一种改进的S-MAC协议周富生,陈伟北京邮电大学通信网络综合技术研究所,北京(100876E-mail:摘要:本文首先简单介绍了无线传感器网络,之后给出了无线传感器网络S-MAC协议的一种改进思路,并通过使用NS2进行仿真,验证了协议改进的作用。关键词:无线传感器网络,S-MAC,NS2中图分类号:TP3931.引言无线传感器网络[1]是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领“域。更小、更廉价的低功耗计算设备代表的后PC”时代冲破了传统台式计算机和高性能服务器的设计模式;普遍的网络化带来的计算处理能力是难以估量的;微机电系统(micro-electro-mechanismsystem,简称MEMS的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(systemonchip,简称S0C的基础。以上3方面的高度集成又孕育出了许多新的信息获取和处理模式,传感器网络就是其中一例。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统[2]对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到远程中心[3]“”。从而真正实现无处不在的计算理念。传感器网络的研究采用系统发展模式,因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统SOC芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合,以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化,特别是实现传感器网络特有的超低功耗系统设计。在无线传感器网络的研究初期,人们一度认为成熟的Internet技术加上Adhoc[4]路由机制对传感器网络的设计是足够充分的,但是随着研究的深入人们逐渐认识到这两种网络具有许多不同的特点,传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求。传感器网络不能简单借用以往adhoc网络的协议。原因如下:1.传感器网络中的节点数量和分布密度远远超过以往adhoc网络中的节点数;2.大部分节点不像adhoc节点一样快速移动;3.传感器节点出现故障的可能性要大于adhoc网络;4.传感器节点的存储能力、计算能力和电能有限;5.传感器节点主要采用广播方式通信,而adhoc网络大都采用点对点方式通信;6.由于数目极大,传感器节点不一定具有全球唯一的标识;另外,前者以数据为中心,后者以传输数据为目的。为了适应广泛的应用程序,传统网络的设“”计遵循着端到端的边缘论思想,强调将一切与功能相关的处理都放在网络的端系统上,中间节点仅仅负责数据包的转发,对于传感器网络,这未必是一种合理的选择。一些为自组织的Adhoc网络设计的协议和算法未必适合传感器网络的特点和应用的要求。节点标识(如地址等的作用在传感器网络中就显得不是十分重要,因为应用程序不怎么关心单节点上的信息,中间节点上与具体应用相关的数据处理、融合和缓存也显得很有必要。在密集性的传感器网络中,相邻节点间的距离非常短,低功耗的多跳通信模式节省功耗,同时增加了通信的隐蔽性,也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响,这些独特的要求和制约因素为传感器网络的研究提出了新的技术问题。能源有效性。WSN的基本特征就是能量的局限性。节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量,而且电池的能量通常难以进行补充。在WSN中,无线通信是传感器能量的主要消耗。MAC协议要尽可能的节约能源,如减少冲突和串音、最小化控制开销、降低占空比和尽量避免长距离通信。协议中还应包括折中机制,使用户可以在节能和提高吞吐量、降低延迟之间做出选择。另外,可利用多个频率段来减少传输时间,在节点处于空闲或完成阶段把无线电转为低功耗睡眠模式,避免在活跃和睡眠状态的额外转变以节省无线传输能量。由于目前节点的能量供应问题并没有得到很好解决,传感器节点本身能量不能自动补充或补充不足,节约能量成为传感器网络MAC协议设计首要考虑的因素。通过上面的介绍我们可以知道,传感器网络协议的设计最重要的是要考虑能量的消耗,本文的主要内容就是探讨如何应用仿真工具来衡量协议的能量有效性。2.S-MAC协议分析无线传感器节点的无线通信模块的状态包括发送、接收、侦听和睡眠等。单位时间内消耗的能量按照上述顺序依次减少:在发送状态消...