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）12－3508－04

doi ：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：A

MAC protocol based on adaptive update in wireless senor networks

LIU 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 update

0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］

。它以部署

在监测区域内大量的传感器节点来感知、采集和处理网络覆盖区域内被感知对象的信息，并发送给观察者。在实际应用中，由于传感器节点常布置在相对偏远、环境恶劣的地区或不便布设有线网络的地方，

不易更换电池，因此如何有效降低能耗，延长网络的寿命成为无线传感网络一个重要的研究方向。无线传感器网络的媒体访问控制（Media Access Control ，MAC ）协议［2］决定着如何在节点之间分配有限的无线通信资源，对无线传感器网络的性能有着非常大的影响。近些年，来人们以降低能耗和一些具体的应用需求提出不同的MAC 协议。但到目前为止，

无线传感器网络MAC 协议还没有一个统一的分类方式。相对来说普遍采用的是以信道分配方式来对MAC 协议进行分类，可分为基于调度的MAC 协议、基于竞争的MAC 协议、混合MAC 协议。

调度协议通常以时分多址（Time Division Multiple

Access ，TDMA ）为主，也可采用频分多址（Frequency Division Multiple Access ，FDMA ）或码分多址（Code Division Multiple

Access ，CDMA ）的信道访问方式［3］。调度协议基本思想是：采用某种调度算法将时槽/频率/正交码分配给节点，这样就有

效地避免了冲突。但设计信道的重用以及有效的调度方案是

一个难题，并且调度协议通常需要严格的时钟同步，这样就增加了控制开销。

竞争协议主要采用载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access ，CSMA ）［4－5］方式，其基本思想是当节点需要发送数据时，

通过竞争来使用无线信道。由于通常无线传感器网络的数据传输流量较少，

且是一个自组织的网络，这使得基于竞争的MAC 协议具有一定的优势。因为这时发生碰撞的概率很小，而且也不需要事先给节点分配信道，使它具有良好的扩展性和适应性。但空闲监听是采用基于竞争的MAC 协议节点的主要能量消耗因素。S-MAC （Sensor-MAC ）［6］是Ye 等在2002年提出的基于竞争类的最具代表性的协议。

混合MAC 协议结合了前两者的特点，以Z-MAC ［7］协议为代表。但它的协议复杂，难于实现，对节点硬件的处理能力要求高。

本文主要研究基于CSMA 竞争机制的MAC 协议。所以，本文要解决的就是空闲监听对无线传感器节点能量消耗的问题。普遍的做法是让传感器节点无线收发机在工作与睡眠两种状态之间进行周期性的切换，主要是在不影响通信的前提

Journal of Computer Applications

计算机应用，2012，32(12):3508－3511ISSN 1001-9081CODEN JYIIDU 2012-12-01

http://www．joca．cn