无线传感器网络mac层协议研究.pdf

第34卷第3期自动化学报Vol.34,No.3
2008年3月ACTAAUTOMATICASINICAMarch,2008

无线传感器网络MAC协议研究进展

郑国强1;2李建东1周志立3

摘要近年来,无线传感器网络(WSNs)作为国内外一个新兴的研究方向,吸引了许多研究者和机构的广泛关注.无线传
感器网络具有与传统无线网络不同的特点,且与应用高度相关.无线传感器网络主要的一个设计目标是有效地使用网络节点
的受限资源(能量、内存和计算能力),以最大化网络的服务寿命.传统网络的介质访问控制(MAC)协议,并不能直接应用于
无线传感器网络.针对无线传感器网络的特点和应用背景,研究人员提出了很多MAC协议.本文通过分析无线传感器网络的
特点,讨论了影响MAC协议设计的有关问题,着重研究和比较了当前一些重要的无线传感器网络MAC协议.结果表明,不
存在一种适用于无线传感器网络应用的标准MAC协议,好的MAC协议必须能在能量有效性和网络性能之间进行折中.最
后,展望了无线传感器网络MAC协议的进一步研究策略和发展趋势.
关键词无线传感器网络(WSNs),MAC协议,自组织网络,能量有效性
中图分类号TP393

OverviewofMACProtocolsinWirelessSensorNetworks

ZHENGGuo-Qiang1;2LIJian-Dong1ZHOUZhi-Li3

AbstractWirelesssensornetworks(WSNs)aredi®erentfromtraditionalnetworksandarehighlydependentonappli-
cations.OneofthemaingoalsofWSNsistomaximizethelifetimeofthewholenetworkaswellastousetheconstrained
noderesourcese±ciently,suchasenergy,memory,andcomputingcapacities.TraditionalMACprotocolscannotbe
appliede±cientlytoWSNs.Therefore,manynewMACprotocolshavebeendesignedspeci¯callyaccordingtoWSNs
characteristicsanddi®erentapplications.AfterintroducingthecharacteristicsofWSNs,thispaper¯rstdescribesthe
sensornetworkpropertiesthatarecrucialtothedesignofMACprotocols.Then,thekeymechanisms,virtues,andshort-
comingoftheexistingrepresentativeMACprotocolsareanalyzed,andtheirperformancesarecompared.Theresults
showthatthereisnoMAClayerprotocolthatcanbeacceptedasastandard.AgoodMACprotocolisthatithasthe
abilitytomaketradeo®sbetweenenergy-e±ciencyandotherperformancesofWSNsaccordingtoapplicationconditions.
Finally,thefutureresearchstrategiesandtrendsofMACprotocolsinWSNsaresummarized.
KeywordsWirelesssensornetworks(WSNs),MACprotocols,adhocnetworks,energy-e±ciency

随着无线通信、微电子机械制造技术和传感技术的发展,无线传感器网络(Wirelesssensornet-
works,WSNs)引起了人们的广泛关注.WSNs由
收稿日期2007-05-29收修改稿日期2007-09-15部署在监测区域内,大量集成有感知、数据处理和
ReceivedMay29,2007;inrevisedformSeptember15,2007
国家杰出青年科学基金(60725105),国家自然科学基金重大项目无线通信及能量供应模块的微型传感器节点所组成.
(60496316),国家自然科学基金(60572146),高等学校博士学科点专在目标入侵监测、目标跟踪、环境监测、战场侦察、
项科研基金(20050701007),高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划,生