分簇无线传感器网络动态时隙分配MAC协议

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混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现【摘要】混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现是当前无线通信领域的研究热点之一。

本文首先介绍了研究背景、研究意义和研究目的，然后详细探讨了混合型分簇MAC协议的原理和优势。

接着分析了该协议的具体实现和在无线传感器网络中的应用，同时对其性能进行了评估。

结论部分讨论了潜在问题，提出了未来研究方向，并总结了本文的研究成果。

本文的研究为无线传感器网络中的通信协议设计提供了一定参考，有助于提高网络的整体性能和效率。

【关键词】无线传感器网络、混合型分簇MAC协议、实现、优势、应用、性能分析、潜在问题、未来研究方向、总结。

1. 引言1.1 研究背景无线传感器网络是一种由许多分布在空间中的传感器节点构成的网络系统，这些节点能够监测、控制或者记录环境中的各种物理量，并将这些信息传输至基站进行处理和分析。

目前，无线传感器网络广泛应用于农业、环境监测、智能交通等领域，为实现智能化、自动化提供了重要支持。

在传统的无线传感器网络中，通信协议起着至关重要的作用。

MAC（介质访问控制）协议作为无线传感器网络的基础协议之一，直接影响着网络的性能和能耗。

传统的MAC协议存在着节点能量消耗不均、网络拥塞、碰撞等问题，难以适应大规模、高密度的无线传感器网络需求。

研究混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现具有重要意义。

该协议结合了分簇式和非分簇式的优势，有效地解决了传统MAC 协议存在的问题，提高了网络的能效和性能。

通过对混合型分簇MAC 协议的研究，可以进一步推动无线传感器网络的发展，为各领域的应用提供更加可靠、高效的网络支持。

1.2 研究意义在无线传感器网络中，MAC（介质访问控制）协议起着至关重要的作用。

随着无线传感器网络中节点数量的增加和通信负载的增加，传统的MAC协议如CSMA/CA和TDMA等已经在一定程度上显现出了性能瓶颈。

对于无线传感器网络来说，设计一种适应大规模网络且具有高能效的MAC协议变得尤为重要。

面向物联网的无线传感网络MAC协议设计与优化

面向物联网的无线传感网络MAC协议设计与优化随着物联网的快速发展，无线传感网络（WSN）作为其中重要的组成部分，正扮演着收集、传输和处理物理环境数据的角色。

无线传感网络MAC（Medium Access Control）协议是实现无线传感网络可靠通信的关键技术之一。

本文将讨论面向物联网的无线传感网络MAC协议的设计与优化问题，并提出一些相关的解决方案。

首先，针对传感节点能量受限的问题，设计低能量消耗的MAC协议是非常重要的。

传感节点的能量供应通常由有限的电池能量提供，因此降低能量消耗是延长网络寿命的关键。

为了实现低能量消耗，可以考虑以下几个方面的优化：1. 时隙分配策略：通过优化时隙分配策略，可以降低节点在空闲时隙的能量消耗。

传统的时隙分配方法通常使用静态或固定分配方式，但面向物联网的无线传感网络MAC协议应该根据节点的实时需求和能量状况，动态分配时隙。

一种常用的方法是基于节点优先级的动态时隙分配策略，将更多的时隙分配给能量较充足和任务重要性较高的节点。

2. 节点休眠与唤醒：传感节点在无数据发送或接收时可以进入休眠状态，以降低能量消耗。

当有数据需要传输时，通过优化唤醒机制，减少节点从休眠状态到活跃状态的能量开销。

一种常见的优化方法是使用预定唤醒机制，节点只在特定的时间窗口内唤醒，并通过邻居节点的信息交换进行数据传输。

其次，为了提高MAC协议的传输效率，需要解决传感节点之间的冲突问题。

由于节点数量庞大且分布广泛，节点之间的碰撞是不可避免的。

针对冲突问题，可以考虑以下几个方面的优化：1. 分布式协议：在面向物联网的无线传感网络中，传感节点通常以分布式的方式部署。

因此，设计分布式MAC协议是非常重要的。

分布式MAC协议基于局部决策，通过节点之间的协作来避免冲突。

常用的分布式MAC协议有S-MAC、T-MAC等，它们通过节点之间的时隙协调和协作来避免冲突，并提高数据传输效率。

2. 码分多址技术：码分多址（CDMA）技术在无线传感网络中可以有效减少碰撞问题。

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现无线传感器网络广泛应用于环境监测、健康监护、智能家居等领域，其核心之一是数据传输。

在无线传感器网络中，MAC协议是实现数据传输的关键。

随着网络规模的不断扩大，传输效率和传输准确性成为MAC协议设计和研究的重点。

混合型分簇MAC协议是一种能够提高网络传输效率和传输准确性的协议，本文就如何在无线传感器网络中实现混合型分簇MAC协议进行了探讨。

一、混合型分簇MAC协议概述混合型分簇MAC协议是将TDMA（时分多址）和CSMA（载波侦听多址）两种协议结合在一起的一种MAC协议。

在混合型分簇MAC协议中，网络节点根据自身的能源水平选择并加入一个簇，簇头节点负责分配时间片，将整个时间帧分为若干个时间片，并将每个时间片分配给需要发送数据的节点。

在发送数据时，节点必须等待其所在时间片的开始才能发送数据，从而避免了节点之间的冲突。

混合型分簇MAC协议中采用了基于能量检测和随机指数的承载侦听信号检测（ED-RX）机制，使网络能够有效地利用信道资源，在高达80%的负载下依然能够保持高效的带宽利用率以及准确率。

混合型分簇MAC协议不仅考虑了能源消耗，而且还能够提高网络的生命周期。

1. 能量检测和随机指数的承载侦听信号检测（ED-RX）机制的实现ED-RX机制主要包括以下两个步骤：（1）能量检测：节点需要检测信道上的信噪比，如果信噪比大于一定阈值，则节点认为信道上存在负载，并继续进入第二步骤。

（2）随机指数的承载侦听信号检测：节点启动随机指数的承载侦听线程，用于检测是否存在待发送的数据包。

如果信道上存在未发送的数据包，则节点认为其余节点正在向信道发送数据，进而执行重传机制。

2. 节点加入簇的实现无线传感器网络中，节点加入簇的条件主要有以下几点：（1）节点的能量水平应保持在较高的水平。

如果节点能量水平过低，则可能导致节点不能正常进行数据发送与接收。

（2）节点应该能够与簇头节点完成有效的通信。

基于时隙分片原理的无线传感器MAC协议

可靠的传到用户端．因此在这些应用场合设计无线传感器网络协议要求研究过程中既要考虑到网络
能耗的降低，同时又应该能够兼顾传输时延、信道利用率等性能需求。为解决这些应用过程遇到的问题，很多研究者在经典的ＳＭＡＣ协议基础上进行了改进，通过自适应地调整ＳＭＡＣ的占空比，－－使得空闲时网络尽量休眠，有数据时能够尽快发送，这类协议设计比较成功的有：Ａａｔｅｓｄｐｉ — ｖＭＡＣ、Ｔ— ＭＡＣ、Ｄ－ＭＡＣ等协议。其中ＡｄｐｉｅＳＭＡＣ、ＴＭＡＣ在设计原理上比较相似．节点如果在激活期侦听到相邻节点发ａｔ－ｖ — 过来的ＲＴ／Ｓ信息，那么在休眠期内，该节点并不是马上休眠而是继续侦听－／段时间，使得发ＳＣＴ１，送节点可以再继续向其他节点发送数据。这种设计原理的缺点是只要信道不是空闲，那么所有相邻节点都需要激活并侦听信道一小段时间，显然对于网络的能量比较浪费。且在一个休眠激活周期中
［工农学研究］理
基于时隙分片原理的无线传感器ＭＡＣ协议
陆晓希
（州职业技术学院，广西柳柳州５５０）４０６

无线传感网络MAC协议

Data prediction
问题：如果节点C有两个子节点(A，B),都有一个数据需要发送，如果A通过竞争方式获得信道，并且发送数据，这个数据是没有被标注more data flag,此时节点C就会睡眠，导致节点B只能在下个周期发送数据，造成传输延迟。解决方法：节点C在接受到节点A的数据之后，默认假设节点 A还会有数据要传输给它，因此它会先睡眠3u个时间，然后醒来看有没有数据传送给它，如果没有，则进入睡眠状态，直到下个周期才醒过来。对于节点B，它在竞争失败进入退避时，如果收到一个ACK，他就知道有其他节点给节点C发送了数据，并且节点C会在3u时间后醒过来，那么节点B先睡眠 3u，然后再醒过来发送数据
其他的基于竞争的协议 ■ AC-MAC ■ TEA-MAC ■ asTEA-MAC ■ Sift ■…

小结

这类协议是基于节点的需求，节点有数据要发送时，通过竞争信道的方式获得发送权，对网络拓扑的改变有较强的适应性。然而这种接入方式会导致数据传输时冲突的发生导致数据重传而浪费能量。通过睡眠的方法能够很大程度上降低空闲侦听所消耗的能量，但会导致一定的时延。
无线传感器网络on) 基于非竞争的协议(contention free) 其它类型的MAC协议
基于竞争的协议

1.IEEE 802.11 MAC 协议
IEEE 802.11协议主要有分布式协调DCF和点协调PCF两种基本访问控制方式，其中DCF方式是IEEE 802.11的基本控制方式。
DMAC在数据MAC头标注了一个more data flag用来暗示还有待传数据，接受方如果收到数据，发现标注了more data flag他会延长自己的活跃时间并且会在ACK上也标注 more data flag. 节点决定延长活跃时间有两个条件： 1.节点发送了一个标注more data flag的数据包并且收到一个标注more data flag的ACK。 2.节点收到了一个标注more data flag的数据包

无线传感器网络的MAC协议全解

基于竞争的MAC层协议
T-MAC协议
解决早睡问题的方法之一——FRTSFuture Request To Send ◆节点C监听到B发送给A的CTS时;立即向D 发送FRTS;告知D所需等待时间;D睡眠后醒来与C通信; ◆A在发送DS占用信道;DS与FRTS长度相同无有效信息;DS发送后;A开始发送数据; ◆FRTS机制提高了网络吞吐量;增大了数据量和碰撞概率
知其它可能隐蔽的站点的效果避免了隐蔽站点造成的冲突
CSMA机制
MAC层CSMA/CA机制
数个节点进入退避阶段，如选择的退避时间一致，有可能会发生碰撞，CSMA采用二进制指数退避机制规避再次碰撞。 ◆确定基本退避时间（基数），一般定为2T，即一个竞争窗口 ◆定义K为重传次数，K=min[重传次数，10] ◆从集合[0,1,2,···,2k-1]中，随机取出一个数R，令退避时间为 t=R×2T ◆如数据帧在重传16次后仍无法成功发送，则认为传输失败并报告给高层协议
MAC层能耗来源
空闲侦听(Idlelistening)
◆射频模块处于活动状态会消耗大量的能源。这是节点能量消耗的最主要来源，射频收发器处于接收模式时消耗的能量比其处于待命模式多两个数量级。 ◆为避免冲突，节点也需要不断的侦听信道，查询信道是否被占用。空闲侦听的代价也是很大的。
MAC层能耗来源
DMAC协议基本机制
基于竞争的MAC层协议
DMAC协议
自适应忙闲比机制
◆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 ◆通过在MAC层数据帧的帧头加入一个标记(more data flag)，以较小的控制开销发送占空比更新请求。在ACK帧中加入同样的标记位 ◆节点提高忙闲比的条件：节点将相关标志位置1，或收到了该标志位置1的ACK帧，传输路径上的节点依次提高忙闲比，增加了网络的数据传输量。

无线传感器网络MAC协议

无线传感器网络MAC协议专业软件工程年级08级学号班级（1）班姓名摘要：在通信方式上，虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，为明确起见，一般称做无线传感器网络。

无线传感器网络是微机电系统、通信、传感器、网络等技术相结合的产物。

目前已经被预见具有广泛的应用领域和使用价值。

介质访问控制(MAC)协议是一项构建网络底层基础结构的重要技术,结合目前国内外的研究成果,从技术方面对无线传感器器网络的MAC协议进行了分类,介绍了几种MAC协议,并认识MAC协议存在的问题。

1.引言近几年来，随着微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，使得信息采集、数据处理和无线通信等多种功能，能在低成本、低功耗、多功能的微型传感器内实现。

无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)就是由大量的廉价微型的传感器节点，通过无线通信方式形成的一个特殊的Ad hoc网络，广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域。

WSN与Ad hoc网络相比，其WSN的特点是节点的电源能量和硬件资源有限、无中心自组织、数量众多分布密集、网络动态性强。

其中能耗问题是WSN中至关重要的问题，因此WSN的节点要求必须是低功耗的。

媒体介质访问控制(Medium Access Control，MAC)协议处于无线传感器网络协议的底层部分，主要用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络离效通信的关键网络协议之一。

无线传感器网络的性能如吞吐量、延迟性能等完全取决于所采用的MAC协议。

能量的消耗主要集中在WSN节点的射频模块部分，而MAC协议直接控制射频模块，对节点能耗有重要影响。

因此，设计一个性能优越的MAC协议算法成为WSN研究的一个热点问题。

2、MAC层协议面临的问题和挑战传统的MAC层协议的设计目标是最大化吞吐量、最小化时延并且提供公平性。

3--无线传感器网络技术MAC协议

典型协议
SMACS、TRAMA、DMAC、BMAC
SMACS协议-基本思想1
结合TDMA、FDMA的基本思想

假设每个节点都能在多个载波频点上进行切换
将每个双向信道定义为两个时间段发现邻居后立即分配信道每个链路都分配一个随机选择的频点，相邻链路都有不同的工作频点
SMACS协议-关键技术1

串扰避免
虚拟载波监听（控制信息）

信道忙时睡眠，避免接收串扰数据包
SMAC协议-关键技术3

消息传递
将长的信息包分成若干个短的DATA段
所有DATA使用一个RTS／CTS控制分组占用信道

每个DATA都有ACK保障传输成功
SMAC协议-算法描述1

GSA算法
减少网络中的调度方式，以减少边界节点的能量损耗抢占，CSMA方式（载波侦听多路访问） CSMA/CA主要使用兩種方法來避免碰撞：送出资料前，侦听媒体状态，等沒有人使用媒体，维持一段時间后，再等待一段随机的時間后依然沒有人使用，才送出资料。由於每個裝置采用的随机時间不同，所以可以减少碰撞的机会。送出资料前，先送一段小小的请求传送封包（RTS : Request to Send）給目标端，等待目标端回应封包後，才开始传送按需分配
Contend RTS CTS DATA ACK
B
C
Contend
Contend
D
Active FRTS TA
Active RTS
图 3-7 FRTS帧交换
TMAC协议-关键技术4

A
早睡问题解决办法
满缓冲区优先

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的无线传感器节点组成的网络系统，每个节点都具有感知、处理和通信功能。

无线传感器网络具有自组织、自适应和自修复等特点，被广泛应用于环境监测、军事侦察、智能交通等领域。

在无线传感器网络中，能量是一个重要的资源，节点的能量消耗直接影响了整个网络的工作寿命。

为了提高网络的能量效率和延长网络寿命，研究人员提出了各种各样的MAC （Medium Access Control）协议。

混合型分簇MAC协议（Hybrid Cluster-based MAC Protocol）是一种将分簇（Cluster）技术和时隙（Slot）共享技术相结合的MAC协议。

它将无线传感器网络中的节点分为若干个簇，每个簇有一个选定的簇头（Cluster Head），负责协调本簇内的通信活动。

节点通过竞争的方式选择簇头，并将数据通过簇头进行传输。

混合型分簇MAC协议的实现主要包括以下几个方面的内容。

确定簇头选择的准则。

簇头的选择对于整个网络的性能至关重要，应该根据节点的能量、位置和通信能力等因素进行选择。

可以采用贪心算法、最小生成树算法等方法进行簇头选择，使得能量消耗均衡、通信距离适中。

设计节点之间的通信机制。

混合型分簇MAC协议中的节点通过簇头进行通信，需要定义节点间的通信规则、帧格式和数据传输方式。

可以采用基于时间隙的通信方式，将时间划分为固定长度的时隙，节点在各自的时隙中进行数据传输，避免了冲突和碰撞。

考虑能量管理策略。

由于节点的能量资源是有限的，需要设计能量管理策略，合理分配能量资源，延长网络的寿命。

可以采用动态节能调度策略，根据节点的能量和工作负载进行调度，对于能量较低的节点可以降低工作频率或进入休眠状态，以减少能量消耗。

进行性能评估与优化。

在实际应用中，需要对混合型分簇MAC协议的性能进行评估和优化。

一种基于分簇的无线传感器网络MAC协议

一种基于分簇的无线传感器网络MAC协议柳卫平1,2,　王培康1(1.中国科学技术大学电子工程与信息科学系,合肥230027;2.解放军通信指挥学院通信与指控系统教研室,武汉430010) 摘要:本文提出了一种基于分簇结构的无线传感器网络MAC协议。

在基于层次式路由协议的分簇网络结构中,通过综合基于竞争和基于时分复用协议的优缺点,将时间划分为交替的随机访问和调度访问两个阶段,在随机访问阶段簇内节点采用CS MA/CA实现无线信道共享。

在调度访问阶段,节点根据簇首分配的时隙实现数据无冲突通信。

在簇与簇之间采用F DMA 避免信道干扰实现网络的扩展。

分析和仿真结果表明本协议在能量效率、时间同步和网络扩展上都有所改进。

关键词:无线传感器网络;MAC协议;CS MA/CA;时间同步中图分类号:TP302 文献标识码:A 文章编号:100328329(2009)022*******A Cluster2Based MAC Pr ot ocol f orW ireless Sens or Net w orkL I U W ei2p ing1,2,　WANG Pei2kang1(1.Depart m ent of Electr onic Engineering,University of Science and Technol ogy of China,Hefei230027,China;2.Depart m ent of communicati on and contr ol syste m,Communicati on and Command Acade my of P LA,W uhan430010,China)Abstract:This paper p r oposes a cluster-based W S N MAC p r ot ocol.I n the cluster-based net w ork based on the hierarchieal r outing p r ot ocol,the ti m e is divided int o the turn of the random access stage and scheduling visit stage thr ough comparing the advantages and disadvantages of the p r ot ocol based on competiti on and based on T DMA.I n random access stage,the node in cluster uses CS MA/ CA t o share wireless channel.I n the Scheduling access stage,nodes achieve data communicati ons unconflict in ti m e sl ot that was all ocated by the cluster head node.Among different clusters,F DMA is adop ted t o av oid interference and expand net w ork.Analysis and si m ulati on results show that the p r ot ocol have i m p r oved in energy efficiency,ti m e synchr onizati on and net w ork expansi on.Key words:W S N;MAC;CS MA/CA;ti m e synchr onizati on1　引　言在无线传感器网络(W S N:wireless senseor net2 work)中,介质访问控制(MAC:Medium Access Con2 tr ol)协议决定无线信道的使用方式,影响着传感器网络的性能,是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。

无线传感器网络MAC协议

MAC协议：在WSN中，介质访问控制（Medium Access Control，MAC）协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。

多点通信在局部范围内需要MAC协议协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径。

在设计WSN的MAC协议时，需要着重考虑一下几个方面：A、节省能量。

MAC协议应在满足应用要求的前提下，尽量节省使用节点的能量。

B、可扩展性。

由于WSN的拓扑结构具有动态性，因此MAC协议也应具有可扩展性，以适应这种动态变化的拓扑结构。

C、网络效率。

包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。

而在WSN中，人们总结出可能导致网络能量浪费的主要原因如下：一、如果MAC协议采用竞争方式使用共享的无线信道，节点在发送数据的过程中，可能会引起多个节点发送数据的碰撞，这就需要重传发送的数据，从而消耗节点更多的能量。

二、节点接受并处理不必要的数据。

这种串音（overhearing）现象导致无线接收模块和处理器模块消耗更多的能量。

三、节点在不需要发送数据时一直保持对无线信道的空闲侦听（idle listening），以便接受可能传输给自己的数据。

四、在控制节点间信道分配时，如果控制信息过多，也会消耗较多的网络能量。

传感器节点无线通信模块的状态包括发送状态、接受状态、侦听状态和睡眠状态。

能量消耗依次减少，因此通常采用“侦听/睡眠”交替的无线信道使用策略。

当有数据收发时，节点就开启无线通信模块进行发送或侦听；如果没有数据需要收发，节点就控制无线通信模块进入睡眠状态。

部分学者提出引入休眠机制来减少能量消耗、串音和冲突的发生，但这是以牺牲信息时延为代价的。

当然，MAC协议应该简单高效，避免协议本身开销大、消耗过多的能量。

下面重点介绍传感器协议(S-MAC协议)。

传感器协议（S—MAC协议）S—MAC协议设计的主要目的是节能。

基于时分频分的无线传感器分簇网络MAC层协议

ｔｅｄｖｓｏｕｔｌｄｒｓｅｈｉｕｓｅｌｙｄｉｌｓｅ，ｎｉｅｌｔｌｃｔｎｗａｐｉｉｅｙｐｒｉｌｉｉｉｉｎｍｌｉｅａｄｅｓｔｃｎｑｅｗａｍｐｏｅｎｃｕｔｒａｄｔｍｐｍｓｏｌａｉｓｏｔｚｄｂａｔｅａｏｏｍｃ
ＭＡＣｐｏｏｏｆｒｃｕｔｒａｅｉｌｓｅｓｒｎｔｒＷＳ）ｓｐｏｏｅ．ｎＦＦＭＡＣ，ｅｐｏｏｏｂｓｄｏｒｔｃｌｏｌｓ — ｓｄｗｒｅｓｓｎｏｅｅｂｅｗｏｋ（ＮｗａｒｐｓｄＩ－ｔｒｔｃｌａｅｎｈ
ＭＡ通过网关节点的特殊＿作模式实现了簇间通信，ＣＴ－避免了全网时间同步所造成的大量能耗．仿真结果表明，与其他
媒质接入控制协议相比，ＴＭＡ具有能耗小、Ｆ－Ｃ网络数据包延迟时间短的优点，能满足大规模无线传感器网络应用的
ｓｒｏｔｍｉａｉｎ（Ｓ）ｒｒｄｃｎｈｎｒｙｃｎｕｔｎｉｔｔｒｎｉｏ．ｎｏｄｒｔｌｉａｅｉｔｒｃｕｔｒｗａｍｐｉｚｔｏＰＯｆｅｕｉｇｔｅｅｅｇｏｓｍｐｉｎｓａｅｔｓｔｎＩｒｅｏｅｉｎｔｎｅ—ｌｓｅｏｏａｉｍ
ｔｒｗｈｃｅｕｅｈｕｄｎｆｉｙｃｒｎｚｔｎｉｎｉｅｎｔｒ．ｉｕａｉｎｒｓｌｓｓｏｔａ－ＡＣｉａｅ，ｉｈｒｄｃｄｔｅｂｒｅｓｏｍｅｓｎｈｏｉａｉｎｅｔｅｗｏｋＳｍｌｔｅｕｔｈｗｔｔｏｒｏｈＦＴＭｓｎ

无线传感器网络MAC层协议分析和研究

无线传感器网络MAC层协议分析和研究摘要：当前，无线传感器网络（WSN）是国内外备受关注的一个新兴前沿热点领域，已经吸引了许多研究者和机构的广泛关注。

本文简单介绍了一下无线传感器网络以及MAC协议，列举了在设计无线传感器网络的MAC协议时需要重点考虑的方面，对MAC协议进行了分类，并对当前典型的各类协议进行了详细的分析，比较和总结了这些协议的核心机制、性能和特点，最后得出结论，展望了今后无线传感器网络MAC协议的研究重点及策略。

关键词：无线传感器网络；MAC协议；竞争协议中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2010) 05-0000-04MAC Layer Protocol for Wireless Sensor Network Analysis&ResearchFeng Wentang1,Wang Jimei2(1.Jinan Ruifeng Rural Cooperative Bank,Jinan 250001,China;2.Shandong Xiehe Vocational and Technical College,Jinan 250109,China)Abstract:Currently,wireless sensor network (WSN) is an emerging concern in domestic and internati onal hot issue in the field,has attracted many researchers and institutions from all over.This article explains wireless sensor networks,MAC protocol,listed the key aspects that need to consider in the design of MAC protocol for wireless sensor networks,classification methods for MAC protocols in wireless sensor network are summarized.typical of agreements currently are carried out a detailed analysis,the core mechanism,performance,characteristics of these agreements are adequately com pared and summarized,finally concluded and got the prospect of MAC layer protocol for wireless se nsor networks for future research priorities and strategies.Keywords:Wireless sensor network;MAC protocol;Competition agreement随着传感器、微机电系统、网络通信技术的发展，出现了一个新兴的计算机网络—无线传感器网络(Wireless Sensor Network ，WSN)。

面向物联网的无线传感器网络MAC协议研究

面向物联网的无线传感器网络MAC协议研究随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）在物联网环境中的应用愈发广泛。

作为连接感知设备和互联网的基础，无线传感器网络需要可靠且高效的通信协议来实现数据的采集、处理和传输。

其中，媒体访问控制（MAC）协议是无线传感器网络中的重要组成部分，对网络的性能和能耗具有重要影响。

因此，面向物联网的无线传感器网络MAC协议的研究显得十分必要和紧迫。

无线传感器网络MAC协议在物联网环境中面临着多个挑战。

首先，物联网中的无线传感器节点数量庞大，网络通信量大，需要具备高效的多节点协同能力。

其次，由于无线传感器网络中的节点一般由电池供电，能耗是一个十分重要的问题，需要设计低功耗的协议以延长网络寿命。

此外，物联网环境中无线通信频率拥挤，会造成严重的信道冲突和干扰，需要设计抗干扰能力强的MAC协议。

针对上述问题，研究者们提出了许多面向物联网的无线传感器网络MAC协议的解决方案。

下面将介绍几个具有代表性的协议。

首先是低功耗媒体访问控制（LL-MAC）协议。

该协议通过引入时隙控制和休眠机制，降低了节点的活跃时间，从而减少功耗。

该协议采用分时复用和自适应帧长机制，有效地解决了网络的时隙冲突问题。

此外，协议还支持节点的自适应休眠，进一步降低了能耗。

另一个重要的MAC协议是无冲突媒体访问控制（COL-MAC）协议。

COL-MAC利用监听和避让技术，有效地解决了信道冲突和干扰问题。

该协议通过在发送前监听信道状况，避免了节点之间的碰撞，提高了通信的可靠性。

此外，COL-MAC还引入了动态距离感知技术，根据节点之间的距离选择适当的发送功率，进一步减少了干扰。

除了上述两个协议，基于重叠访问窗口技术的MAC协议（OAW-MAC）也是一种有潜力的研究方向。

该协议通过预设一组覆盖整个帧长的多个访问窗口，实现多节点同时传输的能力。

通过合理的访问窗口选择，OAW-MAC协议能够充分利用信道资源，提高网络吞吐量。

MAC协议在无线传感器网络中的应用研究

MAC协议在无线传感器网络中的应用研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是指由由大量专门用于感知和采集物理环境信息，并通过无线通信技术传输数据的分布式传感器组成的网络系统。

WSN具有分布式、自组织、低功耗等特点，因此在环境监测、智能交通、农业、医疗等领域具有广泛的应用前景。

无线传感器网络的典型应用场景包括数据采集和监测、无线测控、目标追踪、环境监测、智能运输、人机交互等。

本文主要研究MAC协议在无线传感器网络中的应用，旨在探讨MAC协议在提高WSN的功率效率、减少碰撞率等方面的优势。

一、 MAC协议简介MAC（Media Access Control）协议是一种用于在无线网络中掌控访问媒介的协议，其作用是在共享媒介的网络中提供适度的公平性和访问控制。

MAC协议控制着传输数据的流程，所以其设计必须关注网络的完整性和性能需求。

传感器网络中常见的MAC协议有S-MAC、T-MAC、LEACH等。

每一种协议都有其适用范围和性能优劣。

二、 MAC协议划分MAC协议可以划分为两个部分：时间划分和信道访问控制。

时间划分是指将时间划分为一系列的时隙，每一个时隙内只有一个节点可以使用信道。

信道访问控制是指节点访问信道的方式，在分时传输模式下，所有节点都按某一顺序和确定时间间隔传输数据。

在分段传输模式下，有时隙，则所有节点都在对应的时隙内传输数据。

三、 MAC协议的优势1. 降低能耗：由于WSN中大多数传感器节点都是由电池驱动并提供能量，因此在设计MAC协议时必须考虑到能耗的问题。

MAC协议通过降低休眠状态与工作状态之间的转换次数，降低丢包率，从而减少节点能耗。

2. 提高功率效率：分时传输模式下的MAC协议可以使用时间分频多址技术，使得每个节点在特定时隙内不会受到其他节点的干扰，从而减少了碰撞发生的概率。

3. 增强网络容量：MAC协议可以提高网络的容量，使得更多的节点可以同时进入局域网中。

第3章无线传感器网络的MAC协议汇总

节点的休眠调度问题

要解决的问题每个周期侦听多次时间侦听的时间过长，能量浪费; 侦听时间过短，增大传输迟延需要协调各节点的侦听和休眠周期，使收发节点保持同步，避免节点在休眠时错过发送给它的数据
32
协议的复杂度问题
如果协议设计得过于复杂，这种协议开销就会非常大，将造成很大的能量浪费

33
复杂度与性能间的折中问题

在复杂度与性能之间寻找最佳折中方案
34
性能指标间的折中问题
为了降低功耗，可能会增大消息或数据的迟延

35
3.3 无线传感器网络的MAC协议
36
3.3.1竞争型MAC协议
S-MAC 竞争型
T-MAC
WSN MAC协议非竞争型
SMACS
DEANA
混合型
Funneling-MAC
每个DATA都有ACK保障传输成功

当一个分段没有收到ACK响应时，节点便自动将信道预留向后延长一个分段传输时间，并重传该分段。

整个传输过程中DATA和ACK都带有通信剩余时间信息，邻居节点可以根据此时间信息优点：
1. 减少了节点空闲监听的能量损耗
2. 减少了串扰和控制数据包带来的能量损耗

多跳通信网络中，节点的周期性休眠会导致通信延迟的累加

流量自适应监听机制：

在一次通信过程中，通信节点的邻居在此次通信结束后唤醒并保持监听一段时间；如果节点在这段时间接收到RTS帧，则可以立即接收数据，而不需要等到下一个监听周期。

优点：减少了两个节点间的数据传输延迟
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SMAC协议关键技术--消息冲突与串扰避免
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分簇无线传感器网络的双时槽混合MAC协议

分簇无线传感器网络的双时槽混合MAC协议
钱德沛;李世晗;刘轶;杜治高
【期刊名称】《高技术通讯》
【年(卷),期】2009(019)005
【摘要】基于事件驱动的无线传感器网络应用,提出了一个基于分簇优化的低时延混合MAC协议--CHMAC.CHMAC采用双时槽传输调度和载波检测多路接入/时分多址接入(CSMA/TDMA)混合模式,采用适合分簇网络的时槽分配,优先保证紧急事件的最小延迟发送,并充分利用分簇网络的数据流特点,精细控制节点的侦听、睡眠以及传输功率,以提高能量有效性和网络吞吐量.理论分析和模拟试验表明,该协议能够以良好的适应性和健壮性在各种流量条件下均表现良好的性能.
【总页数】5页(P441-445)
【作者】钱德沛;李世晗;刘轶;杜治高
【作者单位】北京航空航天大学中德联合软件研究所,北京,100083;北京航空航天大学中德联合软件研究所,北京,100083;北京航空航天大学中德联合软件研究所,北京,100083;北京航空航天大学中德联合软件研究所,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.无线传感器网络分簇低延时MAC协议 [J], 刘焱骊;沈斌;胡中功;李波
2.分簇无线传感器网络动态时隙分配MAC协议 [J], 周伟
3.一种基于分簇结构的无线传感器网络混合调度MAC协议 [J], 刘兰军;张晓彤;王沁;李磊
4.一种基于超时机制的分簇无线传感器网络MAC协议 [J], 谢茂涛
5.混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现 [J], 董发志; 熊成彪; 丁洪伟; 张颖婕; 杨俊东
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DSMAC：传感器网络中的一种节能的MAC协议

DSMAC：传感器网络中的一种节能的MAC协议一、背景介绍随着传感器网络技术的快速发展，越来越多的无线传感器网络应用逐渐形成，例如环境监测、智能交通、无人机等。

在这些应用中，能耗一直是一个大问题。

而在传感器网络中，MAC（Medium Access Control）协议则是影响整个网络能耗的一个重要因素。

因此，如何设计一种能够有效地降低传感器网络中的MAC协议的能耗成为了一个很有意义的问题。

DSMAC（Distributed Scheduling-based MAC）协议便是在这种需求下被提出的一种新型的低能耗MAC协议。

二、DSMAC的工作原理DSMAC协议是一种采用了子时隙调度和分布式协调的低能耗MAC协议，它核心的思想是通过在各个子时隙中进行时间和频率上的分布式调度，来达到最小化网络节点能耗的目的。

具体来说，DSMAC协议的工作流程如下：1.时隙分配：网络节点将整个工作周期分成若干个相等的子时隙，并为每一个子时隙分配唯一的编号。

2.染色：为了避免发生同步冲突，DSMAC协议采用染色技术，使用一个固定长度的颜色码对每个时隙进行染色。

3.帧结构：每个数据帧由一系列时隙组成，第一个时隙用于发送帧标记，其余时隙用来发送数据。

4.分布式调度：节点间采取分布式调度方式分配子时隙，避免中心化调度产生的大量控制负担，以此来减少网络节点的能耗。

5.睡眠策略：节点在发送数据后会选择进入睡眠模式，以达到节能的目的。

其中，DSMAC协议的子时隙调度是其核心技术之一。

它采用了一种基于相位偏移的分布式调度算法，用于在线的决策每个节点下一个子时隙应该留给哪个节点使用。

通过对节点行为的交互和信息的反馈，DSMAC协议实现了网络中节点的分布式调度，避免了单节点的集中管理，使整个网络的能耗得以优化。

三、DSMAC协议的优势相较于其他传统的MAC协议，DSMAC协议在以下方面具有一些优势：1.节能：采用子时隙调度和睡眠策略，实现了对节点的精细控制，从而有效降低了网络节点的能耗，从而大大延长了网络的寿命。

分簇无线传感器网络动态时隙分配MAC协议

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现

面向物联网的无线传感网络MAC协议设计与优化

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现

基于时隙分片原理的无线传感器MAC协议

无线传感网络MAC协议

无线传感器网络的MAC协议全解

无线传感器网络MAC协议

3--无线传感器网络技术MAC协议

混合型分簇MAC协议在无线传感器网络中的实现

一种基于分簇的无线传感器网络MAC协议

无线传感器网络MAC协议

基于时分频分的无线传感器分簇网络MAC层协议

无线传感器网络MAC层协议分析和研究

面向物联网的无线传感器网络MAC协议研究

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第3章 无线传感器网络的MAC协议汇总

分簇无线传感器网络的双时槽混合MAC协议

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第3章无线传感器网络的MAC协议汇总