无线传感网MAC协议研究--金巍new

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1、无线传感网MAC协议研究506金巍1、无线传感网简介无线传感网（WirelessSensorNetworks）是由具有感知能力，通过无线通信方式形成的一个多跳的自配置的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发给观察者。WSN网络是一种特定的Adhoc网络，网络中的节点自组织成网络，不需要任何基础设施。WSN网络节点不移动或很少移动，其网络节点采用电池供电，WSN网络通信能耗高，数据处理能耗低。WSN一般独立组网主要用于监测，是以数据为中心的网络。1.1典型的传感器网络的系统结构和节点结构1.

2、2WSN的特点电源能力局限性节点通常是由电池供电，每个节点的能源是有限的，一旦电池能量耗尽，节点就会停止正常工作。节点数量多增大覆盖范围，减少洞穴和盲区；降低对单个节点的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统的具有很强的容错性。动态拓扑无线传感器网络是一个动态的网络，某个节点可能因为电池的能量耗尽或其它故障，退出网络；也有可能新节点的加入等等。自组织网络在无线传感器网络中，通常情况下节点的位置不能与精确设定。节点之间的相邻关系也不能预先知道，如通过飞机撒播大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可能到达或危险的

3、区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动的进行配置和管理。无线传感器网络的自组织性还要求能适应网络拓扑结构的动态变化。多跳路由网络中的节点通信距离一般在几十米到几百米范围内，节点只能与它的邻居直接通信，如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。无线传感网络中的多跳路由是由普通网络节点完成的，没有专门的路由设备。这样每个节点既可以是信息的发起者，也可以是信息的转发者。以数据为中心目前的互联网是一个以地址为中心的网络，如果想访问互联网中的资源，首先要知道存放资源的服务器的IP地址。WSN

4、是任务型的网络，脱离传感器网络谈论传感器节点没有任何意义。WSN中的节点采用节点编号标识，节点编号不需要全网唯一。由于传感器节点随机部署，节点编号和节点位置之间的关系是完全动态的，没有必然联系。用户查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点。网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。这是一种以数据本身作为查询或者传输线索的思想。所以通常说传感器网络是一个以数据为中心的网络。2.无线传感器网络MAC协议目前对于无线传感网本身的研究热点集中在3个方面的关键技术上：网络通信协议、网络管理协议和网络支撑技术

5、。在通信协议上，研究的重点是数据链路层MAC协议和网络层路由协议；在网络管理技术层，研究的重点是收集数据的管理、节能降耗问题以及网络通信安全的实现；在网络支撑技术层，主要研究节点定位问题、时间同步技术的实现以及用户应用接口的实现问题。基于WSN网络的能量限制，为了延长网络的寿命，能量有效性成为WSN网络应用中首要的一个指标，能量高效的WSN网络通信协议是目前的一个热点研究领域。通过对现有系统的分析可知，射频模块是节点最大的耗能部件，是优化的主要目标。介质访问控制协议（MAC）直接控制射频模块，对节点功耗有重要影响，能源效率是

6、无线传感网MAC层协议最主要的设计目标。2.1影响WSN网络MAC协议的因素2.1.1WSN网络MAC协议设计的主要问题1）能量有效性能量有效性是WSN网络MAC协议最重要的意向的性能指标。由于WSN网络节点一般能采用电池提供能量，并且电池能量难以补充和更换。因此，在设计WSN网络时，有效利用节点的能量，尽量延长网络节点的生存时间，是设计各层协议都要考虑的一个重要问题。在节点的能耗中，无线收发装置的能耗占绝大部分，而MAC层协议的能量直接控制无线收发装置，因此MAC协议的能量有效性直接影响网络节点的生存时间。2）可扩展性可扩

7、展性是指一个MAC协议适应网络大小、拓扑结构、节点密度不断变化的能力。由于节点数目，节点分布密度等在WSN网络生存过程中不断变化，节点位置也可能移动，还有新节点加入网络的问题，所以WSN网络的拓扑结构具有动态性。一个好的MAC协议也应该具有可扩展性，以很好地适应这种动态变化的拓扑结构。3）冲突避免冲突避免是MAC协议的一项基本任务。它决定网络中的节点何时、以何种方式访问共享的传输媒体和发送数据。在WSN网络中，冲突避免的能力直接影响节点的能耗和网络性能。4）信道利用率信道利用率反映了网络通信中信道带宽如何被利用。在蜂窝移动通

8、信系统和无线局域网中，信道利用率是一项非常重要的性能指标。因为在这样的系统中，带宽是非常重要的资源，系统需要尽可能地容纳更多的用户通信。相比之下，WSN中处于通信中的节点数量是由一定的应用任务所决定的，信道利用率在WSN中处于次要的位置5）延迟延迟是指从发送端开始向接收端发送一个数据包，直