无线传感器网络mac协议综述

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1、IEEE802.11采用带冲突避免的载波侦听多路访问CSMA／CA协议，他可以作为基于竞争MAC协议的代表。但是该协议要求射频部分一直处于侦听状态，消耗r大量的能量，不适合无线传感器网络。S-MAC美国加州大学信息科学院的weiYe和Estrin等人在802．1lMAC协议的基础上，提出了S-AC(SensorMAC协议)该协议主要针对无线传感器网络的节省能量要求。S-AC协议通常假设传感器网络的数据传输量少，节点协作完成共同任务，网络内部能够进行数据处理和融合减少数据通信量，网络能够容忍一定程度通信延迟。S-MAC协议就是为

2、减少空闲侦听、冲突避免和减少控制开销而设计的，采用了工作／休眠策略，将时间分为帧，每一帧分为工作阶段和休眠阶段。其主要采用以下儿种措施：(1)周期性侦听／睡眠：每个节点独立地调度他的工作状态，周期性地转入睡眠状态，睡眠期间关掉无线电收发部分，在苏醒后侦听信道状态，判断是否需要发送或接收数据。如图2所示。每个节点用SYNC消息通告自己的调度信息，同时维护一个调度表，保存所有相邻节点的调度信息。具有相同调度的节点形成一个虚拟簇，簇的边界节点记录两个或者多个调度，如图3所示。部署区域内，可能形成多个簇。为了适应新节点的加入，每个都要

3、定期广播自己的调度，使新节点可以与已经存在的相邻节点保持同步。(2)流量自适应侦听机制：通信节点的邻居节点在通信结束后不立即进入睡眠状态而是侦听信道一段时间，无须等待下一次调度，减少了多跳方式引起的传输延迟。(3)串音避免：每个节点在传输数据时，都要经历RTS／CTS／DATA／ACK的通信过程。每个分组都有一个域值(NAV)表示剩余通信过程需要持续的时间长度。若邻居节点处于侦听周期时，记录这个时间长度值，同时进入睡眠状态。NAV变为0时，节点就被唤醒。(4)消息传递：S-MAC协议利用RTS／CTS机制，一次预约发送整个长消

4、息的时间，并把一个长消息分成许多短消息。如图4所示。不同的是：S-MAC的RTS／CTS控制消息和数据消息携带的时间是整个长消息的剩余时间，其他节点接收到这个剩余时间然后进入睡眠状态，直至长消息发送完成。而IEEE802．11MAC协议考虑网络的公平性，RTS／CTS只预约下一个发送短消息的时间，其他节点在每个短消息发送完成后都必须醒来进入侦听状态。S-MAC协议增加了能量的效率，避免了冲突造成的能量浪费，但是也存在不足：第一，由于是周期性的侦听和睡眠，一个节点给邻居发送数据只能等到他处于侦听状态，造成延时。第二，当邻居节点同

5、时唤醒信道时，一致同步会增加邻居间冲突。第三，固定占空比不能随网络流量变化动态调整，低流量情况下会导致能量浪费，增加时延。T-MAC(timeoutMAC)协议［12］是在S-MAC协议的基础上提出的。T-MAC协议在保持周期长度不变的基础上，根据通信流量动态地调整活动时间，用突发方式发送信息，减少侦听时间。如图5所示，向上箭头表示发送消息，向下的箭头表示接收消息，上面部分的信息流表示节点一直处于侦听方式，下面部分表示采用T-MAC协议时的消息收发序列。发送数据时采用RTS／CTS／DATA／ACK的通信过程，节点周期性唤醒进

6、行侦听，如果在一个给定时间TA(TimeActive)内没有发生下面任何一个激活事件，则活动结束：周期时间定时器溢出；在无线信道上收到数据；通过接收信号强度指示RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)感知存在无线通信；通过侦听RTS／CTS分组，确认邻居的数据交换已经结束。TA决定每个周期最小的空闲侦听时间，他的取值至关重要，其取值约束为：TA>C+R+T，其中，C为竞争信道时间，R为发送RTS分组的时间，T为RTS分组结束到发出CTS分组开始的时间。T-MAC协议的优点是减少了空闲侦听功耗

7、，适用于可变负载的场景，但是他根据当前网络通信情况，提前结束活动周期来减少空闲侦听，会带来早睡问题。为了解决早睡问题，提出了2种方法：未来请求发送；满缓冲区优先方案。但其效果如何在实践中仍未得到验证。T-MAC协议对网络动态拓扑结构变化的适应性也需要进一步研究。S-MAC和T-MAC协议采用周期性的活动／睡眠策略减少能量消耗，但出现数据在转发中"走走一停停"问题。处于睡眠状态的节点，要发送数据时必须等到活动周期才可以，中间节点要转发数据时，也必须等到下一跳节点处于活动周期。这种节点睡眠带来的延迟会随着路径上跳数的增加成比例增加

8、。WiseMAC[3]由于唤醒前导会增加控制开销，必须把它压缩到最小。WiseMAC协议通过在数据确认包中携带节点下一次信道侦听时间，节点获得所有相邻节点的信道侦听时间。发送数据时，将唤醒前导压缩到最短。考虑到节点时钟漂移，唤醒前导长度Tp=min(4θL,Tw)。其中，θ是