32、无线传感器网络的可配置介质访问控制

无线传感器网络的可配置介质访问控制

1. 引言

在无线传感器网络领域，不同类型的无线电设备有着各自的特点。窄带无线电通常支持简单的调制方案，把更多控制权交给软件，但会带来较高的处理开销；而宽带无线电则支持复杂的调制技术，如直接序列扩频（DSSS）和相移键控（PSK），这些技术对噪声和干扰有更强的鲁棒性，但灵活性低且功耗高。因此，低功耗无线电成为了嵌入式系统（如传感器网络）无线通信的可行选择。

由于传感器网络通信硬件较为简单，介质访问控制（MAC）协议和其他数据链路层服务需通过软件实现。像数据包检测、错误检测与处理、寻址、数据包过滤等传统上由硬件实现的服务，成为了无线传感器网络操作系统通信栈的重要组成部分。

在当前的传感器网络硬件原型中，通过无线电传输单个字节数据所消耗的功率，比在主微控制器中执行数百条指令消耗的功率还要多。所以，无线传感器网络的通信系统必须谨慎使用通信资源，仅为特定应用提供实现其服务所需的支持。

虽然无线传感器网络通信硬件简单，但这并非限制因素，反而具有优势，因为它允许对数据通信通道进行广泛配置。此前的研究表明，经过合理设计和适配应用的软件实现的MAC协议，可能比标准化的硬件实现协议更高效。

目前，已经有多种MAC协议被设计并应用于无线传感器网络，但许多协议在实际系统中的实现并未为应用程序提供合适的通信通道配置机制。例如，S - MAC协议主要是为优化预定工作负载（如多跳通信）而设计的，几乎没有为应用程序提供配置的机会。

2. 无线传感器网络的MAC协议

MAC协议用于决定网络节点何时可以访问介质，并确保节点之间的传输不会相互干扰，同时还负责处理或向上层协议栈报告冲突。