This paper proposes S-MAC, a medium-access control (MAC) protocol designed for wireless sensor networks. Wireless sensor networks use battery-operated computing and sensing devices. A network of these devices will collaborate for a common application such as environmental monitoring. We expect sensor networks to be deployed in an ad hoc fashion, with individual nodes remaining largely inactive for long periods of time, but then becoming suddenly active when something is detected. These characteristics of sensor networks and applications motivate a MAC that is different from traditional wireless MACs such as IEEE 802.11 in almost every way: energy conservation and self-configuration are primary goals, while per-node fairness and latency are less important. S-MAC uses three novel techniques to reduce energy consumption and support self-configuration. To reduce energy consumption in listening to an idle channel, nodes periodically sleep. Neighboring nodes form virtual clusters to auto-synchronize on sleep schedules. Inspired by PAMAS, S-MAC also sets the radio to sleep during transmissions of other nodes. Unlike PAMAS, it only uses in-channel signaling. Finally, S-MAC applies message passing to reduce contention latency for sensor-network applications that require store-and-forward processing as data move through the network. We evaluate our implementation of S-MAC over a sample sensor node, the Mote, developed at University of California, Berkeley. The experiment results show that, on a source node, an 802.11-like MAC consumes 2-6 times more energy than S-MAC for traffic load with messages sent every 1-10 s

چکیده

این مقاله S-MAC را که یک پروتکل کنترل دستیابی به رسانه (MAC) طراحی­ شده برای شبکه­ های حسگر بی­ سیم است پیشنهاد می­ دهد. شبکه­ های حسگر بی­ سیم از ابزار محاسباتی و حسگری استفاده می ­کنند که با باتری کار می ­کنند. یک شبکه از این ابزار ها برای یک برنامه­ ی معمولی مانند نظارت محیطی به کار گرفته می­ شود. ما انتظار داریم شبکه­ های حسگر در مد ad hoc توسعه یابند، با گره­ هایی که برای مدت زمان زیادی غیرفعال می ­مانند ولی به یکباره و زمانی که چیزی تشخیص داده می­ شود فعال می­ شوند. این ویژگی ­های شبکه­ های حسگر و کاربرد های آن­ MAC­ای را می ­طلبد که متفاوت با MACای است که با MAC بی­ سیم سنتی چون IEEE 802.11 در موارد زیادی متفاوت هستند: ذخیره ­ی انرژی و خود پیکره ­بندی اهداف اصلی هستند، در حالی که عدالت به ازای هر گره و تاخیر اهمیت کمتری دارند. S-MAC از سه تکنیک جدید جهت کاهش مصرف انرژی و پشتیبانی از خودپیکره­ بندی استفاده می­ کند. جهت کاهش مصرف انرژی در گوش دادن به یک کانال، گره­ها به صورت دوره­ ای به خواب می ­روند. گره ­های همسایه، خوشه­ های مجازی را جهت همگام­ سازی خودکار زمان­بندی ­های خواب شکل می­ دهند. با الهام از PAMAS، S-MAC نیز رادیو را به گونه ­ای تنظیم می­ کند که طی انتقال دیگر گره­ ها به خواب برود. برخلاف PAMAS، فقط از سیگنال ­دهی درون کانالی استفاده می ­کند. در آخر، S-MAC از تبادل پیام جهت کاهش تاخیر رقابت برای برنامه ­های شبکه­ ی حسگری که به هنگام حرکت داده در شبکه به فرآیند پردازش ذخیره و ارسال نیاز دارند استفاده می­ کند. ما پیاده ­سازی ­مان از S-MAC را روی یک گره­ ی حسگر نوعی، Mote، که دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، توسعه داده شده است، ارزیابی نموده ­ایم. نتایج آزمایش­ ها نشان می ­دهند که در یک گره­ ی مبدا، یک MAC از نوع 802.11 نسبت به S-MAC برای بار ترافیکی با ارسال پیام در هر 1 تا 10 ثانیه، 2 تا 6 برابر انرژی مصرف می ­کند.

1-مقدمه

شبکه­ های حسگر بی ­سیم یک تکنولوژی نو ظهور است که محدوده­ ی وسیعی از کاربرد های احتمالی شامل نظارت محیطی، فضا های هوشمند، سیستم ­های پزشکی و کاوش روباتیک را در برمی ­گیرد. چنین شبکه­ ای در حالت عادلی شامل تعداد زیادی از گره ­های توزیع ­شده است که خودشان را در یک شبکه ­ی بی ­سیم چند hopای سازمان ­دهی می ­کنند. هر گره یک یا چند حسگر دارد، که پردازنده ­ها و رادیو های کم­ توان در آن ­ها جا سازی شده و در حالت عادی با باتری کار می­ کند. در حالت عادی، جهت انجام یک کار معمول جهت­ دهی شده­ اند...