1.2 S—MAC 協議的缺點分析

可以說 S—MAC 協議考慮的十分全面，但還是有其自身的缺點，首先，周期性睡眠監 聽中的同步帶來了一定的控制包開銷(同步包)，并且同步的維護將消耗掉節點并不充裕的空 間資源。另外，睡眠工作周期受到各個方面的限制，并不能達到超低功耗的要求(周期長度 受限于延遲要求和緩存大小，而周期長度直接反映節能效率)，其次，在大規模的的傳感網 中，周期性睡眠*將會帶來難以忍受的延遲問題(流量自適應偵聽并不能有效解決)，最后， 邊界節點的消耗能量要比普通節點大的多，導致節點間的能量消耗并不平衡。

1.3 TMAC 協議

針對 S—MAC 協議不能根據網絡負載自適應地調整占空比的問題，TMAC 協議在保持偵聽和睡眠時間總和不變的基礎上，該協議設定了一個最小的空閑偵聽時間TA，在從睡眠 狀態喚醒之后，若在該TA 時間段中沒有發生激活事件，則又重新進入睡眠周期，否則繼續 增加一個TA 保持偵聽狀態。通過這種方式，節點可以提前結束偵聽時間進入睡眠從而減少 能耗，但同時也帶來了早睡問題，雖然為解決這些問題提出了未來請求發送和滿緩沖區優先 方法，但結果并不理想。

1.4 Sehedules 類協議的總結

從上面的兩個協議的分析可以看出 Schedules 類協議可以達到較好的功耗控制，且比 較容易融合各種功耗控制的相關技術，但相應的設計和實現卻更加的復雜，如網絡啟動時如 何實現同步，怎樣維護同步以及新節點的加入等，并會引入一些其它的額外開銷，如同步包 的控制開銷，維護調度表的資源開銷等，最后，還會帶來累積延遲問題。

二 更節能的新MAC 協議的研究和設計

2.1 節點能量浪費的主要原因

通過大量的實驗和理論分析論證，歸納出可能造成網絡中節點能量浪費的幾方面原因: (l)競爭信道消耗。節點要發送或接收數據，使用共享的無線信道，可能引起多個節點 之間發送的數據發生碰撞，而—旦發生碰撞現象，為了保證數據的完整性，節點必須重傳數 據，這也就造成了節點的能量浪費。

(2)串音現象。節點接收處理冗余數據(大量相同或近似數據)導致能量的浪費。

(3)過度的空閑偵聽。節點除了發送數據外，其他時間段都處于空閑狀態，以便偵聽信 道隨時準備接收可能傳輸給自己的數據。而根據文獻[4]處于空閑狀態的節點也要消耗大量 的能量。

(4)控制信息開銷。節點在傳輸數據時會加入—些額外的控制信息，從而加長了數據幀 長度，數據量的增加造成了額外的能量開銷。

2.2 新協議的設計:自適應調整占空比MAC 協議

2.1.1 設計思路

文獻[5]也提出了一種ADC-MAC 協議，其工作原理是根據網絡中的負載即數據流量的大 小，來改變節點處于偵聽狀態下的時間。其優點是可以靈活的調節*時間，但也帶來了一 些問題，首先，繁瑣的計算公式帶來了額外的參數傳輸和開銷管理。其次，頻繁的變動DC (Duty_cycle 占空比)會造成額外的硬件響應時延。

新協議是在S—MAC 協議的基礎上，根據業務量的大小來調節*時間。可是直接判斷 業務流量的大小有一定的困難，我們考量S-MAC 協議設定的重傳數值這一參數。設定當重傳 次數為5 時，業務流量大小記錄為Ts，當網絡流量>Ts 時，DC=20%。當網絡流量Ts: DC=30%。同樣的理由， 當連續5 個周期網絡流量

2.2.2 仿真分析

本文采用了由UC Berkeley 開發的、面向對象的、離散事件驅動的網絡環境模擬器NS-2 對改進的S-MAC 協議進行了仿真實驗，分別對S—MAC 協議和基于數據流量自適應調整占空 比的新MAC 協議的網絡性能進行比較，這里的性能主要指數據收發比、平均占空比以及能耗。 數據收發比是指目的節點總的收到的數據包數與源節點總的發包數的比值，能耗指的是每成 功傳送lbit 數據所消耗的能量。

仿真中有關參數設置如下:無線設備帶寬100kbps,傳輸范圍250m,干擾范圍550m,包長 度100 字節,傳輸功率0.66 瓦,接收功率0.395 瓦,空閑*時耗電0.35 瓦,休眠時耗電忽略 不計設為0。根據無線參數和包的長度,S-MAC 協議的活動時間設為20ms。