无线传感器网络3_MAC协议2014
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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协议研究
无 线 传 感器 网 络 是 由 一 组 传 感 器 节 点 通过 自 组 织 的 方 式 构 成 的 无 线 网 络 ! 它 可 以 用来 监 测 # 采 集 # 处 理 覆 盖 区域 中 监 测 对 象 的 信 息 ! 并 通 过 无 线 网 络 将传 递 信 息给 采 集 者" 随 着 微 电子 技 术 #传 感 器 技术 # 无 线 通信 技 术 以 及 计 算机 技 术 的发 展 ! 无线 传 感 器网 络 作 为一 种 新 兴 的 计算 机 网 络 ! 具 有 了 越 来越 广 泛 的应 用 领 域& 军 事 领 域& 利 用 无 线 传 感 器 网 络 能 够监 测 战 区 的 兵 力 和 装 备 # 实 时 监 测 战 场 状况 # 监 测 核攻 击 等 " 环 境 领 域& 无 线 传 感 器 网 络 在 环 境 方面 有 着 广 泛 的 应 用 ! 包 括 监 测 动 植 物 成 长环 境 # 灾 害天 气 以 及病 虫 害 预警 等 " 医 疗应 用 & 医 生可 以 远 程了 解 病 人健 康 状 况! 而 且 不必 妨 碍 病人 " 还 可 以 在 危 险情 况 下 通报 病 人 位置 以 及 现状 " 车 辆监 测 & 可 以用 于 车 辆应 变 片 和轮 压 的 监测 " 公 共安 全 和 反恐 & 监 测 有害 物 品# 危 险 物 品! 减 少 对人 的 伤 害" 媒 体 访 问 控 制 $1. :631 *++. ’’ +0-()07 !! %$ % 协 议 的言
无 线 传 感器 网 络 具 有 移 动 性 # 自 组 织 性 等 特 点 ! 这 对 !%$ 协 议 的 设 计 造 成了 很 大 的影 响 " 无 线 传 感器 网 络 中 !%$ 协 议 的设 计 需 要面 对 的 问 题 主 要有 & 隐 藏C 暴 露站 点 问 题# 入 侵 站点 问 题 # 资源 问 题 " 对 于 !"$ 协 议 的 设计 ! 一 般 要 考 虑能 量 节 省 # 可 扩展 性 # 网 络 效 率 等 几 个 方面 " 在 无线 传 感 器网 络 中! 节 点 能 量有 限 ! 并 且 一 般都 难 以 补 偿 ! 因 此 节 能 问题 是 目 前 无 线传 感 器 网 络 中 !"$ 协 议 设 计 最关 心 的 ! 可 能 造 成 节 点 能量 浪 费 的原 因 主 要有 一 下 几种 & 冲突 & 在 节点 发 送 数据 过 程 中! 当 一 个以 上 数 据 包 在 同时 传 输 时 ! 就 会 产 生 冲去 ! 冲 突产 生 后 的数 据 重 传会 造 成 能量 的 浪 费 " 在基 于 竞 争 的 协 议 中 ! 冲 突 是主 要 问 题 ! 但 在 基 于 时 分 复用 这 样 的 预 约 协 议 中 一 般 不 会 发生 冲突" 空闲 侦 听 &无 线 传 感器 网 络 中! 节 点 不知 道 自 己 何 时 接受 到 数 据 ! 一 直 处 于 接收 状 态 !浪 费 了 能量 " 空 闲 侦听 的 消 耗主 要 依 赖于 硬 件 和操 作 模 式" 串音 & 当 一个 节 点 接收 到 传 给其 他 节 点的 数 据 包时 ! 就 会产 生 串 音" 当 流 量 负载 和 节 点密 度 很 大时 ! 串 音消 耗 的 能量 是 十 分大 的 " 控制 开 销 &发 送 # 接 收和 侦 听 控制 包 要消 耗 能 量 ! 也 会减 少 网 络 有 效 的 吞 吐 量" 因此 ! 对 !" $ 协 议 的 设计 ! 需 要综 合 考 虑上 述 因 素" D !%# 协 议
无线传感器网络MAC协议研究
维普资讯
无 线 传 感 器 网络 ＭＡ Ｃ协 议 研 究
刘 阿娜 ， 于宏 毅 ， 宏 李 （ 息 工程 大 学信 息 工程 学 院通 信 工程 系 郑 州 ４ ０ ０ ） 信 ５ ０ ２
本 文 首 先 从 应 用 需 求 和 业 务 特 性 两 方 面分 析 了 无 线 传 感 器 网 络 ＭＡ Ｃ协 议 设 计 面 临 的 挑 战 。然 后 ， 合 现 有 典 型 协 议 ， 无 线 传 感 器 网 络 ＭＡ 结 对 Ｃ协 议 的 研 究 现 状 和 趋 势 、 能 策 略 及 协 议 其 他 节 特 点 进 行 了分 析 与 总结 。 最 后 ， 讨 了无 线 传 感 器 网 络 ＭＡ 探 Ｃ协 议 的待 研 究 问 题 。
（） ３公平性
器节点周期性采集监测信息向ｓ ｋ ｉ 转发， ｎ 可认为整个网络
在时间上的业务密度分布均匀 ， 在空间上由于距离 ｓ ｋ的 ｉ ｎ
远近不同等原因而呈现不同的业务密度分布。 在基于查询 类和事件触发类的应用中， ｉ 当ｓ ｋ的命令或监测的物理事 ｎ 件发生时， 一定数量的传感器节点在一定时间内同时发起 通信． 从而使整个网络的业务在时间和空间上都具有很强
络 Ｍ Ｃ协议要能够灵活适应局部拓扑结构 的动态性 ， Ａ 如 有些信道资源的有效分配方案类似于图论中的点着色或
多 Ｍ Ｃ协议也随之相继被提出。 Ａ 早期的无线传感器网络研 究较多集中于能量有效性问题 ，Ａ Ｍ Ｃ协议研究也侧重于能
耗因素及相应节能策略，而其他方面并没有突破传统自组
传感器网络的 Ｍ Ｃ协议设计既存在着 自组网 Ｍ Ｃ协议 Ａ Ａ 设计的共性问题脚 同时又存在其独有的问题， ， 如节点能量 受限、 网络负载较低以及数据流向相对固定等， Ｍ Ｃ协 对 Ａ
无 线 传 感 器 网络 ＭＡ Ｃ协 议 研 究
刘 阿娜 ， 于宏 毅 ， 宏 李 （ 息 工程 大 学信 息 工程 学 院通 信 工程 系 郑 州 ４ ０ ０ ） 信 ５ ０ ２
本 文 首 先 从 应 用 需 求 和 业 务 特 性 两 方 面分 析 了 无 线 传 感 器 网 络 ＭＡ Ｃ协 议 设 计 面 临 的 挑 战 。然 后 ， 合 现 有 典 型 协 议 ， 无 线 传 感 器 网 络 ＭＡ 结 对 Ｃ协 议 的 研 究 现 状 和 趋 势 、 能 策 略 及 协 议 其 他 节 特 点 进 行 了分 析 与 总结 。 最 后 ， 讨 了无 线 传 感 器 网 络 ＭＡ 探 Ｃ协 议 的待 研 究 问 题 。
（） ３公平性
器节点周期性采集监测信息向ｓ ｋ ｉ 转发， ｎ 可认为整个网络
在时间上的业务密度分布均匀 ， 在空间上由于距离 ｓ ｋ的 ｉ ｎ
远近不同等原因而呈现不同的业务密度分布。 在基于查询 类和事件触发类的应用中， ｉ 当ｓ ｋ的命令或监测的物理事 ｎ 件发生时， 一定数量的传感器节点在一定时间内同时发起 通信． 从而使整个网络的业务在时间和空间上都具有很强
络 Ｍ Ｃ协议要能够灵活适应局部拓扑结构 的动态性 ， Ａ 如 有些信道资源的有效分配方案类似于图论中的点着色或
多 Ｍ Ｃ协议也随之相继被提出。 Ａ 早期的无线传感器网络研 究较多集中于能量有效性问题 ，Ａ Ｍ Ｃ协议研究也侧重于能
耗因素及相应节能策略，而其他方面并没有突破传统自组
传感器网络的 Ｍ Ｃ协议设计既存在着 自组网 Ｍ Ｃ协议 Ａ Ａ 设计的共性问题脚 同时又存在其独有的问题， ， 如节点能量 受限、 网络负载较低以及数据流向相对固定等， Ｍ Ｃ协 对 Ａ
无线传感器网络MAC协议
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。
无线传感器网络MAC层协议探究
是能量高效 的协议 有效地延长网络 的生存 时间：
有部分 冲突发生时 ．这些分组则被称 为 “ 有冲突的分 二是具有对 于变化的可预测性和 自适应性 。网络大小 、 节点 的密度 和拓扑改变之后 ． 对于一个成功 的 自适应系 ［ 收稿 日 】０ ０ ０ — ８ 期 ２ １－ ２ ２
企 业 管 理 信 息 化
统应该可以进行快速 而有效的处理 。其他要 素 ， 如等待 的 另外公平性在其他无线网络 中会显得 比较重要 。 但
一
种． 就认为信道进入空 闲状态 ， 节点关闭射频模块 ， 转 由于 Ｔ Ｍ Ｃ的实现机 制与 ２ ０ －Ａ Ｏ ４版 的 Ｓ ＭＡＣ基 －
３Ｔａｆ － ｄ ｐｉｅ Ｃ Ｔ Ａ ． ｒ ｉ Ａ ａｔ ｆｃ ｖ ＭＡ （Ｒ ＭＡ）
在某些情况下 ． 检测 到网络中进入一个新的节点的
传感器将会在本地互相进行通信 ． 这种通信方式被称作
传感器将在一定范围内发送一条消息给它的 二、 与传感 器 网络 相关 的 ＭＡ 层协议 特性 本地传播 Ｃ
检测到有新 的进入者的传感器需要将其所 传感器节点的电量耗完后 ，我们将会丢弃此节点 。 邻居节点们 ． 这种通信方式又被称为 因此传感器 网络研究 的主要 目的就是使 网络的存在时 感知到的信 息传送到信 息中心 ．
一
、
引 言
组”发生冲突的所有分组都将会被丢弃或重新发送 ． ， 而
② 即节点接收到发给 随着硬件技术的发展 ． 低功耗 的传感器节点可 以仅 这将导致能量消耗的增加 ； 串扰 。 ③ 我们将 尽量满 足 由单 独的芯片组成 ， 在这个 芯片 中将会集成 内存 、 处理 其他节点的分组 ； 控制分组的费用 ， 器和收发装置等。与其他 的移动装置相 比， 的功率容 使最小数量的控制 分组用 于数据 的发送 ：④ 空闲监听 低
传感网原理及应用—第3讲(MAC协议)
计算机科学与技术学院
陈永乐
目录
MAC协议概述
竞争型MAC协议
分配型MAC协议 混合型MAC协议 总结
2
MAC协议概述
在无线传感器网络中，介质访问控制（medium access control，MAC）协议决定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。 MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络 的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关 键网络协议之一。 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。
25
TA的选择
周期性侦听同步设计
延用SMAC协议思想，周期性广播SYNC帧
前提：节点发现串扰的RTS或CTS都能够触发一个新的监听间隔，为 了确保节点能够发现邻居的串扰，TA的取值必须保证当前节点能够 发现串扰的CTS TA >竞争信道时间（C）+RTS发送时间（R）+CTS准备时间（T） TMAC实验中，采用TA = 1.5 x (C + R + T)
27
早睡问题解决办法 （1）
未来请求发送（Future request-to-send, FRTS）
当节点C收到B发给A的CTS后，立即向D发送一个FRTS。FRTS帧包含节点D接 收数据前需要等待的时间长度，D在此时间内必须保持在监听状态。 由于C发送的FRTS可能干扰A发送的数据，所以A需要将发送的数据延迟相 应的时间。A在接收到CTS之后发送一个与FRTS长度相同的DS帧，该帧不包 含有用信息，只是为了保持AB对信道的占用，在发送DS之后A立即向B发送 数据信息 由于采用了FRTS机制。增加一个DS时间。FRTS方法可以提高吞吐量，减少 延迟，但是增加了控制开销，会降低TMAC协议的能量效率
陈永乐
目录
MAC协议概述
竞争型MAC协议
分配型MAC协议 混合型MAC协议 总结
2
MAC协议概述
在无线传感器网络中，介质访问控制（medium access control，MAC）协议决定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。 MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络 的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关 键网络协议之一。 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。
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TA的选择
周期性侦听同步设计
延用SMAC协议思想，周期性广播SYNC帧
前提：节点发现串扰的RTS或CTS都能够触发一个新的监听间隔，为 了确保节点能够发现邻居的串扰，TA的取值必须保证当前节点能够 发现串扰的CTS TA >竞争信道时间（C）+RTS发送时间（R）+CTS准备时间（T） TMAC实验中，采用TA = 1.5 x (C + R + T)
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早睡问题解决办法 （1）
未来请求发送（Future request-to-send, FRTS）
当节点C收到B发给A的CTS后，立即向D发送一个FRTS。FRTS帧包含节点D接 收数据前需要等待的时间长度，D在此时间内必须保持在监听状态。 由于C发送的FRTS可能干扰A发送的数据，所以A需要将发送的数据延迟相 应的时间。A在接收到CTS之后发送一个与FRTS长度相同的DS帧，该帧不包 含有用信息，只是为了保持AB对信道的占用，在发送DS之后A立即向B发送 数据信息 由于采用了FRTS机制。增加一个DS时间。FRTS方法可以提高吞吐量，减少 延迟，但是增加了控制开销，会降低TMAC协议的能量效率
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
无线传感器网络及其MAC协议
无线传感器网络及其MAC协议
王宁
【期刊名称】《软件导刊》
【年(卷),期】2008(7)11
【摘要】无线传感器网络是一种传统传感器技术结合无线网络技术的新型技术。
介绍了无线传感器的体系结构、应用领域和系统特点,最后比较了无线传感器的相关MAC协议。
【总页数】3页(P129-131)
【关键词】无线传感器网络;MAC协议;低功耗
【作者】王宁
【作者单位】四川大学计算机学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.04
【相关文献】
1.OCR-MAC：一种新的基于CSMA的无线传感器网络MAC协议 [J], 李朋举
2.X-MAC：一种新型的无线传感器网络MAC协议﹡ [J], 杨浩;易平
3.TC2-MAC：一种无线传感器网络自适应混合MAC协议 [J], 陈存香;何遵文;贾建光;匡镜明;张钟毓;徐晓波
4.LC-MAC:一种针对长链拓扑的无线传感器网络MAC协议 [J], 王耿初;方晨;刘昊
5.AGQ-MAC:无线传感器网络中基于Grid Quorum的异步低占空比MAC协议[J], 胥楚贵;邓晓衡;刘持标;陈志刚
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面向物联网的无线传感器网络MAC层协议设计与优化
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。
无线传感器网络的MAC协议全解
基于竞争的MAC层协议
T-MAC协议
解决早睡问题的方法之一——FRTSFuture Request To Send ◆节点C监听到B发送给A的CTS时;立即向D 发送FRTS;告知D所需等待时间;D睡眠后醒 来与C通信; ◆A在发送DS占用信道;DS与FRTS长度相同 无有效信息;DS发送后;A开始发送数据; ◆FRTS机制提高了网络吞吐量;增大了数据 量和碰撞概率
知其它可能隐蔽的站点的效果 避免了隐蔽站点造成的冲突
CSMA机制
MAC层CSMA/CA机制
数个节点进入退避阶段，如选择的退避时间一致，有可能会发生碰 撞，CSMA采用二进制指数退避机制规避再次碰撞。 ◆确定基本退避时间（基数），一般定为2T，即一个竞争窗口 ◆定义K为重传次数，K=min[重传次数，10] ◆从集合[0,1,2,···,2k-1]中，随机取出一个数R，令退避时间为 t=R×2T ◆如数据帧在重传16次后仍无法成功发送，则认为传输失败并报告 给高层协议
MAC层能耗来源
空闲侦听(Idlelistening)
◆射频模块处于活动状态会消耗大量的能源。这是节点能量消耗的 最主要来源，射频收发器处于接收模式时消耗的能量比其处于待命 模式多两个数量级。 ◆为避免冲突，节点也需要不断的侦听信道，查询信道是否被占用。 空闲侦听的代价也是很大的。
MAC层能耗来源
DMAC协议基本机制
基于竞争的MAC层协议
DMAC协议
自适应忙闲比机制
◆如果节点在一个发送周期内有多个数据包要发送，就需要该节 点和树状路径上的上层节点一起加大发送周期占空比 ◆通过在MAC层数据帧的帧头加入一个标记(more data flag)，以较小 的控制开销发送占空比更新请求。在ACK帧中加入同样的标记位 ◆节点提高忙闲比的条件：节点将相关标志位置1，或收到了该标 志位置1的ACK帧，传输路径上的节点依次提高忙闲比，增加了网 络的数据传输量。
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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。
串扰的解决：NAV时去休眠！
在IEEE 802.11的RTS/CTS机制中，当 节点处于虚拟监听（NAV）阶段时，仍会 监听邻居的数据包。
在SMAC中，节点收到邻居节点的RTS或 CTS后，就立即进入休眠状态，休眠NAV 时间后才醒来再竞争信道，从而避免了接 收不属于自己的数据包，浪费能量。
串扰示例
调度表与虚拟簇
为了使周期性监听和睡眠能够运转，节点需要知道 所有邻居节点的睡眠和醒来的时间（以调度表形式 存放在自己的内存中），同时也需要让邻居节点知 道自己的睡眠和醒来时间，这样它们才能在对方醒 来时及时进行通信。
最好的方式是某个节点与它周围的邻居节点能够按 同一个步调睡觉和醒来，即调度表相同。如果某一 片区域节点的调度表一致，则称它们形成了一个虚 拟簇。
二是将长包分成若干个小数据包单独传 输（分段），则又会由于RTS/CTS的 使用形成过多的控制开销。
SMAC的解决方案
SMAC提出了“消息传递”机制。将长的信息包分成若干个 DATA，并将它们一次传递，但是只使用一个RTS/CTS控制 分组作为交互。节点为整个传输预留信道，当一个分段没有 收到ACK响应时，节点便自动将信道预留向后延长一个分段 传输时间，并重传该分段，整个传输过程中DATA和ACK都带 有通信剩余时间信息（NAV），邻居节点可以根据此时间信 息避免串扰。
周期性监听和睡眠
很多传感器网络中，节点长期处于监听状态，但并 没有什么事件发生，就浪费了很多监听能量。
SMAC中为了减少监听对能量的浪费，要求节点周 期性的交替监听与睡眠，例如在一个周期内如果一 半时间监听一半时间睡眠，就可以节省50%的监 听能量。
节点周期性的醒来，看有没有节点想与它通信，没 有的话就再次睡觉，再次醒来，再次睡觉… …
RTS/CTS实例
• A想向B发数据，C位于A的无线范围内，D 在B的无线范围内，不在A的无线范围内。
RTS/CTS分析
当多个节点都想向同一个节点发送数据时， 通过RTS/CTS机制能够解决冲突问题。
带NAV的RTS/CTS机制基本能够解决隐蔽 站问题。
RTS/CTS机制来源于IEEE 802.11 （WiFi）的MAC机制。
调度信息的传播过程
节点首先监听一段时间。如果一直没有收到邻居节 点的调度信息，就把自己构造的调度信息向邻居广 播（通过SYNC消息广播），成为同步发起者 （synchronizMAC协议 分配型MAC协议 混合型MAC协议与跨层设计 总结
MAC协议需求与分类
MAC协议需求
根据无线传感器网络所面向的实际应用的特点，MAC协议在 设计时需要解决很多工程和研究技术难题，这些都已经成为 无线传感器网络MAC协议的研究热点问题。
串扰
解决方法：当邻居节点收到RTS或CTS帧后， 立即休眠NAV时间才再次探测信道。
控制开销
解决方法：消息传递机制。
空闲监听
解决方法：周期性的监听和睡眠。
RTS/CTS机制
RTS：Request to Send 发送方在发送前先发送 一个请求帧。
CTS：Clear to Send 接收方收到请求帧后若同 意接收，则回复此帧。
上图中，假如每个节点只能跟自己的邻居 通信，当A发送数据给B时，为了防止冲突， 按图中各个节点发送数据的方向，哪些节 点应该去休眠？
为什么所有邻居节点都需要去休眠？
D必须要去休眠，否则其信道会干扰B的接收。 E和F因为在两跳之外，不会干扰A到B的传输，所
以不需要休眠。 C是否需要休眠？C发送给E的数据并不会干扰A-B
NAV：Network Allocation Vector 网络分配向量 当某个节点监听到其他人之间的RTS或CTS帧时， 当时不再进行信道接入，而是延迟一段时间再活动， 这段时间称为NAV。
虚拟信道监听机制 ：节点虽未在信道中检测到被占 用，但收到RTS/CTS后虚拟的认为信道要被占用， 不再尝试进行信道接入。需要等待的NAV时间携带 在数据包的duration域中。