45、高效节能无线传感器网络的基于学习的MAC协议

高效节能无线传感器网络的基于学习的MAC协议

1. 现有MAC协议分析

在无线传感器网络中，介质访问控制（MAC）协议对于节点的能源管理和网络性能至关重要。以下是几种常见的MAC协议及其特点：
- S - MAC协议 ：将时间划分为睡眠阶段和活动阶段。与时分多址（TDMA）方法相比，S - MAC在相邻节点间的同步要求宽松很多。然而，由于其固定的占空比，它无法适应不断变化的网络流量条件。
- T - MAC协议 ：是S - MAC的改进版本，采用自适应占空比。通过超时机制检测附近的活动，如果在超时时间内未检测到活动，节点将进入睡眠状态。该机制在每次节点间通信结束时都会触发。不过，在高流量负载下，其性能会下降。
- P - MAC协议 ：传感器节点的睡眠 - 唤醒调度根据自身流量和邻居节点的流量自适应确定。通过某种匹配算法最小化空闲监听时间，减少能源浪费。但由于计算复杂度高，限制了其在资源受限的传感器平台上的应用。

此外，还有一些采用在线机器学习方法（如强化学习）的自适应MAC协议：
- RL - MAC协议 ：通过主动推断其他节点的状态来调整帧内的睡眠和活动周期，以提高吞吐量并节省能源。在活动期间，节点只能在特定的预留时隙传输数据消息，并在预留时隙开始时交换控制信息和奖励。与S - MAC相比，它能实现更高的吞吐量和更低的能源消耗。
- EE - MAC协议 ：针对随机拓扑中数据聚合应用的高延迟和高能耗问题，定义了特定的能源效率函数，通过计算平均能源效率作为奖励信