无线传感器网络mac层协议探究new

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1、http://www.paper.edu.cn无线传感器网络MAC层协议探究张志刚解放军理工大学通信工程学院，江苏南京(210007)摘要：无线传感器网络是目前很热门的研究领域，有着很广泛的应用前景，比如，目标检测、环境监测、工业控制、战术系统等。但是由于低的感应范围会使网络节点十分密集，因此采用一种高效的媒体接入协议显得十分必要。目前针对不同目的的各种MAC层协议已经被提出来了。论文中我们首先列举一下在设计MAC层协议时所需要考虑的一些关键的特性，然后我们将具体描述各种MAC协议，并指出它的优缺点，最后我们将提出我们的结论。关键词：MAC层协议，无线传感器网络，探究

2、，融合中图分类号：TP393.1文献标识码：A1、引言随着硬件技术的发展，低功耗的传感器节点可以仅由单独的芯片组成，在这个芯片中将会集成有内存，处理器和收发装置等。和其他的移动装置相比，低的功率容量限制了传感器节点的通信范围和覆盖区域。因此，在目标跟踪和实时监测等应用中，传感器网络需要包含有大量的节点来达到覆盖目标区域的目的。和其他的无线网络相比，在无线传感器网络中给其节点充电或更换电池是比较困难也是不太实际的，因此最大化的延长节点或网络的生命周期将是我们工作的主要目标。通常情况下，节点的通信过程比其计算过程更加的消耗能量，所以我们所要考虑的主要问题是在保证所要求的网

3、络正常运转的前提下使通信过程最小化。尽管如此，在由多个低工作周期的节点所组成的密集网络中，考虑到能量的效率，媒体接入的方法仍是一个难以解决的问题。在本文的第二部分，我们将首先介绍无线传感器网络中所独有的特征，包括在媒体接入通信中所隐含的能量浪费的原因。第三部分是本文的主体，我们将给出在传感器网络中一些重要的MAC层协议，并列举它们的优缺点。同时，MAC层和其他层融合的方法和相关协议也会在此部分进行探讨。2、与传感器网络相关的MAC层协议特性传感器节点的电量耗完后，我们将会丢弃此节点，因此传感器网络研究的主要目的就是使网络的存在时间最大化。在这种情况下，所提出的MAC层

4、协议就需要通过减少潜在的能量浪费问题来实现能量的效率。2.1能量浪费的原因当一个接收节点同时接收到多于一个的分组并且有部分冲突发生时，这些分组则被称为“有冲突的分组”。发生冲突的所有分组都将会被丢弃或重新发送，而这必将导致能量消耗的增加。尽管部分分组可以通过捕获效应进行恢复，但它需要满足许多的条件才能够实现。能量浪费的第二个原因是串扰，即节点接收到发给其他节点的分组。第三个能量浪费的原因是控制分组的费用。我们将尽量满足使最小数量的控制分组用于数据的发送。能量浪费的另一个主要的来源是空闲监听，即监听一个空闲的信道以接收可能的信息量。能量浪费的最后一个原因是当目的节点未准

5、备就绪时，信息的发送已经开始而引起的。通过上述的介绍，我们明白一个设计正确的MAC协议应该如何避免这些能量浪费情况的发生。-1-http://www.paper.edu.cn2.2通信的方式[1]在无线传感器网络中定义了三种类型的通信方式：广播（broadcast），汇聚播(convergecast)和本地传播(localgossip)。广播类型通常是由基站（称为sink）所使用，它用来将一些信息传送给网络中的所有节点。广播信息包括有对传感器询问处理结构的询问，节点的程序更新以及整个系统的控制分组。广播类型的通信方式不要和广播类型分组相混淆。对于前者，网络中的所有节点

6、都是接收者，而对于后者，接收者则是那些在发送节点通信范围内的节点。在某些情况下，检测到网络中进入一个新的节点的传感器将会在本地互相进行通信。这种通信方式被称作“localgossip”，传感器将在一定范围内发送一条消息给它的邻居节点们。检测到有新的进入者的传感器需要将其所感知到的信息传送到信息中心。这种通信方式又被称作为“convergecast”，一组传感器将和一个特有的传感器进行通信。目的节点可以是数据汇聚中心、基站等。在包含有“簇（clustering）”的协议中，簇头（clusterhead）和它的成员之间进行通信，接收方不是簇头的邻居节点，而是它邻居的节点的

7、一个子集。为了保证在此种情况下可以正常的通信，我们定义了第四种通信方式的类型，多播（multicast），即一个传感器发送一个消息给传感器的专有子集。2.3优良的MAC协议的特征为了给无线传感器网络设计出一个优良的MAC层协议，以下的条件必须给予考虑。首先是能量的效率。定义一个能量高效的协议可以有效的延长网络的生存时间。另一个重要的方面是对于变化的可预测性和自适应性。网络大小、节点的密度和拓扑改变之后，对于一个成功的自适应系统应该可以进行快速而有效的处理。在这些网络特性改变之后，比如说有新的节点加入到网络中或者改变了互连性和网络拓扑而导致的不同的干扰