第33卷第6期2010年6月合肥工业大学学报(自然科学版JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.33No.6Jun.2010收稿日期:20090609基金项目:国家自然科学基金资助项目(60873003作者简介:樊高雁(1981-,男,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生;张维勇(1949-,男,江苏苏州人,合肥工业大学教授,硕士生导师.无线传感器网络SMAC协议的节能改进樊高雁,张维勇,马学森,程敏(合肥工业大学安全关键工业测控技术教育部工程研究中心,安徽合肥230009摘要:无线传感器网络SMAC协议中,节点之间的同步侦听与睡眠机制使得不需要发送和接收数据的节点过早醒来,参与到侦听信道的活动当中,增加了节点能量的消耗。文章针对这一问题,提出了一种改进方案;通过同步RTS发送的机制,有效地减少了节点的空闲侦听时间,节省了网络能量的消耗;并通过仿真实验证明了该方案的有效性。关键词:无线传感器网络;SMAC协议;低能耗中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号:10035060(201006083205EnergysavingimprovementofSMACprotocolforwirelesssensornetworkFANGaoyan,ZHANGWeiyong,MAXuesen,CHENGMin(EngineeringResearchCenterofSafetyCriticalIndustrialMeasurementandControlTechnologyofMinistryofEducation,HefeiUniversityofTechnolgy,Hefei230009,ChinaAbstract:ThecoordinatedlisteningandsleepingmechanismoftheSMACprotocolinwirelesssensornetworkforcesthenodeswhichhavenoneedtosendandreceivedatatowakeupearlyandlistentothechannel,whichleadstoextraenergyconsumption.ThispaperputsforwardanimprovedSMACprotocoltosolvethisproblem.ThroughthecoordinatedtransmissionofRTS,thetimeofidlelisteningissavedandtheenergyconsumptionisreduced.Thesimulationresultsshowthatthisimprovedschemeiseffective.Keywords:wirelesssensornetwork;SMACprotocol;lowenergyconsumption0引言无线传感器网络[1]就是由大量部署在监测区域内的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络体系。无线传感器网络能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理及智能家居等各领域[2]。无线传感器网络MAC层协议决定了无线信道的使用方式,根据研究表明,传感器网络的能量绝大部分消耗在节点间的无线通信上[3]。一般认为,无线传感器网络的功耗性能是其最主要的性能指标之一[4]。因此,设计出高效的MAC协议,使它能够合理地在传感器节点间分配信道,对降低网络能量消耗、延长网络使用寿命十分重要。1SMAC协议的分析和改进(1SMAC协议的分析。SMAC(SensorMAC协议是在80211MAC协议[5]的基础上,针对传感器网络节省能量的需求而提出的传感器网络MAC协议。研究表明,空闲侦听大约消耗节点通信能量的1/3[6]。为了达到节省能量损耗的目的,SMAC主要采用了周期性的侦听和睡眠机制[7],这个机制中,每个传感器节点并不是始终处于侦听状态,而是周期性地睡眠一段时间,然后醒来进入活动状态,在活动状态中,如果节点需要发送数据,则应通过竞争实现信道的接入。反之,则对信道进行空闲侦听,以判断其自身是否参与到相邻节点的数据传输过程中。若节点不参与到通信的过程中,则当其活动状态结束后,该节点进入睡眠状态。SMAC协议存在以下主要问题:SMAC协议中同一个虚拟簇中的所有节点要同时从睡眠状态转换到活动状态,如果其中的节点有数据需要发送,该节点就开始了对信道的竞争。若节点竞争信道成功,则进行数据的发送。而那些无数据要发送的节点,虽然其本身不需要利用信道,但由于该节点无法预测何时自身会成为数据的接收方,所以造成它在活动状态下必须始终保持对信道的监听。这样会使得当网络负载不是太大时,不需要发送数据的节点在活动的大部分时间里都是处于对信道的空闲监听中,正是由于大量的节点往往都处于这种状态,增加了节点的不必要的能量消耗,影响了网络的使用寿命。(2SMAC协议的改进。在SMAC中,同一个虚拟簇中的所有节点同时进入活动状态,如图1所示。图1SMAC节点的活动状态在SMAC协议中,侦听状态被分为2个部分:同步包(SYNCpacket的发送与接收,由于协议中节点需要达到一定的时间同步,因此采用同步包,可以消除时钟漂移带来的同步影响。应用...