无线传感器网络低功耗MAC协议的研究与应用

李希臣，张岩

(焦作大学，河南焦作454000)

无线传感器网络低功耗MAC协议的研究与应用

李希臣，张岩

(焦作大学，河南焦作454000)

无线传感器网络在当今世界是非常流行的一种网络，这种网络摒弃了传统的有线网络，解决了很多有线网络的麻烦和缺陷，为网络带来了新的发展。而低功耗MAC协议则在很多方面巩固了无线传感器网络的地位，帮助它解决很多问题，也促进了无线传感器网络的进一步发展，使得无线传感器网络在现在的网络市场上始终占据着重要位置，不可动摇。

无线传感器网络；低功耗MAC协议

无线传感器网络随着科学技术的发展也获得不小的收获，无论是它的信息传输速度、信息传输的公平性、还是延迟反应的效果、冲突的解决都更上一层楼。对无线传感器网络做出巨大贡献的就是低功耗的MAC协议，低功耗MAC协议真正降低信息传输速度，提高数据的准确性和速度。本文从四个部分研究了无线传感器网络和低功耗MAC协议的关系，介绍了无线网络的应用领域、能耗以及它需要考虑的一些内容。

1 无线传感器网络低功耗MAC协议的应用领域

无线传感器网络是由一组传感器节点通过自组织的方式构成的无线网络，它的用途非常广，可以运用于很多领域，包括军事领域、医疗领域、生活领域等等。无线传感器网络MAC协议本身具有很多优点，可以传递信息，处理信息，还能够对目标物进行监测和控制。正因为这些优点的存在，无线传感器网络低功耗MAC协议被普遍运用于很多领域。在军事领域中，无线传感器网络低功耗MAC协议可用于监测军事区域的兵力和装备、监测战场状况和武器状况。现在很多国家都关注本国的军事实力，在军事方面投入大量人才和资金去建设国家的军力，但仅仅追求发展是不够的，时刻对国家军事进行监测，才能保证国家军事实力。

在医疗领域，医生可以对病人的身体状况进行时刻监察，及时对患者进行治疗，还可以通过这种方法发现病人的生病症状，采取措施及时治疗。另外，MAC协议也可以用于对医生的监督，时刻监督医生的行为，监督护士是不是真的热爱岗位，友爱对待病患。在生活领域，无线传感器网络可用于监测生活区内的动植物生长情况，还可以用于检测房屋周围的安全情况，发现安全隐患。另外，在环境领域，无线传感器网络还可以用于检测天气情况，预防病虫害的发生。

2 无线传感器网络低功耗MAC协议的能耗分析

无线传感器网络低功耗MAC协议的能耗关系着无线传感器网络的使用情况。实际上，无线传感器网络中主要造成能耗的是MAC层，低功耗的MAC主要是从这几个方面进行降低能耗。MAC协议的传感器是由许多节点构成的，这些节点相互作用，且大都是通过电池供给电流给无线传感器，这其实是无线传感器MAC协议的能耗主要所在。

首先，是空闲侦听中的节点能量消耗。空闲侦听中，有些节点的动向很难预测，但是监测模式是一直开启的，这其实就是一种变相的能量消耗。无线传感器的监测或是接受功能处于工作状态，会造成大量的能量消耗和浪费，并且这种浪费是不可估量的。其次，如果同时有两个信息节点被传输过来，信息不一定能够被传输过来，反而会造成信息传输失误，浪费信息源，造成能量消耗和浪费。还有一个就是无线传感器网络的窃听功能，窃听功能指的是无线信息通道的共享功能，即一个节点上的信息通过无线传感器传播到其他节点上，但在很多时候这些节点并不需要信息的传输，因此，在窃听上面消耗的能量就是多余的。无线传感器网络MAC协议中的窃听功能，在某种程度上是一种能耗，为达到节能目的，可以适当关闭。最后，在无线传感器网络中还存在着一种发送失效的可能性，即当信息传输时，信息传输失败，这个传输过程中所消耗的能量也是一种浪费，因为它并没有得到原本的运用。

3 无线传感器网络MAC协议需要考虑内容

无线传感器网络低功耗MAC协议在实际运作中面临很大问题，这些方面的问题需要慎重考虑，不容忽视：

3.1 MAC协议的能力性

能量有效性检验是MAC协议的一项重要指标，能量有效性指的是网络节点能量的传输力量，它的运行需要电池的支撑。在设计MAC时候，有效利用节点的能量，延长节点的传输能量和时间。在节点的能量消耗中，无线传感器的收集信息和传输信息的功能是消耗最多且，因此无线传感器的收发装置的开启消耗了MAC协议大部分能量，缩短MAC协议的使用寿命。因此，在平时的无线传感器使用过程中，要格外注意MAC能量消耗量，及时进行补救，以防无线传感器的使用出现问题。

3.2 MAC协议的扩展性

MAC协议的扩展性指的是MAC协议适应网络、节点、信息传输速度的能力和素质。在无线传感器的运作过程中，各个节点的变化方向、变化程度以及节点的分布都是不同的，这些问题对于无线传感器的信息传输来说都是大问题，亟待解决，但很难应对。当无线传感器的运作的时候，节点的运行方向、节点的位置等都是不断变化的，这不是一个稳定的过程。对此，MAC协议应该要有很好的扩展性，以应对这些变化，解决这些变化，适应这些变化给无线传感器带来的影响。

MAC的扩展性是不容易达到的一项工作，因为对于MAC协议，无线传感器的运作规律是很难捕捉到的，需要精细的记录和高深的科技水平。但是，MAC的扩展性能是亟待解决的，如果MAC协议的扩展性能够做好做优，那么无线传感器的传输规律也是可获得的，而且也能够提升MAC协议的高度，使其达到新的水平。

3.3 必须要避免冲突

MAC协议能够很好地避免冲突，这里的冲突指的是无线传感器运作时后产生的冲突，即两个节点同时被传输的时候发生的信息冲突。对于这样的冲突，MAC能够充分利用自身优势进行规避，MAC协议决定着网络中节点传输时间、节点传输地点以及节点传输的方式，并且把这些信息以数据的形式发送给授者。无线传感器的信息节点冲突影响信息传播速度和质量，因此，MAC协议能够发挥自身长处帮助解决节点的能量消耗和网络性能对于解决冲突问题有着重大意义。

无线传感器网络中冲突的发生是常有的事情，目前的技术还不能成熟到完美解决这一问题。这就要求对MAC协议的研究要更加深入，更加向前，更加有力。

3.4 信息通道的使用

信息节点的分布和传播意味着信息通道的开通，信息通道是一条帮助传输信息的通道，能够保存数据并且传输数据，而且是以无线的方式。信息通道的使用反映出网络通信中信息通道宽带。在现在市场上各种网络系统和无线网域中，信息通道的使用代表这种网络的品质和性能，是客户检验无线传感器的一项重要指标。信息的传输速度和传输力度关系着网络的速度和能力，是非常重要的判断标准。根据信息通道的重要性，MAC协议设计者要多在信息通道的传输速度和传输质量上面做文章，确保无线传感器网络信息通道的顺畅，保持信息通道的高速化和洁净化。

3.5 数据的延迟反应

在无线传感器网络的运作过程中还经常出现延迟的问题。延迟就是指一方传输的数据或是信息花费过多的时间运送到另一方。而且，在传输过程中断断续续，出现信息不稳且信息不准的情况。对于MAC协议来说，延迟反应在网络的实际运用中很关键，如果延迟反应过多或过于频繁，那么无线网络的传输就会出现大的问题。相反，延迟反应较弱且持续时间短，那么无线传感器工作的时候效率就会越高。

对于很多MAC协议设计者来说，延迟反应并不是那么重要，但是在实际中，延迟反应这样一个极其细小的部分，在整个信息传输过程中扮演着极其重要的角色，不能够也不应该被忽视。

3.6 接收数据量大小

数据量也可以称之为吞吐量，即在规定的时间内，一方传输给另一方的数据总量。无线网络的数据量大小其实受很多因素的影响，包括冲突避免机制的有效性、信息通道的使用情况、延迟反应持续时间等，MAC协议在这方面的应用能够帮助解决这一方面存在的问题。MAC协议可以帮助扩大数据量，并且保证数据量的质量。因为MAC协议可以帮助延长无线传感器网络节点的生存时间，在某些必要时刻，它还会牺牲延迟反应的作用，忽略信息通道的传输速度，只求达到满意的数据量，完善无线传感器网络的运行。

3.7 无线网络的公平

无线传感器网络的公平是指，在网络传输过程中，期间各个节点、数据、信息的应用应当是公平的、均匀的。无线传感器网络中的每一位用户都希望能够拥有平等的传输信息和发送信息的能力，并且在时间和空间上没有差别。网络传输过程中的每一个节点，应该都是同时工作，同时对信息和数据进行处理，并且速度相同，数据量相同。在很多时候，无线传感器网络的公平性会成为客户选择一种网络的关键所在，而且也是客户对一种网络心生不满的关键所在。

在无线传感器网络的优化时期，应当注重公平性这一条件，多关注节点分布和传输的平等。只有这样才能吸引更多的客户，才能留住更多客户，使得用户满意网络，乐于使用网络。

上文介绍了很多关于无线传感器网络MAC协议的相关内容，集中地反映了MAC协议的一些特征。不同于以前的MAC协议，无线传感器网络低功耗MAC协议更加人性化，更加符合用户的要求，获得客户的满意。无论是在延迟反应、信息通道、冲突的存在、扩展性能方面，还是在网络的公平度方面，最新的最有科技含量的MAC协议才能真正适应无线传感器网络，才能帮助无线传感器网络带来真正的好处，打开无线传感器网络的新世界之门。

4 结束语

众所周知，无线网络如今以及成为所有网络中最受欢迎的网络，因为它不需要使用电线连接线路，减少很多资金而且节省了很多空间，因此在很多领域都得到大力推崇。低功耗的MAC协议为无线传感器网络做出了很大贡献，它帮助无线网络提高信息传输速度、增加数据传输量、缩减延迟反应、解决节点冲突矛盾，使得无线网络很快跻身网络领域的领军。正因为这种积极的趋势，以后无线网络的发展趋势只会越来越好。

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1009-3044(2017)21-0034-02

2017-04-29

李希臣(1959—)，男，河南焦作人，学士，主要研究方向为计算机应用；张岩(1973—)，男，河南焦作人，硕士，主要研究方向为计算机应用。