9、无线传感器网络的节能MAC协议

无线传感器网络的节能MAC协议

1. 无线传感器网络MAC协议的设计问题

无线传感器网络（WSNs）的主要目标是尽可能延长网络寿命。由于传感器节点通常由电池供电，且WSNs常部署在恶劣或难以到达的环境中，人类操作员难以访问并充电/更换传感器节点，因此能源效率是WSNs良好的介质访问控制（MAC）协议必须满足的首要要求。

除了能源效率，WSNs的MAC协议还需要具备代码大小和内存需求小的特点，这源于传感器节点通常配备的资源有限；同时还需具备可扩展性，因为WSNs通常由大量分布在广阔区域的节点组成。此外，MAC协议还需适应网络规模、节点密度和拓扑结构的变化，这些变化可能由于节点寿命有限、新节点加入和干扰变化而发生。

传统的性能参数，如吞吐量和带宽利用率，在WSNs的MAC协议中与能源效率和可扩展性相比处于次要地位。对于延迟也是如此，因此WSNs的MAC协议可能会为了能源效率而牺牲延迟。然而，在延迟是关键问题的情况下（如实时WSNs或无线传感器/执行器网络WSANs），需要有解决方案来限制端到端延迟。

在设计WSNs的MAC协议时，需要考虑要处理的流量模式。WSNs中常见的通信模式可分为广播、汇聚、本地闲聊和多播：
- 广播：基站（或汇聚节点）向WSN中的所有传感器节点发送数据。
- 本地闲聊：相邻节点在检测到事件后进行本地通信。
- 汇聚：一组传感器将它们感知到的信息传达给特定的传感器（如汇聚节点、簇头节点等）。
- 多播：一个传感器向特定的传感器子集发送消息。

1.1 无线传感器网络中能源浪费的原因

WSNs的MAC协议需要应对无线网络中能源浪费的主要原因，包括碰撞、监听、空闲监