无线传感器网络MAC协议
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基于SMAC的无线传感器网络MAC协议的分析与优化
基于SMAC的无线传感器网络MAC协议的分析与优化无线传感器网络协议ATC-SMAC 主要是提高基于竞争的S-MAC 协议的能量使用率，同时减少S-MAC 协议的网络延迟。
ATC-SMAC 协议通过自适应地调整每一个节点的占空比，让节点在不同的流量下使用不同的占空比工作，做到流量大时工作更长的时间，流量小时工作更短的时间，没有流量的时候就不工作。
1 S-MAC 协议的分析和研究S-MAC 协议是一种基于竞争的控制协议，具有同步机制功能与无中心等特点，不需要局部或全局中心主节点的调度传感器节点自己发现邻居节点，并合理地安排占用信道的时间。
1．1 S-MAC 协议S-MAC 协议时间分为若干个帧，帧长度由应用程序来确定，帧内分为活动与睡眠两个部分。
在睡觉时段，节点关闭发送器模块，缓存在此时负责采集数据信息，数据在等待序列中，到活动阶段集中进行发送。
在活动开始时，发送节点进入同步机制决定帧长度的确定方式，之后通过(RTS／CTS／DATA／ACK)机制发送数据信息，这个机制能够避免因冲突产生的能耗。
通过同步机制，局部的节点之间可以采用相同的时间周期，采用相同的工作休眠策略，它方便了无线传感器网络发现新节点。
1．2 S-MAC 的节能机制分析为了减少无线传感器网络消耗的能量，在IEEE 802．11 基础上提出了一种专门的传感器网络MAC 协议S-MAc 协议。
无线传感器网络的冲突重传、接收到不是发送给自己的数据、控制信号、空闲侦听等造成传感器网络耗能的原因。
它引入了节点间的SYNC 机制，允许没有数据发送和接收的节点进入休眠状态以节省耗能。
但根据前文所讨论的，睡眠的本身会引起数据的传输中断，从而增加延时。
下面将具体分析S-MAC 协议是怎么节能的。
1．2．1 交替侦听／睡眠机制S-MAC 协议的工作是按照周期进行的，在每个周期里，每一个基于S-MAC 协议的节点都会工作一段时间、睡眠一段时间，通过减少节点的工作时间来节省能量。
无线传感器网络-MAC协议
FDMA的应用
FDMA频分多址采用调频的多址技术，业务信 道将不同的频段分配给不同的用户。FDMA适 合大量连续非突发性数据的接入，单纯采用 FDMA作为多址接入方式已经很少见。 除中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话 网采用FDMA和TDMA两种方式的结合外，广 电网中的的通信中也采用了时分多址的接入方 式
竞争窗口 竞争窗口
802.11 MAC协议通过立即主动确认机制和预留机制提高性能。在主动确认机 制中，当目标节点收到一个发送给它的有效数据帧(DATA)时，必须向源节点 发送一个应答帧(ACK)，确认数据已被正确接收到。为了保证目标节点在发
送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用SIFS帧间隔（为什么？）
所谓的CSMA/CA机制是指在信号传输之前，发射机先侦听介质 中是否有同信道载波，若不存在，意味着信道空闲，将直接进入数
据传输状态；若存在载波，则在随机退避一段时间后重新检测信道。
这种介质访问控制层的方案简化了实现自组织网络应用的过程。 在IEEE 802.11 MAC协议基础上，人们设计出适用于传感器网
CDMA的特点
CDMA码分多址是采用数字技术的分支——扩频通 信技术发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术 ，它是在FDMA和TDMA的基础上发展起来的。 FDMA的特点是信道和时间资源共享，每一子信道 使用的频带互不重叠；TDMA的特点是独占时隙， 而信道资源共享，每一个子信道使用的时隙不重叠 ；CDMA的特点是所有子信道在同一时间可以使用 整个信道进行数据传输，由于有地址码区分用户， 所以对频率、时间和空间没有限制，在这些方面他 们可以重叠，因此，信道的效率高，系统容量大。
的节点作为竞争优胜者。
22
无线传感器网络mac协议中退避算法的分析
摘要在无线传感器网络中，介质访问控制（MAC）协议决定了无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构，对传感器网络的性能有较大影响。
相对于有线网络，无线环境下的MAC技术要面对更多的问题，尤其对于能量受限、频率资源宝贵和网络拓扑结构动态变化的无线传感器网络而言，设计一种节能高效的MAC协议至关重要。
本文从网络信道分配方式的角度，对MAC层协议进行了分类，介绍了几种比较典型的MAC协议，并对它们进行了分析比较；在对MAC层能量消耗的主要原因进行分析的基础上，对基于竞争机制的MAC协议中的退避机制进行了探讨，通过借鉴无线网络中相关的退避算法，给出了一种无线传感器网络MAC层退避机制的改进方案。
改进的退避算法的基本思想是通过加入初始竞争窗口的参数，采用时隙利用率对当前信道的忙闲状态进行评估，使节点能够根据当前网络信道的状况来调整其竞争窗口的大小，减少发送数据冲突的同时，提高了能量利用率和系统吞吐率。
仿真中，本文将改进的退避方案在无线传感器网络基于竞争机制的具有代表性的MAC层协议S-MAC中加以应用，完成了改进算法在NS-2中的仿真实现，实验表明改进后的退避方案在能量消耗、吞吐量等方面的性能有很好的提高。
本文最后对所做工作进行了总结，并提出了今后的研究方向，如在硬件实验平台上进行实际性能的测试，对改进算法进行进一步的探讨，使之能适应不同拓扑的网络结构等。
关键词：无线传感器网络MAC协议竞争机制退避算法AbstractIn wireless sensor networks，medium access control (MAC) protocols allocate limited radio resource among sensor nodes and construct infrastructure. MAC protocols have a great influence on the performance of wireless sensor networks. Compared to cable networks, MAC technology in wireless condition faces more problems, especially for wireless sensor networks with constrain of energy, valuable resources of the frequency and dynamic changes of network topology, so it is crucial for the design of MAC protocols to achieve a highly energy-saving and efficient performance.Firstly, the analysis and compare of the typical MAC protocols (IEEE802.11、S-MAC、IEEE802.15.4 etc.) are introduced in this thesis. Then, based on the analysis of the energy consumption and performance evaluation indicators of MAC protocols, the thesis discusses the backoff strategy in MAC protocols with competition mechanism, and proposes a new backoff strategy The new backoff strategy brings forward a conception that the competition window changes dynamic. According to the new algorithm, the node in WSN can adjust its competition window adaptively based on the evaluation of the current network channels condition. The essential idea of the improved backoff algorithm is to evaluate the busy condition of the current channel according to the use rate of time slots, by adding a new parameter to the new algorithm which decreases the packets collision as well as improves the energy efficiency and the network throughput. The thesis applies the new algorithm into S-MAC protocol, which is a representation of MAC protocols with competition mechanism, and carries it out in NS-2, a network simulation tool, for simulation. The simulation results show that, in contrast with S-MAC protocol, the new algorithm puts up better performance on energy saving and mean throughput of the wireless networks.Finally, the thesis draws conclusions by summarizing the main contributions of the research and present directions of future work including its implement on hardware platform for experiments to test its practical performance, making it adaptive for other network topology by further study.Keyword: Wireless Sensor Networks MAC protocol Competition Mechanism Backoff Algorithm目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言1.1 课题的背景 (1)1.2 研究现状及意义 (3)1.3 本文的研究工作和组织结构 (4)2 无线传感器网络MAC协议的分析2.1 无线传感器网络协议体系 (6)2.2 无线传感器网络现有MAC协议分析 (7)2.3 MAC协议设计的关键问题 (15)2.4 本章小结 (16)3 MAC层协议中改进退避方案的提出与设计3.1 基于竞争机制的MAC协议相关理论 (18)3.2 MAC层协议退避算法分析及改进 (20)3.3 本章小结 (37)4 改进算法的仿真实现与性能分析4.1 改进算法的仿真测试 (38)4.2 算法性能分析 (45)4.3 本章小结 (49)5 总结 (50)致谢 (52)参考文献 (53)1 引言1.1 课题的背景无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物，是一种全新的信息获取和处理技术，被认为是21世纪最重要的技术之一，它将会对人类社会未来的生活方式产生巨大影响。
无线传感器网络多信道MAC协议MCMS的设计与实现的开题报告
无线传感器网络多信道MAC协议MCMS的设计与实现的开题报告一、研究背景随着物联网技术不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经成为了物联网一个重要的组成部分。
WSN由大量的低成本、低功耗、小型化的传感器节点组成，节点间通过无线通信实现信息的收集、处理、传输和共享。
无线通信是WSN的核心技术之一，因此WSN中的无线通信效率和可靠性非常重要。
多信道技术是提高无线通信效率和可靠性的一种重要方案。
而在WSN中采用多信道技术会遇到诸多实际问题，例如对能源的限制、网络拓扑结构复杂以及节点位置随机等问题。
因此，研究无线传感器网络多信道MAC协议是实现WSN高效可靠通信的必要条件之一。
二、研究目的本文的主要研究目的是设计和实现一种适用于无线传感器网络的多信道MAC协议。
根据WSN的特点，该协议应该考虑能源消耗、网络拓扑和节点位置等因素，实现传输效率高、网络可靠性好、能耗低的通信策略。
三、研究内容本文拟研究的WSN多信道MAC协议主要包括以下内容：1. 传输媒介接入控制机制设计。
要考虑到多信道时的传输媒介竞争问题，设计一种适用于WSN的媒介接入控制（Medium Access Control，MAC）机制。
2. 端到端数据传输策略。
基于WSN的特点，设计一种适用于WSN的端到端数据传输策略，保证数据传输的可靠性和效率。
3. 能源管理机制设计。
WSN中每个节点的能源都是有限的，因此需要设计一种能源管理机制，实现能耗低的通信策略。
4. 实验验证和性能评估。
通过实验验证和性能评估，验证本文设计的WSN多信道MAC协议的有效性和可行性。
四、研究方法本文将采用以下研究方法：1. 文献综述。
对WSN多信道MAC协议的相关研究进行综述，了解现状和发展趋势。
2. 系统设计。
根据综述结果分析，进行系统设计，包括协议设计、传输媒介接入控制机制、能源管理机制的设计。
3. 算法实现。
将设计的协议实现成算法，并进行仿真验证。
无线传感器网络MAC协议研究与发展现状
无线传感器网络MAC协议研究与发展现状摘要：MAC协议的选择对无线传感器网络性能有较大影响，也是保证无线传感器网络高效通信的关键协议之一。
文章着重介绍了目前常用的几种MAC协议。
结合当今MAC协议的研究进展，介绍了研究者对这些协议的研究与改进。
并展望了无线传感器网络的发展趋势。
关键词：MAC协议研究发展1无线传感器MAC层协议在无线传感器网络中，介质访问控制MAC(medium access control)协议决定了无线信道的使用方式，在节点之间分配有限的无线通信资源。
MAC协议处于无线传感器网络协议底层，对网络性能有着较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键协议之一。
1.能源有效性。
由于目前节点的能量供应问题并没有得到很好解决，节约能量也就成为设计无线传感器网络MAC协议首要考虑的因素。
2.可扩展性。
通常大部分处于无人照看模式的传感器网络应用都需要部署大量的节点，并且在传感器网络生命周期期存在节点数目、分布密度的不断变化、节点位置的变化以及新节点的加入等问题，所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。
这就需要MAC协议具有可扩展性，来适应这种动态变化的拓扑结构。
3.性能的综合测评。
MAC协议的设计需要在多种性能间取得平衡。
各项性能包括网络的实时性、公平性、带宽利用率、网络吞吐量以及等方面。
4.分布式算法。
由于传感器节点的计算能力和存储能力有限，需要大量节点协同来完成某项任务，因此需要通过MAC协议的分布式算法有效的调度节点来完成任务。
2常用的MAC层协议分析针对无线传感器网络MAC 协议的研究通常根据应用环境不同而变换角度。
通过对现有传感器网络的MAC协议的分析，按照节点信道机制把现有MAC 协议大致分为两类：基于随机竞争的MAC协议和基于固定分配的MAC协议。
2.1基于随机竞争的MAC协议基于随机竞争的MAC协议采用按需使用信道方式，它的基本思想是当节点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道，如果发送的数据产生了碰撞，就基于某种策略重发数据，直到数据成功发送或放弃发送。
无线传感器网络中的数据传输协议
无线传感器网络中的数据传输协议一、引言随着物联网和智能化技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）因其低功耗、低成本、易部署等优点而得到广泛应用。
数据传输是WSN中的关键问题，其质量和效率直接影响整个网络的运行效果。
本文将从协议设计、数据传输过程和优化角度探讨无线传感器网络中的数据传输协议。
二、协议设计WSN中的数据传输协议主要分为以下几种：（一）传输层协议传输层协议是指在WSN中实现数据传输的基本协议，包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）两种。
UDP协议的传输效率高，但可靠性不够，适用于需要快速传输数据且对数据完整性要求不高的场合；TCP协议则通常用于重要数据的传输，通过重传、校验等功能提高数据传输的可靠性，但传输效率略有降低。
（二）MAC层协议MAC层协议是指定义数据包发送和接收的规则和方式，以及控制无线传感器网络内节点之间的通信协议。
目前常见的MAC层协议有能量受限的媒体接入控制（Energy-Limited Media Access Control，ELMAC）和低能耗媒体访问控制（Low-Energy Media Access Control，LEMMA）两种，它们通过不同的方式控制节点的发送和接收规则，保证数据在传输过程中的准确性和实时性。
（三）路由协议路由协议是指无线传感器网络中节点之间传输数据的路径规划和选择协议，以保证数据可靠传输。
常见的路由协议有基于距离的路由协议、基于分层的路由协议和基于能量的路由协议。
其中基于能量的路由协议因其在保证数据可靠传输的同时，考虑了节点的能量消耗，具有较高的适用性和可靠性。
三、数据传输过程WSN中的数据传输过程需要经过以下几个阶段：（一）数据采集数据采集是指节点通过传感器采集到环境中的各种数据，如温度、湿度等信息，并将其存储在节点内部的缓存区中，待传输时一并打包发送。
（二）数据编码数据编码是指将数据通过特定的编码方式转换成能够在无线传感器网络中传输的格式，如决策树结构、压缩编码、嵌入式编码等。
关于无线传感器网络MAC层协议的研究
ｍ ａ ｅ ｅ ｒｈｅｓａ ｎ ｔｔｔｏ ｔｅ ｔｏ Ｔｈ ｓｐａ ｅ ｒｅ ｙ ｓｒｂｅ ｈｅｗｉｅｅ ｓｓ ｎ ｏ ｅ ｏｒ ， Ａ Ｃ ｏｏ ｏｌ ＡＣ ｏｔｃ ｌ ｎｙ ｒｓ ａ ｃ ｒ ｎｄｉ ｓｉｕ ｉｎｓａｔｎ ｉｎ． ｉ ｐ ｒｂ ｆ ｄｅ ｃ ｉ ｌ ｉ ｓｔ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｋｓＭ ｗ ｐｒ ｔｃ ， Ｍ ｐｒ ｏ ｏ ｏ ｅ ｃ ａ ｓｆｃ ｔ ｎ，ｎａｙ ｉ，ｏ ａ ｉｏ ｎｄ ｓ ｍ ｍ ａｙ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｈ ｎ ｓ ｓｏ ｅ ｅ ａ ｒ ｅ ｎ ｓｐ ｒｏｍ ａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｅ ， ｄ ｎ ｔ ｌｓ ｉ ａｉ ａ ｌ ｓｓｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ａ ｕ ｈ ｉ ｏ ｒ ｏ ｅ ｍ ｃ ａ ｉｍ ｆ ｔ ｓ ｇ ｅ ｍｅ ｔ，ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｈ ｈ ｄ ｆａｕｒｓａ ｎ ｆ ａｌ ｏ ｌ ｄ ｄｔ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｒ ｌｓ ｅ ｏ ｔ ｏ ｋＭ ｎ ｙ ｉ ｌ ｃ ｎｃｕ ｅ ｈａ ｐ ｏ ｐ ｃ ｗｉｅｅ ｓｓｎｓ ｒｎｅｗ ｒ ａ Ａ Ｃ ｒ ｔ ｃ ｌ ｏ ｕｕｒ ｅ ｅ ｃ ｒｏ ｔｅ ｎ ｔａｅ ｉｓ ｐ ｏ ｏ ｏｓｆｒｆｔ ｅｒｓ ａ ｈ ｐ ｒ ｉｓａ ｄ ｓｒ ｇｅ ． ｒ ｉ ｉ ｔ
要 ：当前 ，无线传 感器 网络 （ Ｓ ） 国 内外备 受关 注的一 个新 兴前 沿热点领 域 ，已经吸 引 了许 多研 究者和 机构 Ｗ Ｎ 是
的广 泛关 注。本 文 简单介 绍 了无线 传感 器 网络 以及 ＭＡＣ 协议 ，对 ＭＡ 协 议进行 了分 类、 分析 ，比较 和总 结 了这 些协议 Ｃ 的核 心机制 、性 能和特 点 ，最后 得 出结论 ，展 望 了今 后无 线传 感器 网络 Ｍ Ｃ 协议 的研 究重点及 策略 。 Ａ 关键词 ：无线传 感器 网络 ；ＭＡ Ｃ协议 ；竞 争协议
要 ：当前 ，无线传 感器 网络 （ Ｓ ） 国 内外备 受关 注的一 个新 兴前 沿热点领 域 ，已经吸 引 了许 多研 究者和 机构 Ｗ Ｎ 是
的广 泛关 注。本 文 简单介 绍 了无线 传感 器 网络 以及 ＭＡＣ 协议 ，对 ＭＡ 协 议进行 了分 类、 分析 ，比较 和总 结 了这 些协议 Ｃ 的核 心机制 、性 能和特 点 ，最后 得 出结论 ，展 望 了今 后无 线传 感器 网络 Ｍ Ｃ 协议 的研 究重点及 策略 。 Ａ 关键词 ：无线传 感器 网络 ；ＭＡ Ｃ协议 ；竞 争协议
无线传感器网络3_MAC协议2014
MAC协议导致能量浪费的因素
冲突
冲突后重传需要消耗能量
串扰（overhearing）
收到了发给别人的数据包，需丢弃
控制开销
由于传输帧头等非实际负载所带来的能量消耗
空闲监听
即便不接收数据，监听信道会消耗相当于接收 的50%-100%的能量
S-MAC如何解决上述问题？
冲突
解决方法：带NAV的RTS/CTS机制。
(1)能量效率。 (2)可扩展性。 (3)网络效率。 (4)算法复杂度。 (5)与其他层协议的协同。
MAC协议分类
从不同的角度入手，对MAC协议进行分类的方法有多种，可 以根据MAC协议使用的信道数目分为基于单信道、基于双信 道和基于多信道三类;可以根据MAC协议分配信道的方式分 为竞争型、分配型以及混合型;可以根据网络类型是同步网络 还是异步网络，将MAC协议分为同步、异步两类。
之间的数据传输，但是，C虽然能发送数据给E， 但却不能正确接收到E返回的数据，例如CTS、 ACK等帧，因为其接收会受到A的干扰！ 所以SMAC规定，A和B一跳之内的邻居都应该去 睡觉！无论其是想发送还是想接收，统统禁止。
控制传输开销的两难选择
当要传输的消息较长时，有两种方法：
一是一次性发送，但如果由于几个比特 错误造成 重传，则会造成较大的延时和 能量损耗。
本书中采用根据MAC协议分配信道的方式来进行分类，从竞 争型、分配型以及混合型三种类型入手，介绍目前比较有代 表性的MAC协议。
经典的MAC协议列表
竞争型MAC协议 SMAC，TMAC
SMAC协议概述
SMAC (Sensor MAC)协议是较早提出的一种基于竞争的 无线传感器网络MAC协议，由USC/ISI的Wei Ye等人提 出，并在NS2、 TinyOS等平台上进行了仿真和实现。该协 议继承了802. 11 MAC协议和PAMAS协议的基本思想， 在此基础上加以改进，以WSN的能量效率为主要设计目标， 较好地解决了能量问题，同时兼顾了网络的可扩展性，为广 大研究人员参考和比较。
无线传感网络MAC协议
Data prediction
问题：如果节点C有两个子节点(A，B),都有一个数据需 要发送，如果A通过竞争方式获得信道，并且发送数据，这 个数据是没有被标注more data flag,此时节点C就会睡眠， 导致节点B只能在下个周期发送数据，造成传输延迟。 解决方法：节点C在接受到节点A的数据之后，默认假设节点 A还会有数据要传输给它，因此它会先睡眠3u个时间，然后 醒来看有没有数据传送给它，如果没有，则进入睡眠状态， 直到下个周期才醒过来。对于节点B，它在竞争失败进入退 避时，如果收到一个ACK，他就知道有其他节点给节点C发送 了数据，并且节点C会在3u时间后醒过来，那么节点B先睡眠 3u，然后再醒过来发送数据
其他的基于竞争的协议 ■ AC-MAC ■ TEA-MAC ■ asTEA-MAC ■ Sift ■…
小结
这类协议是基于节点的需求，节点有数据要发送时，通过 竞争信道的方式获得发送权，对网络拓扑的改变有较强的 适应性。然而这种接入方式会导致数据传输时冲突的发生 导致数据重传而浪费能量。通过睡眠的方法能够很大程度 上降低空闲侦听所消耗的能量，但会导致一定的时延。
无线传感器网络on) 基于非竞争的协议(contention free) 其它类型的MAC协议
基于竞争的协议
1.IEEE 802.11 MAC 协议
IEEE 802.11协议主要有分布式协调DCF和点协调PCF两种 基本访问控制方式，其中DCF方式是IEEE 802.11的基本控 制方式。
DMAC在数据MAC头标注了一个more data flag用来暗示还 有待传数据，接受方如果收到数据，发现标注了more data flag他会延长自己的活跃时间并且会在ACK上也标注 more data flag. 节点决定延长活跃时间有两个条件： 1.节点发送了一个标注more data flag的数据包并且收到 一个标注more data flag的ACK。 2.节点收到了一个标注more data flag的数据包
S-MAC协议与T-MAC协议
S-MAC协议主要思想：S-MAC是一种以节能为首要目的的无线传感器网络的MAC层协议。
主要思想是使节点周期性地休眠以减少串音侦听和空闲侦听导致的时延，来降低能量的消耗。
如果有消息需要发送，通过握手机智竞争通道，在侦听阶段发送。
S-MAC协议中节点采用退避机制竞争信道。
一个完整的侦听和休眠过程叫一个周期。
在每个周期开始时，消息队列非空的节点会从[0,W-1]中随机选择一个退避数，其中，W为竞争窗口的大小，协议中规定竞争窗口的大小不变。
选择退避数后，如果信道保持空闲且持续一个时隙的时间，则节点的退避数会在时隙结束后减1。
当网络中某节点的退避数首先减少为0时，该节点将发送数据，如果2个或者2个以上的节点同时发送数据，则会造成冲突。
而那些未能发送数据的节点会因为侦听到信道状况变为繁忙而取消当前的退避转而进行休眠，等待下一个周期的到来。
主要功能模块：1.周期性侦听与休眠机制每个节点周期性地进入休眠状态，周期长度固定，节点的侦听活动时间也是固定的。
节点苏醒后进行侦听，判断是否需要通信。
为了便于通信，相邻节点间应尽量维持调度同步，并维护一张时间调度表，记录所有已知相邻节点的侦听与休眠调度信息。
允许一个节点采用多个休眠调度，以使采用不同休眠调度的节点可以通过此类节点进行数据转发，能使网络在多跳情况下正常工作。
各节点需要周期性地更新它们的休眠时间，防止长期的时钟漂移。
2.消息冲突与串音避免机制采用类似于IEEE802.11DCF中的冲突避免机制，还采用RTS/CTS机制解决隐终端问题。
为了避免串音，S-MAC协议使节点在接收到发往其他节点的RTS和CTS消息后进入休眠。
3.长消息传递机制采用一种称为“消息传递”的机制来高效地传送长数据消息。
只使用一个RTS 和CTS消息为所有短数据包预约通道，每个数据包分开进行确认。
若一个节点在某一发送节点发送的中间被唤醒或一个新节点在发送的中间加入网络，不管该节点是发送节点的相邻还是接收节点的相邻都应立即进入休眠状态。
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无线传感器网络MAC协议摘要近年来，无线传感器网络(WSNs)作为国内外一个新兴的研究方向，吸引了许多研究者和机构的广泛关注。
本文从无线传感器网络MAC 协议角度出发，介绍了无线传感器网络的MAC 协议及当前的研究现状，分析了无线传感器网络协议和传统网络协议在设计上的不同点，对已有的MAC 协议进行分类，着重研究和比较了S-MAC和T-MAC无线传感器网络MAC 协议。
最后，展望了无线传感器网络MAC协议的进一步研究策略和发展趋势。
关键词无线传感器网络(WSNs)，MAC协议，能量有效性Abstract In recent years, wireless sensor networks (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 sensor network MAC protocol,and we propose the difference between WSN and traditional networks, not only given the characteristic of WSN, we also have illustrate the research orientation in this area.Focus on the research and comparison 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 words Wireless sensor networks (WSNs), MAC protocols, energy-efficiency1、绪论IEEE802系列标准把数据链路层分成MAC（Media Access Control，介质访问控制）和LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制）两个子层。
上面的LLC子层实现数据链路层与硬件无关的功能，比如流量控制、差错恢复等；较低的MAC子层提供LLC和物理层之间的接口。
其中MAC子层定义了数据包怎样在介质上进行传输。
在共享同一个带宽的链路中，对连接介质的访问是“先来先服务”的。
物理寻址在此处被定义，逻辑拓扑（信号通过物理拓扑的路径）也在此处被定义。
线路控制、出错通知（不纠正）、帧的传递顺序和可选择的流量控制也在这一子层实现[1]。
在无线传感器网络中，为了应对可能出现多个节点设备同时接入信道，从而导致分组之间相互冲突，使接收方无法分辨出接收到的数据，浪费信道资源，吞吐量显著下降。
为了解决这些问题，就需要MAC（介质接入控制）协议，而MAC协议指的就是通过一组规则和过程来有效、有序和公平地使用共享介质，它决定了节点什么时候允许发送分组，而且通常控制对物理层的所有访问。
在无线传感器网络中，为了实现多点通信，由MAC（Medium Access Control）介质访问控制层协议决定了局部范围无线信道的使用方式，以及多跳自组织无线传感器网络节点之间的通信资源分配，也就是说必须实现两大基本功能目标：在传感器分布的现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享介质的访问，以便传感器网络节点能够公平有效地分享通信资源[2]。
2、无线传感器网络MAC协议2.1、引言MAC协议位于OSI七层协议中数据链路层，数据链路层分为上层LLC（Logical Links Control，逻辑链路控制），和下层的MAC（媒体访问控制），MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质。
在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC（逻辑链路控制）层。
MAC协议的主要功能则是避免多个节点同时发送数据产生冲突，控制无线信道的公平合理使用，构建底层的基础网络结构。
MAC 协议最重要的功能是确定网上的某个站点占有信道，即信道分配问题。
在设计无线传感器网络的MAC 层协议时，下面三个方面问题最值得重点关注[3]：能量感知和节省；网络效率（包括公平性、实时性、网络吞吐率和带宽利用率等）；可扩展性。
尽管蓝牙（Bluetooth）、移动自组织网络（MANET）和无线传感器网络在通信基础设施上有相似的地方，但由于网络寿命的制约，没有哪个现存的蓝牙或移动自组织网络MAC 协议可以直接用在无线传感器网络。
除了节能和有效节能外，移动性管理和故障恢复策略也是无线传感器网络MAC 协议首要关注的问题之一。
尽管移动蜂窝网络、Ad-hoc 和蓝牙技术是当前主流的无线网络技术，但它们各自的MAC 协议不适合无线传感器网络，如GSM 和CDMA 中的介质访问控制主要关心如何满足用户的QoS 要求和节省带宽资源，能耗是第二位的；Ad-Hoc 网络则考虑如何在节点具有高度移动性的环境中建立彼此间的链接，同时兼顾一定的QoS 要求，能耗也不是其首要关心的；而蓝牙采用了主从式的星型拓扑结构，这本身就不适合传感器网络自组织的特点。
综上所述，需要为为无线传感器网络设计符合其自身特点的MAC 层协议。
2.2、无线传感器网络MAC协议分类MAC协议主要负责协调网络节点对信道的共享。
WSNs网络的MAC协议可以按以下几种不同的方式进行分类：1）根据采用分布式控制还是集中控制，可分为分布式执行的协议和集中控制的协议。
这类协议与网络的规模直接有关，在大规模网络中通常采用分布式的协议。
2）根据使用的信道数，即物理层所使用的信道数，可分为单信道、双信道和多信道，如S-MAC，LEEM分别为单信道和双信道的MAC协议。
使用单信道的MAC协议，虽然节点的结构简单，但无法解决能量有效性和时延的矛盾；而多信道的MAC协议可以解决这个问题，但增加了节点结构的复杂性。
3）根据信道的分配方式，可分为基于TDMA的时分复用固定式、基于CSMA的随机竞争式和混合式三种。
基于TDMA的固定分配类MAC层协议，通过把时分复用（TDMA）和频分复用（FDMA）或者码分复用（CDMA）的方式相结合，实现无冲突的强制信道分配，如下面要讨论的C-TDMA 协议；以竞争为基础的MAC协议，通过竞争机制，保证节点随机使用信道，并且不受其他节点的干扰，如S-MAC。
混合式是把基于TDMA的固定分配方式和基于CSMA 的竞争方式相结合，以适应网络拓扑、节点业务流量的变化等，如Z-MAC[4]。
4）根据接收节点的工作方式，可分为侦听、唤醒和调度三种。
在发送节点有数据需要传递时，接收节点的不同工作方式直接影响数据传递的能效性和接入信道的时延等性能。
接收节点的持续侦听，在低业务的WSNs 网络中，造成节点能量的严重浪费。
通常采用周期性的侦听睡眠机制以减少能量消耗，但引入了时延。
为了进一步减少空闲侦听的开销，发送节点可以采用低能耗的辅助唤醒信道发送唤醒信号，以唤醒一跳的邻居节点，如STEM协议[5]。
在基于调度的MAC 协议中，接收节点接入信道的时机是确定的，知道何时应该打开其无线通信模块，避免了能量的浪费。
5）根据不同的用户应用需求，可分为基于竞争的MAC协议、基于固定分配的MAC协议以及基于按需分配的MAC协议三类。
其中基于竞争的MAC协议，即节点在需要发送数据时采用某种竞争机制使用无线信道。
这就要求在设计的时候必须要考虑到如果发送的数据发生冲突，采用何种冲突避免策略来重发，直到所有重要的数据都能成功发送出去。
基于固定分配的MAC协议，即节点发送数据的时刻和持续时间是按照协议规定的标准来执行，这样以来就避免了冲突，不需要担心数据在信道中发生碰撞所造成的丢包问题。
目前比较成熟的机制是时分复用（TDMA）。
基于按需分配的MAC协议，即根据节点在网络中所承担数据量的大小来决定其占用信道的时间，目前主要有点协调和无线令牌环控制协议两种方式。
2.3、无线传感器网络MAC协议的设计思想传感器节点的能量、存储、计算和通信带宽等资源有限，单个节点的功能比较弱，而传感器网络的强大功能是由众多节点协作实现的。
多点通信在局部范围需要MAC 协议协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径。
在设计无线传感器网络的MAC 协议时[6-7]，需要着重考虑以下几个方面：（1）节省能量。
传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量，而且电池能量通常难以进行补充，为了长时间保证传感器网络的有效工作，MAC 协议在满足应用要求的前提下，应尽量节省使用节点的能量。
（2）可扩展性。
由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感器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，所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。
MAC 协议也应具有可扩展性，以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WSNs 网络中，冲突避免的能力直接影响节点的能量消耗和网络性能。
（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使用。
在蜂窝移动通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，WSNs 网络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WSNs网络中处于次要的位置。
（5）延迟。
延迟是指从发送端开始向接收端发送一个数据包，直到接收端成功接收这一数据包所经历的时间。
在WSNs 网络中，延迟的重要性取决于网络的应用。
（6）吞吐量。
吞吐量是指在给定的时间内发送端能够成功发送给接收端的数据量。
网络的吞吐量受到许多因素的影响，如冲突避免机制的有效性、信道利用率、延迟、控制开销等。
和数据传输的延迟一样，吞吐量的重要性也取决于WSNs网络的应用。
在WSNs 网络的许多应用中，为了获得更长的节点生存时间，允许适当牺牲数据传输的延迟和吞吐量等性能指标。
（7）公平性。
公平性通常指网络中各节点、用户、应用，平等地共享信道的能力。