无线传感器与网络mac协议综述

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1、-无线传感器网络MAC协议综述摘要:在无线传感器网络体系结构中,MAC(mediumaccesscontrol)协议是保证网络高效通信的重要协议。无线传感器网络有着与传统无线网络明显不同的性能特点和技术要求，它的设计目标是有效地使用网络节点的受限资源，以最大化网络的服务寿命，传统无线网络MAC协议无法应用于传感器网络，各种针对特定传感器网络特点的MAC协议相继提出。本文首先简要介绍无线传感器网络的MAC协议，归纳无线传感器网络MAC协议的设计原则和分类方法，分析当前典型的各类MAC协议的主要机制，详细比较这些协议的特点、性能差异和应用范围。最后总结无线传感器网络MAC协议

2、的研究现状，并展望未来的研究。引言：近几年来，随着微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，使得信息采集、数据处理和无线通信等多种功能，能在低成本、低功耗、多功能的微型传感器内实现。无线传感器网络(wirelesssensornetworks，WSN)就是由大量的廉价微型的传感器节点，通过无线通信方式形成的一个特殊的Adhoc网络，广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域。WSN与Adhoc网络相比，其WSN的特点是节点的电源能量和硬件资源有限、无中心自组织、数量众多分布密集、网络动态性强。其中能耗问题是WSN中至关重要的问题，因此WSN的节点要求必须是低功耗的。媒体介质

3、访问控制(MediumAccessControl，MAC)协议处于无线传感器网络协议的底层部分，主要用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络离效通信的关键网络协议之一。无线传感器网络的性能如吞吐量、延迟性能等完全取决于所采用的MAC协议。因此，设计一个性能优越的MAC协议算法成为WSN研究的一个热点问题。1无线传感器网路的MAC协议概述.---1.1无线传感器网路的MAC协议设计原则在WSN中，节点能量有限且难以补充。为保证WSN长期有效工作,MAC协议以减少能耗、最大化网络生存时间为首要设计目标;其次，为了适应节点分布

4、和拓扑变化,MAC协议需要具备良好的可扩展性;传统无线网络关注的实时性、吞吐量及带宽利用率等性能指标成为次要目标;此外，WSN节点一般属于同一利益实体，可为系统优化作出一定的牺牲，因此，能量效率以外的公平性一般不作为设计目标，除非多用途WSN重叠部署。WSN中的能量消耗主要包括通信能耗、感知能耗和计算能耗.其中，通信能耗所占比重最大。因此，减少通信能耗是延长网络生存时间的有效手段.大量研究表明，通信过程中主要能量浪费存在于:冲突导致重传和等待重传;非目的节点接收并处理数据形成串音;发射/接收不同步导致分组空传(overemittingf;控制分组本身开销；无通信任务节点对

5、信道的空闲侦听等.此外，无线发射装置频繁发送/接收状态切换也会造成能量迅速消耗[1]。基于上述原因，WSNMAC协议通常采用“侦听/休眠”交替的信道访问策略，节点无通信任务则进入低功耗睡眠状态，以减少冲突、串音和空闲侦听;通过协调节点间的侦听/休眠周期以及节点发送/接收数据的时机，避免分组空传和减少过度侦听；通过限制控制分组长度和数量减少控制开销；尽量延长节点休眠时间，减少状态切换次数。同时，为了避免MAC协议本身开销过大,消耗过多的能量,MAC协议尽量做到简单、高效。当然，影响传统无线网络MAC协议设计的一些基本问题，如隐藏终端和暴露终端问题、无线信道衰减和无规律冲突(

6、interferenceirregularity)问题等,在WSNMAC协议中依然存在，需要解决。1.2无线传感器网络MAC协议分类.---WSN与应用高度相关,研究人员从不同的方面出发提出多种MAC协议。但目前尚无统一分类方式。可根据信道分配方式、数据通信类型、性能需求、硬件特点以及应用范围等策略，使用多种分类方法对其分类：1）根据信道访问策略的不同可分为竞争协议、调度协议和混合MAC协议[2]。竞争协议无须全局网络信息，扩展性好、易于实现，但能耗大;调度协议有节省优势和延时保障，但帧长度和调度难以调整,扩展性差,且时钟同步要求高;混合协议具有上述两种MAC协议的优点,

7、但通常比较复杂,实现难度大。2）根据使用单一共享信道还是多信道可分为单信道MAC协议和多信道MAC协议.前者节点体积小、成本低，但控制分组与数据分组使用同一信道,降低了信道利用率;后者有利于减少冲突和重传,信道利用率高、传输时延小，但硬件成本高，且存在频谱分配拥挤问题。3）根据数据通信类型可分为单播协议和组播/聚播(convergecast)协议.前者适于沿特定路径的数据采集，有利于网络优化，但扩展性差;后者有利于数据融合与查询，但时钟同步要求高,且数据冗余，重传代价高。4）根据传感器节点发射器硬件功率是否可变可分为功率固定M