MAC协议有如下 优点 ：
（1）由于基于竞争的 MAC协议是根据需要分配信道，所以这种协议能较好地满足节点数量
和网络负载的变化；
（2）基于竞争的 MAC协议能较好地适应网络拓扑的变化；
（3）基于竞争的 MAC协议不需要复杂的时间同步或集中控制调度算法。
通信过程中造成能量损耗主要体现在以下几方面：
（1） 空闲监听 (idle listenning)
1.1 无线传感网的体系结构及结构
无线传感网是由一组无线传感器节点以 Ad hoc （自组织） 方式组成的无线网络，其目
的是协作地感知、 收集和处理无线传感网所覆盖的地理区域中感知对象的信息，
并传递给观
察者。这种无线传感网集中了 传感器技术、嵌入式计算技术和无线通信技术
，能协作地感
知、监测和收集各种环境下所感知对象的信息， 通过对这些信息的协作式信息处理， 获得感
息，并通过多跳方式将整个区域内的信息传送给基站（
BS）或汇集节点， BS 再通过传输通
信网络（由互联网、卫星网或移动通信网构成）将数据传到数据中心或发送给远处的用户。
反之，用户可以通过传输通信网发送命令给
BS，而 BS 再将命令转发给各个传感器节点。
无线传感网是以 数据为中心 的网络。分布式的无线传感网多为分簇形式，将传感器节点 分成多个簇， 每个簇存在一个簇头节点， 负责簇内节点的管理和数据融合， 分簇结构的无线
1. 网络拓扑控制技术 2. 网络通信协议
由于传感器节点的计算能力、 存储能力、 通信能力以及携带的能量都十分有限， 每个节
点只能获取局部网络的拓扑信息， 其上运行的网络协议也不能太复杂。 无线传感网协议负责
使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络， 目前研究的重点是 网络层协议 和数据链路
层协议 。
公司开发的 EYES传感器节点 等等。常用的处理器有 Intel StrongARM 、Texas Instrument
MSP430和 Atmel Atmega，常用的无线通信协议有 802.llb 、802.15.4/ZigBee 和 Bluetooth
等；与应用相关的传感器有 光传感器、热传感器、压力传感器以及湿度传感器
3.2 基于争型 MAC协议
基于竞争的 MAC协议的基本思想是， 当无线节点需要发送数据时， 主动抢占无线信道，
当在其通信范围内的其他无线节点需要发送数据时，
也会发起对无线信道的抢占， 这就需要
相应的机制来保证任一时刻在通信区域内只能有一个无线节点获得信道使用权。
如果发送的
数据产生了碰撞，就按照某种策略重发数据，直到数据发送成功或放弃发送。基于竞争的
尽量进入睡眠状态。
3. 网络安全技术 4. 时间同步技术
RBS、TINY/MINI-SYNC 和 TPSN 被认为是三个基本的同步机制。 RBS 机制是基于接
收者 - 接收者的时钟同步：一个节点广播时钟参考分组，广播域内的两个节点分别采用本地
时钟记录参考分组的到达时间，通过交换记录时间来实现它们间的时钟同步。
节点供电的能源供给单元 4 个部分组成， 感知单元 由传感器、 A/D 转换器组成，负责感知
监控对象的信息； 能源供给单元 负责供给节点工作所消耗的能量， 一般为小体积的电池； 传
输单元 完成节点间的信息交互通信工作， 一般为无线电收发装置， 由物理层收发器、 MAC 层
协议、 网络层路由协议组成； 处理单元 包括存储器和微处理器和应用部分， 感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。
自动识别等领域得到了广泛的应用。
7. 数据管理技术
8. 无线通信技术
9. 嵌入式操作系统
10. 应用层技术
第2章 物理层通信技术
第3章 2.4 典型的物理层通信技术
无线传感网使用的典型物理层通信技术，包括近距离无线通信技术的
ZigBee 技术、红
外通信技术，蓝牙技术，以及 WiFi 、 UWB技术 ；广域网络通信技术的 GPRS和 EDGE技术、
存期。数据融合技术在节省能量、 提高信息准确度的同时， 要以牺牲其他方面的性能为代价。
首先是 延迟的代价 ，在数据传送过程中寻找易于进行数据融合的路由、进行数据融合操作、
为融合而等待其他数据的到来， 这三个方面都可能增加网络的平均延迟。 其次是 鲁棒性的代
价 ，无线传感网相对于传统网络有更高的节点失效率以及数据丢失率，
传感网的体系结构如图 1-2 所示。 分簇方式的特点是 簇群内的节点只能与本簇的簇头通信，
簇头和簇头之间可以相互传递数据，可以通过多跳方式传送数据到数据中心
。
1.1.2 无线传感器节点结构
Hale Waihona Puke 无线传感器节点是一个微型化的嵌入式系统，它构成了无线传感网的基础层支持平台。
典型的传感器节点由 数据采集的感知单元、数据处理和存储单元、通信收发的传输单元和
展，对网络层协议和 API 进行了标准化，定义了一个灵活、安全的网络层，支持多种拓扑
结构， 在动态的射频环境中提供高可靠性的无线传输。 此外， ZigBee 联盟还开发了应用层、
安全管理、应用接口等规范。
ZigBee 的通信速率要求低于蓝牙， 由电他供电设备提供无线通信功能， 并希望在不更
换电池并且不充电的情况下能正常工作几个月甚至几年。
2001 年 8 月。
ZigBee 联盟的目的是为了在全球统一标准上实现简单可靠、价格低廉、功耗低、无线连接
的监测和控制产品进行合作，并于 2004 年 12 月发布了第一个 ZigBee 正式标准。
ZigBee 标准以 IEEE802.15.4 标准定义的物理层及 MAC层 为基础，并对其进行了扩
在无线传感网中， 路由协议不仅关心单个节点的能量消耗， 更关心整个网络能量的均衡
消耗，这样才能延长整个网络的生存期。
无线传感网是以 数据 为中心的。 这在路由协议中表现得最为突出， 每个节点没有必要采
用全网统一的编址， 选择路径可以不用根据节点的编址， 更多的是根据感兴趣的数据建立数
据源到汇聚节点之间的转发路径。无线传感网的
3.2.2 S-MAC 协议
2．关键技术
（1）周期性监听和睡眠 （2）自适应监听 （3）冲突和串音避免 （4）消息传递（分片传输机制）
4.3 ZigBee 协议
4.3.1 ZigBee 协议框架
相对于常见的无线通信标准， ZigBee 协议比较紧凑、简单， 从总体框架来看，可以分为
三个基本层次：物理层 / 数据链路层、 ZigBee 堆栈层和应用层，物理层 / 数据链路层位于最
负责控制整个传
典型的传感器节点体积较小，可能小于 1cm3次方，常被部署在无人照看或恶劣的环境
中，无法更换电池，节点能量受限。实际上各平台最主要
区别是采用了不同的处理器、无
线通信协议以及与应用相关的不同的传感器 。目前国内外出现了多种无线传感网节点的硬
件平台。如：美国的 CrossBow 公司开发的 Mote 系列节点 Mica2、MicaZ、Mica2Dot ，Infineon
TINY/MINI-SYNC 是简单的轻量级的同步机制：假设节点的时钟漂移遵循线性变化，那么两
个节点之间的时间偏移也是线性的， 可通过交换时标分组来估计两个节点间的最优匹配偏移
量。 TPSN采用层次结构实现整个网络节点的时间同步：所有节点按照层次结构进行逻辑分
级，通过基于发送者 - 接收者的节点对方式，每个节点能够与上一级的某个节点进行同步，
帧的装配以及接收到的数据帧的解析。
2. ZigBee 堆栈层
ZigBee 堆栈层由网络层与安全平台组成， 提供应用层与 IEEE802.15.4 物理层 / 数据链
路层的连接，由与网络拓扑结构、路由、安全相关的几个堆栈层次组成。
3. 应用层
应用层包含在网络节点上运行的应用程序，
赋予节点自己的功能。 应用层的主要功能是
标节点，按照某种定位机制确定自身的位置。
在无线传感网定位过程中，通常会使用 三边
测量法、三角测量法 或 极大似然估计法 确定节点位置。根据定位过程中是否实际测量节点
间的距离或角度，把无线传感网中的定位分类为
基于测距的定位 和 无需测距的定位 。
6. 数据融合技术
无线传感网是能量约束的网络， 减少传输的数据量能够有效地节省能量， 提高网络的生
：节点在不需要收发数据时仍保持对信道的空闲侦听。
（2） 冲突重传 ：数据冲突导致的重传和等待重传。
（3） 控制开销 ：为了保证可靠传输，协议将使用一些控制分组，如
RTS/CTS，虽然没有数
据在其中，但是我们必须消耗一定的能量来发送它们；
（4） 串扰 (overhearng) ：节点因接收并处理并非传输给自己的分组造成的串音。
WiMax、 3G 与 LTE（ 4G）通信技术 。
1. ZigBee
ZigBee 技术是一种 近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本
的 双向 无线通信技
术。主要用于距离短、 功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的
有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
ZigBee 协议是由 ZigBee 联盟制定的无线通信标准，该联盟成立于
数据融合可以大幅度
降低数据的冗余性， 但丢失相同的数据量可能损失更多的信息， 因此相对而言也降低了网络
的鲁棒性。
数据融合技术可以与无线传感网的多个协议层次进行结合。
在 应用层 设计中， 可以利用
分布式数据库技术， 对采集到的数据进行逐步筛选，达到融合的效果；在
网络层 中， 很多路
由协议均结合了数据融合机制， 以期减少数据传输量。 数据融合技术已经在目标跟踪、 目标
将输入转化为数字数据，或者将数字数据转化为输出。