A15~A8 有效地址 有效地址
8237A-5的DMA时序
教材P348
扩展写信号
微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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关于时序的几点讨论
微机原理与系统 第十一章 DMA和DMAC
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共用寄存器
命令寄存器； 状态寄存器 请求寄存器； 屏蔽寄存器
DMAC协议
DMAC协议在课堂上学习了竞争型的S-MAC协议以及分配型的SMACA协议，课下我通过查阅一些资料又了解到一种MAC协议——DMAC协议。
SMAC协议和TMAC协议一样，采用周期性的活动、睡眠策略来减少能量消耗，但会出现数据在转发过程中“走走停停”的数据通信停顿问题。
例如，通信模块处于睡眠状态的节点，如果检测到事件就必须等到通信模块转换到活动周期才能发送数据：中间节点要转发数据时，下一跳节点可能处于睡眠状态，此时也必须等待它转换到活动周期。
这种节点睡眠带来的延迟会随着路径上跳数的增加而成比例增加。
传感器网络中一种重要的通信模式是多个传感器节点向一个汇聚节点发送数据。
所有传感器节点转发收到的数据，形成一个以汇聚节点为根节点的树型网络结构，称为“数据采集树”。
这种数据采集树结构可以减少节点睡眠所带来的数据延迟和能量消耗。
DMAC协议就是针对这种“数据采集树”结构提出的，目标是减少网络的能量消耗和减少数据的传输延迟。
1. 基本思想DMAC协议的核心思想是采用交错调度机制。
下图所示为DMAC协议的交错调度机制示意图。
该机制将节点周期划分为接收时间、发送时间和睡眠时间。
其中接收时间和发送时间相等，均为一个数据分组的时间。
每个节点的调度具有不同的偏移，下层节点的发送时间对应上层节点的接收时间。
这样，数据能够连续地从数据源节点传送到汇聚节点，减少在网络中的传输延迟。
DMAC协议采用ACK应答机制，发送节点如果没有收到ACK应答，要在下一个发送时间重发，接收节点正确接收到数据后，立刻发送ACK。
为了减少发送数据的冲突，每个节点在发送数据之前先退避一个固定时间(Backoff Period，BP)，在冲突窗口(Content Window，CW)内随机选择发送等待时间。
接收到数据的节点在等待一个短周期(Short Period，SP)后回复一个ACK应答。
发送周期和接收周期的长度用表示：uBP+CW+DATA+SP+ACK 式中，DATA为数据包的传输时间，ACK为ACK帧的传输时间。
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DMA C、议
在课堂上学习了竞争型的S-MAC协议以及分配型的SMAC协议，课下我通过查阅一些资料又了解到一种MAO议一一DMA胁议。
SMAC、议和TMAC、议一样，采用周期性的活动、睡眠策略来减少能量消耗，但会出现数据在转发过程中“走走停停”的数据通信停顿问题。
例如，通信模块处于睡眠状态的节点，如果检测到事件就必须等到通信模块转换到活动周期才能发送数据：中间节点要转发数据时，下一跳节点可能处于睡眠状态，此时也必须等待它转换到活动周期。
这种节点睡眠带来的延迟会随着路径上跳数的增加而成比例增加。
传感器网络中一种重要的通信模式是多个传感器节点向一个汇聚节点发送数据。
所有传感器节点转发收到的数据，形成一个以汇聚节点为根节点的树型网络结构，称为“数据采集树”。
这种数据采集树结构可以减少节点睡眠所带来的数据延迟和能量消耗。
DMAC、议就是针对这种“数据采集树”结构提出的，目标是减少网络的能量消耗和减少数据的传输延迟。
1. 基本思想
DMA、议的核心思想是采用交错调度机制。
下图所示为DMAC、议的交错调度机制示意图。
该机制将节点周期划分为接收时间、发送时间和睡眠时间。
其中接收时间和发送时间相等，均为一个数据分组的时间。
每个节点的调度具有不同的偏移，下层节点的发送时间对应上层节点的接收时间。
这样，数据能够连续地从数据源节点传送到汇聚节点，减少在网络中的传输延迟。
DMAC、议采用ACK应答机制，发送节点如果没有收到ACK应答，要在下一个发送时间重发，接收节点正确接收到数据后，立刻发送ACK
樹陛结构
为了减少发送数据的冲突，每个节点在发送数据之前先退避一个固定时间
(Backoff Period，BP)，在冲突窗口(Content Window CW内随机选择发送等待时间。
接收到数据的节点在等待一个短周期(Short Period，SP)后回复一个ACK
应答。
发送周期和接收周期的长度用表示：
u BP+CW+DATA+SP+ACK
式中，DATA为数据包的传输时间，ACK为ACK帧的传输时间。
DMAC协议的具体实现是通过自适应占空比机制和数据预测机制来实现的。
以下详细介绍自适应占空比机制和数据预测机制
2. 关键技术
1) 自适应占空比机制
DMAC协议中，如果节点在一个发送周期内有多个数据包要发送，就需要该节点和树状路径上的上层节点一起加大发送周期占空比。
DMAC协议引入了一种
新的机制：自适应占空比机制，使占空比能自适应调整。
该机制通过在MAC!数据帧的帧头加入一个标记(More Data Flag)，设置为1表示发送节点还有数据需要发送；在ACK分组头中增加同样的标志位，设置为 1 表示接收节点准备好继续接收数据。
当收到下一跳节点发来标志设置为 1 的数据分组时，节点设置它的数据分组中的标志为1。
根据自适应占空比机制的规则，节点决定增加活动周期的条件是：节点发送了标志设置为1的数据分组，或者收到了标志设置为1的ACK分组。
自适应占空比机制的优点是，数据在传输路径上逐跳进行预约，从而能够提高网络的数据传输效率。
2) 数据预测机制
在数据采集树中，越靠近上层的节点，汇聚的数据越多，所以对数据的底层节点适合的占空比不一定适合中间节点。
比如节点A和节点B有共同的父节点C, 节点A和节点B在每个发送周期都只有一个数据包要发送。
如果节点A通过竞争获得了信道，就向节点C发送数据，节点C在接收到数据后向节点A发送一个ACK随后进入睡眠状态，这样就给节点B的数据带来了睡眠延迟。
DMAC协议引入了数据预测机制来解决此问题。
如果一个节点在接收状态下接收到一个数据包，该节点预测子节点仍有数据等待发送。
在发送周期结束后再等待个周期之后，节点重新切换到接收状态。
所有接收到该数据包的节点都执行这样一个操作，增加一个接收周期，在这个增加的接收周期中，节点如果没有接收到数据则直接转入睡眠状态，不会进入发送周期。
如果接收到数据，那么在个周期之后再增加一个接收周期。
在节点发送周期内，如果节点竞争信道失败，会接收到父节点发给其他节点的ACK那么节点就知道父节点在个周期后会增加一个接收周期，所以节点在睡眠个周期之后进入发送状态，在这个增加的发送周期内向父节点发送数据。
3. 特点
DMA协议具有如下特点：
DMAC、议是一种针对树状数据采集网络提出的能量高效、低延迟的MAC协议。
DMAC协议根据节点在数据采集树上的深度为节点分配交错的活动/睡眠周期，在占空比方式下避免了数据多跳传输中的睡眠延迟。
通过引入自适应占空比机制，DMAC协议能根据网络数据流量动态地调整占空比。
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