下载文档原格式
无线传感器网络MAC协议：SMAC和TMAC摘要：无线传感器网络是一种新兴的网络技术，它的出现使得环境智能成为现实。
它是由一些微小的节点在特设环境中彼此连接，并相互配合，而形成的一个网络。
它具有广泛的应用，例如入侵者警报和跟踪，环境监测，工业过程监测和战术系统等潜在领域。
然而，当无线网络在地势陡峻的地方传播时，为了实现地区全覆盖就需要使用大量的无线传感器，但它们的电池一旦耗尽时要想更换就很困难。
所以节能对于传感器网络是非常必要的特别是在MAC层水平。
现已经提出了多种针对不同目标的MAC协议的无线传感器网络。
在各种协议中SMAC就是其中一个简单修改的成果。
SMAC有静态睡眠时间表同时TMAC有动态睡眠时间表。
在本文中，我们首先概述了无线传感器网络的基础知识，然后我们讨论了MAC层的性能特征，在随后的一节中概括了WSN中能源浪费的原因。
紧接着描述了 i.e SMAC 和TMAC两个协议的各自的优缺点。
最后，在结束之前，根据无线传感器网络与SMAC 和TMAC有关的各种设计过程都包含在文章中。
关键词：无线传感器网络，环境智能，MAC层，能源废物，SMAC，TMAC1.引言在开始介绍无线传感器网络前，我们需要了解为无线传感器网络发明铺平道路的要求和条件。
通常情况下在我们的工作场所我们所使用的系统，主要包括个人电脑，笔记本电脑，电脑，智能手机和平板电脑等。
这些系统都是建立在“人 - 系统”互动的概念上的。
在这种人与信息处理系统交流互动的系统中。
整个装置是间接连接到物理环境的。
由用户和用户交流系统读取物理环境。
另一方面，系统的装置与物理环境相互作用，并自行调整。
在图1和图2中描绘了这两个方案。
系统人环境图 1 人机交互系统环境人图 2 系统环境交互正如我们从图1和图2中观察到的，系统本身能够与环境相互作用，这就是我们所说的“嵌入式系统”。
例如洗衣机，微波炉，化学工艺厂或高炉温度调节装置。
由于科技发展了我们的能力让我们产生了这样一种感觉，大机器也有把它传授给小型设备和对我们的日常生活相关的东西的渴望。
论T-Mac和S-mac的异同关于S-MAC和T-MAC协议能耗的比较田玉祥 20210801129 计算机科学与技术(1)班摘要：无线传感器网络的出现和发展对现代科学技术产生了及其深刻的影响，它在军事、工业、医疗、交通、环保等许多领域都具有广阔的应用前景和巨大的实用价值。
新的不同的应用对无线传感器网路的研究提出了新的技术问题，在这些技术问题中，能耗问题成为了首要问题。
文章就S－MAC协议和T－MAC协议在无线传感器网络中针对节能的需求做简要探讨。
关键字：无线传感器网络、S－MAC 协议、T－MAC 协议、能量消耗Abstraction：The emergence and development of wireless sensor networks to modern science and technology had its profound impact, it has broadapplication prospects and great practical value in many areas of military, industrial, medical, transportation, and environmental protection. New and different applications of wireless sensor networks proposed new technical problems in these technical problems, the energy issue has become a priority. Article on the S-MAC protocol and T-MAC protocol in wireless sensor networksfor energy demand briefly discussed.Keywords：Wireless sensor networks、S-MAC protocol、T-MAC protocol、Energy consumption引言无线传感器网络是一种新兴的网络技术，它具有广泛的应用，包括很多工业过程监测和战术系统等潜在领域。
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。
S- MAC协议与T- MAC协议的比较摘要：无线传感网络作为计算机、通信和传感器三项技术相结合的产物，已成为计算机与通信领域一个活跃的研究分支。
在进行实时检测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息方面，具有极为广阔的应用和发展前景。
现已经提出了多种针对不同目标的MAC协议的无线传感器网络。
本文主要介绍了无线传感网MAC协议的特点以及分类，然后针对典型的S-mac 和T-mac两个协议进行了简要介绍，并作出了性能比较。
最后阐明了无线传感网基于竞争的MAC协议的发展趋势。
关键词：无线传感网络 MAC协议性能对比S-MAC T-MACAbstract：Wireless sensor network as the computer, communications and sensor product of the combination of three technologies has become an active field of computer and communications research branch. Carrying out various aspects of the object information in real-time detection, perception and acquisition distribution network in the region, has a very broad application and development prospects. Have been proposed are a variety of wireless sensor network for different target MAC protocol. This paper describes the characteristics of wireless sensor network MAC protocols and classification, and then for a typical S-mac and T-mac two protocols were brief and to make performance comparisons. Finally, to clarify the development trend of wireless sensor network based MAC protocol.Keywords：MAC protocol for wireless sensor network performance comparison S-MAC T-MAC1.概述随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的日益成熟，无线技术的迅猛发展和人们对检测需求的多样化，人们所希望的是能够检测一定区域内的各种环境变量和被监控对象的详尽信息，通过对这些信息的综合处理和传输，使用户获得所需要的各种信息，于是人们提出了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)的概念。
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。
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。
无线传感器网络ＭＡＣ层协议研究综述[摘要]：综合了计算技术、通信技术、传感器技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。
在过去的几年间，关于无线传感器网络MAC层协议的研究一直受到众人的关注。
相关的著作也提出了一系列的MAC 层协议，常见的有S-MAC、WiseMAC、T-MAC、D-MAC等。
文章中首先列举出在设计MAC层协议时所需要考虑的一些关键的特性，然后具体描述各种MAC 协议，并指出它们的优缺点，最后指出未来MAC层协议的研究方向。
[关键词]：无线传感器网络；MAC层协议；S-MAC；T-MAC1.引言无线传感器网络已经成为21世纪初最重要的技术之一。
它综合了计算技术、通信技术以及传感器技术，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息以无线方式传送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。
本文中首先列举出在设计MAC层协议时需要考虑的一些关键特性，然后具体描述各种MAC协议并指出优缺点，最后指出未来MAC层协议的研究方向。
2.无线传感器网络MAC层协议特性在MAC层协议的设计目标上，无线传感器网络与传统的无线网络有着不同的设计目标，后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的服务质量保证，其设计目标是最大化吞吐量、最小化时延并且提供公平性。
在无线传感器网络中，设计有效的策略延长网络的生命周期是其核心问题。
本文将设计无线传感器网络MAC层协议时需要考虑的主要因素归纳如下：能效问题：无线传感器网络的基本特征就是能量受限。
其MAC层协议要尽可能地节约能源，如减少冲突和串音、降低占空比和尽量避免长距离通信。
协议中还应包括折衷机制，使用户可以在节能和提高吞吐量、降低延迟之间做出选择。
实时性：无线传感器网络经常被应用于实时性要求很高的领域，及时地检测、处理和传递信息是对其必不可少的要求。
无线传感器网络MAC协议：SMAC和TMAC摘要：无线传感器网络是一种新兴的网络技术，它的出现使得环境智能成为现实。
它是由一些微小的节点在特设环境中彼此连接，并相互配合，而形成的一个网络。
它具有广泛的应用，例如入侵者警报和跟踪，环境监测，工业过程监测和战术系统等潜在领域。
然而，当无线网络在地势陡峻的地方传播时，为了实现地区全覆盖就需要使用大量的无线传感器，但它们的电池一旦耗尽时要想更换就很困难。
所以节能对于传感器网络是非常必要的特别是在MAC层水平。
现已经提出了多种针对不同目标的MAC协议的无线传感器网络。
在各种协议中SMAC就是其中一个简单修改的成果。
SMAC有静态睡眠时间表同时TMAC有动态睡眠时间表。
在本文中，我们首先概述了无线传感器网络的基础知识，然后我们讨论了MAC层的性能特征，在随后的一节中概括了WSN中能源浪费的原因。
紧接着描述了 i.e SMAC 和TMAC两个协议的各自的优缺点。
最后，在结束之前，根据无线传感器网络与SMAC 和TMAC有关的各种设计过程都包含在文章中。
关键词：无线传感器网络，环境智能，MAC层，能源废物，SMAC，TMAC1.引言在开始介绍无线传感器网络前，我们需要了解为无线传感器网络发明铺平道路的要求和条件。
通常情况下在我们的工作场所我们所使用的系统，主要包括个人电脑，笔记本电脑，电脑，智能手机和平板电脑等。
这些系统都是建立在“人 - 系统”互动的概念上的。
在这种人与信息处理系统交流互动的系统中。
整个装置是间接连接到物理环境的。
由用户和用户交流系统读取物理环境。
另一方面，系统的装置与物理环境相互作用，并自行调整。
在图1和图2中描绘了这两个方案。
系统人环境图 1 人机交互系统环境人图 2 系统环境交互正如我们从图1和图2中观察到的，系统本身能够与环境相互作用，这就是我们所说的“嵌入式系统”。
例如洗衣机，微波炉，化学工艺厂或高炉温度调节装置。
由于科技发展了我们的能力让我们产生了这样一种感觉，大机器也有把它传授给小型设备和对我们的日常生活相关的东西的渴望。
正如杜撰的术语，这一技术被称为“环境智能”。
环境是指周围的事物，意味着让周围的事物具有智能。
究竟是什么意思了，可以根据下面的例子理解。
想象一下如果我们周围的事物理解我们。
当我们到达我们的家时一旦它它感觉到我们，门就会自动打开。
当我们进入房间时灯会自动亮，音乐根据每个人的口味播放歌曲。
这就是“用户–系统–物理环境的最终结合”。
现在更进一步，如果这些传感器能够感知我们并互相通信交流的话就能形成一个网络。
这种类型的网络有很多的应用。
他们的应用涉及到从军事服务范围，到医疗救灾行动。
基本上这类想象已变成现实，我们需要发展的是一种非常小的设备，而且应具有以下功能：机载处理的处理能力即是发射机又是接收机有电源供应传感器与物理环境互动现在，让我们详细的了解无线传感器网络，我们有一个被称为节点的微小装置它可以在一个地区以一个特定的模式或随机的方式传播信息。
它们能够彼此进行通信，并且能将数据传送到另一个那里。
一般来说，这种网络有一个“下沉”或基站，所有从那里收集到的信息都可以被传输。
此接收器，依次连接到远程计算机或装置，监测整个系统，如在图3中示出。
这台远程计算机可以是服务器或主机。
随着新世界的机遇和应用的开放，这些设备也为研究人员创造了很多新的挑战。
Deepak Ganesan et al.介绍了在传感器网络中所面临的各种挑战，如（a）支持多跳通信，无线电操作，同时限制以节省电力，（b）数据管理（c）地理路由的挑战，和（d）这种动态的监测和维护，资源有限的系统，以及面对这些不同的挑战的各种解决方案。
图3无线传感器网络这些设备电路板上的微小电源，由于所处的地形限制和尺寸的细小原因使得它通常是不可替代的。
这使得节能成为无线传感器网络的一个重要方面。
此外，当这些设备连接到以特定方式染色的节点上时可能会使某个区域内的网络隔绝而导致无法访问网络集群，最终造成无线传感器网络不能完成它的目标。
记住在第二节将讨论在这一领域的各项工作，第三部分讨论MAC层相关的设计考虑，第四部分介绍SMAC和TMAC两个流行的MAC协议和他们各自的优点和缺点。
第六部分总结本文的研究。
2.调查方法Ilker Demirkol et. al.确定了在传统的 MAC 协议中所需的适合于无线传感器网络能源效率的更改，并评论了某些 MAC 协议详尽说明了其优点和缺点。
能源浪费的共同来源是碰撞，控制数据包的开销，空闲监听，窃听和发送失效。
所谓的通信模式综合起来有广播，汇聚播，本地传播和多播，讨论了它们在各种类型的方案中的应用。
MAC协议，如S-MAC，T-MAC，WiseMAC，TRAMA， SIFT,，D-MAC 和DSMAC 综述了各自的工作中的优缺点。
最后的底层技术，如TDMA，FDMA 和CDMA在无线网络的MAC层上下文中进行了简要的解释。
Wei Ye et. al.在这篇论文中提出的 S-MAC，是为无线传感器网络设计的介质访问控制 (MAC) 协议。
正如我们所知无线传感器网络具有有限的电池形式电源供应和感测装置。
用作者的话说，这些设备的网络将被整合在同一个应用上，如森林火灾探测等。
传感器网络将会以一个特定的方式部署，除了个别节点外大部分节点都将长时间处在睡眠状态，但是当检测到某些东西时会突然被激活。
传感器网络和应用程序的这些特征使传统的无线MAC协议如IEEE 802.11不适合这个工作。
相反，一个新的协议需要发展。
它就必须得创新在几乎所有方面:节能和自动配置是主要目标,而每个节点公平和延迟是不那么重要的。
S-MAC使用三种创新技术减少能源消耗和支持自动配置。
节点周期性地睡眠,从而减少能源消耗。
虚拟集群也形成了自动同步的睡眠时间表。
SMAC和PAMAS具有一些相似之处,如无线电都是关闭的,但在通道信号方面它是和PAMAS不同的。
最后，他们评价了在试样传感器节点实施的S-MAC，更多的研究，在美国加州大学伯克利分校进行。
实验结果表明，在源节点上，当每隔1到10秒才发送消息时由于流量负载例如MAC的802.11 协议会消耗2 至 6 倍甚至更多能量比起S-MAC协议。
Zahra Rezaei et. al.试图找到WSN中最重要的问题的答案，“如何将网络的寿命延长到很长的时间呢？”由于无线传感器网络采用的电池一般是不可替代的，其中最重要的挑战是，为了保持无线网络按照特定模式持续性地运行，使得我们有必要保持节点一直运转。
他们还讨论了WSN中的能源浪费的原因。
为了克服这一挑战他们提出了两个方法，一个是通过使用各种责任周期计划，第二个是提出了以下不同的几个 MAC 层协议像 CSMA/CA、 TDMA 和混合动力技术。
CSMA/ CA 包含了S-MAC，T-MAC和iMac。
TDMA和混合μ-MAC，DEE-MAC SPARE-MAC，Z-MAC 和A-MAC。
这些 MAC 协议的优劣也被列举和评论。
Divya Jain et. al.研究的无线传感器网络所包括节点数被分布在同一个地区收集信息。
传感器节点彼此之间通过无线信道进行通信，并把搜集到的数据转发到一个单跳距离邻近的节点。
这些节点通常是电池供电的。
但由于这些节点放置在充电或更换这些节点电池几乎是不可能的这样的条件下,能耗成为一个主要因素。
在这篇论文中他们提出创建一个与传感器 MAC (SMAC) 和再与传感器 MAC 与睡眠时间表的网络。
在模拟这些在不同拓扑结构的网络后，SMAC-L网络被发现在生活中的时间和能源消耗上相比SMAC网络得到更好的结果。
Rajesh Yadav et. Al.审视了部署在危险、敌对或边远地区的一般无人值守的传感器节点的无线传感器网络。
为了保持网络的寿命，那就需要补充电池，但这几乎是不可能的。
因此，有必要节省电池的电量。
在此项研究中，对理想的 MAC 协议的特征进行了讨论。
此外还研究了能源的浪费情况。
就MAC协议参数来说，需要对不同的MAC协议进行评估如每比特的能量消耗，平均投递率，平均包延迟和网络吞吐量。
MAC协议分为两大类，即基于竞争和基于附表。
除了呈现他们的工作，优点和缺点的一些MAC协议外。
提出的协议还有PAMAS，S-MAC，Optimized MAC，TRAMA，Wise MAC，B-MAC和D-MAC。
Michael I. Brownfield et. al.提出了一种新的MAC协议GMAC，基于网关责任轮换。
正如我们所知，无线传感器网络提供了一个宝贵的优点，自主监控远程活动。
为了充分支持网络服务的同时节省电池电力有限的资源产生新的挑战在MAC 设计者面前。
在这项研究中，提出了一个能量自适应的无线传感器网络MAC协议，对于网关MAC（GMAC），它实现了一种新的聚类中心的模式能够有效地分配集群的能源资源和延长网络的生命周期。
根据作者提出的新协议，G-MAC的集中集群管理功能，提供了巨大的能源节约通过利用竞争和自由竞争的协议的双方优势。
此外，用他们的话说，中央网关的节点在竞争期间收集所有传输要求，然后在基于预订、自由竞争的期间安排及其分布。
网关的职责是基于现有的资源以最小的开销进行高效轮换，并在所有的节点之间分配网络管理增加的能源需求。
Wei Ye et. al.已经解决了包括从无线传感器网络中节点能源浪费到 MAC层协议的提案多个 MAC 问题并在MOTE上实施了它们，接着在美国加州大学伯克利分校进行了开发。
现在，在这个提案上，他们已经在以下几点进一步扩展了他们的工作。
周期性侦听和睡眠的计划是通过跳过空闲侦听减少能源消耗。
同步表节点上相同的睡眠时间表的虚拟集群的使用。
这个时间表将使节点减少额外的延迟。
当每个节点处于睡眠状态时使用信道信令可以将它附近的信号发送给另一个节点。
这种方法的灵感来自PAMAS，而且不要求额外的通道。
它也有助于消除串音问题。
采用消息传递来减少应用程序感知的延迟和控制开销。
每个节点片段级公平的减少是由于传感器网络节点往往走向一个单一的应用程序合作。
在 sensornet 的特定硬件上评估我们的新 MAC 协议的实施。
本文包含了S-MAC协议的设计，实施和实验的重大扩展：对流量自适应的睡眠时间表的支持。
对能源，延迟和吞吐量问题的衡量和评价。
Deepak Ganesan et al回顾了在传感器网络的一系列挑战。
他们指出在传感器网络的关键挑战: (a) 支持多跳通信同时限制无线电操作以节省电力，(b)数据管理(c)在网络中的节点知道自己的地理位置路由的挑战，和(d) 监控和维护这种动态、资源有限的系统。
他们还提出了解决上述问题，并展示如何将这些网络组件可以集成在WSN。
3. MAC层相关的传感器网络的性能最大限度的延长网络寿命是传感器网络研究的一个共同的目标,因为当电池耗尽时节点被理所当然地遗弃。
