无线传感器网络mac协议综述

无线传感器网络mac协议综述内容摘要：

， 学术界提出了众多 WSN 专用 MAC 协议，部分协议己经在实验环境甚至实际系统中得到应用和验证。 我们对这些协议进行研究，选取了部分较为重要的和近期提出的 MAC 协议，对其核心机制、特点和优缺点等进行了分析和比较。 3 常 用 的 MAC层协议 针对无线传感器网络的特性，已经提出了很多种 MAC 层协议，在这一部分，我们将对 它们进行一些概要性的介绍，列举它们在各种可能的条件下的各种行为，并对各个协议的优 缺点进行说明。 SensorMAC(SMAC) 该协议将时间分帧，帧长度由应用程序确定。 帧内分为工作阶段和休眠阶段，在 2020 年版本中，工作阶段持续时间是固定的。 2020 年版本为了更好地支持数据突发，协议将工 作阶段改为长度可调。 在休眠阶段，节点关闭射频模块，缓存这期间采集到的数据，在工作 阶段集中 发送。 在工作阶段的开始，节点发送同步消息，之后通过 RTS/CTS/DATA/ACK 机 制发送数据，避免冲突造成的能量浪费。 通过同步消息，相邻节点可以采用相同的工作 /休 眠策略，新节点也可以加入进来，这种机制在协议中称为虚拟簇。 基于这些同步的本地化管 理同步和周期性的工作 /休眠策略形成了 SMAC 协议的基本思想。 相邻节点形成虚拟簇来建 立一个共同的休眠策略。 如果两个相邻节点位于两个不同的虚拟簇，它们将在两个簇的工作 阶段都处于唤醒状态，这样就会导致更多的能量消耗。 SMAC 的一个很重要的特征是米用 了消息传递 （ messagepassing)技术，很好地支持 长消息发送。 对于无线信道，传输差错与包长度成正比，短包成功传输的概率要大于长包。 消息传递技术根据这一原理，将长消息分为若干短包，采用一次 RTS/CTS 握手，集中连续 发送全部短包，既可以提高发送成功率，又有效地减少了控制开销。 周期性的休眠可能会导致高的等待时间，尤其是对于多跳路由算法，因为所有的相邻节 点都有它们自己的休眠策略，它们可能会互相造成影响。 由周期性休眠所引起的等待时间我 们称之为休眠延迟。 自适应的监听技术可以改善这种延迟。 该协议的扩展性较好，可以适应网络拓扑结构的变化，可以有效的改善由于空闲监听所 导致的能量浪费问题；缺点是协议实现非常复杂，需要占用大量的存储空间，这在资源受限 的传感器节点中显得尤为突出。 WiseMAC 提到 WiseMAC 协议之前，我们首先要提到由 Hoiydi 提出的 [6]带有唤醒前导的空间 TDMA 和 CSMA 协议，该协议在 2020 年被提出，协议中所有的传感器节点都被 定义为拥有两个通 信信道。 数据信道通过 TDMA 方法被接入，而控制信道则通过CSMA 方法接入。 WiseMAC 协议和此 协议的内容很相似，但是它只需要一个单独的信道。 WiseMAC 协议使用的是带有 唤醒前导的非坚持 CSMA， 用以减少空闲监听。 在唤醒前导技术中，为了提醒接收节点，前 导先于每一个数据分组进行发送。 网络中的所有节点在一个共同的时间段接入信道中，但是它们相应的时间偏移是独立确定的。 如果节点被唤醒后发现信道忙，它将会继续监听，直到 接收到数据分组或信道变得再次空闲为止。 前导的初始值大小应该设为与取样周期相同的 值。 但是仍然存在这样的情况，接收方在发送前导结束后，因为干扰等原因仍然没有准备好 进行接收，这样就会导致能量 的浪费，而且，随着前导和数据分组的长度的增加，这种情况 发生的可能性还会增加，导致这种情况发生的原因主要是因为缺乏握手机制的约束。 为了减少因为预先确定固定长度的前导所导致的能量消耗问题， WiseMAC 提供一种动 态决定前导长度的方法，通过这种方法可以调节前导的控。