PAMAS協定

PAMAS（Power Aware Multi-Access Protocol with Signaling）協定是一種專為自組網設計的節能MAC協定。PAMAS的主要措施是在節點不需要參與通信的空閒時期儘量保持關機狀態，以達到節省能量的目的，同時通過傳送忙音信號防止數據分組在接收結點處的衝突。

基本介紹

• 中文名：帶信令的功率感知多址接入協定
• 外文名：Power Aware Multi-Access Protocol with Signaling
• 外語縮寫：PAMAS
• 類型：功率控制類MAC協定

產生背景

自組網中的節點接收信息包括兩種情況，一種是接收發給自己的信息；另一種是接收發給其他節點的信息，也就是所謂的幀聽。幀聽對於自組網中某些MAC協定是不可缺少的功能，例如，對於MACA類MAC協定技術就是如此。但是，不斷地幀聽消耗了大量的電能，而在有些場合下，並不需要幀聽，例如，在MAC中，已開始數據傳輸後，幀聽就是沒有必要的。一種節能的思路就是，當節點既不需要傳送也不需要接受時，就讓節點處於關機狀態以節能。PAMAS協定技術這樣一種專為自組網設計的節能MAC協定。

基本思想

PAMAS把物理信道劃分為獨立的控制信道和數據信道，分別用於傳送控制分組和數據業務分組。PANAS是MACA協定的一種改進，其基本的業務接入過程與MACA一樣，仍採用了RTS-CTS握手機制，只有在收發雙方握手互動成功後才能傳送數據，只是RTS和CTS在控制信道傳送。同時，PAMAS中還使用了忙音信號，接收節點在收到數據分組的同時開始在控制信道上傳送一段時間的忙音信號，這樣可以保護數據分組，防止隱藏終端的傳送造成的衝突，這種做法類似於BTMA協定。

PAMAS通過關機避免不必要的幀聽來節省能量。同時，PAMAS協定希望在採用關機措施時能夠保證性能不下降。

關鍵技術問題分析

在使用關機來節能的MAC協定中，何時關機和關機多長時間是兩個需要重點回答的問題。在PAMAS中，採用分散式方式確定關機時刻和關機的時間長度。

下面通過簡單地分析節點可能面臨的接收、傳送情況來確定何時關機。如果節點的某個一跳鄰節點正在接收數據，則節點不能傳送；如果節點的某個一跳鄰節點在傳送數據，且目的節點又不是本節點，則節點不能接收自己的信息；如果節點的某個一跳鄰節點在傳送數據，而另一個一跳鄰節點在接收數據，則節點既不可以傳送也不可以接收。綜合上述情況，對於節點既不能傳送也不能接收的情況，就應當關機節能；對於能夠傳送，不能接收的情況，如果傳送佇列為空，則也應當關機節能；對於能夠接收的情況，關機可能會造成丟失數據，增大延遲。

PAMAS算法希望能夠保證在引入關機節能機制以後，吞吐和延遲性能不下降。因此，在PAMAS算法中關機的準則是：（1）如果節點沒有數據可傳送，同時又有鄰節點正在傳送，則這個節點要關機；（2）如果節點有鄰節點正在傳送，同時又有鄰節點正在接收，無論這個節點是否有數據可傳送，該節點都要關機。

在明確了何時能夠關機後，另一個問題就是應當關機多長時間。直觀地看，當兩個關機條件不滿足時，節點就應當處於喚醒狀態。如果節點無分組要傳送，這個節點在其他節點的傳送期內應處於關機狀態。PAMAS協定利用RTS、CTS或忙音中含有的傳送時間長度信息確定自己的關機時間長度。但是，在這個節點關機期間，可能會出現多個節點又開始傳送的情況。在這種情況下，當這個節點開機後，就無法知道這些節點剩餘的傳送時間有多長。PAMAS協定利用與其他正在傳送節點在控制信道上互動控制分組的方式確定最長的傳送時間，從而確定自己的關機時間。如果節點傳送佇列不空，那么節點關機時間應當等於正在接收的鄰節點的傳輸時間，它同樣可以從控制信息中獲得。當這個節點被喚醒時，無論是否有其他鄰節點在接收，它都發出RTS信息。如果有鄰節點正在接收，這些鄰節點回復含有剩餘傳輸時間長度信息的忙音，這些忙音信號使得這個節點不能傳送，又進入關機狀態。如果忙音發生衝突，則該節點也需要通過在控制信道上互動控制信息來確定關機時間長度。

算法描述

圖1-1給出了PAMAS協定的狀態轉移圖。從圖中可以看出，一個節點可能處於以下6個狀態中的任何一個：Idle、Await CTS、BEB(Binary Exponential Bakeoff)、Await Packet、Receive Packet以及Transmit Packet。在這個狀態圖中，狀態選擇與轉移的規則是：

圖1-1PAMAS協定狀態轉移圖

1、當節點既不正在接收，也不正在傳送時，處於Idle狀態。

2、當節點得到了一個數據包需要傳送時，則傳送一個RTS訊息從Idle狀態進入Await CTS狀態。

3、如果所等待的CTS在預設的時間內沒有到達，則此節點從Await CTS狀態進入BEB狀態。

4、如果CTS在預設的時間內到達，則該節點從Await CTS狀態進入Transmit Packet狀態，開始傳送數據。

5、接收節點在發完CTS後進入Await CTS狀態。

6、如果數據包到達，接收節點將在控制信道上傳送忙音，並進入Receive Packet狀態。

7、如果數據包沒有在預定時間內到達，接收節點將返回Idle狀態。

當一個節點接收到一個RTS分組後，如果沒有其他鄰節點處於Transmit Packet狀態和Await CTS狀態，則該節點回復CTS。傳送節點接收到CTS後，開始在數據信道傳送數據。接收節點開始接收到數據時，在控制信道上傳送忙音，忙音長度要求至少是CTS長度的兩倍。如果接收節點在接收過程中在控制信道上幀聽到RTS或者“噪聲”（表示有多個控制信息在傳送），則該節點又傳送忙音，以阻止其他節點傳輸。

總結

在採用關機解決自組網節能問題時，必須考慮對時延和吞吐量的影響，在節能儘可能高的情況下，使對吞吐和時延的影響降到很小。PAMAS協定的優點就在於這裡，根據仿真分析，在稀疏網路中，至少節能10%，而在全互連網路中，節能可達70%，並且對時延和吞吐量沒有影響。