无线传感器网络mac协议

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1、无线传感器网络MAC协议　　　　1．无线传感器网络MAC协议特点与设计原则无线传感器网络MAC协议　　　　1．无线传感器网络MAC协议特点与设计原则　　MAC协议就是当信道使用产生竞争时，如何采用有效协调机制或服务准则来分配信道的使用权。　　MAC协议：以一定的顺序和有效的方式分配节点访问媒体的规则。　　MAC协议的功能：决定终端通过何种方式接入介质传送数据包，处理MAC的组织结构及协调终端节点共享信道资源，规范网络中业务源的接入、避免冲突、功率控制、QoS管理等。　　选择适当的MAC协议，提高无线资源的使用效率，提高系统的容量和

2、传输质量。　　由于WSN独特的资源限制和应用要求，设计MAC协议时，有以下几个原则：　　（1）能量有效性　　由于节点一般采用电池供电，电池能量难以补充和更换，有效利用节点能量，延长网络生存时间，是设计网络各层协议要考虑的重要问题。节点能耗消耗中，无线收发电路消耗占据绝大部分，MAC协议直接控制无线收发电路，因此MAC协议的能量有效性直接影响节点和网络的生存寿命。　　（2）可扩展性　　是MAC协议适应网络大小、拓扑结构、节点密度不断变化的能力。一个好的MAC协议应具有可扩展性，以适应网络的动态变化。　　（3）冲突避免　　是MAC协议

3、的基本任务。在WSN中，冲突避免的能力直接影响网络的吞吐量性能、带宽利用率以及节点的节能效果。　　（4）延迟　　指从发送节点向接收节点发送一个数据包需要的时间。在WSN中，延迟的重要性取决于具体的应用要求，与网络拓扑结构也有关系。　　（5）吞吐量　　指在单位时间内从发送节点到接收节点传输的数据量。网络的吞吐量受许多因素的影响，例如冲突避免机制的有效性、信道利用率、延迟、控制开销等。　　（6）公平性　　指网络中的节点能够平等地共享信道。对于节点间共同协作完成同一个任务，保证网络性能具有重要意义。　　传统的MAC协议的设计目标是最大化

4、吞吐量、最小化时延并且提供公平性。而为无线传感器网络设计的MAC协议关注的是最小化能耗，这就决定了它要适度地减小吞吐量和增加时延。　　2．无线传感器网络MAC协议的分类　　根据信道的分配策略可以分为：　　固定分配类　　随机竞争类　　按需分配类　　根据协议的应用场合和业务种类可分为：　　面向话音业务类　　面向数据业务类　　面向综合话音与数据业务类　　根据网络的拓扑结构分为：　　有基础设施结构的中心类　　用于Adhoc结构的分布式；　　根据媒质接入方式大致可分为：　　基于竞争的MAC协议　　基于调度的MAC协议　　（1）基于竞争的MA

5、C协议——采用按需使用信道的方式。　　当节点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道，如果发送的数据发生了碰撞，就按照某种策略重新发送数据，直到数据发送成功或放弃发送。　　①DCF分布协调功能协议　　基于IEEE802.11标准，主要是从MACAW(MACA：MultipleAccesswithCollisionAvoidanceforWireless)协议演进而来。该协议很简单并且能很大程度上解决隐藏终端问题，但要求射频接收部分一直处于侦听状态，耗能大，不适合WSN。　　②PAMAS协议（PowerAwareMediumProt

6、ocolandSignaling）　　该协议基于CSMA，要求节点有两个分离的信道（控制和数据），每个节点只有当它的邻居不接收或发送时，才侦听数据信道并回复连接请求。不传输或不接收的节点会自动关闭无线收发模块以节省能量。由于双信道的使用，增加了传感器节点设计的成本和复杂度。　　（2）基于调度的MAC协议　　基于调度的MAC协议通过集中控制点预先安排其控制的所有节点在互相独立的子信道接入共享媒质，具有代表性的协议有TRAMA、SMACS/EAR、D-MAC等。　　①TRAMA（TrafficAdaptiveMediumAccess）

7、协议　　这是一种感知路由的分布式TDMA调度协议，包括3个协议：邻居协议NP、调度交换协议SEP和自适应时隙选择算法AEA。将时间分为连续时隙，采用分布式选举每个时隙的发送者，通过避免将时隙分配给无流量节点或使非接收或发送节点休眠来节能。　　②SMACS/EAR协议（Self-OrganizingMediumAccessControlforSensorNetworks/Eaves-dropandRegister）　　该协议是结合TDMA和FDMA的MAC协议，为每一对邻居节点分配一个特有频率进行数据传输，不同节点之间的频率互不干扰

8、，从而避免传输碰撞。　　3．典型的无线传感器网络MAC协议**　　（1）S-MAC协议（SensorMAC）　　第一个完全针对无线传感器网络设计的基于竞争的MAC协议，具有有效节能、扩展性和冲突避免三大优点。　　根据WSN数据链路层的无效能耗问题，