一种总发射功率最小化的协作MAC协议
无线自组网的功率控制与节能
无线自组网的功率控制与节能林碧娇;肖明波【摘要】随着无线通信的日益发展,无线自组织网络正逐渐从军用扩大到民用等诸多领域.但是无线自组织网络一般由电池供电,由于提高电池容量的技术进步缓慢,功率控制是一个重要的研究课题.无线自组织网络中的功率控制机制研究主要集中在3个方面,即网络层功率控制、链路层功率控制以及混合功率控制.重点是从分层的角度对功率控制进行阐述,主要介绍了网络层及链路层的功率控制,并介绍了一些节能协议.跨层设计综合考虑了各层性能能更好地为功率控制与节能服务.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)005【总页数】4页(P45-47,50)【关键词】无线自组织网;功率控制;节能;跨层设计【作者】林碧娇;肖明波【作者单位】厦门大学,福建,厦门,361005;厦门大学,福建,厦门,361005【正文语种】中文【中图分类】TN9151 引言无线自组织网由一组带有无线收发装置的移动节点组成，是一个多跳临时性无中心网络，可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络，并且不需要现有信息基础网络设施的支持，网中的每个终端可以自由移动，地位相等[1]。
随着无线通信的日益发展，无线自组织网络正逐渐从军用扩大到民用等诸多领域。
但是在无线自组织网中，节点的能量有限，一般利用电池来提供能源，与普通的网络设备使用电源线供电有着显著差异。
而且在当前技术条件下，电池的容量每10年只能提高约20%左右[2]。
因此，对于无线节点来说，电池能量是一种宝贵的资源，功率控制问题是一个重要的研究课题。
具体来说，研究Ad Hoc 网络中的功率控制问题的主要目标是降低节点的能量消耗，延长节点和网络的寿命；调整节点的发射功率，减少对邻居节点的干扰，提高网络的吞吐量。
通常这两个目标是相辅相成、不可分割的。
功率控制是一个非常复杂的问题，涉及到无线网络协议栈的各个层。
在提高电池容量的技术没有取得突破性进展前，减少无线终端的能量消耗是一个现实可行的途径。
无线传感器网络MAC协议进展
ｔｈｅ
ｃｏｍｐｅｔｉ－
无线传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，简称ＷＳＮ）是由部署在监测区域内大量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、自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者， 使得人们能在任何时间、地点和任何环境条件下都能获取大量详实而可靠的信息。传感器网络由于其具有易扩展、自组织、分布式 结构、健壮性和实时性等特点，能够广泛地应用在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域 远程控制等诸多领域。 在无线传感器网络中，介质访问控制（ｍｅｄｉｕｍ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ＭＡＣ）协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限 的无线通信资源。用来构建无线传感器网络系统的底层基础结构。ＭＡＣ协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络的性能 有较大影响。是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。
ＩＳＳＮ
１００９－３０４４
Ｅ—ｍａｉｌ：ｉｎｆｏ＠ｃｃｃｃ．ｎｅｔ．ｅｎ
Ｃｏｍｐｐｔｅｒ
Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脯知识与技术
Ｖ０１．５，Ｎｏ．１３，Ｍａｙ ２００９，ＰＰ．３３９４—３３９７
Ｔｅｌ：＋８６—５５ １—５６９０９６３
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃａ ５６９０９６４
２无线传感器网络Ｍ．ＡＣ协议能量浪费原因
由于节点能量有限，能量管理是无线传感器网络的协议设计中的核心问题。已有的研究表明，无线通信模块是无线传感器网络 中主要的耗能部件，ＭＡＣ层协议为达到节能的目的，直接控制节点的通信模块，对节能起着最重要的作用。通信模块能量浪费主要 在四个方面： １）空闲侦听：当无数据发往节点时，通信模块仍然保持接收状态侦听信道，等待发往本节点的数据，造成无必要的空闲侦听能 量消耗。 ２）冲突：接收节点同时接收到来自多于一个节点的数据，无线信号重叠，造成接收到无用数据，即使只重叠一部分，也不得不丢 弃已接收部分，重传整个数据包，因此导致额外的重传能量浪费。 ３）串音（ｏｖｅｒｈｅａｒｉｎｇ）：节点接收到发往其他目的节点的数据包，也是无用数据，必须丢弃，导致接收能量浪费。 ４）控制包开销：连接建立阶段的控制包交换和数据发送前后的握手协议或者是固定分配协议中周期建立分配表等都是非有用 数据的控制包开销，ＭＡＣ层协议应该最小化控制包开销。 无线传感器网络中数据量很少，突发性很强，节点约９５％的时间都是空闲的，因此空闲侦听是主要的能量浪费，如果一直保持 侦听状态会造成极大的能量浪费，因此降低能耗主要是从控制通信模块的开启时间人手。冲突和串音在基于竞争的协议中易于发 生，而在固定分配协议中得到较好的控制，当负载很重和节点密度很高的时候，冲突和串音也是比较严重的能量浪费源。在协议启 动阶段、协议维持阶段和数据转发过程串都应该使用尽量少的控制包达到可靠的传输，以减少控制包发送能耗ｉ。ＭＡＣ层协议的设计 必须考虑以上四方面能量消耗．使这些能量浪费达到最小化。
一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法
（ｃｏｌｆ ｌ ｔ ｎｃ ａ ｄ ｎｏ ｔ ｎ ｎｉｅ ｉ ， ｉ ｎＪａｔｎ ｎ ｅ ｉ ， ｉ ｎ １０９ Ｃ ｉａ Ｓｈｏ ｏ ｅ ｒ ｉ ｎ ｆｒ ｉ ｇ ｅ ｎ Ｘ’ ｉ ｏｇＵ ｉ ｒ ｔ Ｘ ’ ０４， ｈ ） Ｅ ｃｏ ｓ Ｉ ｍａ ｏ Ｅ ｎ ｒ ｇ ａ ｏ ｖ ｓｙ ａ ７ ｎ （ｃｏｌｆ ｕｏ ｔ ｎａ ｄ ｎｏ ａ ｏ ｎｚｅ ｎ， ｉ ｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅ ｎｌ ｙＸ ’ １０８ Ｃ ｉａ Ｓｈｏ ｏ ｔ ｉ ｎ ｆｒ ｔ ｎＥ ｇ ｅ ｇ Ｘ’ ｎ ｅ ｉ Ｔｃ ｏ ｇ， ｉ ｎ７０４ ， ｈｎ） Ａ ｍａ ｏ Ｉ ｍ ｉ ｎ ｒ ｉ ａ ｖ ｓｙｆ ｈ ｏ ａ
一
种 多源协作 网络 的分布式功率分配 与中继选择算法
惠 德① ② 朱世华① 吕刚明① 孙晓东①
７０４ ） １０９
７０４） １０ ８
（ 交通大学电子与信息工程 学院 西安 西安
（ 西安理工大学 自动化与信 息工程学院 西安
摘
要 ：该文针对多源一 多中继放大转发协作通信 网络 ，以最小化系统总功 率为目标 ，在保证系统满足一定 中断概
ｃ ｏ ｅ ａ ｉｅ ｎ ｔ ｒ ｓｗｉｈ ｍｕ ｔｐ ｅｓ ｕ ｃ ｓ ａ ｄ ｍｕ ｔ ｅｒ ｌｙ ． ｎ ｔ ｅｐ ｏ ｏ ｅ ｃ ｅ ， ｏ ｒ ｅ ｅｅ ｔｔ ｅｒｒ ｌｙ ｏ ｐ ｒ ｔｖ ｅ ｗｏ ｋ ｔ ｌｉ ｌ ｏ ｒ ｅ ｎ ｌｉ ｅａ ｓ Ｉ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｓ ｈ ｍｅ ｓ ｕ ｃ ｓ ｓ ｌｃ ｈ ｉ ｅａ ｓ ｐｌ ｉ ｄｅ ｅ ｄ ｎ ｌ ， ｎ ｎ ｒ ｄ ｃ ｈ ｎ ｅ—ｅ ａ ｅ ｉ ｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｐ ｎ ｅ ｔｙ ａ ｄ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｃ ａ ｎ ｌ ｌ ｔ ｄ ｔｍ ｒ ｏ ｃ ｍｐ ｔ ｏ ｈ ｉ ｒ ｆ ｒ ｅ ｅａ ． ｅ ｈ ｅｅ ｔ ｄ ｒ ｌｙ ｒ ｅ ｅ ｆ ｒ ｔ ｅｒ ｐ ｅ ｅ ｒ ｄ ｒ ｌ ｙ Ｔｈ ｎ ｔ ｅ ｓ ｌｃ ｅ ｅａ ｓ ｉ ｄｅ ｎ ｅ ｔｙ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｗｈ ｔ ｅ ｏ ｆ ｒ ｒ ｈ ｓ ａ ｅ ｒｎ ｔａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｏ ｗａ ｄ ｎ ｈ ｅ ｈ ｌ ． ｉ ｌ ｔｏ ｎ ｐｅ ｄ ｎ ｌ ｅ ｅ ｍ ｎ ｅ ｈ ｒ ｔ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｇ ｓｏ ｏ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ａ ｆ ｒ ｒ ｉ ｇ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｓ ｈ ｍｅ ｃ ｎ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ａ ｒ ｎ ｍｉ ｏ ｒｏ ｈ ｅ ｗｏ ｋ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｌ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｐ ｏ ｏ ｅ ｃ ｅ ａ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅｔ ｔ ｌ ａ ｓ ｔｐ ｗｅ ｆｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｎ ｆ ａ ｔｙ ａ ｄ ｈ ｓ ａ ｔ ｉ
移动Ad Hoc网络中的功率控制
的节点错误判断网络中存在碰撞而暂缓发 送 。在采用基于 Ｃ ＭＡ／ Ｓ ＣＡ机制的 ＭＡＣ 协议时 ，通过 ＲＴＳ ＴＳ （ ｅ ｕ ｓ ｔ —Ｃ ｒｑ ｅｔ ｏ
信道协 议 。 多信道 接入 协议 中 ，控 制分
组 ＲＴＳ 和 Ｃ ＴＳ 都 在控制信道上传 送 ，
数据分 组和 ＡＣ 在由多信道协议所决定 Ｋ 的数据 信道 上传 送 。 当节 点没 有数据 要 发 送时 ，则需有 一 个收发 机停 留在控 制
技 术是Ａｄ Ｈｏ ｃ网络 中的一种重要的节能 策略 ，是降低 网络能耗 ，延长节点寿命的
一
种非常重要的方法。 ｃ网络功率 Ａｄ Ｈｏ
而 对于 数据信 道上 的数 据分组 ，则根 据 控制信道上交互控制分组时所得到的信息 用 最 小 必 须 功 率 发 送 ，数 据 信 道 上 的 ＡＣ 分组可以用 最小 必须功率发送 ，也 Ｋ
交换机预期要便宜 ４到 １ ０倍 。要能够具 有特别高的速率和 多媒体服务 ，传输速率 要达到 １０ ｐ 。为了支持无所不在计算 Ｍｂ ｓ ０ 的环境 ，４ 终端要能够 定位技术 更加 智 Ｇ
能。 因此 ， 不需要 基于 基础设施的移动 Ａｄ
应等 问题 ，导致很多时候本可以发送数据
用
因此最小化它们 的能量消耗就显得意义重 大 。通 常消耗 在 网络接 Ｉ 处的能 量是 很 ： １
第3章-MAC协议
3.1.3．通信模式 传感器网络是与应用高度相关的。不同的网络结构、不同的应用场 景和目的，其业务特征呈现多样性，需要采用不同的通信模式，以更 有效地交换业务。基于不同的业务特征，MAC协议对不同通信模式的 支持，可以有效减少节点能耗。所以对不同通信模式的支持与否，也 是衡量MAC协议能量有效性的重要因素。
三种帧间间隔
当信道空闲时间大于 DIFS时使用信道
DIFS
信道忙
DIFS PIFS SIFS
竞争窗口
退避窗口 时间槽
下一帧 时间
推迟发送
CSMA/CA的基本访问机制
二进制随机退避机制
随机退机制
3.3.2 S-MAC协议
（4）消息传递（分片传输机制）
如果在发送长信息时由于几个比特错误造成重传，则会造成 较大的延时和能量损耗，如果简单地将长包分段，则又会由 于RTS/CTS的使用形成过多的控制开销。基于此，SMAC提 出了“消息传递”机制。将长的信息包分成若干个DATA， 并将它们一次传递，但是只使用一个RTS/CTS控制分组作为 交互。节点为整个传输预留信道，当一个分段没有收到ACK 响应时，节点便自动将信道预留向后延长一个分段传输时间 ，并重传该分段，整个传输过程中DATA和ACK都带有通信 剩余时间信息，邻居节点可以根据此时间信息避免串扰。
传统网络的MAC协议不适用于WSN。
3.1.2 MAC协议设计面临的问题
①空闲监听：
因为节点不知道邻居节点的数据何时到来，所以必须始终保持自己 的射频部分处于接收模式，形成空闲监听，造成了不必要的能量损 耗；
②冲突（碰撞）：
如果两个节点同时发送，并相互产生干扰，则它们的传输都将失败 ，发送包被丢弃。此时用于发送这些数据包所消耗的能量就浪费掉
802154协议
802.15.4协议802.15.4是一种低功耗无线个人局域网（WPAN）协议，由IEEE（国际电气电子工程师协会）制定。
该协议为低功耗设备之间提供了一种简单、低成本的通信解决方案，适用于各种物联网（IoT）应用。
协议概述802.15.4协议定义了物理层和媒体访问控制（MAC）层规范，用于在低功耗、低速率的无线网络中实现设备之间的通信。
该协议支持多种网络拓扑结构，如星型、树型和网状网络。
物理层规范802.15.4协议使用ISM频段（Industrial, Scientific and Medical，工业、科学和医疗频段），包括2.4GHz频段和868/915MHz频段。
其中2.4GHz频段是最常用的频段，具有全球范围内的可用性。
协议支持多种调制方式和数据速率，例如O-QPSK调制和250kbps的数据速率。
MAC层规范802.15.4协议的MAC层规范定义了一套用于媒体访问控制和网络管理的协议。
MAC层使用了CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波监听多点接入/冲突避免）机制来实现多节点之间的无冲突数据传输。
协议规定了两种不同的MAC层工作模式：非信标模式和信标模式。
非信标模式中，节点可以根据需要自由发送和接收数据；信标模式中，网络中存在一个信标节点，用于同步和调度其他节点的通信。
网络拓扑结构802.15.4协议支持多种网络拓扑结构，以满足不同应用场景的需求。
1.星型网络：所有节点直接连接到一个中心节点，中心节点负责网络的管理和调度。
2.树型网络：节点之间以层级结构组织，根节点负责网络管理，并通过中间节点转发数据。
3.网状网络：节点之间可以直接通信，没有中心节点，数据可以通过多个路径传输。
适用场景802.15.4协议在物联网应用中具有广泛的应用前景。
1.家庭自动化：通过无线传感器和执行器，实现家庭设备的智能控制，如灯光、温度、安防等。
无线传感器网络技术概述拓扑控制
LINT/LILT 仿真结果
仿真结果发现LINT、LILT算法，当在节点密度为每平方米2~3个节点时，会有效降低链路状态的更新。
层次型拓扑结构控制
层次型拓扑结构产生背景
传感器节点在无线通信模块在空闲状态与收发状态下的能耗相当，因此只有关闭其节点的无线通信模块才能真正有效的降低非工作能耗。层次分簇就是在这一背景下产生的。
无线传感网络 – 拓扑控制
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拓扑控制的概念与意义
意义
减少节点的通信负载，提高通信效率； 减少网络耗能，延长网络寿命； 辅助路由协议；
概念
拓扑控制（topology control）是一种协调节点间各自传输范围的技术，用以构建具有某些期望的全局特性（如，连通性）的网络拓扑结构，同时减少节点的能耗或增加网络的传输能力。
邻近图算法仿真结果对比
基于方向的功率控制:这种方法通常需要节点配备多个有向天线，以精确的获得可靠的方向信息来解决到达角度问题。微软亚洲研究院和康奈尔大学的Li等人提出了一种能够保证网络连通性的基于圆锥的拓扑控制算法(CBTC)。 基本思想是:节点u选择最小功率P，使得在在任何以u为中心且角度为a的锥形区域内至少有一个邻居。并且理论证明了当 时，就可以保证网络的连通性。
LEACH改进
LEACH-COOP算法：相比LEACH协议，引入了协同节点，在最后数据融合后，发送数据到sink节点时，采用群内选择好的协同节点发送，以减少由于原LEACH协议中存在的由于群首节点分布不均匀造成的通信传输消耗大的问题。
单击此处可添加副标题
如何实现时间同步？ 要实现CDMA技术必须物理层支持DSSS（直接扩频序列）； 在高斯信道中当传输系统的信噪比下降时，可用增加系统传输带宽B的办法来保持信道容量C的不变。 如何进行全网的能量评估？ 簇头是否可靠与sink节点通信？ 实现睡眠与唤醒的计算 ttotal=toperation+tawaken+ttransmit; 还有很多实际问题~~~
一种多用户数字通讯系统的功率控制
输 出幅度 ，而Ｄ Ｔ Ｍ 信号 的幅度 大多数 时 密 度 值 ， 第 ｎ 的 数 据 传 输 速 率 为 到 ｌ ． ｖ 线 ２ ５ 以下 时 ，则 根据计 算得 到的 降 间 为低 电平 ，仅仅 只有 大约２ ％ ０ 的概 率 Ｒ＝ ， 表 示ｎ ∑ 个调制解调器在第ｋ 个 电压 值 ，进 一 步 降 低 Ｌ 的供 电 电压 。 Ｄ 会 出现 峰值 ，从而造成Ｌ 的工作 效率低 子 载 波 上 的 比特 承载 。 Ｄ 下 ，一般只有１ ％ ４ 左右 。现 有的Ｃ ａ ｓ ｌ ｓ Ｈ 类 的Ｌ 可 以根据 输 出的Ｄ Ｔ 号 的幅度 Ｄ Ｍ信 大小来调整 供电 电压 ，从而避免 一直保
这里 第 ｎ 条线 路在ｋ 子载波 上 １ ｂ ｓ 个 Ｍ ｐ ，远 端 非 对 称 数 字 用 户 线 为 ３ ０ ００ 条线 线路 的串扰 函数 ， 是第 ｎ 条线路 通 的业 务 速 率 为３ ｂ ｓ Ｍ ｐ 。线 路 最 大 的 发送 功率为２ ．ｄ ｍ ０ ５ Ｂ ，运营商 的 目标是在保 障
持 高 电平 的供 电 电 压 ， 提 高 Ｌ 的 工 作 效 Ｄ
厂
ｚ
４ 仿 真 结 果 ．
、
． ． ，
＿ ．
假 设局 端非 对称 数 字用 户线 （ＤＬ ＡＳ）
的长度 为 ５ ０ 米 ，最大 可 达速 率 约为 ００ １５ｂ ｓ ． Ｍ ｐ ，用户实 际开通 的业务速 率为
户 线 （ Ｄ Ｌ ）等 。 ＶＳ２ 目前 Ｄ Ｌ 调 制 解 调 器 中应 用 线 路 Ｓ的
化为对 偶优 化问题 ：
免 尤其 是 重 训练 时 发射 信 号 的 幅度 过
大 ， 造 成 输 出 信 号 的 幅 度 超 过 供 电 电 压 ， 而 引 起信 号 消波 的风 险 。
传感网原理及应用—第3讲(MAC协议)
陈永乐
目录
MAC协议概述
竞争型MAC协议
分配型MAC协议 混合型MAC协议 总结
2
MAC协议概述
在无线传感器网络中，介质访问控制（medium access control，MAC）协议决定无线信道的使用方式，在传感器 节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络 系统的底层基础结构。 MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络 的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关 键网络协议之一。 传感器节点的能量、存储、计算和通信带宽等资源有限， 单个节点的功能比较弱，而传感器网络的强大功能是由众 多节点协作实现的。多点通信在局部范围需要 MAC协议 协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协 议选择通信路径。
25
TA的选择
周期性侦听同步设计
延用SMAC协议思想，周期性广播SYNC帧
前提：节点发现串扰的RTS或CTS都能够触发一个新的监听间隔，为 了确保节点能够发现邻居的串扰，TA的取值必须保证当前节点能够 发现串扰的CTS TA >竞争信道时间（C）+RTS发送时间（R）+CTS准备时间（T） TMAC实验中，采用TA = 1.5 x (C + R + T)
27
早睡问题解决办法 （1）
未来请求发送（Future request-to-send, FRTS）
当节点C收到B发给A的CTS后，立即向D发送一个FRTS。FRTS帧包含节点D接 收数据前需要等待的时间长度，D在此时间内必须保持在监听状态。 由于C发送的FRTS可能干扰A发送的数据，所以A需要将发送的数据延迟相 应的时间。A在接收到CTS之后发送一个与FRTS长度相同的DS帧，该帧不包 含有用信息，只是为了保持AB对信道的占用，在发送DS之后A立即向B发送 数据信息 由于采用了FRTS机制。增加一个DS时间。FRTS方法可以提高吞吐量，减少 延迟，但是增加了控制开销，会降低TMAC协议的能量效率
简述s-mac协议的基本内容
简述s-mac协议的基本内容S-MAC协议是一种用于无线传感器网络中的节能协议，它的全称是Sensor-MAC协议。
该协议旨在通过优化传感器节点的能量消耗，延长网络的生命周期。
下面将简要介绍S-MAC协议的基本内容。
1. 节能机制：S-MAC协议采用了一种分时睡眠机制，将节点分为活动期和睡眠期。
在活动期，节点进行数据传输和接收；在睡眠期，节点进入低功耗模式以节省能量。
节点会周期性地进行活动期和睡眠期的切换，以平衡能量消耗和数据传输需求。
2. 时钟同步：为了保证节点之间的协调工作，S-MAC协议使用了时钟同步机制。
节点通过周期性地进行时间同步，保证整个网络的时间一致性。
这样可以避免因时间差异导致的数据冲突和能量浪费。
3. 碰撞避免：为了避免数据传输过程中的碰撞，S-MAC协议引入了一种分布式协调机制。
节点在进行数据传输之前，会先进行信道监听，如果信道空闲则进行传输，否则等待一段随机时间后再次监听。
这样可以有效避免多节点同时传输导致的碰撞问题。
4. 数据预取：为了减少数据传输时的能量消耗，S-MAC协议采用了数据预取机制。
节点可以主动向周围节点获取一些预取数据，并进行缓存。
当需要传输数据时，可以直接从缓存中获取，避免了额外的数据传输和能量消耗。
5. 睡眠调度：S-MAC协议通过灵活的睡眠调度机制，根据节点的实时负载情况和通信需求调整睡眠期的长度。
这样可以根据网络的实际情况，动态地调整节点的能量消耗，进一步延长网络的生命周期。
6. 路由选择：S-MAC协议还包括了一种基于链路质量的路由选择机制。
节点通过监测周围节点的信号强度和传输质量，选择最优的路径进行数据传输。
这样可以避免能量消耗过大和数据传输过程中的丢包问题。
7. 休眠唤醒：为了进一步降低能量消耗，S-MAC协议引入了一种休眠唤醒机制。
节点在睡眠期间可以周期性地唤醒，进行一些必要的工作，如时钟同步、邻居节点更新等。
这样可以保证网络的正常运行，同时避免了长时间的能量浪费。
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， １ ． 南京 邮电大学 通信与信息工程学院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ 、
＼ ２ ． 南京工程学 院 通信工程学院 ， 江苏 南京 ２ ｌ １ １ ６ ７
／
摘要 ： 针 对 能量 受 限的无 的跨 层 协作 ＭＡ Ｃ （ Ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ Ａ ｃ —
／ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ＆Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ８ ｎ ｊ ｉ “ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｓａ ｎｄ Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ￣
／
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｃ ｏ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍ ｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ（ ＭＡ Ｃ ）ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｉ ．
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Ｃｏ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｍ ＡＣ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｍｉ ｎ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ
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Ｖ０ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ．２ ０１ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ４ １ ３ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ ３ － ５ ４ ３ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ７
一
种 总 发 射 功 率 最 小 化 的 协 作 ＭＡＣ 协 议
ｃ ｅ ｓ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ） 协议。文中首先分析 了直接传输和协作传输下的总发射功率， 理论分析表明， 在一定
的误 码 率 限制下 ， 引入合 适 的 中继 节 点能 降低 网络 总的 发射 功率 。在 ８ ０ ２ ． １ １ Ｄ Ｃ Ｆ （ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｏ ｒ ． ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 的基础 上 ， 通过 监 听邻居 节 点控制包 ， 获得各 信 道 的状 态信 息 ， 并选 出使 总 发射功 率 最小 的最佳 中继 ， 同时扩展 Ｃ Ｔ Ｓ （ Ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｔ ｏ Ｓ ｅ ｎ ｄ ） 、 增加 Ｈ Ｔ Ｓ （ Ｈ ｅ ｌ ｐ ｅ ｒ ｒ ｅ ａ ｄ ｙ Ｔ ｏ Ｓ ｅ ｎ ｄ ） ， 完 成 自适 应 的
ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ－ ｇ － ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ・ — ｗｏ ｒ ｋｓ ．Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ，ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｉａ ｒ ｔ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｙ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｂ ｉ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｒｇ ａ ｅ ｔ ｌ ｅ ｖ ｅ １ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ
第３ ５卷 第 ２期
２ ０ １ ５年 ４ 月
南 京 邮 电 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｔ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
协作传输。仿真表明， 该Ｍ Ａ Ｃ协议能有效降低 网络能耗 ， 延长 网络寿命。 关键 词 ： 无线传 感器 网络 ； 协作 Ｍ Ａ Ｃ； 最小 化 ； 能耗
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ９ １ ５ ． ０ ４ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ － ５ ４ ３ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ － ０ ０ ４ ５ － ０ ６