无线传感器网络的MAC协议综述

2010届无线传感器

网络论文

题目: 无线传感器网络的MAC协议综述

院系名称：通信学院

专业班级：电子与通信工程8班

学生姓名：郭鑫学号： S********* 指导教师：王恒教师职称：教授

2010年12月26日

摘要：

无线传感网络作为汁算机、通信和传感器三项技术相结合的产物，已成为计算机与通信领域一个活跃的研究分支。进行实时检测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，具有极为广阔的应用和发展前景。本文主要介绍了无线传感网MAC协议的特点以及分类，然后对其中MAC协议进行了一一介绍．并作了性能对比。最后阐明了无线传感网基于竞争的MAC协议的发展趋势。

关键词：无线传感网络 MAC协议性能对比

Title：General Analysis of Wireless Sensor Network MAC Protocols

Abstract：Wireless sensor networks as juice calculate machine, communication and sensor three technical combination of computer and communication, has become an active field of research branch. Real-time detection, awareness and collecting network distribution area of all sorts of monitoring information about objects, is extremely broad application and development prospect. This article mainly introduced the wireless sensor network MAC protocols of characteristic and classification, and then to the one which MAC protocols are introduced. And performance comparison. At last illustrates wireless sensor network based on competition of MAC protocols development trend.

Keyword：Wireless Sensor Network MAC protocols Comparative performance 1.绪论

1.1 研究本课题的意义

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的日益成熟，无线技术的迅猛发展和人们对检测需求的多样化，人们所希望的是能够检测一定区域内的各种环境变量和被监控对象的详尽信息，通过对这些信息的综合处理和传输，使用户获得所需要的各种信息，于是人们提出了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)的概念。无线传感网能进行实时检测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，具有极为广阔的应用和发展前景。现已成为计算机与通信领域一个活跃的研究分支，受到人们的极大重视。

1.2 无线传感器网络的应用

无线传感器网络是一种低成本、低功耗特殊的无线自组网，传感器网由大量具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器节点组成，这些传感器节点不但能够协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，而且可以处理收集到的探测数据，并将处理后的数据以多跳无线传输的方式送到数据收集节点(sink node)或基地台(base station)，从而实现“无处不在的计算”理念。无

线传感器网络在军事侦察、生物栖息环境监测、环境信息检测、农业生产、医疗健康监护、建筑与家居、工业生产控制以及商业等领域都有着广泛的应用前景，是近年来军事部门、工业界、学术界极受关注的技术。

1.3 论文结构安排

本文总共分为六章，各章的主要内容介绍如下：

第1章绪论。概括了无线传感网的感念引入和应用领域，介绍了本课题的研究意义；

第2章无线传感器网络的体系结构。从无线传感器网络的体系结构入手分析了传感器网络协议栈和其区别于传统的无线网络的特点；

第3章无线传感器网络MAC协议。详细列举了目前常用的多种MAC协议，并对它们进行了详细比较，分析了它们的优缺点；

第4章结论与展望。在前几章基础上对无线传感网技术进行总结,无线传感网领域的研究工作的道路艰苦而漫长向。

2.无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络是随着微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步而新兴的一种多跳自组织的网络系统。

2.1 体系结构

无线传感器网络由部署在感知对象内部或者附区域内的多个无线传感器网络节点组成，这些节点通过自组织方式构成无线传感器网络，以协作的方式实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析，并以多跳中继方式将数据信息传回网关节点，再通过网关节点通过因特网和卫星再将信息传递给用户。一个典型的无线传感器网络的体系结构包括传感器节点、网关节点、互联网和用户管理等，如图1所示。

图1 无线传感器网络的体系结构

传感器、感知对象和观察者是构成了无线传感器网络的三个要素。信息获取者可以是传感网的用户，也可以是感知信息的感知和应用者。可以是人，也可以是计算机或其它设备。信息获取者将对获得的感知信息进行观察、分析、挖掘、制定决策，甚至对网络采取相应的行动。

2.2 传感器网络协议栈

网络协议结构是网络的协议分层以及网络协议的集合，是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述。虽然无线传感器网络与传统网络相比有很多不同的地方，但是其网络协议栈都可以划分成TCP／IP的五层模型，如表1所示。其中，物理层遵照IEEE 802.15.4标准提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；数据链路层又分成两个子层：逻辑链接控制层(LLC)和介质访问控制层(MAC)，主要负责数据成帧、帧检测、媒介访问控制和差错控制；网络层主要负责路由生成与路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；应

2.3 无线传感器网络的特点

作为一种新型网络，相比传统的无线网络，无线传感器网络具有如下特点：（1）大面积的空间分布比如在农业应用方面，可以将无线传感器网络部署在田地里检测农产品的生长情况，形成大面积的监视网络。

（2）能源受限制由于布置传感器的区域有些是在无人区或者对人体有伤害的恶劣环境中，几乎不可能更换电源，而网络中每个节点的电源是有限的，这要求网络功耗小，以延长网络的寿命。

（3）网络自动配置无线传感网是由对等节点构成的网络，不存在中心控制。无线传感器网络是一种具有无中心、自组织、快速展开和移动等特点的对等网络，管理和组网都非常简单灵活。

（4）网络的自动管理和高度协作性传感器可以分布在很广泛的地理区域，感知的范围也很大。在无线传感器网络中，数据处理由节点自身完成，每个节点仅知道自己邻近节点的位置和标识，传感器网络通过相邻节点之间的相互协作来进行信号处理和通信，具有很强的协作性。

（5）传感器网络的拓扑结构变化快传感器网络自身的特点使得传感器网络的拓扑结构变化很快，这对网络各种算法的有效性提出了挑战。此外，如果节点具备移动能力，也有可能带来网络的拓扑变化，导致网络拓扑结构十分复杂。（6）通信能力有限传感器网络的传感器的通信覆盖范围只有几十到几百米，通信带宽窄而且经常变化，而且由于更多地受到地理、地势、地貌以及天气等自