Control de acceso a medios de sensores

Los nodos sensores pueden entrar en modo de espera, en el que todos los componentes se apagan excepto el reloj. Durante esta fase de reposo, su consumo energético es mínimo, pero permanecen inactivos y, en particular, no pueden recibir mensajes. S-MAC asigna a los nodos sensores una rutina diaria fija con ciclos regulares de activación y desactivación. Para garantizar una comunicación segura durante el periodo de actividad, es recomendable que el mayor número posible de nodos siga esta misma rutina.

Las rutinas diarias se coordinan mediante impulsos de sincronización (SYNC), mensajes cortos con el siguiente contenido: "Son las ... en punto. Voy a dormir en x segundos". Tras encenderse, cada nodo sensor espera un mensaje SYNC de otro nodo. Si no lo recibe, envía uno después de un intervalo de tiempo aleatorio. Quien recibe un SYNC se adapta a la rutina diaria especificada en él. Si fue el primer SYNC recibido, determina la diferencia horaria d entre su hora actual y la hora del mensaje y envía un nuevo SYNC con el siguiente contenido: "Son las ... en punto. Voy a dormir en x - d segundos". Cada nodo recuerda las rutinas diarias de sus nodos vecinos para establecer contacto, interrumpiendo su propia rutina diaria si es necesario.

Dado que varios pulsos de sincronización pueden iniciarse simultáneamente o en momentos distintos en diferentes extremos de la red, esta puede dividirse en grupos que siguen ritmos diurnos y nocturnos diferentes. Los nodos sensores se ubican en los límites de estos grupos, siguiendo las rutinas diarias de todas las redes vecinas. Si bien esto garantiza la comunicación entre los grupos de nodos, como los nodos de frontera tienen periodos de actividad más prolongados que los nodos internos, consumen más energía y fallan antes.

Incluso los relojes electrónicos nunca están completamente sincronizados. Por lo tanto, es necesario evitar que se desfasen gradualmente mediante pulsos de sincronización renovados. Para lograrlo, S-MAC divide la fase de activación en dos subfases: la primera, más corta, se destina al envío y la recepción de mensajes de sincronización, y la segunda, más larga, al intercambio de datos propiamente dicho.

Los pulsos de sincronización, que se renuevan con frecuencia, también permiten añadir nuevos nodos a la red durante el funcionamiento continuo. Estos nodos reciben una señal SYNC de la red existente y se adaptan al horario diario recibido.

Los problemas de comunicación en las redes informáticas provocan pérdida de datos y desperdicio de energía, por lo que deben evitarse. El esquema de encuentro de S-MAC reduce intrínsecamente el problema de las estaciones ocultas; a continuación se describen otros componentes del protocolo para evitar interferencias.

Las colisiones de datos ocurren cuando dos nodos transmiten simultáneamente a través del mismo medio de comunicación: las señales se superponen y ambos mensajes se vuelven inutilizables. Para evitar colisiones, S-MAC se basa en la detección de portadora física y virtual , es decir, la capacidad de excluir la ocupación del medio de comunicación antes de la transmisión. La detección de portadora física se refiere a la intercepción breve del medio para descartar cualquier otro uso, mientras que la detección de portadora virtual se refiere a la anticipación de otras comunicaciones en función de las solicitudes de transmisión previamente anunciadas.

La comprobación de portadora virtual también evita la escucha indebida. Al escuchar indebidamente, un nodo desperdicia energía al oír datos que no le corresponden y con los que no puede hacer nada. La comprobación de portadora virtual se implementa comunicando simultáneamente la longitud del mensaje que se va a enviar en cada solicitud de envío. Los nodos que escuchan pueden deducir, a partir de esto, cuánto tiempo estará ocupado el medio de comunicación tras el inicio de la transmisión de datos y pueden entrar en modo de suspensión durante ese tiempo. Esto se implementa con la ayuda de un vector de asignación de red (NAV). El NAV se establece al valor especificado en la solicitud de transmisión y se va decrementando gradualmente mediante un temporizador. Si el NAV llega a 0, el medio está libre según la detección de portadora virtual y el nodo se activa. Tras confirmar la detección de portadora física, el nodo puede entonces iniciar su propia transmisión de datos.

En las redes informáticas, es común dividir las grandes unidades de datos contiguas en pequeños paquetes o fragmentos . Si se produce un error al transmitir una unidad de datos grande, se deben reenviar todos los datos; si el error de transmisión se produce en un paquete, basta con repetir el fragmento de datos individual. Este enfoque también se sigue con S-MAC. Normalmente, el esquema de encuentro se aplicaría a nivel de paquete, es decir, cada paquete individual se confirmaría con un conjunto completo de mensajes de encuentro RTS, CTS y ACK. Esta sobrecarga innecesaria se reduce en S-MAC al enviar todos los paquetes contiguos uno tras otro, de modo que solo se requiere un RTS y un CTS por unidad de datos completa.

El receptor confirma cada paquete recibido con un ACK, y si no lo recibe, el remitente repite el último fragmento. También sería posible limitar esto a un único ACK al final del mensaje, pero los desarrolladores lo han descartado deliberadamente para garantizar la seguridad frente al error de comunicación de Hidden Station : el envío continuo de ACKs impide que los nodos del entorno del receptor inicien una comunicación, incluso si desconocen el intercambio RTS-CTS entre las partes comunicantes. Para una mayor mejora, S-MAC recomienda que la duración restante prevista del intercambio de datos también se especifique en cada paquete y ACK; de esta forma, los nodos recién añadidos o activados incorrectamente pueden volver al modo de suspensión.