无线传感器网络MAC协议特点与设计原则

MAC协议就是当信道使用产生竞争时，如何采用有效协调机制或服务准则来分配信道的使用权。

MAC协议：以一定的顺序和有效的方式分配节点访问媒体的规则。

MAC协议的功能：决定终端通过何种方式接入介质传送数据包，处理MAC的组织结构及协调终端节点共享信道资源，规范网络中业务源的接入、避免冲突、功率控制、QoS管理等。

选择适当的MAC协议，提高无线资源的使用效率，提高系统的容量和传输质量。

由于WSN独特的资源限制和应用要求，设计MAC协议时，有以下几个原则：

（1）能量有效性

由于节点一般采用电池供电，电池能量难以补充和更换，有效利用节点能量，延长网络生存时间，是设计网络各层协议要考虑的重要问题。节点能耗消耗中，无线收发电路消耗占据绝大部分，MAC协议直接控制无线收发电路，因此MAC协议的能量有效性直接影响节点和网络的生存寿命。

（2）可扩展性

是MAC协议适应网络大小、拓扑结构、节点密度不断变化的能力。一个好的MAC协议应具有可扩展性，以适应网络的动态变化。

（3）冲突避免

是MAC协议的基本任务。在WSN中，冲突避免的能力直接影响网络的吞吐量性能、带宽利用率以及节点的节能效果。

（4）延迟

指从发送节点向接收节点发送一个数据包需要的时间。在WSN中，延迟的重要性取决于具体的应用要求，与网络拓扑结构也有关系。

（5）吞吐量

指在单位时间内从发送节点到接收节点传输的数据量。网络的吞吐量受许多因素的影响，例如冲突避免机制的有效性、信道利用率、延迟、控制开销等。

（6）公平性

指网络中的节点能够平等地共享信道。对于节点间共同协作完成同一个任务，保证网络性能具有重要意义。

传统的MAC协议的设计目标是最大化吞吐量、最小化时延并且提供公平性。而为无线传感器网络设计的MAC协议关注的是最小化能耗，这就决定了它要适度地减小吞吐量和增加时延。

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