Es ist tatsächlich möglich, schlafende Knoten zuzulassen, ohne dass eine Zeitsynchronisation erforderlich ist. Die Grundidee besteht darin, eine Nachricht mehrmals zu senden, bis der Knoten schließlich aufwacht. Es gibt natürlich viel Raum für eine clevere Optimierung, daher gibt es Hunderte von MAC-Layer-Ansätzen, die auf dieser Idee basieren.
Da Ihre Frage jedoch speziell nach MAC-Schichten fragt, bei denen ein Knoten im Voraus weiß, wann er senden muss, dh nach TDMA (Time Division Multiple Access), werde ich mich auf diese Ansätze konzentrieren.
Wie Sie bereits erwähnt haben, ist ein Problem die Taktdrift, sodass die Geräte regelmäßig zur Zeitsynchronisation aufwachen müssen. In den typischen drahtlosen Kurzstreckenanwendungen, über die wir sprechen, ist die Signalausbreitungsdauer selbst über einen einzelnen Hop kein großes Problem. Es reicht also aus, dass ein zentraler Koordinator ein Beacon einschließlich der aktuellen Zeit in regelmäßigen Zeitintervallen sendet, die den Knoten bekannt sind.
In einem Multi-Hop-Netzwerk wird es komplizierter. Das Weiterleiten des Beacons funktioniert nicht, da die Latenz zu hoch ist. Die Lösung besteht darin, dass mehrere (wenn nicht alle) Knoten Beacons senden, dh ein Beacon von einem Knoten empfangen, der näher am Koordinator liegt, die eigene Taktdrift damit korrigieren und ein eigenes Beacon mit der korrigierten Zeit senden. Sie müssen nur vermeiden, Kreise zu bilden (dort gewesen, das getan ...).
Da jetzt jeder Knoten im Netzwerk den gleichen Zeitbegriff hat, gibt es ein zweites Problem: Woher weiß ein Knoten, wann er zum Senden oder Empfangen aufwachen sollte? Grundsätzlich gibt es vier Ansätze, die auch kombiniert werden können:
Gemeinsamer Steckplatz : Alle Knoten werden gleichzeitig aktiviert und verwenden eine konkurrenzbasierte Zugriffsmethode, um ihre Pakete zu übertragen. Vorteil : Einfach (wenn Sie wissen, wie CSMA / CA ausgeführt wird). Nachteil : Kollisionsanfällig, geringerer Durchsatz.
Vordefiniert : Für eine begrenzte Anzahl von Knoten können Sie den Knoten einfach feste Steckplätze zuweisen. Beispielsweise kann Knoten 2 im ersten Zeitschlitz an Knoten 1 und Knoten 3 im zweiten Zeitschlitz an Knoten 2 senden. Vorteil : Spezielle Slots und keine Kollisionen. Nachteil : Die Topologie muss repariert werden (sehr schwierig in drahtlosen Maschennetzwerken).
Zentralisiert : Ein zentraler Koordinator fordert von den Knoten Informationen zur Topologie an, berechnet einen globalen Zeitplan und verteilt ihn erneut an die Knoten. Vorteil : Keine vordefinierte Topologie erforderlich. Nachteil : Skaliert schlecht und ist anfällig für Topologieänderungen (der gesamte Prozess muss neu gestartet werden).
Dezentral : Zwei Knoten, die kommunizieren möchten, verhandeln den Steckplatz selbst. Es ist ziemlich komplex, weil sie sicherstellen müssen, dass keine benachbarten Geräte gleichzeitig senden. Vorteil : Skaliert gut, da die Verhandlung lokal ist. Nachteil : Komplex zu implementieren.
Der Standard IEEE 802.15.4 enthält zwei verwandte Techniken, die derzeit viel Aufmerksamkeit in der Forschung finden: TSCH und DSME.
TSCH selbst ist ziemlich einfach. Es löst nur das Problem der Zeitsynchronisation, lässt jedoch das Problem der Steckplatzzuweisung für eine obere Schicht. Es gibt 6TiSCH, das versucht, diese Lücke zu schließen, aber es ist noch in Arbeit. Es gibt Implementierungen, die beispielsweise in Contiki oder OpenWSN enthalten sind .
DSME bietet dagegen bereits einen Mechanismus für die dezentrale Slot-Aushandlung. Wir haben tatsächlich eine Open-Source-Implementierung namens openDSME erstellt . Während es ein Video-Tutorial zum Ausführen einer Simulation gibt, ist die Hardware-Implementierung leider immer noch nicht dokumentiert. Stellen Sie eine andere Frage oder kontaktieren Sie uns direkt, wenn Sie sie verwenden möchten.
