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引言

无线传感器网络是由大量传感器节点构成的一种特殊 Ad Hoc 网络，主要用于数据的 采集和传输，有着广泛的应用前景。由于传感器节点一般由电池供电，且节点的体积微小， 而电池能够携带的能量非量有限，因此，节省能耗是无线传感器网络中的一个研究热点。 人们提出了许多有效的 MAC 层协议[1]，其中以S—MAC 最具有代表性。它一方面继承 了IEEE802.11 MAC[2] 协议中的基本机制，另—方面采用周期性睡眠工作方式，有效降低了 能耗,因此成为传感器网络中广受关注的MAC 协议之一。本文将详细分析以S—MAC 为代表的 Schedule 类协议原理和性能，并在此基础上探讨更节能的MAC 协议的研究和设计。

一 Schedule 类协议

1.1 S—MAC 协议

S—MAC(Schedules MAC)协议是基于时间调度协议的代表，它融合了几乎所有的无线 网络的节能技术。S—MAC 协议的主要目的就是节能，它的最主要的思想是通过周期性的 休眠来使得射频低占空比运行。另外它还融入了其它的节能技术，如冲突避免和串音避免， 还有消息传递以及自适应侦听机制。

周期性*和睡眠

周期性*和睡眠是 S—MAC 协议的最精华部分。在许多传感器网络应用中，大多都 是小数据量应用，即周期内只有少量数据，而其它很长的时间内都没有数据。因此，S—MAC 协议通过让节点进入周期性睡眠模式来减少*时间。例如，如果每秒钟让节点休眠半秒， 而另半秒进入空闲*，那么该节点的radio 工作的占空因数(dutycyde)就减少到50%，即能 够节省近50%的能量。

周期性*和睡眠的基本机制是侦察→睡眠→侦察→睡眠，每个节点在一段时间内睡眠，然后在醒过来后立即进入空闲*状态来*信道;在睡眠时，节点关闭它的射频，并 使用一个定时器来定时唤醒。*和睡眠的持续时间可以根据不同应用场景来选择。一般为 了同步方便，所有节点可以设置相同的睡眠和唤醒时间。每个节点通过向邻居广播自己的调 度信息来实现邻居节点间的调度信息的共享，同时每个节点都要为邻居维护一张调度表，里 面记录了各个邻居节点的调度信息。

消息传递

S—MAC 的方法是把长信息分割为许多小的片断，然后传输它们。但是只在一开始使 用一个RTS 分组和—个CTS 分组。每次传输一个数据片断分组，发送者等待接收者送来的 ACK。每个数据片段和其ACK 都附带有—个剩余时间域，其意义是告知邻居节点还需占用 信道多长时间，即相当于预约了信道整个消息发送所需要的时间。因此如果没能够接收到 ACK，节点可以扩展传输时间，并迅速重传现有的片断，如图1 所示。

正常工作图显示了在发送 RTS 包的时候，剩余时间域就已经为整个消息的发送预留了 占用信道的时间，而后的数据包和ACK 包中的时间随着包的发送依次递减。而重发工作图 中显示，当发送方的一个片段包未收到ACK 时，它立刻重发且扩展了剩余时间。由于每个 分组和ACK 都有剩余时间域，因此即使有节点提前醒来(由于重发耽误了时间)，也可以得 到新的剩余时间，而再次进入睡眠，等待发送结束。在每个数据片断后使用ACK 的目的是 预防隐藏终端问题。在传输过程中，一个邻居节点醒来或新节点加入都是可能的。如果节点 只是接收者的邻居而不是发送者的，它就不会听到发送者正在传输的数据片断。如果接收者 并没有频繁的发送ACK，新节点也许会错误的从它的载波侦听中推断媒介是空闲的，并开 始发送数据，从而导致现有的传输将会在接收者处被损坏。

关键词： 协议 研究 MAC 节能 传感器 网络 无线