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无线传感器网络S-MAC协议研究江雪(Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003)基金项目：国家自然科学基金(60372107)摘要：传感器节点能量受限，节能是传感器网络中媒体访问控制(MAC)协议设计的首要问题。
采用周期性睡眠机制、自适应侦听机制、串音避免机制和消息传递机制可使得传感器媒体访问控制(S-MAC)协议在网络能耗和时延方面得到改进。
对S-MAC协议的改进主要有两种方式：动态调整、区别控制包与数据包的发送条件进行发送。
对无线传感器网络，要想设计出一种满足各方面要求的MAC协议是不现实的，可针对不同应用的要求，灵活采用不同的方式，设计出相应的协议。
无线传感器网络通常包含大量自组织的分布式节点。
由于其组网快捷、灵活，且具有不受有线网络约束的优点，可广泛应用于紧急搜索、灾难救助、军事应用等特殊环境，因而具有广泛的应用前景。
由于传感器节点能量受限，节能成为传感器网络媒体访问控制(MAC)协议设计首要的问题。
由文献[1]可以看到传感器媒体访问控制(S-MAC)协议就是针对传感器网络的节能需求而提出的。
周期性睡眠机制、自适应侦听机制、串音避免机制和消息传递机制使得S-MAC协议在网络能耗和时延方面的性能很优越，但距离实际应用的要求还有一段差距。
1 S-MAC协议介绍S-MAC协议是在802.11协议的基础上提出的，设计的主要目标是减少能量消耗，提供良好的扩展性。
其主要实现机制包括周期性侦听和睡眠、串音避免、消息传递和流量自适应侦听。
1.1 S-MAC协议实现的关键技术(1)数据包的嵌套结构应用层MAC层物理层MAC：媒体访问控制图1 S-MAC协议中数据包格式MACCRC：循环冗余校验MAC：媒体访问控制图2 S-MAC协议的堆栈的网络模型S-MAC协议数据包的嵌套结构如图1所示。
在S-MAC协议中，上一层数据包包含了下一层数据包的内容。
无限传感网MAC协议节能分析研究无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）是由一组分布在特定区域内的无线传感器节点组成的自组织网络，用于收集环境数据并将其传输给中央节点。
由于无线传感器节点在能源资源上有限，因此如何提高无线传感网的能源效率成为研究者们的关注焦点。
MAC（Medium Access Control）协议作为无线传感网中的重要组成部分，起着控制节点之间共享通信信道的作用。
本文将对无线传感网MAC协议节能方面的研究进行分析。
首先，无线传感网MAC协议中的能量消耗主要集中在数据传输和节点唤醒过程中。
在数据传输方面，传统的MAC协议采用定期监听信道的方式进行通信，这样会导致节点在大部分时间内处于空闲状态，浪费能量。
因此，一些新的MAC协议通过对信道进行预约或者使用聚类等方式来减少传输冲突，从而降低能源消耗。
另外，节点唤醒过程中的能量消耗也是无线传感网中不可忽视的。
一些新的MAC协议通过优化节点的睡眠和唤醒策略，减少节点的唤醒次数，从而降低能源消耗。
其次，对于无线传感网MAC协议的节能研究，多数方法可以分为两大类，即基于周期的协议和事件触发的协议。
基于周期的协议在通信过程中按照固定的时间间隔进行数据传输，这种方式适用于周期性的应用场景，可以减少节点的唤醒次数和能量消耗。
而事件触发的协议则是基于节点周围环境中的事件触发传输数据，适用于非周期性的应用场景，可以减少不必要的数据传输，从而节省能量。
此外，为了提高无线传感网的能源效率，在设计MAC协议时还需要考虑数据压缩和聚类技术。
数据压缩技术可以减少传感器节点向中央节点传输的数据量，从而降低能源消耗。
而聚类技术则是通过将节点划分为不同的聚类，每个聚类中包含一个簇首节点和若干从属节点，减少节点之间的通信距离，降低能量消耗。
综上所述，无线传感网MAC协议的节能研究对于提高无线传感网的能源效率具有重要意义。
未来的研究可以进一步探索新的MAC协议设计理念，结合数据压缩和聚类技术，实现更加节能的无线传感网。
无线传感网MAC协议分析和研究无线传感网MAC协议分析和研究近年来，在很多国家关于智慧城市的研究和建设已经得到了很大的关注和进展。
而国内自2010年来，也有不少城市相继开展了智慧城市的建设。
智慧城市建设的总体框架可划分为感知层，通信层，数据层和应用层，感知层作为智慧城市框架的底层，它是否能良好的实现对于智慧城市建设具有重要的影响。
而现在作为研究热点的无线传感网是完全可以成为智慧城市感知网络的一种实现方式的。
1.无线传感网1.1无线传感网的概念无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。
传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，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，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织的无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。
无线传感网络是集数据采集、数据处理和数据通信三大功能的微型化、智能化、集成化、系统化和网络化的分布式传感器系统。
无线传感器网络在环境、医疗、军事、工业和智能家居等领域表现出巨大的潜在应用价值，它在未来将是一个无孔不入的十分庞大的网络，将完全融入我们的生活，具有十分广阔的应用前景。
在环境监测和保护方面，无线传感器网络为随机性研究数据的获取提供了便利，还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。
比如可以将传感器分布在海洋，火山，冰原等地区，检测该地的环境状态。
在医疗护理领域，可以通过在老龄人，残障人士等生活不方便的人衣物、家具、电器等地方嵌入无线传感器，组成网络，便可实时获取他们的信息，帮助生活不能自理的人士更方便的接受护理，同时还能减轻护理人员的负担。
无线传感器还可以用在药物管理方面，还可以通过在病人身上安装有特殊用途的传感器，让医生可实时获取病人病情信息。
2010届无线传感器网络论文题目: 无线传感器网络的MAC协议综述院系名称：通信学院专业班级：电子与通信工程8班学生姓名：郭鑫学号： S********* 指导教师：王恒教师职称：教授2010年12月26日摘要：无线传感网络作为汁算机、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。
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，具有极为广阔的应用和发展前景。
本文主要介绍了无线传感网MAC协议的特点以及分类，然后对其中MAC协议进行了一一介绍．并作了性能对比。
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Title：General Analysis of Wireless Sensor Network MAC ProtocolsAbstract：Wireless sensor networks as juice calculate machine, communication and sensor three technical combination of computer and communication, has become an active field of research branch. Real-time detection, awareness and collecting network distribution area of all sorts of monitoring information about objects, is extremely broad application and development prospect. This article mainly introduced the wireless sensor network MAC protocols of characteristic and classification, and then to the one which MAC protocols are introduced. And performance comparison. At last illustrates wireless sensor network based on competition of MAC protocols development trend.Keyword：Wireless Sensor Network MAC protocols Comparative performance 1.绪论1.1 研究本课题的意义随着通信技术、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。
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。
无线传感网络中的低功耗MAC协议优化研究无线传感网络是近年来兴起的一种新型网络，其将传感器节点分布在需要监测的环境中，通过数据的采集和传输，实现对这个环境的实时监测和控制。
传感器节点通常是一种小型设备，具有低功耗、低成本、低复杂度等特点。
为了延长传感器节点的寿命，降低能耗，需要研究低功耗的MAC协议。
低功耗MAC协议是无线传感网络中的一种重要协议。
它主要负责节点之间的通信和协调。
低功耗MAC协议需要解决以下几个问题：1.能耗问题低功耗MAC协议需要尽可能地减小通信过程中的能耗，同时尽量降低节点的待机功耗和空闲功耗。
这可以通过设计能够提高通信效率的协议、调节节点的功率、延迟休眠等方法来解决。
2.协议冲突问题无线传感网络中，由于节点数量巨大、节点分布复杂，很容易出现协议冲突问题。
这种情况下，不同节点之间会同时尝试发起通信，导致信号干扰，通信失败。
因此，低功耗MAC协议需要设计能够减少协议冲突的机制，防止多个节点同时尝试访问同一信道。
3.节点异构性问题无线传感网络中存在不同类型、不同功耗节点，节点的状态可能不同，这就导致低功耗MAC协议需要能够适应不同类型节点的特点，在保证低功耗的同时，也需要满足节点的实际需要。
为了解决以上问题，研究者们提出了许多低功耗MAC协议，其中一些比较有代表性的协议如下：1.LEACH协议LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议是一种典型的分簇协议。
它采用分簇的方式来降低通信过程中的能耗。
具体来说，LEACH协议将所有节点分组，每个组有一个簇头，负责向汇聚节点传输数据。
同时，LEACH协议还采用动态簇头选择机制，每轮由不同的节点充当簇头，避免簇头频繁更换造成的能耗开销。
2.SMART协议SMART（Scalable Medium Access Control with Rendezvous-based Token-passing）协议是一种基于令牌传递的协议。
基于NS2无线传感器网络MAC协议的分析及改进摘要无线传感器网络(WSN)被称为全球未来的三大高科技产业之一，被广泛应用于军事、医疗、环保等方面。
介质访问控制(MAC)协议决定了无线通信信道的使用方式，由于无线传感器网络有自己的特性，传统的无线网络MAC协议不能直接应用于无线传感器网络，所以设计良好的MAC协议以减少网络的能量消耗和数据延迟成无线传感器网络亟待解决的问题。
研究WSN 的MAC协议要考虑到其能量效率问题，本文针对现有的MAC协议进行比较分析，提出了一种低时延低能耗的DMAC协议改进方法。
通过对DMAC数据采集树算法的分析，对其数据传输方式进行研究，针对其负载不均衡，提出一种消息节点睡眠机制和退避策略，然后通过在NS2平台上的仿真，可发现对能量消耗和网络延迟有部分改善。
关键词无线传感器网络，介质访问控制协议，能量效率，NS2ABSTRACTWireless sensor networks(WSN) is one of the three high-tech industries of the world in the future. It is widely used in many fields such as military affairs, medical care, environmental protection.Medium access control(MAC) protocol directly controls the way of nodes using the wireless channel, Because of the wireless sensor network's distinct characteristics, the MAC protocol used in traditional wireless networks can't be used in wireless sensor networks directly,so design MAC protocols to reduce energy consumption and latency becomes anurgent problem in wireless sensor networks. To study wireless sensor networks must think about its energy efficient.Based on the compares and analysis in the existing MAC, an improved low-latency and energy efficient DMAC protocol was proposed. With the analysis of data gathering tree of DMAC and the research of its data transmission,a node sleep scheduling mechanism and retreats strategy is proposed according to its imbalance load. With the simulation in the simulation environment of NS2, an improved low-latency and energy efficient could be found.Key Words:WSN, MAC, Energy efficient, NS2目录1. 绪论 (1)1.1 研究背景与研究意义 (1)1.2 研究内容 (2)2. MAC协议的原理及分析 (4)2.1 MAC协议原理 (4)2.1.1 无线传感器网络结构 (4)2.1.2 MAC协议设计问题 (5)2.2 MAC协议理论分析 (6)2.2.1 基于竞争的MAC协议分析 (6)2.2.2 基于调度算法的MAC协议分析 (8)2.2.3 其它MAC协议分析 (9)2.3 MAC协议比较 (10)2.4 MAC协议改进可行性分析 (10)2.4.1数据采集树调度机制 (10)2.4.2 采集树分析 (12)3. 仿真实验及协议改进 (13)3.1 仿真环境搭建 (13)3.2 MAC协议改进 (15)3.3 NS2网络仿真 (17)3.3.1 参数设置 (18)3.3.2 协议的实现 (19)总结 (26)参考文献 (28)致谢 (29)1.绪论1.1 研究背景与研究意义近年来，随着半导体技术、通信技术、微系统技术和计算机技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN) [1]技术在世界范围内引起了人们的关注，它被广泛地应用于军事，医疗，工业，环保等各个领域，被称为影响人类未来生活的十大新兴技术之首[2]。
面向物联网的无线传感器网络MAC协议研究随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）在物联网环境中的应用愈发广泛。
作为连接感知设备和互联网的基础，无线传感器网络需要可靠且高效的通信协议来实现数据的采集、处理和传输。
其中，媒体访问控制（MAC）协议是无线传感器网络中的重要组成部分，对网络的性能和能耗具有重要影响。
因此，面向物联网的无线传感器网络MAC协议的研究显得十分必要和紧迫。
无线传感器网络MAC协议在物联网环境中面临着多个挑战。
首先，物联网中的无线传感器节点数量庞大，网络通信量大，需要具备高效的多节点协同能力。
其次，由于无线传感器网络中的节点一般由电池供电，能耗是一个十分重要的问题，需要设计低功耗的协议以延长网络寿命。
此外，物联网环境中无线通信频率拥挤，会造成严重的信道冲突和干扰，需要设计抗干扰能力强的MAC协议。
针对上述问题，研究者们提出了许多面向物联网的无线传感器网络MAC协议的解决方案。
下面将介绍几个具有代表性的协议。
首先是低功耗媒体访问控制（LL-MAC）协议。
该协议通过引入时隙控制和休眠机制，降低了节点的活跃时间，从而减少功耗。
该协议采用分时复用和自适应帧长机制，有效地解决了网络的时隙冲突问题。
此外，协议还支持节点的自适应休眠，进一步降低了能耗。
另一个重要的MAC协议是无冲突媒体访问控制（COL-MAC）协议。
COL-MAC利用监听和避让技术，有效地解决了信道冲突和干扰问题。
该协议通过在发送前监听信道状况，避免了节点之间的碰撞，提高了通信的可靠性。
此外，COL-MAC还引入了动态距离感知技术，根据节点之间的距离选择适当的发送功率，进一步减少了干扰。
除了上述两个协议，基于重叠访问窗口技术的MAC协议（OAW-MAC）也是一种有潜力的研究方向。
该协议通过预设一组覆盖整个帧长的多个访问窗口，实现多节点同时传输的能力。
通过合理的访问窗口选择，OAW-MAC协议能够充分利用信道资源，提高网络吞吐量。
面向物联网的无线传感器网络MAC层协议设计与优化随着物联网的快速发展，无线传感器网络（WSN）作为其重要组成部分，已经在各个领域得到广泛的应用。
在WSN中，MAC层（Medium Access Control Layer）协议的设计对于网络的性能和能耗起着至关重要的作用。
因此，本文将探讨面向物联网的无线传感器网络MAC层协议的设计与优化。
一、MAC层协议的基本原理MAC层协议是无线传感器网络中用来协调节点的共享信道访问的方法。
其基本原理是通过时间分割、空间分割或其他方式，使不同节点在不冲突的时间或空间段内进行通信，从而提高网络的效率。
二、传统MAC协议的局限性在传统的MAC协议中，如CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）协议，在高度动态的物联网环境下存在一定的局限性。
首先，CSMA/CA的信道侦听机制在大量节点同时竞争信道时，可能会导致网络性能下降。
其次，在多跳传输中，控制包的传输延迟也会带来一定的能耗。
因此，需要设计一种适用于物联网的新型MAC协议，以解决这些问题。
三、基于时隙划分的MAC协议一种常见的改进方式是基于时隙划分的MAC协议。
该协议将时间划分为多个时隙，并为每个时隙分配不同的节点进行通信。
这样可以减少节点之间的干扰，提高网络的吞吐量和稳定性。
此外，该协议还可以通过调整时隙的长度和数量，以适应不同应用场景下的需求。
四、基于空间划分的MAC协议除了时隙划分，还可以使用空间划分来改进MAC协议。
在这种协议中，将网络划分为多个独立的区域，每个区域由一个基站或者协调节点负责管理。
通过减少节点之间的干扰，可以提高网络的可靠性和能耗效率。
此外，通过选择合适的基站位置，还可以优化网络的整体覆盖范围和信号强度分布。
五、混合划分的MAC协议综合利用时隙划分和空间划分的优势，可以设计一种混合划分的MAC协议。
在该协议中，时间和空间都被划分成多个块，每个块由一个基站或协调节点负责管理。
