在发送数据之前预约信道，以避免信道碰撞。CSMA/CD共享流程如下：

1.在发送数据之前，监控信道的使用情况。经过一段时间的维护，然后随机等待一段时间，信道仍然是免费的。由于每个设备的随机时间不同，冲突的机会可以减少。

2.在发送数据之前，先发送一小段 RST 向目标端报告，等待目标端回应 CTS 报文后才开始传送。RTS/CTS握手，确保RTS/CTS握手程序。

当另一个设备上电时，如果设备不是协调器，他通过扫描找到现有的网络，然后选择已建立的网络进行关联。如果设备是协调设备，扫描现有网络，选择空余信道和合法信道PANID，然后建立一个新的网络。当设备在通信过程中与相关协调器失去同步时，也需要扫描通知协调器。实现此功能。定义了四种扫描： ED扫描（ED SCAN ），主动信道扫描、被动信道扫描、孤立信道扫描。

关联是指设备加入网络，解除关联，即设备退出网络。一般设备启动扫描后，已获得附近网络的参数。下一步是选择合适的网络与协调器进行关联。

MAC帧，即MAC 协议数据单元。按照特定的顺序排列一系列字段，设计目标是在保持低复杂度的前提下实现噪声通道的可靠传输。

隐藏终端： 隐藏终端的存在，节点检测不到载波并不意味着信道空闲可以发送数据

隐藏终端 图中的 C 指接收节点 图a 中的 B 在发送节点的覆盖范围内图a中的A覆盖范围外的节点.隐藏终端可能会将分组发送到同一接收节点，导致接收节点的分组碰撞。

暴露终端: 节点检测到载波并不意味着信道忙，无法发送数据

暴露终端是指在接收节点的干扰范围之外，在发送节点的侦听范围内。如图 在节点B 向节点A 发送报纸，节点C (暴露终端) 侦听到节点B 节点C不能同时向节点D发送报告，延迟发送，造成不必要的延迟，MAC 当节点C向节点D发送报告时，层协议不应影响节点B和节点A的通信。曝光终端的缺陷是报纸发送过程中不必要的延迟，信道利用率下降。

节点进入工作时:先听固定时间:

1)如果您在调查期间收到其他节点的调度信息，您将调整您的调度信息与其他相邻节点一致，并在随机时间播调度信息；

2)当节点在侦听期间收到许多邻居节点的调度信息不一致时，可以选择将调度信息调整为与第一个接收到的邻居节点的调度信息一致，并记录其他邻居节点的调度信息。

3)侦听期间未收到任何节点发送的调度信息的，应自行生成调度信息并广播；

传感器网络使用更多的俯瞰，周期性休眠会导致通信的延迟积累。为了解决这个问题，采用了一种自适应监控机制，其基本思想是在通信过程中。通信节点的邻居节点在通信结束后醒来并保持监控一段时间。如果您在此期间收到它RTS帧，则可立即接收数据，不必等到下一周期。减少了数据传输延迟。

采用RTS/CTS解决隐终端问题的机制。避免串音，S-MAC协议允许节点接收到发送到其他节点的协议RTS和CTS进入休眠后的消息。

短信：使用RTS/CTS，DATA／ACK发送机制；

长消息：将一个长消息分割为几个短消息在预约的时间内突发发送，短消息也是利用RTS/CTS，DATA／ACK，不同的是S-MAC中长消息分割的短消息RTS/CTS，DATA／ACK帧中携带的是整个长整个长信息。(剩余份数)

（１）S-MAC无线传感网络中的能量问题通过周期性的侦听和睡眠机制得到了很好的解决：

高负荷：当信道处于高负荷时，侦听阶段得意充分利用；

低负荷：睡眠阶段可以更好地节量。

（２）使用CSMA协议中的RTS/CTS，DATA／ACK有效避免冲突的消息传递机制；

S-MAC协议中的空比是固定的，信道中的极端情况：（1）负载过高，休眠时间过长，不利于数据传输；（2）负载过低时，听力时间长，或不能有效利用有限的能量，浪费能量。

竞争型MAC由于冲突重传、空闲监控、串扰等原因，协议存在效率低下的缺点。MAC 将信道资源按需间隙、代码类型或频率分为多个子信道。数据包在传输过程中没有冲突，因此能量效率较高。但是分布式MAC不能灵活适应网络拓扑结构的变化，因此提出了混合型MAC协议。

ZMAC协议概述 结合竞争模式和分配模式CSMA机制是基本方法。在竞争加剧时使用TDMA解决信道冲突问题的机制。

ZMAC引入时间帧的概念，每个时间帧分为几个间隙。ZMAC在网络部署过程中，每个节点都执行间隙分配DRAND算法。间隙分配后，每个节点在时间帧中都有一个间隙。分配间隙的节点称为间隙的所有者，间隙的所有者更优先地在相应的间隙中发送数据。

在ZMAC在中间，节点可以选择在任何间隙发送数据。节点在某个间隙发送数据需要监控信道状态，但间隙所有者具有更高的发送优先级。通过设置大规模的退出时间窗口来实现发送优先级口来实现的。时间间隙的所有者被赋予一个较小的时间窗口，因此他们可以抓住信道。通过这种机制，当所有者闲置时，时间间隙被其他节点使用，从而提高信道利用率。

关键技术 1.邻居节点发现和间隙分配，2.当地时间帧交换，3.传输控制，4.局部同步

ZMAC协议是混合型的MAC协议可以根据网络中的信道竞争情况动态调整MAC协议采用的机制在CSMA 和 TDMA 之间切换。

在网络数据量较小时，竞争者少，协议工作在CSMA机制下。网络数据量大，竞争对手多，协议工作TDMA机制下。利用拓扑信息和时钟信息提高协议性能。

ZMAC协议结合竞争型MAC与分配型MAC适应网络拓扑的变化，提供均衡的网络性能。

以数据为中心的自适应路由协议的目标是通过节点间的协商系统和资源自适应机制解决无线传感器网络中的数据冗余问题。

为了减少网络中数据传输的数据量，节点少冗余，从而减少能量消耗。

SPIN协议采用三个握手协议实现数据交互。协议运行过程中使用三种报纸数据ADV,REQ和DATA。

ADV 广播用于数据。

REQ 请求发送数据。

DATA 原始感知数据包装载在原始感知数据包中。

​ SPIN协议有两种工作模式：SPIN1和SPIN2。

​ SPIN协议特点： SPIN协议下，节点不需要维护邻居节点的信息，一定程度上能适应节点移动移动的情况。在能耗方面，比传统模式减少一半以上。**不适用于高密度节点分布的情况。**由于SPIN协议通过节点之间的协商，解决了内爆和重叠现象。SPIN协议不需要了解网络拓扑结构，适合在节点可以移动的WSN中使用。

​ 定向扩散（DD，directed diffusion）路由协议是一种基于查询的路由方法。

​ 四个阶段： 周期性的兴趣扩散，梯度建立，数据传播与路径加强。

试题：简述DD路由协议的工作过程

​ 答：DD路由协议分为三个阶段：兴趣扩散（采用泛洪）；梯度建立（反向建立）；强化路径（Sink节点会收到多条路径，选最优路径，进行加强，以后的数据按照加强路径传送）

（1）兴趣扩散阶段： Sink节点（汇聚节点）查询兴趣消息：兴趣消息采用泛洪的方法传播到网络；有和兴趣匹配数据的节点发送数据；兴趣扩散阶段建立节点到Sink（汇聚节点）的路径.

**（2）数据传播阶段：**当传感器节点采集到与兴趣匹配的数据时，把数据发送到梯度上的邻居节点，并按照梯度上的数据传输速率设定传感器模块采集数据的速率。

**（3）路径加强阶段：**定向扩散路由机制通过正向加强机制来建立优化路径，并根据网络拓扑的变化修改数据转发的梯度关系。兴趣扩散阶段是为了建立源节点到汇聚节点的数据传输路径，数据源节点以较低的速率采集和发送数据，称这个阶段建立的梯度为探测梯度。汇聚节点在收到从源节点发来的数据后，启动建立到源节点的加强路径，后续数据将沿着加强路径以较高的数据速率进行传输。加强后的梯度称为数据梯度。

​ 该算法基本思想是：以循环的方式随机选择蔟首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。

​ 网络随机选择簇头，其他非簇头节点以就近原则加入相应的簇头。形成虚拟簇。簇内节点将将感知到的数据直接发给簇头，簇头将本簇内的数据进行融合处理以减少网络传输量。

​ 簇头节点的选择依据网络中所需簇头的节点数和每一个节点已成为簇头的次数来决定。

具体办法：每个传感器节点生成 [0,1] 之间的随机数,如果大于阈值T,则选该节点为聚类首领T的计算方法如下：

​ n∈G 当n不属于G的时候 T = 0；

​ N 为网络中传感器连接节点的个数，k为网络中的簇头的节点个数。r为已完成的周期数。G为网络的生存周期。

​ 簇建立阶段(setup phase)和稳定运行阶段(ready phase)。簇建立阶段和稳定运行阶段所持续的时间总和为一轮(round)。为减少协议开销，稳定运行阶段的持续时间要长于簇建立阶段。

​ 在簇建立阶段，传感器节点随机生成一个0，1之间的随机数，并且与阈值T(n)做比较，如果小于该阈值，则该节点就会当选为簇头。

用途：

基于地理位置的路由协议：使用地理位置信息建立路由，节点直接根据地理位置信息制定数据转发策略

使用地理环境信息作为其他路有算法的辅助：可以限制网络中手说路由的范围，减少路由控制分组的数量

基本思想：GOSR协议是使用地理位置信息实现路由的一种算法，它使用了贪婪算法建立路由。

模型：当源节点S向汇聚节点D转发数据分组时S先选择在他通信范围内部距离汇聚节点D最近的节点作为下一跳的转发节点，这个过程一直重复，直到数据分组转发完成
关键技术；

GPSR协议中有两个核心问题：最佳主机问题和边界转发策略问题、

最佳主机问题

最佳主机问题又称为局部优化问题，如图圆1是节点的发射和接收区域，圆2是节点B的接收和发射区域。源节点S和目的节点D进行通信，根据贪婪算法可以知道，到达中间节点B，邻居节点A与中间节点B到达汇聚节点D的距离相比B更近，并且B在D的通信范围之内，所以B选择自己作为传送的下一个节点，但是超过了B的发射区域所以B选择邻居节点A作为自己的下一跳节点，以此类推传送的路径为B到A到C到D到E到D；这就是由边界转发策略来解决最佳主机问题。

边界转发策略

基础： 右手法则和平面图的构造

右手法则是节点X接收节点Y 的数据，他的下一条路径以节点X为原点，沿着（X,Y）逆时针方向上的第一条链路，就是如图（X,Z）节点按照这个规矩以此转发数据

平面图构造

​ 基本思想 AODV协议 旨在多个移动节点之间建立和维护一个动态的、自启动的、多跳的专属网络。AODV协议使得移动节点能快速获得通向新的目的节点的路由，并且节点仅需要维护通向他的信号所及范围内的节点的路由，更远的节点的路由则不需要维护。 网络中节点的连接断开和移动会使网络的拓扑结构发生变化，AODV协议使得移动节点能适应对这种变化做出响应。

​ 网络中每个节点维护路由缓存表，路由缓存表的内容使到达源节点已知得节点路由。

​ 路由发现过程： 当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时，如果没有到达目标节点的路由，则必须先以多播的形式发出RREQ(路由请求)报文。RREQ报文中记录着发起节点和目标节点的网络层地址，邻近节点收到RREQ，首先判断目标节点是否为自己。如果是，则向发起节点发送RREP(路由回应);如果不是，则首先在路由表中查找是否有到达目标节点的路由，如果有，则向源节点单播RREP，否则继续转发RREQ进行查找。

​ 路由维护过程 如果发起路由请求的源节点移动了，它能够再次发起一个路由发现过程，以找到到达目的节点的新路由。如果沿着某路由的某个节点移动了。在移动节点的 “上游” 邻居节点就会注意到此节点的移动，这时上游就会传播一个链接断开的信息给上游节点的每一个有效的上游节点，通知他们删除路由表中对应的无效路由。这些节点依次转发这个链路断开的信息给上游节点，一直到达源节点。源节点将再次发起路由发现过程。

​ 将数据从源节点传输到目的节点的机制。

能量优先

​ 传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量消耗问题。而无线传感器网络中节点的能量有限，延长整个网络的生存期成为传感器网络 路由协议设计的重要目标，因此需要考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。

基于局部拓扑信息

​ 无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下，如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题。
以数据为中心
传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据，而无线传感器网络中大量节点随机部署，所关注的是监测区域的感知数据，而不是具体哪个节点获取的信息，不依赖于全网唯一的标识。传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流，按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等，以数据为中心形成消息的转发路径。