SMAC协议与TMAC协议的区别

S-MAC协议和T-MAC协议的区别

摘要：介绍无线传感网络MAC协议的性能要求，S-MAC协议与T-MAC协议的特点，以及对无线传感网络MAC未来发展的展望。

关键词：无线传感网络，S-MAC协议，T-MAC协议

Comparison of S-MAC protocol and T-MAC protocol

Abstract: This paper introduces the performance requirements of wirele sensor network MAC protocols, S-MAC protocol with T-MAC protocol characteristics, as well as the outlook for wirele sensor networks MAC future development.Keywords: wirele sensor networks, S-MAC protocol, T-MAC protocol

引言：当前集信息采集、处理、无线传输等功能于一体的无线传感器网络（wirele sensor network,简称WSN）的发展正在给人类生产和生活的各个领域带来深远的影响。但是WSN的现阶段的发展也有自己的难题，比如网络协议、能量、定位、可靠性、网络架构以及数据处理等问题。本文主要就网络协议中的竞争型协议S-MAC和T-MAC的优缺点进行介绍。

1 无线传感网络MAC协议概述

无线传感器网络MAC协议的设计重点在于：能量效率（空闲监听、冲突、控制开销、串扰）、开拓展和适应性、网络效率、算法复杂程度、与其它层协议的协同等。其中能量效率尤其重要。在WSN中的能量消耗主要集中在通信能耗、感知能耗和计算能耗，在这其中，通信能耗又占很大比重。基于上述原因，无线传感网络MAC协议通常采用“侦听/休眠”交替的信道访问策略。而根据信道访问策略的不同，我们又可以把MAC协议分为竞争协议、调度协议和混合协议。S-MAC协议和T-MAC协议都是竞争型协议。

2 S-MAC协议

S-MAC协议的关键技术一是周期性的睡眠和监听：在S-MAC协议中，一个周期内有睡眠和监听两种状态，节点之间协同，保持监听同步，为建立协调或同步的休眠调度，每个节点需要向直接相邻节点广播SYNC消息。二是自适应监听：在一次通信过程中，通信节点的邻居在此次通信结束后唤醒并保持监听一段时间，如果节点在这段时间接收到RTS帧，则可以立即接收数据，而不需要等到下一个监听周期，从而减少了两个节点间的数据传输延迟。三是消息传递：将长的信息包分成若干个短的DATA段，突发式传输。

S-MAC周期性睡眠和监听

3 T-MAC协议

T-MAC协议的关键技术：由于S-MAC协议调度占空比固定，不能很好的适应网络流量的变化，所以T-MAC动态调整调度周期中的活跃时间长度，在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠，同时T-MAC也延用S-MAC协议思想，周期性的广播SYNC帧，固定周期调度后全监听周期，发现邻居。在RTS操作和TA的选择上：发现RTS未收到CTS，应再发送一次，TA>竞争信道时间+RTS发送时间+CTS准备时间。但是T-MAC有早睡（节点在邻居准备向其发送数据时进入睡眠状态）的问题，解决方法有两种：未来请求发送帧和满缓冲区优先。

normalactive timesleep timeTMACTATATA

T-MAC基本机制

AContendRTSCTSDATAACKBCContendContendTA

RTS的操作与TA的选择 AContendRTSCTSDATAACKBCContendContendDActiveTASleepRTS?

早睡问题

AContendRTSCTSDATAACKBCContendContendDActiveFRTSTAActiveRTS

未来请求发送（Future request-to-send，FRST）

AContendBContendCContendRTSDRTSCTSTADATAACK

满缓冲区优先（接收RTS节点优先）

4 S-MAC协议与T-MAC协议的优缺点

S-MAC协议的优点是通过睡眠机制减少了空闲侦听的能量损耗，实现简单，交换交换时间表减少了同步所需要的开销；缺点是广播数据包并没有使用RTS-CTS，这样就增大了冲突碰撞的可能性，自适应可能会导致空闲侦听和窃听，睡眠和监听的周期是预先定义的，并且是固定的，这样在复杂多变的网络负载条件下，这种策略的效率会大大降低。同时S-MAC协议主要适用在数据量少，可进行数据的处理和融合，节点协同完成共同的任务，网络可以容忍一定程度的通信延迟的环境下。

T-MAC协议的优点是减少了空闲侦听功耗，适用于可变负载的场景，缺点是FRTS可以减少延时和提高吞吐率，但是DS分组和FRTS分组带来额外的通信开销，FBP发法减少了早睡发生的可能性，并具有简单的流量控制作用，但是当网络流量较大时增加了冲突的概率。

5总结与展望

无线传感网络MAC协议的发展趋势并没有呈现收敛性，不存在通用MAC协议，也无法形成标准。但是我们应该注意到：（1）提高能量效率是现有WSN MAC协议的首要设计目标，但是不应该是唯一的目标；（2）WSN的应用特点使得流量类型具有特殊性；（3）现有WSN MAC 协议的完全性仍然十分脆弱，安全问题不容忽视；（4）现有WSN MAC协议对节点动态加入、退出网络和失效的考虑以及对节点移动性的支持明显不足，限制了MAC协议的扩展性和可用性；（5）现有无线通信模型和假设过于简单和理想，极大地限制了MAC协议研究转化为生产力，因此需要研究更加接近真实物理世界的通信模型。

参考文献：

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