基于預約調度的無線傳感器網絡的ＭＡＣ協議

摘要：提出了一種基于預約調度的用于無線傳感器網絡的MAC協議——SSMAC。該協議采用分布式競爭接入和預約調度發送，提供高能量效率的信道接入和支持QoS業務的傳輸，較好地解決了隱藏終端和暴露終端問題。仿真結果表明SSMAC協議在保持節能的同時，在降低媒體接入時延、提高報文投遞成功率和提供QoS保障上較TRAMA協議性能有很大的提高。

關鍵詞：無線傳感器網絡; 媒體接入控制; 服務質量; 能量效率

中圖分類號：TN925.93文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)03－0855－05

近年來隨著VLSI(very large scale integration)和MEMS(microelectromechanical systems)技術的發展，使得部署擁有大量小型節點的無線傳感器網絡(wireless sensor networks，WSNs)成為可能[1]。具有傳感、數據處理和短距離無線通信功能的傳感器組成的WSNs節點，在軍事國防、環境監測、目標追蹤、生物醫療、搶險救災以及商業應用等領域具有廣闊的應用前景[2]。

與其他典型的無線網絡相比，如蜂窩移動網絡和無線局域網絡，WSNs差異性非常大。WSNs作為移動自組織網絡(mobile Ad hoc networks，MANETs)的典型代表，與MANETs本身也具有很大的不同。WSNs節點不移動或很少移動；WSNs的數據包更小，因而數據傳輸開銷更大；WSNs 節點的計算、存儲、通信能力有限；WSNs一般獨立成網，主要用于監測功能，是以數據為中心的網絡；WSNs節點可達上千，遠大于MANETs的幾十個節點[3，4]；WSNs通常非常困難甚至不可能去更換已經部署的節點的電池，這就使得最大化網絡生存時間成為WSNs首要設計目標，而其他傳統的網絡性能指標，諸如時延和吞吐率成為次要考慮的要素。WSNs 的特點使得眾多傳統固定網絡與MANETs的MAC(medium access)協議不能有效地應用于WSNs。

本文首先根據WSNs網絡的特點介紹了各種典型的MAC

協議，在此基礎上提出了一種基于預約調度的WSNs的MAC協議——SSMAC(schedulebased sensor MAC)，在節能的同時能夠提供數據的QoS(quality of service)保障，通過仿真分析，得出SSMAC協議的性能。

1相關工作

無線傳感器網絡中的能量浪費主要在沖突、串擾、控制包開銷、空閑偵聽以及過早發送幾個方面[5]。現在的傳感器網絡中的MAC協議采用了一定的方法控制一個或者幾個方面的能量浪費，來達到降低能耗的目的。另一方面，傳感器網絡的體系結構中存在一種匯聚節點(sink)[2]，該節點具備較強的發射和處理數據的能力，且具有較高的電能，可以把數據發回遠程處理控制中心；而其他節點通過多跳中繼方式將收集到的數據傳送到sink節點。因此與MANETs網絡中的對等通信模式不同，WSNs中的節點的通信模式又可以分為廣播(broadcast)、匯聚發送(convergecast)、本地通信(local gossip)和組播通信(multicast)[5，6]。MAC協議應該低耗能地對這些通信模式進行支持，以便節點相互合作完成監測和數據通信任務。

為WSNs設計MAC協議的主要目標是最大化網絡生存時間和協議的可擴展性以及要求協議適應網絡的變化。這些變化主要包括網絡的大小和拓撲、節點的密度、節點的加入和節點的消亡等。其他網絡性能如吞吐率、時延和帶寬利用率也是需要考慮的指標。目前研究人員設計了很多服務于WSNs的MAC協議，可以根據協議的特點分為基于競爭和基于預約調度的MAC層協議。在文獻[7]中，提出了一種基于802.11 DCF機制改進的SMAC(sensorMAC)。SMAC 協議將時間分幀，幀長度可由應用程序確定，幀內分為工作階段和休眠階段，通過固定的周期性地偵聽和睡眠來降低空閑偵聽；通過RTS/CTS/DATA/ACK機制來避免沖突；通過消息傳遞來減少分組傳遞開銷。但是廣播數據報文沒有使用RTS/CTS機制，增加了沖突的概率，另一方面串擾也會浪費一部分能量，并且固定長度的工作階段在可變負載的情況下將會降低協議的有效性；而在文獻[8]中提出的TMAC(timeoutMAC)的主要目的就是增強SMAC協議在可變負載下的性能，通過動態調整工作階段的幀長度，以適應可變負載的要求。但是又引入了一個“早睡”的問題。所謂早睡是指在多個傳感器節點向一個或少數幾個sink節點傳輸數據時，由于節點在當前工作階段沒有收到激活事件進入睡眠，沒有監測到接下來的傳輸而導致通信延遲的情況。WiseMAC[9]協議使用非堅持的CSMA發送數據報文，空閑節點周期性地短時間偵聽信道，以確定信道狀態。WiseMAC 協議還通過在數據確認包中攜帶節點下一次信道偵聽時間，發送數據幀前加入結合了時鐘漂移速度的喚醒前導，使得接收節點在幀的數據部分發送前進入工作狀態，以接收數據。但是存儲所有鄰居節點的信道偵聽時間，會占用寶貴的存儲空間，增加協議實現復雜度，尤其是在節點密度高的網絡內這個問題尤為突出，并且非堅持的CSMA不能解決隱藏終端帶來的沖突。Datagathering MAC(DMAC)協議[10]是基于時隙Aloha的改進，時隙被分配給一棵從傳感器節點到sink節點所形成的數據匯集樹，樹中的數據傳輸是單向的，數據報文由孩子節點發送到父節點，節點采用工作/休眠狀態轉換，使孩子節點的發送時間與父節點的接收時間重合。在最理想情況下，數據轉發會一直進行， 沒有任何延遲，但是DMAC不能適用于網絡中數據雙向交互的情況，所以它沒有實現WSNs中的全部通信模式。TRAMA(trafficadaptive MAC protocol)協議[11]是基于傳統TDMA協議在節能領域的改進，將時間劃分為交替的隨機訪問周期和調度訪問周期，根據局部兩跳內的鄰居節點信息，采用分布選舉機制確定每個時隙的無沖突發送者，同時通過避免把時隙分配給無流量的節點，并讓非發送和接收節點處于睡眠狀態達到節省能量的目的。TRAMA 協議提高了網絡吞吐量，克服了基于TDMA 的MAC 協議擴展性差的不足，但是TRAMA 協議的隨機訪問周期相對比較長，至少占到了整個時幀的12.5%，過于消耗能量，開銷較大。由于復雜的分布選舉機制，數據報文在隊列中等待發送的時延較大，TRAMA協議更適用于對時延不敏感的應用場合。

在Ad hoc網絡中有許多典型的應用于同步網絡的基于調度的MAC層協議，如FPRP（fivephase reservation protocol）[12]和E(evolutionary)TDMA[13]等。FPRP是一種通過五次握手，完成兩跳范圍內高概率、無沖突的分布式預約調度機制，是一個廣播調度協議，如果調度單播將導致其效率不高。而ETDMA是基于FPRP改進版本，它和FPRP一樣需要五次握手實現節點的接入。因此，該協議雖然能保證實時業務無沖突地發送，同時也能避免時延抖動，但控制開銷較大，實現復雜，效率不高。基于調度的MAC協議可以保證節點在預約成功的情況下無沖突地傳輸數據報文，其協議性能取決于預約算法的開銷，并且可以實現QoS保障。本文的SSMAC協議主要受文獻[11，12]啟發，結合WSNs中的能量約束和區分服務來設計基于調度的MAC協議，一方面解決了傳統的隱藏終端和暴露終端問題；另一方面充分考慮節能性，并且有較低的媒體接入時延，能為數據提供一種QoS保障。

2SSMAC協議

SSMAC協議適用于全網同步劃分時隙的無線傳感器網絡。系統同步可以有兩種實現方式。a)通過GPS接收機從空間取得的高精度的頻率標準，與受控時鐘相配合，節點可以獲得與世界協調時(UTC)為參照的時間基準的時間同步。b)通過自校時的方式，實現一定精度的時鐘同步。由于傳感器網絡的數據率相對較低，一個時隙的持續時間遠大于典型的時鐘漂移。如在115.2 kbps的速率下，利用長度為46 ms的時隙傳輸一個512 Byte的數據報文，數量級在毫秒的時鐘漂移都用容忍，用文獻[14]中的簡單時間戳機制就能實現WSNs中的節點同步。SSMAC協議通過多次握手，完成兩跳范圍內高概率、無沖突的分布式預約調度機制，結合能量約束條件，考慮對實時業務的支持，通過區分服務來實現業務的QoS保障。

2．1信道的劃分

無線網絡發展之初，受到硬件和軟件環境的限制，主要是使用單信道，由此而發展出了一批典型的有實用價值的MAC協議，在民用領域使用最廣泛的就是IEEE的802.11系列。在解決了全網的同步時，傳統的TDMA劃分方式以硬件實現簡單成為一種有效的劃分方式。

SSMAC協議將時間劃分為一個個的時幀，每個時幀是一次獨立的信道預約和數據傳送過程，每一個時幀又分為隨機接入周期和調度接入周期，時幀之間是時間同步等必要的全局管理信息，如圖 1所示。

時幀的每個調度接入部分有K個信息幀，每個信息幀又分為N個信息時隙；隨機接入中的軟預留部分主要是供上次成功預留了時隙的節點按照一定的算法不經過競爭接入，再次預留同序號的時隙；每個競爭接入部分將決定節點如何預約調度信息幀，預約過程分為N個預約時隙，分別預約對應序號的業務時隙，每一次成功的預約將使其占用其后調度接入信道中序號相同的K個信息時隙，而每個預約時隙包含M1＋M2次采用四次握手的預約周期，如圖 2所示，主要目的是避免隱藏終端的干擾和解決暴露終端問題，讓網絡承載更多的并行傳輸，并且提高預約成功率。

2．2協議的工作方式

基于動態分配的TDMA協議如同多信道的自組網MAC協議，主要研究信道分配和接入控制兩個方面的內容。前者負責為通信節點對分配相應的信道，使盡量多的節點可以無沖突地同時通信；后者負責確定節點接入信道的時機、沖突的避免和解決方式。因此SSMAC協議主要實現上述兩種功能，而TDMA系統中的信道分配就是為網絡中的節點分配發送時隙，用多次握手預約的方式實現相鄰節點之間分組的無碰撞的傳送，獲得盡可能高的無線信道的利用率和空間重用，同時與本次通信無關的節點將進入睡眠狀態以節約能量。

2．2．1QoS保障機制

QoS是網絡為用戶傳送端到端數據時必須滿足的一套可制量的預先定義的基于端到端性能的服務屬性，一般包括時延、時延抖動、可用帶寬和分組丟包率等。區分服務優先級和資源預留是無線網絡中主要使用兩種保障QoS的方法，只要能夠使用戶業務的性能達標的方法，均可以視為QoS保障。QoS保障需要在每一層都實現，多層協調來完成業務的需求。區分服務優先級主要是把所支持的業務歸納為幾類，分配不同的接入優先級別，采用發送概率或者退避算法等方式來實現，保證高優先級別的業務能夠高概率地優先占用信道；資源預留的方式主要是把信道的一部分資源進行保留，可以保證恒比特率高優先級業務的信道使用權，對于實時業務總是能夠提供傳輸的信道。

SSMAC協議采用區分服務的方式實現QoS保障，對于上層給予的數據報文分成兩種類型，分別放在兩個不同的數據緩沖區內。這兩個數據緩沖區分別是實時業務區和普通業務區。協議在為數據報文進行預約時，將根據自身隊列中不同緩沖區內的報文采用不同的策略，對于實時業務是只要存在即高概率地去占用信道，一旦失敗則反復去預約。如果在下一個時幀到來時，緩沖區內依然存在實時業務的報文，則啟動軟預留機制去占用同序號的時隙。普通業務要達到K個數據報文才能激活預約過程，并且緩沖區內的報文要達到一定的數量才能啟動軟預留機制。

2．2．2啟動軟預留機制

在每個時幀的第一部分是一個N比特長度的軟預留時隙，分別對應其后N個信息時隙。軟預留部分主要是供上次成功預留了時隙的節點按照一定的算法不經過競爭接入，再次預留同序號的時隙。其工作方式為：節點在新的時幀開始時，發現自己的實時業務緩沖區內存在待發的實時數據報文或者其待發的普通數據報文超過3×K個了，并且上次成功預留過某個時隙，節點就將對應序號的軟預留部分的比特位置1，此時節點軟預留成功。當其他節點發現有比特位被置1后，就不再預約被置位的時隙，轉而只在對應的預約時隙的第一個預約循環接收來自軟預留成功節點的廣播報文，確認自己是否是它的接收方。為了節點接入信道的公平性，只能允許節點連續三次通過軟預留的方式預留時隙，超過三次以后節點只能通過預約來實現對時隙的占用。

2．2．3四次握手的預約機制

SSMAC協議采納了FPRP五次握手的思想，通過多次握手使其能夠預約單播、組播和廣播以及支持QoS，其預留過程只涉及兩跳范圍內的站點，是一個本地過程，能夠支持信道在空間上的重用。節點在協議中可能的狀態為傳遞狀態(TX)、接收狀態(RX)和睡眠狀態(SL)。在網絡初始時，節點處于TX或者RX狀態，自行組網，協議主要考慮網絡處于穩態以后的預約過程，如圖3，是競爭報文的報文格式。

下面是其算法的主要工作步驟。

1)預約請求階段(reservation request phase， RR)

當節點處于預約時隙的Ⅰ部時，在該階段中，當節點緩沖區內實時業務數據報文或者K個普通業務數據報文時，節點需要預約資源，此時分為三種情況：a)當節點已經通過軟預留的方式得到了對當前時隙的使用權，節點將向一跳鄰節點廣播一個預約請求RR分組，在RR分組中必須包括發送節點的ID、K個數據報文的目的節點的ID和標志位(表明節點是通過軟預留得到此時隙的使用權的)；b)節點通過偵聽軟預留部分，發現此時隙已經被別的節點軟預留，此時它將尊重另外節點的預留，轉而進入RX狀態偵聽別的節點發出的RR分組；c)沒有節點軟預留該時隙并且也沒有節點在前面的預約循環中成功預留該時隙，此時節點以接入概率PRR向一跳鄰節點廣播一個預約請求RR分組，接入概率PRR由多跳pseudoBaysian算法[15]確定，在RR分組中必須包括發送節點的ID和K個數據報文的目的節點的ID。而沒有發送RR分組的節點轉入RX狀態在該階段進行偵聽，發送RR分組的節點在協議中稱為預約節點 (reservation node， RN)。

當節點處于預約時隙的Ⅱ部時，由于經過預約時隙Ⅰ部的M1次循環預約，已經有節點成功預留該時隙或者還沒有節點成功預留該時隙，節點擁有了本地的時隙表，記錄了節點及其鄰居對當前時隙的使用預留情況。此時如果節點有數據報文需要發送，它將檢查所有鄰居的狀態，當欲發送節點的所有鄰居節點不處于RX狀態且欲發送報文的目的節點不處于RX狀態時才發送RR分組。

2)傳輸報告階段(transmission report phase，TR)

如果節點在階段l收到兩個或兩個以上的預約請求分組，則節點檢測到沖突，就知道在該預約周期中有多個預約節點同時進行競爭預約。當節點處于預約時隙的Ⅰ部的傳輸報告階段時，如果檢測到RR分組沖突，則該節點在階段2廣播一個沖突報告CR分組；否則保持沉默；當節點處于預約時隙的Ⅱ部的傳輸報告階段時，如果檢測到RR分組沖突，則該節點同樣廣播一個沖突報告CR分組，而當節點只收到一個RR分組時，節點將分析其中的內容，只有當自己是RR分組中的目的地址域中的一個時，根據鄰居節點和自己在當前業務時隙的狀態判斷，只有自己所有鄰居節點不處于TX狀態，且自己處于空閑狀態時，才同意對方的預約請求；否則就廣播CR分組。通過在該階段對CR的偵聽，RN判斷它的RR是否和別人的RR或者別人先前的預約發生碰撞。如果未接收到CR，RN認為它所發送的RR被每個鄰節點正確接收。這樣，一個RN節點就變成了一個傳遞節點(transmission node，TN)，在下面的預約證實階段就可以預約時隙。很明顯，RR/CR交互消除了隱藏終端問題，并且兩部分的預約過程的交互充分利用暴露節點可以與鄰居節點并行傳輸的能力，提高空間復用率。

3)預約證實階段(reservation confirmation phase， RC)

在這個階段里，預約被建立。TN在這個狀態里廣播一個預約證實RC分組通知一跳鄰居節點相應的時隙被預約，每一個正確接收到這個RC的一跳鄰節點都知道了該時隙已被預約，非傳輸節點將更新自己的時隙表，它們將在時隙表的相應時隙里加上RC分組的源節點ID，它們將在業務信道的相應時隙里從TN接收信息，并且不再競爭該時隙。

4)預約確認階段(reservation acknowledgement phase，RA)

收到預約證實RC分組的節點發送預約確認RA分組通知TN及TN的兩跳鄰居節點，從而兩跳鄰居節點知道兩跳遠處有節點預約資源成功。如果TN沒有相連節點，它就收不到預約確認分組，由此可知TN是一孤立節點，TN就沒必要進行信息的發送。

在四次握手階段過后，節點完成了一次預約循環，將進入下一次預約循環。如果有節點已經預約成功，則可以進入SL狀態以節約能量，直到進入預約時隙Ⅱ部或者進入下一個預約時隙。經過上述的一個完整預約過程后，節點的可能狀態為：預約成功的節點將在對應的信息時隙里為TX狀態，其一跳鄰居節點中的目的節點將在對應的信息時隙里為RX狀態，其余節點在對應的信息時隙里的狀態為SL狀態。只有處于TX狀態的節點才能在相應的信息時隙里進行數據傳送。

2．3協議的節能性能

SSMAC協議采用的是分布式的調度接入方式，其數據報文的沖突和重傳均發生在隨機接入階段，在進入了調度接入階段以后，節點嚴格按照時隙表的安排，控制自己在TX、RX和SL狀態之間轉換，以完成數據報文交換。隨機接入階段所發送的數據報文沖突和重傳主要是RR分組，這主要是由多跳PseudoBaysian算法[15]來控制的，采用分布和分散沖突的方式，該算法在FPRP[12]中的使用被證明是有效的，并且預約時隙中的四次握手的報文長度是不同的，TR、RC和RA報文的長度均可以簡化到只使用報文類型和源地址這兩個報文域。根據上層業務的需求和變化，可以設置SSMAC協議的參數，改變隨機接入部分占用的時幀的比例，以適應不同類型的網絡業務。

3仿真結果

文獻[12]的仿真結果表明，在總節點數目為100、分布總面積S=10×10單位面積、節點通信半徑R=1．5單位長度的網絡拓撲下，為N=16個時隙分配通信任務時，最多只需要M=9次預約循環就可以高于99％的概率為節點成功分配時隙。作為參照，為了保證節點預約成功率，仿真中采用M1=6和M2=3。其中N值主要與節點密度有關；K值主要與節點的業務模型相關，這兩個參數的調節可以控制隨機接入周期和調度接入周期所占的比例，從而影響和控制時延及耗能，以適應不同類型的業務需求，提供QoS支持。實驗主要驗證報文的平均媒體接入時延、休眠時間比例、平均報文接收成功率等性能。

定義報文的媒體接入時延(medium access delay)為報文正確接收的時刻與MAC層接收到上層遞交報文的時刻之差，單位是秒；定義休眠時間比例(percentage sleep time)為節點在全部時隙數中處于SL狀態的時隙數目；定義平均報文接收成功率(percentage received)為全部發送報文數目中所正確接收的報文數，即當廣播發送報文時，只有所有鄰居節點均正確接收該報文時，該報文才能統計為正確接收的報文。

仿真的目的是驗證SSMAC協議的性能，因此網絡中所有的節點都處在有業務報文要傳輸的狀態。假定節點業務報文產生滿足指數分布，并且報文平均到達時間間隔為0．4~2．5 s。MAC協議主要關心本地節點的數據報文傳輸，所以節點傳輸報文時在鄰居當中隨機選擇一個作為下一跳的目的地址。

本文所設計的協議采用OPNET仿真平臺實現。參照文獻[11]，假定物理層的無線通信模塊采用RFM公司的網絡控制芯片TR 1000[16]。該芯片是一款在無線傳感器網絡廣泛使用的短距離、低功耗和低數據率(最大115.2 kbps)底層模塊，其傳輸、接收和睡眠的平均功耗分別為24.75、13.5和15 μW，最大狀態轉換時間為20 μs。網絡中有50個節點均勻分布在500 m×500 m試驗場景中，每個節點的傳輸半徑為100 m，這樣每個節點的平均鄰居個數是6個，平均兩跳鄰居個數是17個。仿真時長為400 s，經過多次仿真得到協議在單播(unicast)和廣播模式(broadcast)下的性能。圖4~6分別是報文接收成功率、休眠時間比例和媒體接入時延的仿真結果圖。

仿真結果表明，得益于高握手次數的預約循環，SSMAC的報文接收成功率始終穩定在90％左右，而TRAMA在輕負載的情況下才有比較高的接收成功率。在能量消耗方面，由于SSMAC的隨機接入競爭部分的開銷在輕負載時相對TRAMA較大，TRAMA在輕負載時節能性好于SSMAC。但是SSMAC的隨機接入周期和調度接入周期所占的比例主要由N和K這兩個參數調節，當N和K一定時，SSMAC協議的耗能就基本一致，所以SSMAC協議的能耗在輕重負載下基本相當。SSMAC和TRAMA協議都是基于調度發送的協議，由于隱藏終端的存在，基于競爭的傳統報文接收成功率均較基于調度的協議低。但是基于競爭的協議報文發送時延較短，如CSMA協議的報文發送時延通常在10-2s的數量級[11]，從圖6可以看出SSMAC協議與TRAMA協議的媒體接入時延均較基于競爭的協議大。但是基于調度協議的高報文接收率可以減少高層的報文重傳，減少重傳意味著能夠減少能量的消耗，所以調度算法帶來的時延增加也能被一些業務環境所接納。SSMAC協議的媒體接入時延在重負載時有較大優勢，而當網絡負載較輕時，TRAMA的時延也是能夠接收的。另一方面SSMAC協議要求數據報文要達到一定數量才參與競爭預約，所以在參數K一定的情況下，網絡負載較輕時，報文在節點緩沖區內要等待更長的時間才能達到參與預約的報文數，這將導致時延增大；單播模式時暴露終端將允許參與競爭，暴露終端將增加網絡并行傳輸能力，而在廣播模式下由于鄰居節點都是目的地址，暴露終端將不能參與競爭，大大限制了兩部分握手競爭的優勢，整個網絡的并行傳輸將減少，網絡吞吐率將比單播模式低，報文時延因此而大于單播模式。

SSMAC協議是為無線傳感器網絡所設計的MAC協議，因此它除了要支持傳統的對等通信模式，還要支持匯聚發送的模式，這種模式可以抽象為一棵數據匯聚樹的模型，sink節點看做根節點，其余節點看做樹的節點，如圖7所示。Sink節點作為最終的數據匯聚點，其他傳感器節點的數據以sink節點為目的地址，通過多跳轉發的形式周期性地把感應到的數據向這個根節點匯聚。假定在仿真場景中有一個sink節點，其余傳感器節點的數據使用簡單的最短路徑路由方式向sink節點逐跳發送，傳感器節點的業務數據采用周期性的生成方式，每隔一定的周期產生一個數據報文。仿真時長依然采用400 s，考察SSMAC協議的報文成功接收率和平均時延。圖8和9分別是報文接收成功率和媒體接入時延的仿真結果圖。

仿真結果表明，在匯聚發送模式下，SSMAC協議依然保持數據接入時延在負載較重時比較低的特點，并且SSMAC協議能保持較高的報文接收成功率。作為比較的TRAMA協議在匯聚發送模式時的媒體接入時延也較低，并且在輕負載時能迅速地把數據報文向sink節點轉發。通過調節SSMAC協議參數K，能夠很明顯地降低報文時延，因為這個參數決定了SSMAC協議啟動預約過程的判決門限，K越小，調度接入周期所占全部時隙的比例越小，SSMAC協議啟動預約過程越頻繁，報文時延也就越小。由于SSMAC協議在K值較小時，能夠取得比TRAMA協議更小或相當的報文時延，結果表明SSMAC協議能夠適合在無線傳感器網絡的匯聚發送模式下工作。

SSMAC協議引入了區分服務的QoS保障機制和軟預留機制，仿真場景依然采用節點傳輸報文時在鄰居當中隨機選擇一個作為下一跳的目的地址，并且實時業務占總業務量的20％，如圖10所示。仿真結果表明了在不同的網絡負載情況下，實時業務的時延能比普通業務有10％的領先，并且K值減小，調度周期變短，媒體接入時延將降低。SSMAC協議對滿足無線傳感器網絡中實時業務的傳輸提供了在數據鏈路層面上的支持。

4結束語

本文研究了無線傳感器網絡中的MAC協議，在分析了現有MAC層協議的基礎上，提出了一種基于調度的用于無線傳感器網絡的MAC協議——SSMAC協議。該協議結合了WSNs中的能量約束與預約調度，一方面充分考慮協議的節能性，并且有較低的媒體接入時延，不同負載下表現基本一致的報文接收成功率；另一方面解決了隱藏終端和暴露終端問題，并且在數據鏈路層上提供一種區分服務的QoS保障。實驗結果說明：在使用相同物理層和仿真的設置下，SSMAC協議性能比同樣基于調度的TRAMA協議有所提高，特別在負載較大的情況下，能夠提供穩定的報文接收成功率和休眠時間比例以及較低的媒體接入時延。

研究SSMAC協議如何在低負載的情況下更加有效地降低能耗和降低時延；如何將MAC層協議與無線傳感器網絡中其他層結合在一起，設計基于跨層的數據鏈路層協議是筆者下一步的研究工作。

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