典型的WSN的MAC协议
无线网络技术试题集
无线网络技术试题集一、单项选择题1. 在设计点对点(Ad Hoc) 模式旳小型无线局域时，应选用旳无线局域网设备是( A )。
A．无线网卡B．无线接入点C．无线网桥D．无线路由器2．在设计一种规定具有NAT功能旳小型无线局域网时，应选用旳无线局域网设备是( D )。
A．无线网卡B．无线接入点C．无线网桥D．无线路由器3．如下有关无线局域网硬件设备特性旳描述中，( C )是错误旳。
A．无线网卡是无线局域网中最基本旳硬件B．无线接入点AP旳基本功能是集合无线或者有线终端，其作用类似于有线局域网中旳集线器和互换机C．无线接入点可以增长更多功能，不需要无线网桥、无线路由器和无线网关D．无线路由器和无线网关是具有路由功能旳AP，一般状况下它具有NA T功能4．如下设备中，( B )重要用于连接几种不一样旳网段，实现较远距离旳无线数据通信。
A．无线网卡B．无线网桥C．无线路由器D．无线网关5．无线局域网采用直序扩频接入技术，使顾客可以在( B )GHz旳ISM频段上进行无线Internet连接。
A．2.0 B．2.4C．2.5 D．5.06．一种基本服务集BSS中可以有( B )个接入点AP。
A．0或1 B．1C．2 D．任意多种7．一种扩展服务集ESS中不包括( D )。
A．若干个无线网卡B．若干个AP C．若干个BSS D．若干个路由器8．WLAN常用旳传播介质为( C )。
A．广播无线电波B．红外线C．地面微波D．激光9．如下不属于无线网络面临旳问题旳是( C ) 。
A．无线信号传播易受干扰B．无线网络产品原则不统一C．无线网络旳市场拥有率低D．无线信号旳安全性问题10．无线局域网相对于有线网络旳重要长处是( A )。
A．可移动性B．传播速度快C．安全性高D．抗干扰性强11．如下哪个网络与其他不属于相似旳网络分类原则？( D )A．无线Mesh网B．无线传感器网络C．无线穿戴网D．无线局域网12．当要传播旳信号频率在30MHz以上时，通信必须用( C )方式。
wsn复习题 - 及答案
简答题1.简述无线传感器网络的应用。
【8.0分】答案要点：无线传感器网络的应用领域主要集中在以下几个方面：军事方面、环境、生态观测和智能农业、医疗护理、智能家居等等。
2.简述无线传感器网络网关的特点和功能。
【6.0分】答案要点：无线传感器网络网关具有以下特点：能耗方面：具有寿命长，高能效、低成本等特点。
数据处理方面：具有数据吞吐量大、计算能力、存储能力要求高的特点。
在通信距离方面：网关的传输范围比普通的无线传感器网络节点较远，以保证数据传输到外网的监控中心。
无线传感器网络网关在完成协议转换的同时，可以承担组建和管理无线传感器网络的诸多工作，具体功能如下：扫描并选定数据传输的物理信道，分配无线传感器网络内的网络，发送广播同步帧，初始化无线传感器网络设备。
配合无线传感器网络所采用的MAC算法和理由协议，协助节点完成与邻居节点连接的建立和路由的形成。
对接收数据进行协议转换。
对从各个节点接收到的数据的具体应用和需求以及当前的带宽，自适应的启动数据融合算法，降低数据冗余度。
处理来自监控中心的控制命令。
3.简述GPRS技术特点。
【6.0分】答案要点：GPRS有以下特点：高速数据传输：速度10倍于GSM，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件。
永远在线：由于建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立呼叫系统），随时都可以与网络保持联系。
仅按数据流量计费：即根据用户传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费。
只要不进行数据传输，一直在线也无需付费。
4.简述RFID工作原理。
【6.0分】答案要点：RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。
其主要的工作原理简单描述如下：由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号；当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去；读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。
无线传感器网络名词解释
无线传感器网络名词解释1、无线自组织网络：是一种不同于传统无线通信网络的技术传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。
而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时由其他用户节点进行数据的转发。
这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。
2、无线传感器网络WSN无线传感器网络就是由部署在监测区域内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被感知对象的信息，并发送给观察者。
传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素3、基带信号：信源（信息源，也称发送端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。
根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。
）其由信源决定。
4、模拟调制：调制在通信系统中的作用至关重要。
广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。
在无线通信中和其他大多数场合，调制一般均指载波调制。
调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。
调制方式有很多。
根据调制信号是模拟信号还是数字信号，载波是连续波（通常是正弦波）还是脉冲序列，相应的调制方式有模拟连续波调制（简称模拟调制）、数字连续波调制（简称数字调制）、模拟脉冲调制和数字脉冲调制等。
5、数字调制：数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟调制相比有许多优点。
数字调制具有更好的抗干扰性能，更强的抗信道损耗，以及更好的安全性；数字传输系统中可以使用差错控制技术，支持复杂信号条件和处理技术，如信源编码、加密技术以及均衡等。
在数字调制中，调制信号可以表示为符号或脉冲的时间序列，其中每个符号可以有m种有限状态，而每个符号又可采用n比特来表示。
物联网讲座06WSNMAC协议5439825
（1）周期性侦听和睡机制 S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间要根据应用情况进行调整。当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。当然节点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。
具有相同调度的节点形成一个所谓的虚拟簇，边界节点记录两个或多个调度。如果传感器网络的部署范围较广，可能形成众多不同的虚拟簇，使得S-MAC协议具有良好的可扩展性。 为了适应新加入节点，每个节点要定期广播自己的调度信息，使新节点可以与已经存在的相邻节点保持同步。如果节点同时收到两种不同的调度，如图所示的处于两个不同调度区域重合部分的节点，那么这个节点可以选择先收到的调度，并记录另一个调度信息。
SMAC协议-前提条件和基本思想
前提条件数据量少，可进行数据的处理和融合节点协作完成共同的任务网络可以容忍一定程度的通信延迟基本思想周期性睡眠和监听 ；协商一致的睡眠调度机制（虚拟簇）自适应的侦听机制，减少信息的传输延迟带内信令来减少重传和避免监听不必要的数据消息分割和突发传递机制来减少控制信息的开销和消息的传递延迟
随机退避时间按下面公式进行计算： 退避时间=Random()×aSlottime 其中，Random()是在竞争窗口[0，CW]内均匀分布的伪随机整数；CW是整数随机数，它的数值位于标准规定的aCWmin和aCWmax之间；aSlottime是一个时槽时间，包括发射启动时间、介质传播时延、检测信道的响应时间等。
S-MAC
典型MAC协议：S-MAC协议
这里介绍一种适用于无线传感器网络的比较典型的MAC协议，即S-MAC协议(Sensor MAC)。这种协议是在802.1l MAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量需求而提出的。 S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进行数据的处理和融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度的通信延迟。它的设计目标是提供良好的扩展性，减少节点能耗。
无线传感器网络MAC协议研究与发展现状
无线传感器网络MAC协议研究与发展现状摘要：MAC协议的选择对无线传感器网络性能有较大影响，也是保证无线传感器网络高效通信的关键协议之一。
文章着重介绍了目前常用的几种MAC协议。
结合当今MAC协议的研究进展，介绍了研究者对这些协议的研究与改进。
并展望了无线传感器网络的发展趋势。
关键词：MAC协议研究发展1无线传感器MAC层协议在无线传感器网络中，介质访问控制MAC(medium access control)协议决定了无线信道的使用方式，在节点之间分配有限的无线通信资源。
MAC协议处于无线传感器网络协议底层，对网络性能有着较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键协议之一。
1.能源有效性。
由于目前节点的能量供应问题并没有得到很好解决，节约能量也就成为设计无线传感器网络MAC协议首要考虑的因素。
2.可扩展性。
通常大部分处于无人照看模式的传感器网络应用都需要部署大量的节点，并且在传感器网络生命周期期存在节点数目、分布密度的不断变化、节点位置的变化以及新节点的加入等问题，所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。
这就需要MAC协议具有可扩展性，来适应这种动态变化的拓扑结构。
3.性能的综合测评。
MAC协议的设计需要在多种性能间取得平衡。
各项性能包括网络的实时性、公平性、带宽利用率、网络吞吐量以及等方面。
4.分布式算法。
由于传感器节点的计算能力和存储能力有限，需要大量节点协同来完成某项任务，因此需要通过MAC协议的分布式算法有效的调度节点来完成任务。
2常用的MAC层协议分析针对无线传感器网络MAC 协议的研究通常根据应用环境不同而变换角度。
通过对现有传感器网络的MAC协议的分析，按照节点信道机制把现有MAC 协议大致分为两类：基于随机竞争的MAC协议和基于固定分配的MAC协议。
2.1基于随机竞争的MAC协议基于随机竞争的MAC协议采用按需使用信道方式，它的基本思想是当节点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道，如果发送的数据产生了碰撞，就基于某种策略重发数据，直到数据成功发送或放弃发送。
MAC分析
MAC分析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。
图1是Deborah Estrin在Mobicom 2002会议的报告中关于传感器节点各部分能量消耗统计情况。
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。
由图1可以看出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 无线传感器网络MAC协议性能指标设计分析无线传感器网络的强大功能是有众多节点协作实现的，多个节点的通信需要MAC协议协调其间的无线信道分配。
在设计一个WSN的MAC协议时，应该考虑以下几个方面的因素：节省能量(Energy Efficient) 每个传感器节点由电池供电，受环境和其他条件的限制，节点的电池能量通常难以进行补充。
MAC协议解决单节点的节能问题，即让传感器节点尽可能的处于休眠状态，以减少在通信时的能耗可扩展性(Scalability) WSN中的节点在数目和分布密度、位置方面很容易发生变化，或者由于节点能量耗尽，新节点的加入引起的网络拓扑结构的变化。
设计MAC协议时也应具有可扩展性，以适应拓扑结构的动态性：网络其他性能参数如网络的公平性、实时性、信道利用率，带宽利用率、网络延迟、吞吐量等。
在上述的三个方面中，重要性依次递减。
由于现在的传感器节点的能量供应问题没确得到很好解决，传感器节点的能量都是一次性供给的，节约能量成为传感器网络MAC协议设计首要考虑的因素。
《无线传感器网络设计与应用》课程标准
《无线传感器网络设计与应用》课程标准课程名称：无线传感器网络设计与应用总学时：60学分：4开课单位：电气信息工程学院课程类别：专业拓展课授课方式：教、学、做一体化适用专业：电子信息工程技术专业、应用电子技术专业一、课程性质《无线传感器网络设计与应用》是电子信息工程技术专业、应用电子技术专业的一门专业拓展课。
二、课程设计思路《无线传感器网络设计与应用》课程采用“基础理论——项目化实践”的组织结构组织课程教学内容。
首先，通过基本理论的教学，使同学们了解无线传感器网络的发展历程、特征、关键技术以及应用方向。
其次，通过师生共同完成一系列完整项目的形式开展教学活动。
教师边示范，边讲解，边指导，学生边学、边做、边实践。
实现在“教中学”，在“学中做”，在“做中学”，教、学、做合一。
使学生在项目实施过程中收获知识，提高技能，掌握方法，感受实际工作过程。
三、课程基本目标本课程培养目标分为方法能力、专业能力和社会能力：1、方法能力（1）掌握搜集、整理、应用“无线传感器网络”相关学习资源的方法；（2）掌握无线传感器网络应用系统功能需求分析、系统设计、软硬件联合调试的方法；2、专业能力（1）了解无线传感器网络体系结构、路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术、时间同步、安全技术、协议标准；（2）掌握IAR Embedded Workbench软件的使用；（3）掌握以TI CC2530 SoC芯片为CPU的应用系统硬件电路设计；（4）掌握TI CC2530 SoC芯片祼机软件开发；（5）掌握基于CC2530硬件平台和IAR软件平台的Zigbee Zstack协议栈应用开发。
3、社会能力（1）具有良好的职业道德和社会责任感、工作责任心，能主动参与到工作中；（2）具有团队协作精神，能主动与人合作、交流和协商；（3）具有群体意识和劳动组织能力。
（4）具有诚实守信的品质，树立环保、节能和安全意识。
四、先修课程《无线传感器网络设计与应用》课程的先修课程有《程序设计基础》、《传感器的选择与应用》、《单片机应用设计与制作》。
无线传感网络Z-MAC协议
Z-MAC引言载波侦听多址访问协议(CSMA, Carrier Sense Multiple Access)常用的无线网络MAC 协议，由于其简单性、灵活性以及强壮性使得其非常流行。
与其它MAC协议相比，CSMA 对基础设施要求简单，不需要时钟同步，同时也不需要全网的拓扑信息，对于节点加入网络与退出网络，不需要任何额外操作就可以表现出很强的适应性.但是，这些优点是由接入尝试和传输错误作为代价的。
节点通过竞争方式进行抢占信道使用权，当有多个节点同时发送数据时，就会发生数据碰撞，并且要消耗部分能量。
CSMA 对于碰撞发生的可控范围为一跳相邻区域，对于一跳范围以外就不能发挥作用了。
对于数据在一跳范围以外发生碰撞的节点，称为隐含终端。
隐含终端问题将增加数据传输冲突发生的概率，数据流量越大，碰撞概率越大，吞吐量会严重下降，导致时延增加，这对网络性能的发挥有着严重的影响。
为了减轻因为隐含终端所导致的问题，CSMA 中加入了RTS/CTS 握手机制然而RTS/CTS 所占信道容量较高，其范围为40%-75%，严重增加了网络数据传输控制开销，这对于有限的无线信道容量来说是非常大的浪费。
时分多址(TDMA)协议的设计目的在于避免据传输过程中发生的冲突。
各节点使用自己的时隙，不同节点数据发送接收互不干扰，有效的解决了隐含终端的问题。
因为不需要RTS/CTS 握手机制，所以不会增加传输控制消息外开销。
但是TDMA 协议也有如下缺点：一、如何按照某一种扩展方式进行高效时间安排并非易事，中心节点要在保证并发性强、信道复用度高的情况下来寻找合理的传输时间安排，来避免碰撞的发生；二、TDMA 协议的特点，使得其对于时钟同步要求较高；三、由于电池能量消耗导致节点退网络、新的节点加入网络、物理因素导致的信道变化，都会导致WSN 网络拓扑发生变化，而TDMA协议对拓扑动态变化适应性较差；四、当数据流量低时，节点只能选择自己占有的时隙来进行数据发送。
于自适应更新的无线传感网络MAC协议
收稿日期：2012-06-08；修回日期：2012-08-01。
基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12521087）。
作者简介：刘明珠（1973－），女，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，主要研究方向：多载波通信、无线传感器网络；许士涛（1986－），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，主要研究方向：无线传感器网络MAC 协议；陈光（1986－），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，主要研究方向：Android 操作系统。
文章编号：1001－9081（2012）12－3508－04doi ：10．3724/SP．J．1087．2012．03508基于自适应更新的无线传感网络MAC 协议刘明珠，许士涛*，陈光(哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，哈尔滨150080)(*通信作者电子邮箱xiaotao777@126．com)摘要：针对无线传感器网络节点能量受限问题，提出了一种新的自适应更新异步MAC 协议———AU-MAC 协议。
该协议以睡眠与工作状态切换、异步方式和自适应更新相结合的办法有效延长了网络寿命，减少了节点能耗。
AU-MAC 协议通过采用发方监听、接方激活数据传输，提高了信道利用的有效性。
并且，它以建立邻居节点信息表，引入自适应更新机制，来减少空闲监听。
在NS2网络仿真平台对提出的AU-MAC 协议的性能进行了仿真评估。
仿真结果表明，AU-MAC 协议在保持相当的吞吐量以及端—端延迟的基础上，使无线传感器网络的能量有效性得到了改善。
关键词：无线传感网络；媒体访问控制；异步；自适应更新中图分类号：TP212．9；TN915．04文献标志码：AMAC protocol based on adaptive update in wireless senor networksLIU Ming-zhu，XU Shi-tao *，CHEN Guang(School of Measurement-Control Technology and Communication Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin Heilongjiang 150080，China )Abstract:In order to solve the energy limitation problem on wireless sensor network nodes，this paper proposed a new adaptive update asynchronous MAC protocol —AU-MAC protocol．This protocol combined the sleep-work state switching mode，asynchronous mode with adaptive update to effectively extend the network life．AU-MAC protocol improved channel usage efficiency by making use of sender monitoring and receiver activating data transfer．And，it established a neighbor node information table and introduced adaptive updating mechanism，to reduce the free monitor．The functions of AU-MAC protocol had been estimated on NS2network simulation platform．It shows that，AU-MAC protocol improves the energy efficiency at the basis of maintaining the same throughput and end-end transit delay．Key words:Wireless Senor Network (WSN);Media Access Control (MAC);asynchronous;adaptive update0引言无线传感器网络（Wireless Sensor Network ，WSN ）是一个通过共享无线介质而构成的多跳自组织网络［1］。
第3章 MAC协议
竞争协议无需全局网络信息，扩展性好，易于实现，但能耗大；调度协议没有冲突，因而节省能量， 但难于调整帧长度和时隙分配，难以处理拓扑结构变化，扩展性差，时钟同步精度要求高；混合MAC 协议具有上述两种MAC协议的优点，但通常比较复杂，实现难度大。
（2）根据MAC协议使用的信道数目可分为单信道MAC协议和多信道MAC协议。
如图3-1所示，节点A希望向节点B发送数据，节点C在A的无线通信范围内，节点D在节点B的无线通信范围内，但 不在节点A的无线通信范围内。 节点A首先向节点 B发送一个请求帧（request-to-send，RTS），节点B返回一个清除帧（clear-to-send，CTS） 进行应答。 在这两个帧中都有一个字段表示这次数据交换需要的时间长度，称为网络分配矢量（network allocation vector， NAV），其他帧的MAC头也会捎带这一信息。 节点C和 D在侦听到这个信息后，就不再发送任何数据，直到这次数据交换完成为止。NAV可看作一个计数器，以 均匀速率递减计数到零。当计数器为零时，虚拟载波侦听指示信道为空闲状态；否则，指示信道为忙状态。
无线传感网中能量消耗主要包括通信能耗、感知能耗和计算能耗。其中通信能耗 所占比重远大于计算能耗，通信部件和计算部件的功耗比通常在1000倍以上。因 此减少MAC协议通信中的能量浪费，是延长网络生存时间的有效手段。
无线传感网MAC协议设计面临的问题
通信过程中造成能量损耗主要体现在以下几方面：
在无线传感网络中，MAC协议决定无线信道的使用方式。通过在传感器节点之间分配和共享 有限的无线信道资源，MAC协议构建起无线传感器网络通信系统的底层基础结构。由于多个 节点共享无线信道，且无线传感器网络通常采用多跳通信方式，因此MAC协议要解决隐藏终 端和暴露终端问题，使用分布式控制机制实现信道资源共享。
无线传感器网络的MAC协议全解
基于竞争的MAC层协议
DMAC协议
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，对树的 底层节点适合的占空比不一定适合中间节点 ◆如果一个节点（父节点）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3μ个周 期，节点重新切换到接收状态 ◆在前一周期竞争信道失败的子节点侦听到父节点的ACK帧，知道 父节点将在3μ后醒来，据此调整自身调度计划，在3μ后唤醒自己与 父节点建立通信
串扰(Overhearing)
◆节点是以广播的形式发送消息的，广播范围内的节点就可能接收 到发向其他节点的数据包，造成串音干扰。 ◆当节点密度很大或者需要传输的数据很多的时候，串扰消耗的能 量也是很可观的。为尽量避免这种情况，节点应该在无数据收发时 关闭其接收器。
MAC层能耗来源
控制信息开销(Control packet overhead)
基于竞争的MAC层协议
S-MAC协议
基于竞争的MAC层协议
有“自适应侦听”机制的S-MAC协议
◆节点A、B确立通信关系时，节点C通过B的CTS帧内duration(持续 时间)字段得知信道通信结束时间。 ◆在节点A、B传输结束时，C立即唤醒自己，与B建立通信关系。 ◆两跳外的节点不参与其中。
◆优点：提高通信效率。
◆对以上不足的改进，提出了T-MAC协议：在保持周期侦听长度不 变的情况下，根据通信流量动态调整节点活动时间，用突发方式 发送消息，减少空闲侦听时间。其主要特点是引入了一个TA时隙。
基于竞争的MAC层协议
T-MAC协议
在节点活动周期内(SYNC、DATA)，如果在一个给定的时间段TA内 没有发生特定事件(定时器超时、接收到数据、发现无线信道、监 听RTS/CTS，确认邻居节点完成数据传输等)，则节点提前结束活动 进入睡眠状态。
无线传感器网络MAC协议
无线传感器网络MAC协议摘要近年来，无线传感器网络（WSNs）作为国内外一个新兴的研究方向，吸引了许多研究者和机构的广泛关注。
本文从无线传感器网络MAC 协议角度出发，介绍了无线传感器网络的MAC 协议及当前的研究现状，分析了无线传感器网络协议和传统网络协议在设计上的不同点，对已有的MAC 协议进行分类，着重研究和比较了S-MAC和T—MAC无线传感器网络MAC 协议.最后,展望了无线传感器网络MAC协议的进一步研究策略和发展趋势。
关键词无线传感器网络（WSNs)，MAC协议，能量有效性Abstract In recent years，wireless sensor networks （WSNs）, as a new research direction at home and abroad，has attracted the attention of many researchers and organizations. We conduct a deeply research on wireless sensor network MAC protocol,and we propose the difference between WSN and traditional networks, not only given the characteristic of WSN，we also have illustrate the research orientation in this area.Focus on the research and comparison of S-MAC and T-MAC wireless sensor network MAC protocol。
Finally, the future research strategies and trends of MAC protocols in WSNs are summarized。
wsn路由协议
PPT构成
1.WSN的体系结构 2.路由协议的定义 3.WSN的特点及对路由设计的影响 4.路由协议的关键问题分析 5.路由协议的分类 6.典型路由协议及其比较 7.WSN的OS,tinyos和nesc 8.举例：Tinyos中的multi-hop routing LEPS 协议实现 9.程序分析:LEPS-FMAC
2.多对一和一对多为主的业务模式
WSN的主要业务是传感器节点把采集到的信息传给sink和sink向WSN下达查询 命令，这是典型的多对一和一对多的模式。
为了支持这种通信模式，WSN中很多路由协议建立具有树状结构的路由
此外还有“地域多播（geocast）”的业务模式 WSN中，用户可能对一个地理信息区域内的信息感兴趣，因此需要把查询和命令 发送到该区域内的所有节点。以洪泛方式可以支持这种业务，但是开销太大。针对 这种模式设计了以下一些路由协议： LBM：基于位置的多播协议 Voronoi diagram and convex hull based geocasting and routing：基于Voronoi图和
无线传感器网络的一个基本理念是以大量低成本节点组网，通过节点之间的 协作获得比单一的高精度、高可靠性和高成本的传感器更好的信息采集效果。单个 传感器低能量和不可靠是无线传感器网络固有的，将对协议设计产生较大影响。
从对路由协议设计影响的角度，归纳WSN的特点
1.形式多样的信息报告模式 WSN中信息报告模式分三类： a.事件触发：节点采集信息后判断，若超过一定的阈值，则认为发生了某种事件，
有些WSN中的节点是可移动的，如医疗监测WSN，候鸟迁徙WSN，网络拓扑 变化比较快
5.能量受限、结构简单的节点
Node大都由电池供电，电池体积小， 能量有限且难以更换 许多场合需要WSN连续工作数年甚 至更长。 Node结构简单，存储、处理、通信 能力低，单个节点可靠性差。要求协 议尽可能简单，具有容错性
无线网络mac协议简介
无线网络mac协议简介篇一：无线自组网竞争类MAC协议分析及研究无线自组网竞争类MAC协议分析及研究无线自组网是一种没有任何中心实体的，由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的自治性网络。
依靠节点间的相互协作可在任何时刻、任何地点以及各种移动、复杂多变的无线环境中自行成网，并借助多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离，从而拓宽网络的传输范围，为用户提供各种服务、传输各种业务。
在现代化战场上，如数字化与自动化战场、各种军事车辆、士兵之间的协同通信、发生地震等自然灾害后、搜救与营救以及移动办公、虚拟教室、传感器网络等通信领域应用非常广泛。
其中MAC协议是无线自组网协议的基础，控制着节点对无线媒体的占用，对自组织网的整体性能起着决定性的作用。
从自组织网出现至今，MAC协议设计一直是研究的重点。
目前，移动自组织网采用的信道访问控制协议大致包括3类：竞争协议、分配协议、竞争协议和分配协议的组合协议(混合类协议)。
这3种协议的区别在于各自的信道接入策略不同。
由于MAC协议的研究主要集中在基于竞争的机制，本文着重针对竞争类协议中几种较常用的典型MAC协议进行对比分析，并在OPNET仿真建模软件中创建出各协议的状态模型，这对无线自组织网络仿真研究及选择高效适用的MAC技术方案具有实际参考价值。
1 竞争协议的概念及特点竞争协议是使用直接竞争来决定信道访问权，并且通过随机重传来解决碰撞问题。
ALOHA协议和载波侦听多址访问CSMA协议就是竞争协议的典型例子。
除了时隙化的ALOHA协议，大多数竞争协议都使用异步通信模式。
这种协议在低传输负荷下运行良好，如碰撞次数少，信道利用率高、分组传输时延小。
随着传输负荷的增大，往往使协议性能下降、碰撞次数增多。
在传输负荷很重的时候，竞争协议可能随着信道利用率下降而变得不稳定。
这就可能导致分组传输时延呈指数形式增大，以及网络服务的崩溃。
这就对MAC协议的设计提出了较高的要求。
对MAC协议的一些认识
对MAC协议的一些认识——10092110126 姚尧在无线传感器网络中，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，用来架构传感器网络系统的底层基础结构。
MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。
MAC协议位于OSI七层协议中数据链路层的下半部分，主要负责控制与连接物理层的物理介质。
在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC层。
不管是在传统的有线局域网（LAN）中还是在目前流行的无线局域网（WLAN）中，MAC协议都被广泛地应用。
在传统局域网中，各种传输介质的物理层对应到相应的MAC层，目前普遍使用的网络采用的是IEEE 802.3的MAC层标准，采用CSMA/CD访问控制方式；而在无线局域网中，MAC所对应的标准为IEEE 802.11，其工作方式采用DCF（分布控制）和PCF（中心控制）。
下面对一些MAC算法的原理和工作过程进行比较详细地介绍，并对其优劣进行评价：一、T-MAC协议：T-MAC（Timeout-MAC）协议是在S-MAC协议的基础上提出的。
传感器网络MAC协议最重要的设计目标是减少能量消耗，在空闲侦听、碰撞、协议开销和串音等浪费能量的因素中，空闲侦听的能量消耗占绝对大的比例，特别是在消息传输频率比较低的情况下。
T-MAC（Timeout-MAC)协议与自适应睡眠的S-MAC协议基本思想大体相同。
数据传输仍然采用RTS/CTS/DATA/ACK的4次握手机制，不同的是在节点活动的时隙内插入了一个TA(Time Active)时隙，若TA时隙之间没有任何时间发生，则活动结束进入睡眠状态。
WSN第3章 MAC协议
②冲突（碰撞）：
如果两个节点同时发送，并相互产生干扰，则它们的传输都将失败 ，发送包被丢弃。此时用于发送这些数据包所消耗的能量就浪费掉
③控制开销：
为了保证可靠传输，协议将使用一些控制分组，如RTS/CTS，虽然 没有数据在其中，但是我们必须消耗一定的能量来发送它们；
④串扰（串音）：
侦听 TA
休眠
侦听 TA
休眠
侦听 TA
休眠
在活跃状态下，节点可能保持监听，也可能发送数据。当在 一个时间段内没有发生激活事件时，活跃状态结束，节点进 入睡眠状态。激活事件的定义如下：
(1)定时器触发周期性调度唤醒事件。 (2)物理层从无线信道接收到数据包。 (3)物理层指示有的无线信道忙。 (4)节点的DATA帧或ACK帧发送完成。 (5)通过监听RTS；CTS帧，确认邻居的数据交换已经结束。
（3）串扰避免
SMAC协议中，在RTS/CTS帧中部带有目的地址和本次通信 的持续时间信息，接收到该帧后，如果发现目的地址不是本 地地址，节点马上进入睡眠状态，并将此次通信的持续时间 存储到本地的NAV(Network Vacation Vector)中。NAV会随 着本地时钟的运行递减。在NAV值非零期间节点都处于睡眠 状态，这就很大程度避免了串扰数据包的接收，减少了能量 损耗。 S-MAC采用物理侦听，防止了冲突解决了隐藏节点的问题； 采用虚拟侦听，节点收到NAV的时候，立刻进入休眠状态， 解决了串音问题。
三种帧间间隔
当信道空闲时间大于 DIFS时使用信道
DIFS
信道忙
DIFS PIFS SIFS
竞争窗口
退避窗口 时间槽
下一帧 时间
推迟发送
CSMA/CA的基本访问机制
基于调度的无线传感器网络 MAC 协议研究
基于调度的无线传感器网络 MAC 协议研究申鹏飞;章韵【摘要】It analyzes the characteristics of current scheduling based MAC layer protocol in wireless sensor networks (WSN),and propo-ses a new TDMA based MAC layer protocol with good performance of real-time and overall situation for new application field. By mak-ing full use of time slots,the protocol allows the node with higher demands for transmission to use the idle slots to transmit the data,this can reflect the overall situation while satisfy the real-time requirements. Subsequently,implement and test the protocol on CC2430 hard-ware platform. Finally,the experimental results indicate that the new TDMA based MAC protocol can not only reduces the delay of data, but also reflects the overall situation of data.% 文章分析了当前无线传感器网络中基于调度的 MAC 层协议的特点，针对新的应用领域中对数据实时性和全局性要求较高的特点，提出了一种新的基于 TDMA 的MAC 层协议，通过充分利用空闲时隙，允许有较高数据传输需求的节点使用其他节点的空闲时隙传输数据，使得在满足实时性要求的同时能够反映监测区域的全局特征。
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7.2.4 典型的WSN MAC协议– S-MAC Sensor- MAC(S-MAC) 是由Ye Wei及其合作者于2002年提出的
Y. Wei, J. Heidemann, and D. Estrin. An energy-efficient MAC protocol
for wireless sensor networks. In the proceedings of INFOCOM 2002, pp.
1567-1576.
S-MAC的主要特点包括：
•Periodic Listen and Sleep
•Collision Avoidance
•Overhearing Avoidance
•Message Passing
7.2.4 典型的WSN MAC 协议 – S-MAC Periodic Listen and Sleep
S-MAC 增加了用于周期性地向邻居节点广播包含自己调度信息的控制包即SYNC 包 •包含了自己下一时刻何时进入侦听周期的信息。
为了防止SYNC 包与数据包的冲突，监听时间又被进一步分为SYNC 周期和DATA 周期。
•节点在SYNC 周期广播SYNC 包，而数据传输则发生在DATA 周期。
侦听周期 睡眠周期 SYNC DATA 侦听周期 睡眠周期 时间 SYNC DATA
7.2.4 典型的WSN MAC 协议 – S-MAC
使用SYNC 中的调度信息 启动 侦听 收到SYNC 产生自己的调度信息 广播SYNC N 收到SYNC 发现其他邻居 Y N Y 将SYNC 中的调度信息加入调度列表 Y 开始周期性的侦N
7.2.4 典型的WSN MAC协议– S-MAC
S-MAC的工作过程
每个节点调度醒来之后，进入侦听周期，并广播自己的SYNC
•如果此时节点有数据要发送，且接收方也具有相同的调度信息，则在DATA周期（也即接收节点的DATA周期）开始之后发起数据传输
•如果没有数据要发送，且在DATA周期开始后没有收到RTS，则提前进入Sleep状态
睡眠时间时间时间
SYNC RTS
CTS DATA
ACK
A B C
7.2.4 典型的WSN MAC协议– B-MAC
Berkeley-MAC协议简称B-MAC协议。
该协议使用扩展前导和LPL技术实现低功耗通信。
B-MAC is really simple
•CSMA via CCA (Clear Channel Assessment) & backoff
•Low power listening (LPL) via Preamble
•Acknowledgment
LPL: Preamble is not a packet but a physical layer RF pulse
Sender Receiver Preamble Send data
S
R
|Preamble| ≥ Sampling period。