随着微机电系统、无线通信技术、微型传感器技术和嵌入式技术的飞速发展,集数据采集、处理及通信功能于一体的无线传感器网络开始得到广泛的研究。MAC层协议是无线传感器网络研究的关键问题之一,本文从低能耗和低延时的角度研究无线传感器网络中的MAC层协议。
对于基于数据汇集树的无线传感器网络MAC层协议,本文分析了采用同步帧MAC层协议能耗和延时矛盾的问题,提出一种采用“异步帧”的改进协议。该协议分离节点的接收和发送状态,并依次安排转发路径上节点的转发时刻,使数据在转发链路上可连续转发。分析和实验结果表明,该协议解决了同步帧协议中的能耗和延时的矛盾问题,在数据汇集过程中具有低能耗和低延时的性能,并且具有较高的吞吐量。针对TDMA的无冲突性和CSMA的简单性,本文提出一种基于TDMA和分时CSMA的混合协议HMAC。该协议中,节点将到Sink节点的最小跳数设为自己的距离等级,不同等级节点的发送采用TDMA协议,干扰范围内同等级节点的发送则采用分时CSMA竞争协议。分析和实验结果表明,和经典的S-MAC相比,HMAC同样具有低能耗的优点,并且还降低了数据转发过程中的延时。此外,本文还提出一种低能耗和低延时的组播MAC层协议,该协议从减少控制包的数量着手来达到降低能耗和平均消耗时间的目的,组播节点选择连接质量最差的目的节点作为返回节点,使它代表所有目的节点返回应答帧,由此减少应答帧的发送数量。理论分析和实验结果表明,该协议与其它组播MAC层协议相比,在链路可靠性好的前提下,有更好的能耗和延时性能。
