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摘 要 无线通信模块是传感器节点能量消耗的主要来源,媒质接入控制协议则直接控制着节点无线通信模块的活动,MAC协议节能效率的好坏将严重影响网络的性能。本文对现有的无线传感器网络MAC 协议按照其实现方法的特点进行了分类,并分析了每个类型中的典型协议，最后展望了无线传感器网络MAC协议未来的研究方向。
关键词 无线传感器网络；媒体访问控制；能量有效性；通信协议
引言
无线传感器网络是由大量具有特定功能的传感器节点通过自组织的无线通信方式，相互传递信息，协同地完成特定功能的智能专用网络。媒体访问控制（MAC）层是物理层（PHY）的上层，MAC协议的性能受到物理层的强烈影响。MAC协议的功能是解决多个节点共享单个信道的问题，并决定节点何时占用无线信道进行数据传输，同时避免节点之间的传输发生碰撞。
一、时间驱动型
时间驱动型传感网络又叫连续检测无线传感器网络，这种方式按照稳定的时间间隔对数据进行采样和传送，如环境温度监测站，采集环境温度数据，只在特定时间将数据传送。此类网络中，通信模式比较温度，且路由表（若存在）多数情况下保持不变。基于调度的MAC方案可有效用于这些网络中，使能量节省最大化。
1．AMAC协议
SMAC是一种为无线传感器网络设计的MAC 协议，由XIA Zhen-jie等人在文献[1]中提出的AMAC协是使一种类似于SMAC的“时隙型”协议。传感器节点工作-休眠时间是随网络负载情况自适应变化的。空闲侦听是能量消耗的主要来源。节能型MAC协议尽可能降低空闲侦听的周期长度，在SMAC中，及时网络没有流量，传感器节点也要定期处于活动状态，因此能量浪费叫严重，采用小的活动周期能降低这种能量浪费，但当网络处于重载情况下会导致网络吞吐量降低。在MAC中，传感器节点定期交换彼此的工作模式和网络负载信息，形成自己的模式，基于此种模式，传感器节点在网络没有负载时可长达几个时隙的长时期休眠状态与，节点将通过模式交换得知邻居的活动模式，在需要时唤醒，处于活动状态。
2． ZMAC协议
ZMAC协议是Rhee等最近提出的一种结合了TDMA和基于竞争的CSMA协议的MAC协议。该协议根据当前网络中的竞争强度大小，自适应地选取合适的接入方式。在竞争较少的情形下，ZMAC 采用基于竞争的接入方式，以获得较高的信道利用率和低延迟；在竞争激烈的情况下，ZMAC采用TDMA 的接入方式，同样可以获得较高的信道利用率并减少传输碰撞。在ZMAC 协议中，节点可以处于两种工作模式：低竞争模式(LCL) 和高竞争模式( HCL）。节点首先在设置阶段，通过邻居发现算法得到其两跳内邻居的信息，并通过DRAND 算法分配互不冲突的时隙。
二、事件驱动型
事件驱动型无线传感网络是指大部分无线传感节点进入睡眠，直到事件发生时才发送数据。类似于火警等突发事故，在事件发生时，向中心基站报告事件的迅速程度或警告其他邻居节点的迅速程度是问题的关键。根据无线通信模块的工作情况将传感器节点分为：发送状态、接收状态和休眠状态。当传感器节点处于发送状态和接收状态时消耗能量较大，其中发送状态消耗的能量还略大于接收状态下的能耗；当传感器节点处于休眠状态时，消耗能量最少。因此在不影响网络性能的前提下，尽量使传感器节点处于休眠状态，可以延长网络的生存期。事件驱动型网络的主要困难在于事件发生时唤醒整个网络或至少唤醒通往基站路径上的节点。另外网络通信模式会因事件而彻底改变。
1．SIFT协议
Sift MAC协议针对基于事件驱动的传感器网络提出的基于竞争的MAC协议。充分利用传感器节点的空间和时间相关性，对于同一个事件，无线传感器网络中的MAC协议需要部分节点发送消息；同时考虑扩展性，适应发送竞争节点数目的变化。Sift协议的设计目标是：当共享无线信道的N个传感器节点同时监测到同一事件时，希望R个节点（R 该协议可以很好的减少网络延迟，提高网络的能量效率。
2．PAMAS协议
PAMAS(Power Aware Multiple Access)能量唤醒多路访问协议对MACA协议进行了修改，为RTS/CTS控制报和数据包（频带外信令）提供了独立通道，从而避免了邻近节点间的串音。移动对象开始接收数据包时，通过控制信道传输一个忙音BT(Busy Tone)，持续事件是RTS/CTS信息包的两倍，从而使侦听控制信道的用于知道数据通道被占用，同样，若接收到任何其他RTS信息包，则会传送一个忙音。PAMAS协议能实现高度的能量节省而不会影响网络吞吐量和延迟，频带外信令可能适用于无线传感器网络中的簇间通信，这种通信中若缺少同步就无法采样基于调度的方案。频带外信令可用于直接在簇首间或经过网关建立数据传递，这对事件驱动型无线传感网络是否有效。此类网络中主要在探测到事件时进行通信，而一般通信主要限制在簇内进行。不需要牺牲网络吞吐量和延迟就能实现能量的节省。主要缺点是节点在睡眠和唤醒状态间转换的而外能耗没有受到应有的关注。
三、 结束语
前面简要介绍和分析了几种MAC协议, 要指出的是，并没有哪个协议比其他协议在节能和性能上有更好的表现，每种协议都有自己的优点和缺点。随着无线传感器网络即MAC协议研究的不断深入，一些新的MAC 协议会不断提出，这些协议会在能源有效性和网络灵活性之间做出新的选择。如何通过改进MAC机制来达到无线传感器的节能效果，提高网络性能一直是热点。交叉层的优化路由协议，数据聚集协议和提高网络应对节点故障的能力，增强网络的健壮性将会是今后研究的方向。
参考文献
[1]孙利民、李建中. 无线传感器网络[M ]. 北京:清华大学出版社, 2005. 59 - 61.
[2]Sohrabi K、 Gao J、 Ailawadhi V, et al. Protocols for self-organization of a wireless sensor networks[ J ]. IEEE Personal CommunicationMagazine, 2000, 7 (5) : 16 - 27.
作者简介：
徐纯森 男(1972-)，汉族，籍贯：吉林省吉林市，讲师，东北电力大学信息工程学院，主要研究方向：无线传感器网络、嵌入式系统。
关键词 无线传感器网络；媒体访问控制；能量有效性；通信协议
引言
无线传感器网络是由大量具有特定功能的传感器节点通过自组织的无线通信方式，相互传递信息，协同地完成特定功能的智能专用网络。媒体访问控制（MAC）层是物理层（PHY）的上层，MAC协议的性能受到物理层的强烈影响。MAC协议的功能是解决多个节点共享单个信道的问题，并决定节点何时占用无线信道进行数据传输，同时避免节点之间的传输发生碰撞。
一、时间驱动型
时间驱动型传感网络又叫连续检测无线传感器网络，这种方式按照稳定的时间间隔对数据进行采样和传送，如环境温度监测站，采集环境温度数据，只在特定时间将数据传送。此类网络中，通信模式比较温度，且路由表（若存在）多数情况下保持不变。基于调度的MAC方案可有效用于这些网络中，使能量节省最大化。
1．AMAC协议
SMAC是一种为无线传感器网络设计的MAC 协议，由XIA Zhen-jie等人在文献[1]中提出的AMAC协是使一种类似于SMAC的“时隙型”协议。传感器节点工作-休眠时间是随网络负载情况自适应变化的。空闲侦听是能量消耗的主要来源。节能型MAC协议尽可能降低空闲侦听的周期长度，在SMAC中，及时网络没有流量，传感器节点也要定期处于活动状态，因此能量浪费叫严重，采用小的活动周期能降低这种能量浪费，但当网络处于重载情况下会导致网络吞吐量降低。在MAC中，传感器节点定期交换彼此的工作模式和网络负载信息，形成自己的模式，基于此种模式，传感器节点在网络没有负载时可长达几个时隙的长时期休眠状态与，节点将通过模式交换得知邻居的活动模式，在需要时唤醒，处于活动状态。
2． ZMAC协议
ZMAC协议是Rhee等最近提出的一种结合了TDMA和基于竞争的CSMA协议的MAC协议。该协议根据当前网络中的竞争强度大小，自适应地选取合适的接入方式。在竞争较少的情形下，ZMAC 采用基于竞争的接入方式，以获得较高的信道利用率和低延迟；在竞争激烈的情况下，ZMAC采用TDMA 的接入方式，同样可以获得较高的信道利用率并减少传输碰撞。在ZMAC 协议中，节点可以处于两种工作模式：低竞争模式(LCL) 和高竞争模式( HCL）。节点首先在设置阶段，通过邻居发现算法得到其两跳内邻居的信息，并通过DRAND 算法分配互不冲突的时隙。
二、事件驱动型
事件驱动型无线传感网络是指大部分无线传感节点进入睡眠，直到事件发生时才发送数据。类似于火警等突发事故，在事件发生时，向中心基站报告事件的迅速程度或警告其他邻居节点的迅速程度是问题的关键。根据无线通信模块的工作情况将传感器节点分为：发送状态、接收状态和休眠状态。当传感器节点处于发送状态和接收状态时消耗能量较大，其中发送状态消耗的能量还略大于接收状态下的能耗；当传感器节点处于休眠状态时，消耗能量最少。因此在不影响网络性能的前提下，尽量使传感器节点处于休眠状态，可以延长网络的生存期。事件驱动型网络的主要困难在于事件发生时唤醒整个网络或至少唤醒通往基站路径上的节点。另外网络通信模式会因事件而彻底改变。
1．SIFT协议
Sift MAC协议针对基于事件驱动的传感器网络提出的基于竞争的MAC协议。充分利用传感器节点的空间和时间相关性，对于同一个事件，无线传感器网络中的MAC协议需要部分节点发送消息；同时考虑扩展性，适应发送竞争节点数目的变化。Sift协议的设计目标是：当共享无线信道的N个传感器节点同时监测到同一事件时，希望R个节点（R
2．PAMAS协议
PAMAS(Power Aware Multiple Access)能量唤醒多路访问协议对MACA协议进行了修改，为RTS/CTS控制报和数据包（频带外信令）提供了独立通道，从而避免了邻近节点间的串音。移动对象开始接收数据包时，通过控制信道传输一个忙音BT(Busy Tone)，持续事件是RTS/CTS信息包的两倍，从而使侦听控制信道的用于知道数据通道被占用，同样，若接收到任何其他RTS信息包，则会传送一个忙音。PAMAS协议能实现高度的能量节省而不会影响网络吞吐量和延迟，频带外信令可能适用于无线传感器网络中的簇间通信，这种通信中若缺少同步就无法采样基于调度的方案。频带外信令可用于直接在簇首间或经过网关建立数据传递，这对事件驱动型无线传感网络是否有效。此类网络中主要在探测到事件时进行通信，而一般通信主要限制在簇内进行。不需要牺牲网络吞吐量和延迟就能实现能量的节省。主要缺点是节点在睡眠和唤醒状态间转换的而外能耗没有受到应有的关注。
三、 结束语
前面简要介绍和分析了几种MAC协议, 要指出的是，并没有哪个协议比其他协议在节能和性能上有更好的表现，每种协议都有自己的优点和缺点。随着无线传感器网络即MAC协议研究的不断深入，一些新的MAC 协议会不断提出，这些协议会在能源有效性和网络灵活性之间做出新的选择。如何通过改进MAC机制来达到无线传感器的节能效果，提高网络性能一直是热点。交叉层的优化路由协议，数据聚集协议和提高网络应对节点故障的能力，增强网络的健壮性将会是今后研究的方向。
参考文献
[1]孙利民、李建中. 无线传感器网络[M ]. 北京:清华大学出版社, 2005. 59 - 61.
[2]Sohrabi K、 Gao J、 Ailawadhi V, et al. Protocols for self-organization of a wireless sensor networks[ J ]. IEEE Personal CommunicationMagazine, 2000, 7 (5) : 16 - 27.
作者简介：
徐纯森 男(1972-)，汉族，籍贯：吉林省吉林市，讲师，东北电力大学信息工程学院，主要研究方向：无线传感器网络、嵌入式系统。