基于竞争的无线传感网络MAC协议研究(4)
对其优缺点及睡眠机制进行研究，旨在提出一种改进的睡眠机制，使协议具有良
好的节能性的同时，提高协议的实时性和吞吐量。具体来说本文所做工作包括以
下几个方面：
1．研究无线传感器网络的特点，介绍了无线传感网的应用。从节点资源、与现
有网络的区别以及网络自身的组织和数据传输特性等角度进行分析。
2．介绍了 MAC 协议的研究意义和研究现状，根据无线传感器网络的特点确定
传感器网络MAC层协议设计准则，主要包括协议的节能性、可扩展性、实时性
以及网络的可靠稳定性，并对现有MAC协议进行分类。
3． 简要介绍了几种基于竞争的MAC协议， 详细分析了S-MAC协议的实现机制，
并对其优缺点进行研究，进而提出能根据流量调整占空比的G-MAC协议，这也
是本文的主要创新点。
4．通过实验仿真的方法对G-MAC协议进行分析，并和原有协议进行比较。
2 无线传感网 MAC协议
2.1 MAC 协议设计准则
WSN 提供了一个不同于传统无线网络的计算和通信基础构架。这些区别不
仅仅来源于它们的物理特性，而且来源于它们的典型应用。例如，物理特性包括
大范围的铺设节点，有限的计算能力和功率消耗的限制。典型的应用包括追踪物
体或监测事件，而这些都很少在主流传统无线网络中强调。因此，无线传感器网
络 MAC 层的设计准则显著不同于传统网络。在设计 WSN 的 MAC 协议时，应
该考虑以下几个方面的因素：节能性，适应性，可扩展性，实时性，可靠稳定性。
（1）节能性：WSN的基本特征就是能量受限。在无线传感器网络中，媒体接入
是传感器能量消耗的主要方面，当发送节点进行长时间、长距离的传输时更是如
此。 发送节点的输出功率和距离的平方成正比并且会随着环境中噪音的增大而增
大。为了最优化传输能量，能量感知路由一般会执行多跳路径。
MAC 层协议要尽可能的节约能源，如减少冲突和串听、最小化控制开销、
降低占空比和尽量避免长距离通信。
（2）适应性：WSN是基于应用的网络，特定的应用对网络提出特定的要求。在
许多传感器网络的应用中，流量密度随着时间的变化而变化，这是因为事件的产
生具有突发性，此外，数据融合技术也可改变网络中的流量。数据融合一般采用
平均数据形式，选择最大值，丢弃冗余数据。
MAC 协议应该适应流量的高起伏性变化，并允许媒体接入调度来高效地处
理突发的高优先级信息流。
（3）可扩展性：无线传感网覆盖的范围非常大且单个节点具有不稳定性，此外，
在大多数的应用中传感器节点都处于无人照看的模式下，在一次数据传输过程
中，新节点的加入以及部分节点由于能量耗尽而退出通信是非常平常的事，网络
的拓扑结构随着时间的推移经常性地发生变动，因此，无线传感器网络使用的
MAC协议应具备良好的可扩展性。
（4）实时性：WSN通常是置于一个实际的物理环境中，需要和环境进行交互，
实时的检测、处理和信息传递是不可或缺的条件。传感器网络许多的应用对数据
传输的实时性有着非常高的要求。 为了提高数据传输的实时性需要在协议栈的多层上处理。 链路层需要完备定义和容易驱使的策略来阻止中间节点由于竞争媒体
而造成的数据传输和接收延时。
（5）可靠稳定性：一个可靠稳定的系统一般要求以下几点：能够仔细选择无错
误链路，能够避免使节点超负载，以及能够对损坏的包进行检测和修复从而保证