一、無線網絡的設計目標
1、通用無線網絡
① 存在問題：無線網絡需要滿足衆多終端節點的上行或下行鏈路傳輸需求。
② 目標：高公平性、高吞吐量。（強調節點公平的最大化通信帶寬利用率）
③ 追求：節點的數據能高速且完整地傳輸給接收方。
④ 默認條件：每個節點都有充足的能源供應。
2、無線傳感網絡
① 存在問題：無線網絡整體需要更長的生存時間。
② 目標：高能量效率、高適應性、高可靠性、可擴展性、低延時和可預測性。
③ 追求：節點間協同完成一項任務。
④ 默認條件：每個節點都有能源限制。
二、MAC協議的設計目標
MAC協議的設計目標是依據無線傳感網（WSN）中存在的問題而設定的，MAC協議是構建WSN的基礎，當MAC協議能夠實現高能量效率、高適應性、高可靠性、可擴展性、低延時和可預測性，實質上也就實現了WSN中的設計目標。
1、針對能量效率的MAC協議設計
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目標1：實現動態能量管理（使節點在不同的狀態下進行切換）
① 工作狀態（Active Mode）：消耗能量較大，如發送數據時。
② 空閒狀態（Idle Mode）：消耗能量較低，如節點無任務時。
③ 睡眠狀態（Sleep Mode）：消耗能量極低，可被喚醒並轉至其他狀態，如節點不收發數據、不感知環境時。 -
原因：WSN中的流量通常既有週期性突發的特點，因此動態能量管理是一種有效的節能方式。
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目標2：降低MAC協議的開銷（使MAC協議在交互過程中的協議開銷降低）
① 精簡報文頭的設計
② 降低交互過程的時間週期
③ 精簡報文交互的步驟
④ 控制交互過程中所使用的報文數量
⑤ 提高交互過程中邏輯的可靠性 -
原因：WSN中的MAC協議直接控制着物理層空口的使用，因此MAC協議的優良設計可以提高能量效率。
補充：空口即空中接口，是基站和網絡節點之間的無線傳輸規範，定義每個無線信道的使用頻率、帶寬、接入時機、編碼方法以及越區切換等內容。
2、針對可擴展性的MAC協議設計
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目標：使用分佈式的MAC協議（依賴局部信息進行無線資源的接入控制）
① 每個節點依據自身感知到鄰近節點的信息，然後控制自身信道的接入。當無線網絡達到收斂後，達到信道利用率的次優解。
② 網絡被分層管理，形成多個簇，簇內使用星形拓撲，而簇間可以使用點對點拓撲（Ad hoc）或星形拓撲。 -
原因：WSN中通常採用多跳和對等的通信與組網模式，大部分節點的能源受限，網絡規模經常發生變化，集中式管理的MAC協議一般難以在WSN中良好工作，因此需要採用分佈式MAC協議。
補充：收斂對於路由協議，表示的是網絡上的路由器在一條路徑不能使用時必須決定替代路徑，並且是在最佳路徑的判斷上所有路由器達到一致的過程。
3、針對適應性的MAC協議設計
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目標：使用動態的MAC協議（基於當前的需求和網絡狀態實現介質訪問控制）
① WSN需要具備自我管理能力，可以根據網絡的變化做出動態調整。（如拓撲結構、網絡規模、節點分佈密度等）
② MAC協議需要適應網絡的變化而不是顯著地增加開銷。 -
原因：WSN中的網絡變化會影響網絡整體的介質控制，從而產生大量的開銷，固定的MAC協議一般難以在WSN中良好工作，因此需要採用動態的MAC協議。
4、針對低延時和可預測性的MAC協議設計
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目標：使用時延約束的MAC協議（傳感器數據的採集、匯聚和傳輸等過程需要儘可能在時延截止期內完成）
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原因：WSN中的時延控制需要全局考慮，許多因素都有可能影響時延，並且確定理論的時延上界需要考慮網絡的整體設計，因此需要採用時延約束的MAC協議。
5、針對可靠性的MAC協議設計
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目標：使用高可靠的MAC協議（着重關注節點失效和信道傳輸錯誤，能夠檢測和恢復傳輸差錯和傳輸碰撞）
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原因：WSN中需要一個可靠性高的環境，而MAC協議的設計會影響可靠性，因此需要採用高可靠性的MAC協議。
三、LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）協議
1、概念：一種面向微傳感器網絡的低能耗自適應分簇的分層式MAC協議。
2、特點：① 自適應、自動分簇
② 數據傳輸局部控制
③ 低能耗媒質接入
④ 可根據特定應用進行數據融合
3、協議流程：
Step1：建立階段（分佈式分簇形成算法：無需全局控制、靈活、容錯性高）
① 動態地自適應成簇，並且確定簇頭。
② 每個簇建立自己的調度表。
③ 簇頭能量消耗較大，簇頭會輪換。
Step2：穩定階段（簇頭協調簇內數據傳輸）
① 簇內節點發送數據給簇頭，進行低能耗的通信。
② 簇內通信基於TDMA（時分多址）的無競爭MAC協議，無干擾，每個節點都被分配有固定的傳輸時隙。
③ 簇間通信基於CSMA（載波監聽多路訪問）的基於競爭的MAC協議，存在潛在干擾。
補充：通過直接序列擴頻通信（DSSS）技術，將每個簇分配到不同的特定擴頻序列，可以克服簇間的通信干擾。並且部分保留擴頻序列用於簇頭和基站之間的通信（採用結合DSSS的CSMA技術）。
4、改進方案：LEACH-C協議（依靠基站確定簇頭）
① 基本思路：在建立階段，每個傳感器節點都將自身的位置和能量信息傳送到基站，基站根據收集的全局信息選擇簇頭，並通知其他節點按LEACH方法加入簇羣。
② 優點：得到最優的分簇方案。
③ 缺點：需要使用到位置跟蹤的方法，每個節點也需要與基站進行通信，擴展性不高，並且可能產生較大的控制開銷。
