45、基于学习的节能无线传感器网络MAC协议研究

基于学习的节能无线传感器网络MAC协议研究

在无线传感器网络（WSN）中，介质访问控制（MAC）协议对于网络性能和能量效率起着至关重要的作用。本文将介绍几种常见的MAC协议，并详细阐述一种基于强化学习的新型MAC协议，同时通过仿真实验与其他类似协议进行对比。

常见MAC协议概述

• S - MAC协议 ：将时间划分为睡眠阶段和活跃阶段。与时分多址（TDMA）方法相比，S - MAC对相邻节点之间的同步要求宽松得多。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，尽量减少空闲监听时间，从而减少能量浪费。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。

除了上述协议，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，调整帧内的睡眠和活跃周期，以提高吞吐量并节省能量。在活跃期，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量消耗。 </