基于竞争机制的无线传感器网络mac层协议的研究综述new

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1、万方数据基于竞争机制的无线传感器网络MAC层协议的研究综述0引言王海涛1．2(1．湖南涉外经济学院计算机学部，长沙410205；2．湖南大学计算机与通信学院，长沙410082)搐·要：媒体介入控制(MAC)协议基本任务是节点共享网络媒体的介入问题，近年来针对传感器网络独特的资源限制和应用需求．研究人员提出了许多为无线传感器网络设计的具有低能耗特征的MAC协议。分析比较MAC协议中基于竞争机制的典型协议，以便于无线传感器网络tvIAC协议的进一步研究与改进。关键词：无线传感嚣网络；MAC竞争机制；协议无线传感器网络(Wi

2、relessSensorNetwork．WSN)是由大量的集成了传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点形成的一个多跳的自组织网络．它要靠大量的节点协同工作以实现某种特定应用目标。作为一种能力受限的自组织网络．传感器网络的MAC协议设计主要面临几个方面的问题和挑战：(1)能量受限带来的问题；(2)由大规模自组织带来的问题；’(3)由多跳共享带来的问题；(4)复杂度和性能的折中问题；(5)实时性和跨层优化的问题。基于以上原因，传统网络的介质访问控制fMAC)协议。并不能直接用于无线传感器网络。1现有基于竞争机制的传感器网

3、络MAC协议的分析与比较目前．已经提出众多MAC协议，这些协议对于不同的选择(例如：应用背景、所期待的负载类型以及具体硬件的能量消耗等)而言并没有“最好的”。下面将介绍和分析近年来出现的一些基于竞争机制的MAC协议。1．1SⅡM协议STEM(稀疏拓扑结构与能量管理1协议提供了一个解决空闲监听问题的方法闭。s1’EM目标网络是为等待并报告某些特定事件而开发的。这种网络有一个监视状态。一个传输状态。当处于监视状态时，节点处于空闲状态，不做任何事情：当处于传输状态时，节点表现出显著的侦听和通信能力。STEM试图取消监视状态中

4、的空闲监听操作．并根据需要加快从监视状态进入传输状态的速度。在传输状态。可以使用不同的MAC协议。STEM网络中的每个节点需要两个收发机．分别工作于唤醒信道和数据信道。如图1所示。数据信道除进行数据发送或接收外一般总是处于休眠模式。在数据传输状态．数据信道仅执行MAC协议。在唤醒信道．时间被划分成一些固定长度为T的唤醒时段。而一个唤醒时段又进一步划分为一个长度为TRx<订的监听时段和一个休眠时段．表示唤醒信道的收发机进入休眠模式的时间段。收稿日期：2009—05—19修稿日期：2009-07-05作者简介：王海涛(19

5、82-)，男，硕士研究生，研究方向为无线传感网络53图1单一节点的STEM的占空比如果一个节点进入监听时段．其唤醒信道的接收MOOERNCOMPUTER20(0．7现代计算机^总第三_--I期v万方数据现代计算机^总第三__-_期v机要开启，等待接收信号。如果在TRx时段内没有接收到任何信息，则再转换到休眠模式。否则。数据信道的发射机和接收机将启动一个分组传输。STEM使目标节点的接收机对源节点发射机引起重视的方法有两个：S1'EM—B和STEM—T。STEM—B中．源发射机在唤醒信道周期性地发送表明了源发射机和目标接

6、收机的MAC地址的信标．而没有先期的载波监听。一旦接收机接收到该信标．它立即向唤醒信道发一个确认帧(使发射机停止发送)信标，并使接收机切换到数据信道，进行数据交换。STEM-T中．发射机在其唤醒信道发送一个长度要覆盖接收机的整个监听时段忙音信号．所有邻近节点均能侦听到这个忙音信息并将自身切换到各自的数据信道，但并不发送确认信息。如果节点能从后续的数据交换中确定自己不是本次数据传输的对象．则重新转换到休眠模式。从唤醒等待时间来看．如果唤醒信道没有碰撞发生．则STEM—B的唤醒等待时间约为STEM-T的一半。所以在低负载的

7、情况下．STEM—T比STEM—B更可取。另外由于STEM—T的TRx比STEM—B的TRx要短，并且STEM—T确认分组被省略了．因此从能耗角度看，STEM—T的优越性更大一些。1．2CSNtA协议WuheCullerm研究了CSMA协议的一些变化形式。着重研究了这些协议的内在能量消耗和公平性．但该协议没有采取任何措施以避免空闲监听或偷听的发生。CSMA协议的目标网络和STEM目标网络具有相同的通信量模式。当一个节点从其上层得到一个待发送的新分组时．会启动一个随机延迟．并将次数计数器置0。在后续的监听阶段．节点进行载

8、波侦听操作。如果媒体为忙状态．且试验的次数小于设定的最大值，则节点进入回退模式；如果媒体处于忙状态。且节点已经用尽最大试验次数，则将分组丢弃。如果媒体是空闲的．则节点发送RTS分组并进入“等待C1s分组”状态，若CTS分组到达．则节点发送其数据分组，并等待确认信息；若没有CTS分组到达。或另一个CTS分组被接收到．则节点根据计数器