摘要：首先對MAC協議進行了相關介紹。然后重點介紹了一種基于競爭的無線傳感器網絡MAC層協議SMAC協議。其核心是提出了一種新的無線傳感器網絡的MAC協議設計方案。基于動態調整占空比的思想，提出了ATC-SMAC協議。該協議在S-MAC協議的基礎上改進了固定占空比的劣勢，根據每個節點上的數據包的平均延遲調整占空比。通過動態地調整每個節點的占空比，使不同流量的節點擁有不同的工作時間，協議根據不同節點的流量情況自適應地對其占空比進行調整。經過仿真試驗，得到ATC-MAC在網絡端對端延遲、能量消耗以及吞吐量方面較S-MAC協議都有比較明顯的提高。
關鍵詞：無線傳感器網路；MAC協議；動態占空比；ATC-SMAC協議

無線傳感器網絡協議ATC-SMAC主要是提高基于競爭的S-MAC協議的能量使用率，同時減少S-MAC協議的網絡延遲。ATC-SMAC協議通過自適應地調整每一個節點的占空比，讓節點在不同的流量下使用不同的占空比工作，做到流量大時工作更長的時間，流量小時工作更短的時間，沒有流量的時候就不工作。

1 S-MAC協議的分析和研究
S-MAC協議是一種基于競爭的控制協議，具有同步機制功能與無中心等特點，不需要局部或全局中心主節點的調度傳感器節點自己發現鄰居節點，并合理地安排占用信道的時間。
1．1 S-MAC協議
S-MAC協議時間分為若干個幀，幀長度由應用程序來確定，幀內分為活動與睡眠兩個部分。在睡覺時段，節點關閉發送器模塊，緩存在此時負責采集數據信息，數據在等待序列中，到活動階段集中進行發送。在活動開始時，發送節點進入同步機制決定幀長度的確定方式，之后通過(RTS／CTS／DATA／ACK)機制發送數據信息，這個機制能夠避免因沖突產生的能耗。通過同步機制，局部的節點之間可以采用相同的時間周期，采用相同的工作休眠策略，它方便了無線傳感器網絡發現新節點。
1．2 S-MAC的節能機制分析
為了減少無線傳感器網絡消耗的能量，在IEEE 802．11基礎上提出了一種專門的傳感器網絡MAC協議S-MAc協議。無線傳感器網絡的沖突重傳、接收到不是發送給自己的數據、控制信號、空閑偵聽等造成傳感器網絡耗能的原因。它引入了節點間的SYNC機制，允許沒有數據發送和接收的節點進入休眠狀態以節省耗能。但根據前文所討論的，睡眠的本身會引起數據的傳輸中斷，從而增加延時。下面將具體分析S-MAC協議是怎么節能的。
1．2．1 交替偵聽／睡眠機制
S-MAC協議的工作是按照周期進行的，在每個周期里，每一個基于S-MAC協議的節點都會工作一段時間、睡眠一段時間，通過減少節點的工作時間來節省能量。如圖1所示S-MAC協議的一個周期包含了睡眠和偵聽兩個階段，偵聽階段屬于工作階段，偵聽階段如果收到數據包，則節點之間會建立通信。如果節點處于睡眠狀態，則節點不能接收任何數據，發送給它的數據都會被阻塞。處于睡眠狀態的節點會在一定時間后醒來。在S-MAC協議中，相鄰的節點是盡量同時睡眠同時偵聽的，為了保證時間上的一致，防止時鐘偏移，不同節點間需要定期廣播同步包來交換時間信息，從而進行調整，做到同步。

1．2．2 “虛擬簇”機制
S-MAC協議使用了“虛擬簇”的機制，在“虛擬簇”機制下，節點之間的調度信息是通過節點廣播SYNC包來實現的。S-MAC協議使用調度表來保存調度信息，每一個節點會保存一個調度表。節點會在啟動的初期監聽一段時間，因為S-MAC協議是固定占空比的，所以這段時間是固定的。在監聽的這段時間，如果節點能夠收到鄰居節點的調度信息，則它使用鄰居節點的調度周期更新自己的調度周期，并且它會在一段時間后廣播自己的調度信息。如果接收到的鄰居節點的調度方式與自己的調度方式相同，則調度方式不變；如果發現鄰居節點的調度方式與自己不同，而且還沒有收到與自己調度方式相同的節點消息，則使用新的調度方式進行調度。
1．2．3 串音避免機制
基于競爭MAC協議能量消耗的一個重要原因就是串音。在S-MAC協議中，如果節點收到不是發送給自己的RTS數據包或CTS數據包，節點會直接進入睡眠狀態。這樣，發送數據包的節點就不會把數據包和ACK報文發送到剛剛進入睡眠的節點，從而減少了節點處理這些數據包所消耗的能量。
1．2．4 沖突避免機制
競爭信道時產生的碰撞是每一個競爭類協議都會碰到的問題，S-MAC協議也對該問題進行了解決，盡量減少不必要的能量浪費。
1．2．5 消息分段機制
如果傳感器網絡傳遞比較長的數據包，一個包出錯就會重傳，這就將耗費比較多的能量。S-MAC為了解決這個問題采用了消息分段機制，將長消息分成幾個小的消息發送出去。