无线传感器网络-MAC协议
无线传感器网络mac协议中退避算法的分析
摘要在无线传感器网络中，介质访问控制（MAC）协议决定了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，对传感器网络的性能有较大影响。
相对于有线网络，无线环境下的MAC技术要面对更多的问题，尤其对于能量受限、频率资源宝贵和网络拓扑结构动态变化的无线传感器网络而言，设计一种节能高效的MAC协议至关重要。
本文从网络信道分配方式的角度，对MAC层协议进行了分类，介绍了几种比较典型的MAC协议，并对它们进行了分析比较；在对MAC层能量消耗的主要原因进行分析的基础上，对基于竞争机制的MAC协议中的退避机制进行了探讨，通过借鉴无线网络中相关的退避算法，给出了一种无线传感器网络MAC层退避机制的改进方案。
改进的退避算法的基本思想是通过加入初始竞争窗口的参数，采用时隙利用率对当前信道的忙闲状态进行评估，使节点能够根据当前网络信道的状况来调整其竞争窗口的大小，减少发送数据冲突的同时，提高了能量利用率和系统吞吐率。
仿真中，本文将改进的退避方案在无线传感器网络基于竞争机制的具有代表性的MAC层协议S-MAC中加以应用，完成了改进算法在NS-2中的仿真实现，实验表明改进后的退避方案在能量消耗、吞吐量等方面的性能有很好的提高。
本文最后对所做工作进行了总结，并提出了今后的研究方向，如在硬件实验平台上进行实际性能的测试，对改进算法进行进一步的探讨，使之能适应不同拓扑的网络结构等。
关键词：无线传感器网络MAC协议竞争机制退避算法AbstractIn wireless sensor networks，medium access control (MAC) protocols allocate limited radio resource among sensor nodes and construct infrastructure. MAC protocols have a great influence on the performance of wireless sensor networks. Compared to cable networks, MAC technology in wireless condition faces more problems, especially for wireless sensor networks with constrain of energy, valuable resources of the frequency and dynamic changes of network topology, so it is crucial for the design of MAC protocols to achieve a highly energy-saving and efficient performance.Firstly, the analysis and compare of the typical MAC protocols (IEEE802.11、S-MAC、IEEE802.15.4 etc.) are introduced in this thesis. Then, based on the analysis of the energy consumption and performance evaluation indicators of MAC protocols, the thesis discusses the backoff strategy in MAC protocols with competition mechanism, and proposes a new backoff strategy The new backoff strategy brings forward a conception that the competition window changes dynamic. According to the new algorithm, the node in WSN can adjust its competition window adaptively based on the evaluation of the current network channels condition. The essential idea of the improved backoff algorithm is to evaluate the busy condition of the current channel according to the use rate of time slots, by adding a new parameter to the new algorithm which decreases the packets collision as well as improves the energy efficiency and the network throughput. The thesis applies the new algorithm into S-MAC protocol, which is a representation of MAC protocols with competition mechanism, and carries it out in NS-2, a network simulation tool, for simulation. The simulation results show that, in contrast with S-MAC protocol, the new algorithm puts up better performance on energy saving and mean throughput of the wireless networks.Finally, the thesis draws conclusions by summarizing the main contributions of the research and present directions of future work including its implement on hardware platform for experiments to test its practical performance, making it adaptive for other network topology by further study.Keyword: Wireless Sensor Networks MAC protocol Competition Mechanism Backoff Algorithm目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言1.1 课题的背景 (1)1.2 研究现状及意义 (3)1.3 本文的研究工作和组织结构 (4)2 无线传感器网络MAC协议的分析2.1 无线传感器网络协议体系 (6)2.2 无线传感器网络现有MAC协议分析 (7)2.3 MAC协议设计的关键问题 (15)2.4 本章小结 (16)3 MAC层协议中改进退避方案的提出与设计3.1 基于竞争机制的MAC协议相关理论 (18)3.2 MAC层协议退避算法分析及改进 (20)3.3 本章小结 (37)4 改进算法的仿真实现与性能分析4.1 改进算法的仿真测试 (38)4.2 算法性能分析 (45)4.3 本章小结 (49)5 总结 (50)致谢 (52)参考文献 (53)1 引言1.1 课题的背景无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物，是一种全新的信息获取和处理技术，被认为是21世纪最重要的技术之一，它将会对人类社会未来的生活方式产生巨大影响。
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。
无线传感器网络中的数据传输协议
无线传感器网络中的数据传输协议一、引言随着物联网和智能化技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）因其低功耗、低成本、易部署等优点而得到广泛应用。
数据传输是WSN中的关键问题，其质量和效率直接影响整个网络的运行效果。
本文将从协议设计、数据传输过程和优化角度探讨无线传感器网络中的数据传输协议。
二、协议设计WSN中的数据传输协议主要分为以下几种：（一）传输层协议传输层协议是指在WSN中实现数据传输的基本协议，包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）两种。
UDP协议的传输效率高，但可靠性不够，适用于需要快速传输数据且对数据完整性要求不高的场合；TCP协议则通常用于重要数据的传输，通过重传、校验等功能提高数据传输的可靠性，但传输效率略有降低。
（二）MAC层协议MAC层协议是指定义数据包发送和接收的规则和方式，以及控制无线传感器网络内节点之间的通信协议。
目前常见的MAC层协议有能量受限的媒体接入控制（Energy-Limited Media Access Control，ELMAC）和低能耗媒体访问控制（Low-Energy Media Access Control，LEMMA）两种，它们通过不同的方式控制节点的发送和接收规则，保证数据在传输过程中的准确性和实时性。
（三）路由协议路由协议是指无线传感器网络中节点之间传输数据的路径规划和选择协议，以保证数据可靠传输。
常见的路由协议有基于距离的路由协议、基于分层的路由协议和基于能量的路由协议。
其中基于能量的路由协议因其在保证数据可靠传输的同时，考虑了节点的能量消耗，具有较高的适用性和可靠性。
三、数据传输过程WSN中的数据传输过程需要经过以下几个阶段：（一）数据采集数据采集是指节点通过传感器采集到环境中的各种数据，如温度、湿度等信息，并将其存储在节点内部的缓存区中，待传输时一并打包发送。
（二）数据编码数据编码是指将数据通过特定的编码方式转换成能够在无线传感器网络中传输的格式，如决策树结构、压缩编码、嵌入式编码等。
无线传感器网络MAC协议研究与实现
１ ）如 果在 该 节 点选 择 或宣 布 一个 时 间表 作 为它 自身 的时 间表 之 前 ， 收到 一个 来 自其 邻 居节 点 的ＳＮ 帧 ， 则采 用收 到 的这 个 时间表 并 开始 遵 守 ＹＣ 该 时间表 。在该 节 点的 下 一个 监 听时 间段 ， 它通 过广 播 一个 ＳＮ帧 来 宣布 ＹＣ 该时 间表 为其 自身 的时 间表 。 ２ ）如 果节 点 在选 择 和 宣布 其 自身的 时 间表 之后 ，又收 到 一个 不 同 的 时 间表 ，则有 以下 两种情 况 ：① 如 果该 节 点没有 其他 的邻 居节 点，则 放弃 之前 选择 的时 间表 ，并 开始 遵 守新 的 时间 表 。如 果节 点 已经 了解 到邻 居节
１Ｓ ＭＡＣ的原 理 Ｓ Ｃ Ａ Ｍ 采用 一 个 周 期 性 的唤 醒 方 案 ， 即每 个 节 点 根据 预 先 确 定 的 时 间 表 ，交替 地改 变固 定长度 的监 听 时段和 固 定长度 的 唤醒 时段 ，如 图１ 示 ， 所 ＳＡ 试 图调整 相邻节 点 的时 间表 ， 以使 它们 的监 听 时段 同时 开始 。节 点Ｘ ＭＣ 的 监 听时段 被进 一步划 分 为三个 不 同的阶 段 ：
点 的存在 ，且这 些 相邻 节 点均 采用 各 自的时 间表 ，则 节 点保 持其 自身 的 时
间表 。② 如 果节 点遵 守 了一个 或 多个 时间表 ，则 它在 除 了在原 先遵 守的 时 间表 苏醒 ，还 必须 在新 收到 的时 间表 的监 听时 段苏醒 。 采 用 这种 方法 ，可 以将一 个较 大 的多跳 网络分 为 多个依 据 “ 间表 同 时 步 的岛 屿 ”。边 界 位置 上 的节 点必 须 遵守 两个 或 多个 不 同的 时 间表 ， 以广
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。
关于无线传感器网络MAC层协议的研究
要 ：当前 ，无线传 感器 网络 （ Ｓ ） 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 Ｗ Ｎ 是
的广 泛关 注。本 文 简单介 绍 了无线 传感 器 网络 以及 ＭＡＣ 协议 ，对 ＭＡ 协 议进行 了分 类、 分析 ，比较 和总 结 了这 些协议 Ｃ 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 Ｍ Ｃ 协议 的研 究重点及 策略 。 Ａ 关键词 ：无线传 感器 网络 ；ＭＡ Ｃ协议 ；竞 争协议
无线传感器网络3_MAC协议2014
MAC协议导致能量浪费的因素
冲突
冲突后重传需要消耗能量
串扰（overhearing）
收到了发给别人的数据包，需丢弃
控制开销
由于传输帧头等非实际负载所带来的能量消耗
空闲监听
即便不接收数据，监听信道会消耗相当于接收 的50%-100%的能量
S-MAC如何解决上述问题？
冲突
解决方法：带NAV的RTS/CTS机制。
(1)能量效率。 (2)可扩展性。 (3)网络效率。 (4)算法复杂度。 (5)与其他层协议的协同。
MAC协议分类
从不同的角度入手，对MAC协议进行分类的方法有多种，可 以根据MAC协议使用的信道数目分为基于单信道、基于双信 道和基于多信道三类;可以根据MAC协议分配信道的方式分 为竞争型、分配型以及混合型;可以根据网络类型是同步网络 还是异步网络，将MAC协议分为同步、异步两类。
之间的数据传输，但是，C虽然能发送数据给E， 但却不能正确接收到E返回的数据，例如CTS、 ACK等帧，因为其接收会受到A的干扰！ 所以SMAC规定，A和B一跳之内的邻居都应该去 睡觉！无论其是想发送还是想接收，统统禁止。
控制传输开销的两难选择
当要传输的消息较长时，有两种方法：
一是一次性发送，但如果由于几个比特 错误造成 重传，则会造成较大的延时和 能量损耗。
本书中采用根据MAC协议分配信道的方式来进行分类，从竞 争型、分配型以及混合型三种类型入手，介绍目前比较有代 表性的MAC协议。
经典的MAC协议列表
竞争型MAC协议 SMAC，TMAC
SMAC协议概述
SMAC (Sensor MAC)协议是较早提出的一种基于竞争的 无线传感器网络MAC协议，由USC/ISI的Wei Ye等人提 出，并在NS2、 TinyOS等平台上进行了仿真和实现。该协 议继承了802. 11 MAC协议和PAMAS协议的基本思想， 在此基础上加以改进，以WSN的能量效率为主要设计目标， 较好地解决了能量问题，同时兼顾了网络的可扩展性，为广 大研究人员参考和比较。
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
面向物联网的无线传感器网络MAC层协议设计与优化
面向物联网的无线传感器网络MAC层协议设计与优化随着物联网的快速发展，无线传感器网络（WSN）作为其重要组成部分，已经在各个领域得到广泛的应用。
在WSN中，MAC层（Medium Access Control Layer）协议的设计对于网络的性能和能耗起着至关重要的作用。
因此，本文将探讨面向物联网的无线传感器网络MAC层协议的设计与优化。
一、MAC层协议的基本原理MAC层协议是无线传感器网络中用来协调节点的共享信道访问的方法。
其基本原理是通过时间分割、空间分割或其他方式，使不同节点在不冲突的时间或空间段内进行通信，从而提高网络的效率。
二、传统MAC协议的局限性在传统的MAC协议中，如CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）协议，在高度动态的物联网环境下存在一定的局限性。
首先，CSMA/CA的信道侦听机制在大量节点同时竞争信道时，可能会导致网络性能下降。
其次，在多跳传输中，控制包的传输延迟也会带来一定的能耗。
因此，需要设计一种适用于物联网的新型MAC协议，以解决这些问题。
三、基于时隙划分的MAC协议一种常见的改进方式是基于时隙划分的MAC协议。
该协议将时间划分为多个时隙，并为每个时隙分配不同的节点进行通信。
这样可以减少节点之间的干扰，提高网络的吞吐量和稳定性。
此外，该协议还可以通过调整时隙的长度和数量，以适应不同应用场景下的需求。
四、基于空间划分的MAC协议除了时隙划分，还可以使用空间划分来改进MAC协议。
在这种协议中，将网络划分为多个独立的区域，每个区域由一个基站或者协调节点负责管理。
通过减少节点之间的干扰，可以提高网络的可靠性和能耗效率。
此外，通过选择合适的基站位置，还可以优化网络的整体覆盖范围和信号强度分布。
五、混合划分的MAC协议综合利用时隙划分和空间划分的优势，可以设计一种混合划分的MAC协议。
在该协议中，时间和空间都被划分成多个块，每个块由一个基站或协调节点负责管理。
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。
简述s-mac协议的基本内容
简述s-mac协议的基本内容S-MAC协议是一种用于无线传感器网络中的节能协议，它的全称是Sensor-MAC协议。
该协议旨在通过优化传感器节点的能量消耗，延长网络的生命周期。
下面将简要介绍S-MAC协议的基本内容。
1. 节能机制：S-MAC协议采用了一种分时睡眠机制，将节点分为活动期和睡眠期。
在活动期，节点进行数据传输和接收；在睡眠期，节点进入低功耗模式以节省能量。
节点会周期性地进行活动期和睡眠期的切换，以平衡能量消耗和数据传输需求。
2. 时钟同步：为了保证节点之间的协调工作，S-MAC协议使用了时钟同步机制。
节点通过周期性地进行时间同步，保证整个网络的时间一致性。
这样可以避免因时间差异导致的数据冲突和能量浪费。
3. 碰撞避免：为了避免数据传输过程中的碰撞，S-MAC协议引入了一种分布式协调机制。
节点在进行数据传输之前，会先进行信道监听，如果信道空闲则进行传输，否则等待一段随机时间后再次监听。
这样可以有效避免多节点同时传输导致的碰撞问题。
4. 数据预取：为了减少数据传输时的能量消耗，S-MAC协议采用了数据预取机制。
节点可以主动向周围节点获取一些预取数据，并进行缓存。
当需要传输数据时，可以直接从缓存中获取，避免了额外的数据传输和能量消耗。
5. 睡眠调度：S-MAC协议通过灵活的睡眠调度机制，根据节点的实时负载情况和通信需求调整睡眠期的长度。
这样可以根据网络的实际情况，动态地调整节点的能量消耗，进一步延长网络的生命周期。
6. 路由选择：S-MAC协议还包括了一种基于链路质量的路由选择机制。
节点通过监测周围节点的信号强度和传输质量，选择最优的路径进行数据传输。
这样可以避免能量消耗过大和数据传输过程中的丢包问题。
7. 休眠唤醒：为了进一步降低能量消耗，S-MAC协议引入了一种休眠唤醒机制。
节点在睡眠期间可以周期性地唤醒，进行一些必要的工作，如时钟同步、邻居节点更新等。
这样可以保证网络的正常运行，同时避免了长时间的能量浪费。
无线传感器网络MAC协议综述
无线传感器网络MAC协议综述摘要:在无线传感器网络体系结构中,MAC(medium access control)协议是保证网络高效通信的重要协议。
无线传感器网络有着与传统无线网络明显不同的性能特点和技术要求，它的设计目标是有效地使用网络节点的受限资源，以最大化网络的服务寿命，传统无线网络MAC协议无法应用于传感器网络，各种针对特定传感器网络特点的MAC协议相继提出。
本文首先简要介绍无线传感器网络的MAC协议，归纳无线传感器网络MAC协议的设计原则和分类方法，分析当前典型的各类MAC协议的主要机制，详细比较这些协议的特点、性能差异和应用范围。
最后总结无线传感器网络MAC协议的研究现状，并展望未来的研究。
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。
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。
1 无线传感器网路的MAC协议概述1.1无线传感器网路的MAC协议设计原则在WSN中，节点能量有限且难以补充。
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。
无线传感器网络中的数据传输和网络协议
无线传感器网络中的数据传输和网络协议无线传感器网络是一种由许多相互连接的无线传感器节点组成的网络，它可以感知和收集环境中的各种数据，并传输到指定的目的地。
数据传输和网络协议是无线传感器网络正常运行的基础，本文将详细介绍无线传感器网络中的数据传输和网络协议，以及相应的步骤。
一、无线传感器网络中的数据传输无线传感器网络中的数据传输是指将传感器节点收集到的数据通过网络传输到指定的目的地。
数据传输的步骤如下：1. 数据采集：传感器节点根据预设的任务进行数据采集，可以是环境温度、湿度、压力等各种物理量。
2. 数据压缩：由于无线传感器网络的资源有限，需要对采集到的数据进行压缩，减小数据的大小。
3. 数据编码：将压缩后的数据进行编码，为了节省能量和网络带宽，通常采用低功耗的编码算法。
4. 数据传输：将编码后的数据通过无线信道传输到目标节点或基站。
数据传输可以采用单跳传输或多跳传输的方式。
5. 数据接收：目标节点或基站接收到传输的数据，通过解码和解压缩还原成原始数据。
二、无线传感器网络中的网络协议无线传感器网络中的网络协议用于管理和控制传感器节点之间的通信，确保数据传输的可靠性和稳定性。
常用的网络协议有以下几种：1. MAC协议：MAC协议用于控制传感器节点之间的介质访问，避免冲突和碰撞。
常用的MAC协议有CSMA/CA、TDMA和FDMA等。
2. 路由协议：路由协议用于确定数据传输的路径，将数据从源节点传输到目标节点。
常用的路由协议有LEACH、AODV、DSDV等。
3. 网络协议：网络协议用于实现节点之间的通信，包括寻址、拓扑管理和数据传输协议等。
常用的网络协议有IP、ICMP、UDP和TCP等。
4. 安全协议：安全协议用于保护无线传感器网络的数据和节点的安全。
常用的安全协议有AES、DES和RSA等。
5. 应用层协议：应用层协议用于实现特定的应用功能，例如数据的存储、查询和处理。
常用的应用层协议有HTTP、FTP、SNMP和CoAP等。
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
无线传感器网络S-MAC协议的分析与算法改进
１ １ Ｓ ＭＡ ． － Ｃ工作机 制
无 线 传 感 器 网 络 与 应 用 高 度 相 关 ， 究 人 员从 不 同 的 方 研
载 波侦听 机制 ， 以及 ＲＴ －Ｃ Ｓ的通告 机制 ， Ｓ Ｔ 以此较好 地解决
了 隐藏 终 端 问题 和 暴 露 终 端 问 题 。
１ １４ 退 避发 送机 制 ．．
软件
陆健强等 ： 无线 传感器网络 Ｓ ＭＡＣ协议 的分析与算法改进 －
１ Ｓ Ｍ Ｃ 议分析 － Ａ 协
无线传感器 网络应 用的范 围非常广泛 ， 同应用 场合对 网 不 络的要求都是不尽相 同的 。 于竞争的 ＭＡＣ 协议简单 、 基 高效 ，
扩展性好 ， 且 不要 求严格 的时钟 同步。在数 据发送 量不大 ， 并
减少 了空闲监 听造成 的能量 损耗。为 了进 行 同步和适应新 加 入节 点， 每个节 点都要定期 广播 Ｓ ＹＮＣ表 明 自己的调度信 息 ， 这个 广播 Ｓ ＹＮＣ的 周期称 为 Ｓ ＹＮＣ周期 ， 一般 包括若干 个侦
听睡眠周期。
息分割 为若干 段消 息 ， 集中突 发传送 减少协议 控制消 息的 并
种 Ｍ ＡＣ协 议 相 对 其 他 ＭＡＣ协 议 在 所 有 方 面 都 有 明 显 优 势 。
各种 ＭＡＣ
性 方面 ， 或者倾 向于提 高网络延 迟方面 ， 或者 倾 向于 提高 网络 吞 吐量方 面等 ， 在这些性 能之 间都存 在不 同程 度的矛 盾性 ， 且 受到多方面 因素 的制约 。 因此 ， 应根据具体应 用环境来决 定
如 果 此 时 有 数 据 要 处 理 ， 据 就 被 缓 存 起 来 ， 到 节 点 处 于 侦 数 等
网络传输 中， 长消息传输成功率 相对不高 。因此 ， — Ｓ ＭＡＣ
无线传感器网络S-MAC协议性能研究
每个周期开始时，消息队列非空的节点会从 ｆ， －】 ０Ｗ １中随机选 择一个退避数 ，其中，ｗ为竞争窗 口的大小 ，协议中规定竞 争窗 口的大小不变。选择 退避数后 ，如果信道保持空闲且持
续一个时隙的时间 ，则节点 的退避数会在 时隙结束后减 １ 。
当 网 络 中某 节 点 的退 避 数 首 先减 少为 ０时 ，该 节 点 将 发 送 数
第 ３ 卷 第 ２ ６ ４期
Ｖｌ ． ６ ０ ３ Ｊ
・
计
算
机
工
程
２１ ０ ０年 ｌ ２月
Ｄｅ ｅ ｂ ｒ２ ０ ｃ ｍ ｅ ０１
ＮＯ ２ ．４
Ｃｏｍ ｐｕｔ ｒＥ ｎ ｎ ｅ ｉ ｅ ｇｉ ｅ ｒｎｇ
网 络与通 信 ・
文章编号：ｌ ０＿４８ ｏｏ４ Ｎ７ ３ 文献标识码： ０ －３２（ １）—Ｉ８—ｏ ｏ＿ ２ ２ Ｊ Ａ
ｇ ｎ ｒ ｔｎ ｕ ｃ ｉ ｎ ａ ｉ ｎ ｌｆｏ ｇ ａ ｈ ｔ ｎ ｌ ｚ ＡＣ ｃ ｅ ｓ ｄ ｌｙ ｏ Ｍ ＡＣ ｒ ｔ ｃ １ Ｍ ／ １ Ｋ ｕ ｕ ｎ ｄ ｌ ｓ ａ ｐ ｉ ｄ ｆ ｒ ｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｇ ｆ ｎ ｔ ｎｄ ｓ ｇ ａ ｗ ｒ ｐ ｏ ａ ａ ｙ ｅ Ｍ ｏ ｌ ａ ｃ ｓ ｅ ａ ｆＳ－ ｐ ｏ ｏ ｏ ． Ｇ／ ／ ｑ ｅ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｐ ｌ ） ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｅ １ ａ ｌ ｓ ｓｏ ｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｎ ｎ ｎ ｓ ｔ ｒ ｔｏ ｏ ｄｉ ｏ Ｍ ａ ｈ ｍ ａｉ ａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｓｒ ｕ ａ ｉ ｘ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｕ ｔ ｅ ｏ ｔａｅ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｎａｙ ｉ ｆｔ ｒ ｔ ｃ ｌｉ ｏ — ａ ｕ ａｉ ｎ ｃ ｎ ｔ ｎ． ｈ ｉ ｔ ｅ ｔｃ ｌ ａ ｙ ｉ ｎ ｉ ｌ ｔ ａ ｅ ｏｎ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｌ ｄ ｍ ｎｓｒ ｔ ｈ ｄ ｌｃ ｎ ｄ ｓ ｒ ｒ ｓ ｂ ｔ ｅ ａ ｃ ｓ ｙ ｏ Ｍ ＡＣ ｒ ｔ ｏ ｌ． ｈ ｃ ｅ ｓｗａ ｆ Ｓ－ ｐ ｏ ｏｃ ｌｗｅ １
无线传感器网络的MAC层协议
无线传感器网络的MAC层协议作者：孙智博来源：《科技风》2016年第12期摘要：无线传感网络正在兴起，它具备成本低廉、能量损耗低等特点。
通常用延迟，数据包传递速率（PDR），能量消耗来衡量无线传感器网络的性能。
按照分配信道的方法划分协议，可将MAC层的协议划分为竞争型访问，预留型访问和混合型的路由协议。
MAC协议对于无线传感器网络来说，如果设计合适，可以提高无线传感网络的性能。
关键词：无线传感器网络；MAC层协议一、WSANs的MAC层协议简介按照分配信道的方法划分协议，可将MAC层的协议划分为以下三种：竞争型访问协议，一般是所有节点共享一个信道，允许节点访问介质的限制很少，并且可以结合其他协议来减少信道中碰撞次数，比如DCF协议。
而预留型访问协议通过明确地调度数据包来防止竞争。
TDMA被认为是最适合的。
混合型的路由协议是结合以上两种方式。
一些WSAN MAC协议是基于TDMA。
TDMA机制就是为每个无线传感器网络节点分配独立的用于数据收发的时隙，而节点在其他空闲时隙内转入睡眠节能状态。
相比随机竞争接入机制，时分复用方式本身就更能节省能量，是实现信道分配的简单成熟机制，因为无线电波的工作时间缩短，而且没有任何竞争带来的开销和冲突。
基于TDMA机制的MAC协议具有如下优点：1）无竞争机制的冲突重传问题。
2）数据传输不需额外的控制信息。
3）节点在空闲时隙能够及时进入睡眠阶段。
混合型协议可以获得更好的性能，保持竞争期远小于数据传输期，从而减少碰撞，延迟和能源浪费。
ATMA算法优于传统的SMAC， TMAC和ADV-MAC算法。
在许多协议中，将一个帧划分为2个部分，Contention Window （CW）和Data Window。
CW的大小决定了MAC算法的效率。
已经很多人研究CW大小自适应问题，特别是在IEEE 802.11和IEEE 802.15.4协议中。
二、算法介绍首先，参考文献做出以下假设：1）将节点随机放置在一个矩形无障碍区域，节点间相互独立且静止。
无线传感器网络S-MAC协议的性能特点分析
无线传感器网络S-MAC协议的性能特点分析无线传感器网络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网络系统，主要用于收集、传播和处理传感信息。
与传统的无线自组织网络不同，无线传感器网络节点数目庞大，节点分布密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化。
另外，节点的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都有限，因此无线传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用。
无线传感网络介质访问控制（Media Access Control,MAC）协议必须以节约能源为主要目标，并且采用折中机制，使用户可以在延长网络生命周期和提高网络吞吐量、降低通信延迟等方面做出选择。
目前针对不同的传感器网络应用，研究人员从不同方面提出了多个MAC协议，缺乏统一的分类方式，根据采用固定分配信道方式或随机访问信道方式，将传感器网络MAC协议分为：时分复用方式（TDMA）、随机竞争方式和其他MAC协议。
固定分配信道方式的TDMA可以自然完成节点上的低占空比操作，因为他们只需在自己的时隙里开启无线模块完成发送和接收，但其可扩展性较差，而时间同步对系统是一笔较大的开销。
由于无线传感网络数据率较低，而且对时延的要求不高，因此目前实用的节能MAC协议基本是基于竞争的协议。
大量实验和理论分析表明无线传感器节点的能量浪费主要源自空闲侦听、冲突、串扰和控制。
因此结合现有的无线传感器网络MAC协议，引入层次型拓扑结构控制思想，建立一种高效节能的无线传感器网络协议，并进行分析、仿真和验证，具有研究意义。
1 竞争类MAC协议分析1.1 S-MAC协议S-MAC协议是在802.11MAC协议的基础上，针对传感器网络的节能需求而提出的传感器网络MAC协议。
S-MAC协议假设通常情况下传感器网络数据传输量少，节点协作完成共同的任务，网络内部能够进行数据处理和融合以减少数据通信量，网络可以容忍一定程度。
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FDMA的应用
FDMA频分多址采用调频的多址技术，业务信 道将不同的频段分配给不同的用户。FDMA适 合大量连续非突发性数据的接入，单纯采用 FDMA作为多址接入方式已经很少见。 除中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话 网采用FDMA和TDMA两种方式的结合外，广 电网中的的通信中也采用了时分多址的接入方 式
竞争窗口 竞争窗口
802.11 MAC协议通过立即主动确认机制和预留机制提高性能。在主动确认机 制中，当目标节点收到一个发送给它的有效数据帧(DATA)时，必须向源节点 发送一个应答帧(ACK)，确认数据已被正确接收到。为了保证目标节点在发
送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用SIFS帧间隔（为什么？）
所谓的CSMA/CA机制是指在信号传输之前，发射机先侦听介质 中是否有同信道载波，若不存在，意味着信道空闲，将直接进入数
据传输状态；若存在载波，则在随机退避一段时间后重新检测信道。
这种介质访问控制层的方案简化了实现自组织网络应用的过程。 在IEEE 802.11 MAC协议基础上，人们设计出适用于传感器网
CDMA的特点
CDMA码分多址是采用数字技术的分支——扩频通 信技术发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术 ，它是在FDMA和TDMA的基础上发展起来的。 FDMA的特点是信道和时间资源共享，每一子信道 使用的频带互不重叠；TDMA的特点是独占时隙， 而信道资源共享，每一个子信道使用的时隙不重叠 ；CDMA的特点是所有子信道在同一时间可以使用 整个信道进行数据传输，由于有地址码区分用户， 所以对频率、时间和空间没有限制，在这些方面他 们可以重叠，因此，信道的效率高，系统容量大。
的节点作为竞争优胜者。
22
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
调功能(Point Coordination Function ，PCF)两种访 问控制方式，其中DCF方式是IEEE 802.11协议的基本 访问控制方式。
RTS/CTS协议(Request To Send/Clear To Send)即请求发送/允许发送协议，相 当于一种握手协议. ACK (Acknowledgement）接收站发给发 送站的一种传输控制字符，表示确认发 来的数据已经接受无误
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。
通常无线传感器网络的无效能耗主要来源于如下四
种原因：
① 空闲监听 ② 数据冲突 ③ 串扰 ④ 控制开销
（1）周期性侦听和睡眠机制
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。节 点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。
(1) 时分复用无竞争接入方式。无线信道时分复 用方式(Time Division Multiple Access ，TDMA,时 分多址) 给每个传感器节点分配固定的无线信道使用
时段，避免节点之间相互干扰。
TDMA的特点
TDMA叫做时分多址，采用了时分的多 址技术，将业务信道在不同的时间段分 配给不同的用户。 TDMA的优点是频谱利用率高，适合支 持多个突发性或低速率数据用户的接入 。
(2) 随机竞争接入方式。如果采用无线信道的随机 竞争接入方式，节点在需要发送数据时随机使用无线信 道，尽量减少节点间的干扰。典型的方法是采用载波侦 听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA) 的MAC协议。
(3) 竞争与固定分配相结合的接入方式。通过混合
信道忙，则节点始终侦听信道，直到信道的空闲时间超过DIFS。如果
有多个节点需要传输数据，当信道最终空闲下来的时候，节点进一步 使用二进制退避算法，进入退避状态来避免发生碰撞。
当信道空闲时间大于 DIF时使用信道 DIFS 信道忙 推迟发送 时间槽 DIFS 竞争窗口 PIFS SIFS 退避窗口 下一帧 时间
网络节点在进入退避状态 时，启动一个退避计时器， 当计时达到退避时间后结束 退避状态。在退避状态下， 只有当检测到信道空闲时才
DIFS 节点A 节点B 节点C 推迟 节点D 推迟 节点E 退避时间 帧 剩余退避时间 帧 竞争窗口 帧 推迟 帧 推迟
帧
竞争窗口
进行计时。如果信道忙，退
避计时器中止计时，直到检 测到信道空闲时间大于DIFS 后才继续计时。当多个节点 推迟且进入随机退避时，利 用随机函数选择最小退避时 间的节点作为竞争优胜者。
主动确认机制只能用于有明确目标地址的帧，不能用于组播和广播报文传输。
DIFS RTS 源站点 CTS 目的站点 NAV(RTS) NAV(CTS) DATA
SIFS
ACK DIFS 竞争窗口 下一帧
其他站点
RTS-CTS握手机制
● 发送节点在数据发送前与接收节点进行一次短控制消息的握手，接收
节点以短消息的方式通知邻近节点它将进行接收，既RTS-CTS方式。 ● 邻近节点在收到RTS帧和CTS帧后，在以后的一段时间内抑制自己的传 输，从而避免对即将进行的数据传输造成碰撞。 ● 尽管这种方式是以增加附加控制开销为代价的，但它是目前解决这个 问题的主要趋势。
RTS-CTS握手机制和退避机制
A
B C
RTS 数 据
CTS
NAV NAV
ACK
RTS
D
● 节点在进入退避状态时启动一个退避计数器，当计时完成时进入退避
状态。在退避状态下，只有当检测到信道空闲时才进行计时，如果信道忙， 退避计时器中止计时，直到检测到信道空闲。
● 当多个节点推迟且进入随机退避时，利用随机函数选择最小退避时间
控制系统与另一端的系统之间的数据流 提供电气连接和信号标准
目前无线传感器网络MAC协议可以按照下列条件进行分类：
(1) 采用分布式控制还是集中控制； (2) 使用单一共享信道还是多个信道； (3) 采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式。
根据上述的第三种分类方法，将传感器网络的 MAC协议分为以下三种：
就是通过一组规则和过程来有效、有序和公平地使用共享介质。
TCP/IP协议基础：OSI分层结构
层次 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 功能 网络操作系统及应用程序 最终数据反映形式。如字符、图形、语音 通信进程间安全性操作、名字识别、登录等 路径确定、传输质量控制 决定数据传输的物理通道 TCP、UDP IP
侦听
睡眠
侦听
睡眠
●节点协同进行周期性侦听和睡眠的状态切换，确保节点能 同步进行侦听和睡眠调度。
●调度周期：周期性侦听和睡眠的时间之和为一个调度周期。
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SMAC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
须等到下一次调度侦听周期，从而减少了数据分组的传输延迟。 如果在这段时间内没有接收到RTS，则转入睡眠状态直到下一次调
度侦听周期。
A
B
RTS
数据1
RTS
数据2
侦听 CTS
ACK
睡眠
侦听 CTS
ACK
常规周期性侦听机制
A
B
RTS 侦听 CTS
数据1
RTS ACK 侦听 CTS
数பைடு நூலகம்2
ACK 侦听
睡眠
流量自适应侦听机制
络的多种MAC协议。
下面首先介绍IEEE 802.1l MAC协议的内容，然后介绍一种适 用于无线传感器网络的典型MAC协议。
IEEE 802.11 MAC协议
IEEE 802.11 MAC协议分为分布式协调功能
(Distributed Coordination Function, DCF)和点协
20
载波侦听的实现
A
B C
RTS CTS NAV(RTS) NAV(CTS) NAV(RTS) NAV(CTS) 数 据 ACK
D
● 在请求帧RTS与允许帧CTS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。 ● NAV可看作一个计数器，其它节点收到计数器信息后以均匀速率递减 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。 21
采用频分复用、码分复用或者随机竞争等方式，实现节 点间无冲突的无线信道分配。
基于竞争的随机访问MAC协议采用按需使用信道的方式，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，就按照某种策略重发数据，直到数据发 送成功或放弃发送。 典型的基于竞争的随机访问MAC协议是载波侦听多路访问(CSMA) 接入方式。在无线局域网IEEE 802.11 MAC协议的分布式协调工作 模式中，就采用了带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA with Collision Avoidance，CSMA/CA)协议，它是基于竞争的无线网络 MAC协议的典型代表。
在DCF工作方式
下，载波侦听机制 通过物理载波侦听 和虚拟载波侦听来 确定无线信道的状 态。物理载波侦听 由物理层提供，虚 拟载波侦听由MAC层 提供。 NAV是什么？