無線傳感器網(wǎng)絡mac協(xié)議

1、-. z無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議摘要 近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs)作為國內外一個新興的研究方向，吸引了許多研究者和機構的廣泛關注。本文從無線傳感器網(wǎng)絡 MAC 協(xié)議角度出發(fā)，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的MAC 協(xié)議及當前的研究現(xiàn)狀，分析了無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議和傳統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議在設計上的不同點，對已有的MAC 協(xié)議進展分類，著重研究和比擬了S-MAC和T-MAC無線傳感器網(wǎng)絡MAC 協(xié)議。最后，展望了無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議的進一步研究策略和開展趨勢。關鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs)，MAC協(xié)議，能量有效性AbstractIn recent years, wireless sensor networ

2、ks (WSNs), as a new research direction at home and abroad, has attracted the attention of many researchers and organizations. We conduct a deeply research on wireless sensornetwork MAC protocol,and we propose the difference between WSN andtraditional networks, not only given the characteristic of WS

3、N, we also haveillustrate the research orientation in this area.Focus on the research and parison of S-MAC and T-MAC wireless sensor network MAC protocol.Finally, the future research strategies and trends of MAC protocols in WSNs are summarized.Key wordsWireless sensor networks (WSNs), MAC protocols

4、, energy-efficiency緒論IEEE802系列標準把數(shù)據(jù)鏈路層分成MACMedia Access Control，介質控制和LLCLogical Link Control，邏輯鏈路控制兩個子層。上面的LLC子層實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層與硬件無關的功能，比方流量控制、過失恢復等；較低的MAC子層提供LLC和物理層之間的接口。其中MAC子層定義了數(shù)據(jù)包怎樣在介質上進展傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，對連接介質的是先來先效勞的。物理尋址在此處被定義，邏輯拓撲信號通過物理拓撲的路徑也在此處被定義。線路控制、出錯通知不糾正、幀的傳遞順序和可選擇的流量控制也在這一子層實現(xiàn)1。在無線傳感器網(wǎng)絡中，為了應

5、對可能出現(xiàn)多個節(jié)點設備同時接入信道，從而導致分組之間相互沖突，使接收方無法分辨出接收到的數(shù)據(jù)，浪費信道資源，吞吐量顯著下降。為了解決這些問題，就需要MAC介質接入控制協(xié)議，而MAC協(xié)議指的就是通過一組規(guī)則和過程來有效、有序和公平地使用共享介質，它決定了節(jié)點什么時候允許發(fā)送分組，而且通?？刂茖ξ锢韺拥乃小Ｔ跓o線傳感器網(wǎng)絡中，為了實現(xiàn)多點通信，由 MACMedium Access Control介質控制層協(xié)議決定了局部范圍無線信道的使用方式，以及多跳自組織無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點之間的通信資源分配，也就是說必須實現(xiàn)兩大根本功能目標：在傳感器分布的現(xiàn)場能夠有助于建立起一個根本網(wǎng)絡根底設施所需的數(shù)據(jù)通信鏈

6、路；協(xié)調共享介質的，以便傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能夠公平有效地分享通信資源2。無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議2.1、引言MAC協(xié)議位于OSI七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層分為上層LLCLogical Links Control，邏輯鏈路控制，和下層的MAC媒體控制，MAC主要負責控制與連接物理層的物理介質。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，MAC協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時候，MAC協(xié)議首先判斷輸入的信息并是否發(fā)生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制信息發(fā)送至LLC邏輯鏈路控制層。MAC協(xié)議的主要功能則是防止多個節(jié)點同時

7、發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突，控制無線信道的公平合理使用，構建底層的根底網(wǎng)絡構造。MAC 協(xié)議最重要的功能是確定網(wǎng)上的*個站點占有信道，即信道分配問題。在設計無線傳感器網(wǎng)絡的 MAC 層協(xié)議時，下面三個方面問題最值得重點關注3：能量感知和節(jié)?。痪W(wǎng)絡效率包括公平性、實時性、網(wǎng)絡吞吐率和帶寬利用率等；可擴展性。盡管藍牙Bluetooth、移動自組織網(wǎng)絡MANET和無線傳感器網(wǎng)絡在通信根底設施上有相似的地方，但由于網(wǎng)絡壽命的制約，沒有哪個現(xiàn)存的藍牙或移動自組織網(wǎng)絡MAC 協(xié)議可以直接用在無線傳感器網(wǎng)絡。除了節(jié)能和有效節(jié)能外，移動性管理和故障恢復策略也是無線傳感器網(wǎng)絡MAC 協(xié)議首要關注的問題之一。盡管移動蜂窩網(wǎng)

8、絡、Ad-hoc 和藍牙技術是當前主流的無線網(wǎng)絡技術，但它們各自的MAC 協(xié)議不適合無線傳感器網(wǎng)絡，如GSM 和CDMA 中的介質控制主要關心如何滿足用戶的QoS 要求和節(jié)省帶寬資源，能耗是第二位的；Ad-Hoc 網(wǎng)絡則考慮如何在節(jié)點具有高度移動性的環(huán)境中建立彼此間的，同時兼顧一定的QoS 要求，能耗也不是其首要關心的；而藍牙采用了主從式的星型拓撲構造，這本身就不適合傳感器網(wǎng)絡自組織的特點。綜上所述，需要為為無線傳感器網(wǎng)絡設計符合其自身特點的MAC 層協(xié)議。2.2、無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議分類MAC協(xié)議主要負責協(xié)調網(wǎng)絡節(jié)點對信道的共享。WSNs網(wǎng)絡的MAC協(xié)議可以按以下幾種不同的方式進展分類：

9、1 根據(jù)采用分布式控制還是集中控制，可分為分布式執(zhí)行的協(xié)議和集中控制的協(xié)議。 這類協(xié)議與網(wǎng)絡的規(guī)模直接有關，在大規(guī)模網(wǎng)絡中通常采用分布式的協(xié)議。2 根據(jù)使用的信道數(shù)，即物理層所使用的信道數(shù)，可分為單信道、雙信道和多信道，如S-MAC，LEEM分別為單信道和雙信道的MAC協(xié)議。使用單信道的MAC協(xié)議，雖然節(jié)點的構造簡單，但無法解決能量有效性和時延的矛盾；而多信道的MAC協(xié)議可以解決這個問題，但增加了節(jié)點構造的復雜性。3 根據(jù)信道的分配方式，可分為基于TDMA的時分復用固定式、基于CSMA的隨機競爭式和混合式三種?；赥DMA的固定分配類MAC層協(xié)議，通過把時分復用TDMA和頻分復用FDMA或者碼

10、分復用CDMA的方式相結合，實現(xiàn)無沖突的強制信道分配，如下面要討論的C-TDMA 協(xié)議；以競爭為根底的MAC協(xié)議，通過競爭機制，保證節(jié)點隨機使用信道，并且不受其他節(jié)點的干擾，如S-MAC。混合式是把基于TDMA的固定分配方式和基于CSMA 的競爭方式相結合，以適應網(wǎng)絡拓撲、節(jié)點業(yè)務流量的變化等，如Z-MAC4。4 根據(jù)接收節(jié)點的工作方式，可分為偵聽、喚醒和調度三種。在發(fā)送節(jié)點有數(shù)據(jù)需要傳遞時，接收節(jié)點的不同工作方式直接影響數(shù)據(jù)傳遞的能效性和接入信道的時延等性能。 接收節(jié)點的持續(xù)偵聽，在低業(yè)務的WSNs網(wǎng)絡中，造成節(jié)點能量的嚴重浪費。通常采用周期性的偵聽睡眠機制以減少能量消耗，但引入了時延。為了

11、進一步減少空閑偵聽的開銷，發(fā)送節(jié)點可以采用低能耗的輔助喚醒信道發(fā)送喚醒信號， 以喚醒一跳的鄰居節(jié)點，如STEM協(xié)議5。 在基于調度的MAC 協(xié)議中，接收節(jié)點接入信道的時機是確定的，知道何時應該翻開其無線通信模塊，防止了能量的浪費。5根據(jù)不同的用戶應用需求，可分為基于競爭的MAC協(xié)議、基于固定分配的MAC協(xié)議以及基于按需分配的MAC協(xié)議三類。其中基于競爭的MAC協(xié)議，即節(jié)點在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時采用*種競爭機制使用無線信道。這就要求在設計的時候必須要考慮到如果發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，采用何種沖突防止策略來重發(fā)，直到所有重要的數(shù)據(jù)都能成功發(fā)送出去?；诠潭ǚ峙涞腗AC協(xié)議，即節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻和持續(xù)時間是按

12、照協(xié)議規(guī)定的標準來執(zhí)行，這樣以來就防止了沖突，不需要擔憂數(shù)據(jù)在信道中發(fā)生碰撞所造成的丟包問題。目前比擬成熟的機制是時分復用TDMA?；诎葱璺峙涞腗AC協(xié)議，即根據(jù)節(jié)點在網(wǎng)絡中所承當數(shù)據(jù)量的大小來決定其占用信道的時間，目前主要有點協(xié)調和無線令牌環(huán)控制協(xié)議兩種方式。2.3、無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議的設計思想傳感器節(jié)點的能量、存儲、計算和通信帶寬等資源有限，單個節(jié)點的功能比擬弱，而傳感器網(wǎng)絡的強大功能是由眾多節(jié)點協(xié)作實現(xiàn)的。多點通信在局部范圍需要MAC 協(xié)議協(xié)調其間的無線信道分配，在整個網(wǎng)絡范圍內需要路由協(xié)議選擇通信路徑。在設計無線傳感器網(wǎng)絡的MAC 協(xié)議時6-7，需要著重考慮以下幾個方面：1節(jié)省

13、能量。傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，而且電池能量通常難以進展補充，為了長時間保證傳感器網(wǎng)絡的有效工作，MAC 協(xié)議在滿足應用要求的前提下，應盡量節(jié)省使用節(jié)點的能量。2可擴展性。由于傳感器節(jié)點數(shù)目、節(jié)點分布密度等在傳感器網(wǎng)絡生存過程中不斷變化，節(jié)點位置也可能移動，還有新節(jié)點參加網(wǎng)絡的問題，所以無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲構造具有動態(tài)性。MAC 協(xié)議也應具有可擴展性，以適應這種動態(tài)變化的拓撲構造。3沖突防止。沖突防止是MAC協(xié)議的一項根本任務。它決定網(wǎng)絡中的節(jié)點何時、以何種方式共享的傳輸媒體和發(fā)送數(shù)據(jù)。在WSNs 網(wǎng)絡中，沖突防止的能力直接影響節(jié)點的能量消耗和網(wǎng)絡性能。4信道利用率。

14、信道利用率反映了網(wǎng)絡通信*道帶寬如何被使用。在蜂窩移動通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)中，信道利用率是一項非常重要的性能指標。因為在這樣的系統(tǒng)中，帶寬是非常重要的資源，系統(tǒng)需要盡可能地容納更多的用戶通信。相比之下，WSNs 網(wǎng)絡中處于通信中的節(jié)點數(shù)量是由一定的應用任務所決定的，信道利用率在WSNs網(wǎng)絡中處于次要的位置。5延遲。延遲是指從發(fā)送端開場向接收端發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，直到接收端成功接收這一數(shù)據(jù)包所經(jīng)歷的時間。在WSNs 網(wǎng)絡中，延遲的重要性取決于網(wǎng)絡的應用。6吞吐量。吞吐量是指在給定的時間內發(fā)送端能夠成功發(fā)送給接收端的數(shù)據(jù)量。網(wǎng)絡的吞吐量受到許多因素的影響，如沖突防止機制的有效性、信道利用率、延遲、控制

15、開銷等。 和數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t一樣，吞吐量的重要性也取決于WSNs網(wǎng)絡的應用。在WSNs 網(wǎng)絡的許多應用中，為了獲得更長的節(jié)點生存時間，允許適當犧牲數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和吞吐量等性能指標。7公平性。公平性通常指網(wǎng)絡中各節(jié)點、用戶、應用，平等地共享信道的能力。在傳統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中，它是一項很重要的性能指標。因為網(wǎng)絡中每一個用戶，都希望擁有平等發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的能力。但是在WSNs網(wǎng)絡中，所有的節(jié)點為了一個共同的任務相互協(xié)作，在*個特定的時刻，存在一個節(jié)點相比于其他節(jié)點擁有大量的數(shù)據(jù)需要傳送。因此，公平性往往用網(wǎng)絡中*一應用是否成功實現(xiàn)來評價，而不是以每個節(jié)點平等發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的能力來評價。由于現(xiàn)在傳

16、感器節(jié)點的能量供給問題沒有得到很好解決，傳感器節(jié)點本身不能自動補充能量，節(jié)約能量成為傳感器網(wǎng)絡MAC 協(xié)議設計首要考慮的因素。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，節(jié)點能夠連續(xù)地獲得能量供給，如在辦公室有穩(wěn)定的電網(wǎng)供電，或者可以連續(xù)但及時地補充能量，如筆記本電腦和手機等；整個網(wǎng)絡的拓撲構造相對穩(wěn)定，網(wǎng)絡的變化范圍和變化頻率都比擬小。因此，傳統(tǒng)網(wǎng)絡的MAC 協(xié)議重點考慮節(jié)點使用帶寬的公平性，提高帶寬的利用率以及增加網(wǎng)絡的實時性。而傳感網(wǎng)的MAC 協(xié)議于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的MAC 協(xié)議所注重的因素正好相反，這意味著傳統(tǒng)網(wǎng)絡的MAC 協(xié)議不適用于傳感器網(wǎng)絡，需要研究和提出新的適用于傳感器網(wǎng)絡的MAC 協(xié)議。在無線傳感器網(wǎng)絡中，造成網(wǎng)

17、絡能量浪費的主要原因包括以下幾個方面6-7：1 消息碰撞Message collision。如果 MAC 協(xié)議采用競爭方式使用共享的無線信道，節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，可能會引起多個節(jié)點之間發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。這就需要重傳發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而消耗節(jié)點更多的能量。2 竊聽Overhearing。 無線信道是一個共享媒體，一個節(jié)點可能會接收到發(fā)送給其他節(jié)點的消息，這時節(jié)點消耗在接收數(shù)據(jù)上的能量被浪費掉了。因此從節(jié)能考慮，這時應將其無線傳輸模塊關閉。3 空閑偵聽Idle listening。 網(wǎng)絡中的節(jié)點，由于不能預知它的鄰節(jié)點什么時候會向其發(fā)送數(shù)據(jù)，所以將其無線收發(fā)模塊始終保持在接收模式，節(jié)點在不需要發(fā)

18、送數(shù)據(jù)時一直保持對無線信道的空閑偵聽，以便接收可能傳輸給自己的數(shù)據(jù)。這種過度或沒必要的空閑偵聽同樣會造成節(jié)點能量的浪費。原因在于典型的無線收發(fā)模塊處于接收模式時消耗的能量，比其處于睡眠模式時要多幾個數(shù)量級。4 在控制節(jié)點之間的信道分配時，如果控制消息過多，也會消耗較多的網(wǎng)絡能量。5控制報文開銷Control-packet overhead。在MAC協(xié)議的頭字段和控制消息包ACK/RTS/CTS中沒有包含有效的數(shù)據(jù)，因此可認為是一種損耗。為了提高能效應該盡可能減少控制消息。6發(fā)送失效Overemitting。在目的節(jié)點沒有準備好接收時，發(fā)送節(jié)點發(fā)送了消息，造成能量的浪費。結合上述因素，在MAC

19、協(xié)議的設計，通常應該簡單高效，防止協(xié)議本身開銷大，消耗過多能量。2.4、無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議分析S-MAC協(xié)議圖1S-MAC協(xié)議。S-MACSensor medium ac-cess control協(xié)議11是Wei 等在IEEE 802.11協(xié)議的根底上，針對WSNs網(wǎng)絡的能量有效性而提出的專用于WSNs網(wǎng)絡的節(jié)能MAC協(xié)議。 S-MAC協(xié)議設計的主要目標是減少能量消耗，提供良好的可擴展性。它針對WSNs網(wǎng)絡消耗能量的主要環(huán)節(jié)，采用了以下三方面的技術措施來減少能耗： a周期性偵聽和休眠。如圖1所示，每個節(jié)點周期性地轉入休眠狀態(tài)，周期長度是固定的，節(jié)點的偵聽活動時間也是固定的。如圖2所示，圖

20、中向上的箭頭表示發(fā)送消息，向下的箭頭表示接收消息。上面局部的信息流，表示節(jié)點一直處于偵聽方式下的消息收發(fā)序列；下面局部的信息流，表示采用S-MAC 協(xié)議時的消息收發(fā)序列。節(jié)點蘇醒后進展偵聽，判斷是否需要通信。為了便于通信，相鄰節(jié)點之間，應該盡量維持調度周期同步，從而形成虛擬的同步簇。同時每個節(jié)點需要維護一個調度表，保存所有相鄰節(jié)點的調度情況。在向相鄰節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時喚醒自己。每個節(jié)點定期播送自己的調度，使新接入節(jié)點可以與已有的相鄰節(jié)點保持同步。如果一個節(jié)點處于兩個不同調度區(qū)域的重合局部，則會接收到兩種不同的調度，節(jié)點應該選擇先收到的調度周期。b 消息分割和突發(fā)傳輸?？紤]到WSNs網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合和

21、無線信道的易出錯等特點，將一個長消息分割成幾個短消息，利用RTS/CTS機制一次預約發(fā)送整個長消息的時間，然后突發(fā)性地發(fā)送由長消息分割的多個短消息。發(fā)送的每個短消息都需要一個應答ACK，如果發(fā)送方對*一個短消息的應答沒有收到，則立刻重傳該短消息。c防止接收不必要消息。采用類似于802.11的虛擬物理載波監(jiān)聽和RTS/CTS 握手機制，使不收發(fā)信息的節(jié)點及時進入睡眠狀態(tài)。圖2 S-MAC協(xié)議S-MAC協(xié)議同IEEE 802.11相比，具有明顯的節(jié)能效果，但是由于睡眠方式的引入，節(jié)點不一定能及時傳遞數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡的時延增加、吞吐量下降；而且S-MAC采用固定周期的偵聽/睡眠方式，不能很好地適應網(wǎng)絡業(yè)

22、務負載的變化。針對S-MAC協(xié)議的缺乏，其研究者又進一步提出了自適應睡眠的S-MAC協(xié)議12。在保存消息傳遞、虛擬同步簇等方式的根底上， 引入了如下的自適應睡眠機制：如果節(jié)點在進入睡眠之前，偵聽到了鄰居節(jié)點的傳輸，則根據(jù)偵聽到的RTS 或CTS 消息，判斷此次傳輸所需要的時間；然后在相應的時間后醒來一小段時間稱為自適應偵聽間隔，如果這時發(fā)現(xiàn)自己恰好是此次傳輸?shù)南乱惶?jié)點，則鄰居節(jié)點的此次傳輸就可以立即進展，而不必等待；如果節(jié)點在自適應偵聽間隔時間內，沒有偵聽到任何消息，即不是當前傳輸?shù)南乱惶?jié)點，則該節(jié)點立即返回睡眠狀態(tài)，直到調度表中的偵聽時間到來。自適應睡眠的S-MAC在性能上通常優(yōu)于S-M

23、AC，特別是在多跳網(wǎng)絡中，可以大大減小數(shù)據(jù)傳遞的時延。S-MAC和自適應睡眠的S-MAC協(xié)議的可擴展性都較好，能適應網(wǎng)絡拓撲構造的動態(tài)變化。缺點是協(xié)議的實現(xiàn)較復雜，需要占用節(jié)點大量的存儲空間，這對資源受限的傳感器節(jié)點，顯得尤為突出。T-MAC協(xié)議圖3T-MAC 協(xié)議13。 T-MACTimeout MAC協(xié)議，實際上是S-MAC協(xié)議的一種改良，如圖3所示。S-MAC協(xié)議的周期長度受限于延遲要求和緩存大小，而偵聽時間主要依賴于消息速率。因此，為了保證消息的可靠傳輸，節(jié)點的周期活動時間必須適應最高的通信負載，從而造成網(wǎng)絡負載較小時，節(jié)點空閑偵聽時間的相對增加。針對這一缺乏，從而提出了T-MAC協(xié)議

24、。該協(xié)議在保持周期偵聽長度不變的情況下，根據(jù)通信流量動態(tài)調整節(jié)點活動時間，用突發(fā)方式發(fā)送消息，減少空閑偵聽時間。其主要特點是引入了一個TA時隙。如圖4所示，圖中箭頭表示的意義與圖2一樣。假設TA 期間沒有任何事件發(fā)生，則節(jié)點進入睡眠狀態(tài)以實現(xiàn)節(jié)能。與S-MAC相比，主要的不同點是：T-MAC同樣引入串音防止機制，但在T-MAC 協(xié)議中，作為一個選擇項，可以設置也可以不設置。T-MAC與傳統(tǒng)無占空比的CSMA和占空比固定的S-MAC 比擬，在負載不變的情況下，T-MAC和S-MAC節(jié)能相仿，而在可變負載的場景中，T-MAC要優(yōu)于S-MAC。但T-MAC協(xié)議的執(zhí)行，會出現(xiàn)早睡眠問題，引起網(wǎng)絡的吞吐

25、量降低。為此，它采用了兩種方法來提高早睡眠引起的數(shù)據(jù)吞吐量下降：a未來請求發(fā)送機制，b滿緩沖區(qū)優(yōu)先機制，但效果并不是很理想?？傊琓-MAC協(xié)議在節(jié)能方面優(yōu)于S-MAC，但要犧牲網(wǎng)絡的時延和吞吐量。T-MAC的其他性能與S-MAC相似。圖4 T-MAC協(xié)議未來展望無線傳感器網(wǎng)絡巨大的科學意義和應用價值，已經(jīng)引起了學術界、工業(yè)界和軍事部門的極大關注，成為當前熱門的研究領域，其未來的廣泛應用將對人們的社會生活和產(chǎn)業(yè)變革帶來極大的影響和產(chǎn)生巨大的推動。在無線傳感網(wǎng)絡中，MAC 協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，處于傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的物理層和路由層之間，用來構建傳感器網(wǎng)

26、絡系統(tǒng)的底層根底構造。因此，MAC 協(xié)議的效率對傳感器網(wǎng)絡的性能有較大影響，是保證無線傳感器網(wǎng)絡高效通信的關鍵網(wǎng)絡協(xié)議之一。作為無線傳感器網(wǎng)絡的基石，對于構建網(wǎng)絡拓撲，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理等諸多方面至關重要。由于不同應用場合對網(wǎng)絡的要求不同，對MAC協(xié)議來說，不存在一個適用于所有WSNs網(wǎng)絡應用的MAC協(xié)議，也沒有一種協(xié)議在各方面明顯強于其他協(xié)議，各種MAC協(xié)議在能量有效性和網(wǎng)絡延遲等性能之間14-17，都存在不同程度的矛盾性，且受到多方面因素的制約，但能量有效性是設計一個好的MAC協(xié)議的關鍵因素，能量高效的MAC協(xié)議仍然是今后的一個開放性研究課題，在現(xiàn)有研究的根底上，將來WSNs網(wǎng)絡MAC協(xié)議的進一

27、步研究策略和開展趨勢如下：1.利用多信道和動態(tài)的信道分屏技術進展節(jié)能研究。隨著微電子機械技術的開展，低能、低本錢、集成具有多信道或兩個不同頻率無線模塊的收發(fā)器已經(jīng)成為可能。合理地使用多個信道的資源，基于局部節(jié)點協(xié)作的方法，進展信道的動態(tài)分配，可以實現(xiàn)節(jié)能和改良網(wǎng)絡性能。信道分配技術利用調度算法，在發(fā)送時隙和節(jié)點之間建立起特定的映射關系，為我們進展節(jié)能協(xié)議的設計提供了良好的條件。2.采用跨層優(yōu)化設計。WSNs網(wǎng)絡由于受到節(jié)點的資源限制，分層的協(xié)議棧已不適應能量、內存等節(jié)點資源的有效利用。將MAC層、物理層以及網(wǎng)絡層的設計相結合，根據(jù)局部網(wǎng)絡的拓撲信息，采用綜合各層的設計方法，實現(xiàn)對節(jié)點工作模式的

28、有效控制，減少控制開銷，從而取得更好的網(wǎng)絡性能18-20。參考文獻1 馬祖長, *怡寧, 梅濤. 無線傳感器網(wǎng)絡綜述J. 通信學報, 2004,25(4):114-123.2 李瑞芳, 李仁發(fā), 羅娟. 無線多媒體傳感器網(wǎng)絡MAC 協(xié)議研究綜述J.通信學報, 2008, 29(8):111-123.3 蹇強，龔正虎，朱培棟等無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議研究進展J軟件學報，2008，19(2)：3894034. *國強,李建東,周志立.無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議研究進展J.自動化學報.20085. *曉杰.無線傳感器網(wǎng)絡MAC層協(xié)議研究 D.*交通大學.20086. *利民,李建中,陳渝等.無線傳感器

29、網(wǎng)絡.：清華大學.20057. *莉,鞠海玲,苗勇等.無線傳感器網(wǎng)絡研究進展 J.計算機研究與開展.2005，42(1)：163-1748. 李哲濤,朱更明,王志強等.低占空比、低碰撞的異步無線傳感器網(wǎng)絡MAC 協(xié)議 J.通信學報.20139. 李哲濤,王志強,朱更明等.WSN中狀態(tài)輪換分組的數(shù)據(jù)收集MAC協(xié)議 J.計算機研究與開展.2014，516：1167117510. 羅濤,趙明,李靜葉等.認知無線電自組織網(wǎng)絡MAC協(xié)議 J.計算機學報.201311. Ye W， Heidemann J， Estrin D. An energy-efficient MAC protocol for wi

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