無線傳感器網絡的MAC協議內容提要概述競爭型MAC協議分配型MAC協議混合型MAC協議MAC的跨層設計主要參考文獻內容提要概述競爭型MAC協議分配型MAC協議混合型MAC協議MAC的跨層設計主要參考文獻無線傳感器網絡MAC協議網絡特征傳感器節點能量受限傳感器節點失效概率大傳感器節點計算處理能力有限通信帶寬有限以數據為中心高密度、大規模隨機分布對MAC協議的設計提出了新的挑戰！研究熱點能量效率空閑監聽沖突控制開銷串擾

可擴展性網絡效率算法復雜度與其它層協議的協同目前普遍認為重要性依次遞減！MAC協議分類分類方式分配信道的方式競爭型分配型混合型使用的信道數目單信道雙信道多信道網絡類型同步網絡異步網絡內容提要概述競爭型MAC協議分配型MAC協議混合型MAC協議MAC的跨層設計主要參考文獻競爭型MAC協議基本思想發送時主動搶占，CSMA方式按需分配優點網絡流量和規模變化自適應網絡拓撲變化自適應算法較簡單典型協議SMAC、TMAC、PMAC、WiseMAC、SiftSMAC協議-前提條件和基本思想前提條件數據量少，可進行數據的處理和融合節點協作完成共同的任務網絡可以容忍一定程度的通信延遲基本思想周期性睡眠和監聽；協商一致的睡眠調度機制（虛擬簇）自適應的偵聽機制，減少信息的傳輸延遲帶內信令來減少重傳和避免監聽不必要的數據消息分割和突發傳遞機制來減少控制信息的開銷和消息的傳遞延遲SMAC協議-關鍵技術1周期性睡眠和監聽

一個周期內有睡眠和監聽兩種狀態節點之間協同，保持監聽同步同步調度，形成虛擬簇全監聽周期，保證鄰居發現降低功耗，增加延遲圖3?1周期性監聽和睡眠SMAC協議-關鍵技術2自適應監聽

在一次通信過程中，通信節點的鄰居在此次通信結束后喚醒并保持監聽一段時間。如果節點在這段時間接收到RTS幀，則可以立即接收數據，而不需要等到下一個監聽周期，從而減少了兩個節點間的數據傳輸延遲。串擾避免

虛擬載波監聽信道忙時睡眠，避免接收串擾數據包SMAC協議-關鍵技術3消息傳遞

將長的信息包分成若干個短的DATA段

所有DATA使用一個RTS／CTS控制分組占用信道

每個DATA都有ACK保障傳輸成功SMAC協議-算法描述1GSA算法減少網絡中的調度方式，以減少邊界節點的能量損耗節點地址與存在時間結合經過同步，形成全局調度方式

SMAC協議-算法描述2FPA算法消除多跳延遲建立快速路徑數據在快速路徑多跳傳輸圖3?3快速路徑調度TMAC協議-基本思想SMAC協議調度占空比固定，不能很好的適應網絡流量的變化動態調整調度周期中的活躍時間長度在TA時間內沒有發生激活事件則進入睡眠圖3?4TMAC基本機制TMAC協議-關鍵技術1周期性監聽同步延用SMAC協議思想，周期性廣播SYNC幀固定周期調度后全監聽周期，發現鄰居RTS操作和TA的選擇發送RTS未收到CTS，應再發送一次TA>競爭信道時間+RTS發送時間+CTS準備時間圖3?5TMAC基本數據交換TMAC協議-關鍵技術2早睡問題節點在鄰居準備向其發送數據時進入了睡眠狀態圖3?6早睡問題TMAC協議-關鍵技術3早睡問題解決辦法未來請求發送（Futurerequest-to-send,FRTS）

圖3?7FRTS幀交換PMAC協議-基本思想SMAC調度占空比固定，TMAC早睡問題引入模式信息，節點能夠通過模式信息提前獲知鄰居的下一步活動，調度都根據模式信息來進行圖3?9空閑監聽周期長度比較PMAC協議-關鍵技術1模式的生成由一個二進制位串組成

每一位表示節點在當前時隙應處于何種狀態，1為監聽，0為睡眠形式：0m1，m=0,1,…N-1，m代表串中0的個數每個節點啟動時的模式串為1，表示流量很大節點根據網絡流量更新模式 在第一個時隙內無數據發送：更新模式為01

在第二個模式中監聽時隙內仍無數據發送：更新模式為001；依此類推PMAC協議-關鍵技術2模式的交換在當前周期結束時將進行廣播來交換模式信息引入超幀STF,分為兩個子幀PRTF和PETF模式重復時間幀PRTF，節點重復自己的模式模式交換時間幀，鄰居之間進行模式信息交換圖3?10時間幀劃分WiseMAC協議-基本思想基于CSMA機制，使用前導采樣技術通過本地同步的廣播獲得最小的前導長度隨機的前導長度保證沖突避免WiseMAC協議-關鍵技術1前導采樣對信道進行采樣，在短時間內對無線信道進行監聽所有節點都保持相同的采樣時間Tw采樣時監聽到信道忙，節點會繼續監聽，直到接收到數據或者信道空閑數據包發送之前都要發送一個喚醒前導序列，該序列的長度和采樣周期的長度相等，保證在數據部分到達時節點處于監聽狀態WiseMAC協議-關鍵技術2內容提要概述競爭型MAC協議分配型MAC協議混合型MAC協議MAC的跨層設計主要參考文獻分配型MAC協議基本思想將一個物理信道分為多個子信道將子信道靜態或動態地分配給需要通信的節點，避免沖突根據網絡通信流量最大限度地節省能量優點無沖突無隱藏終端問題易于休眠典型協議SMACS、TRAMA、DMAC、BMACSMACS協議-基本思想1結合TDMA、FDMA的基本思想假設每個節點都能在多個載波頻點上進行切換將每個雙向信道定義為兩個時間段發現鄰居后立即分配信道每個鏈路都分配一個隨機選擇的頻點，相鄰鏈路都有不同的工作頻點

SMACS協議-關鍵技術1鏈路建立引入超幀的概念，用固定參數Tframe表示在上電后先進行鄰居發現，每發現一個鄰居就有一對節點形成一個雙向信道在兩個節點的超幀中為該鏈路分配一對時隙用于雙向通信，這種不同步的時隙分配稱為異步分配通信

每對時隙都會選擇一個隨機的頻點，減少鄰近鏈路沖突的可能SMACS協議-關鍵技術2鏈路建立節點A和D分別在Td和Ta時刻開始進行鄰居發現節點B和C分別在Tb和Tc時刻開始進行鄰居發現兩個時隙分配不同的頻點fx和fy圖3?17異步分配通信

SMACS協議-關鍵技術3鄰居發現和信道分配

假設節點B，C，G進行鄰居發現。節點在隨機的時間段內打開射頻部分，在一個固定的頻點監聽一個隨機長度的時間。節點C在監聽結束后廣播一個邀請消息Type1節點B和G接收到C發出的Type1消息后，等待一個隨機的時間，然后各自廣播一個應答消息Type2C將接收到B和G發來的邀請應答，可以選擇最早到達的應答者，也可以選擇接收信號強度最大的應答者。在選擇了應答者后C將立即發送一個Type3給最早到達的B，Type3消息中攜帶分配信息，該信息包含節點C的下一個超幀的起始時間節點B根據Type3得到一個時間偏移，并找出兩個共同的空閑時間段做為時隙對，分配給B和C之間的鏈路。SMACS協議-關鍵技術4鄰居發現和信道分配節點B選擇一個隨機的頻點，將時隙對在超幀中的位置信息以及選擇的頻點通過Type4發送給節點C。這些信息成功交換之后，B和C之間就完成了時隙分配和頻率選擇，可以切換到對應的時隙和頻率進行通信。圖3?18鄰居發現內容提要概述競爭型MAC協議分配型MAC協議混合型MAC協議MAC的跨層設計主要參考文獻ZMAC協議-基本思想采用CSMA機制作為基本方法競爭加劇時使用TDMA機制引入時間幀，為節點分配時隙節點可以選擇任何時隙發送數據在分配的時隙發送優先級更高ZMAC協議-關鍵技術1鄰居發現周期性發送PING消息包含本地發現的所有一跳范圍內的鄰居時隙分配DRAND算法ZMAC協議-關鍵技術2ZMAC協議-關鍵技術3本地時間幀交換節點維持一個本地的時間幀長度幀長度與兩跳范圍內的節點數相對應實現時隙的同步需要運行時鐘同步算法ZMAC協議-關鍵技術4傳輸控制低沖突級別(LCL)和高沖突級別(HCL)兩種工作模式時隙擁有者，短時間監聽，優先發送非時隙擁有者LCL模式，退避較長時間再監聽非時隙擁有者HCL模式，等待下個時隙ZMAC協議-關鍵技術5局部同步完全失去時鐘同步時，退化為CSMA協議維護臨近的發送節點之間的時間同步周期性的發送時間同步包