随着无线通信和微电子技术的进步,无线传感器网络取得了迅速的发展,成为当前IT技术的最新研究热点之一。无线传感器网络能够用于环境监测、目标跟踪、工业控制与医疗护理等领域,具有广阔的应用前景。与传统无线网络相比,无线传感器网络是由大量的微传感器节点通过自组织方式构成的多跳网络,具有有限的电源能量、通信能力和计算存储能力。因此,传统无线网络技术不能适应无线传感器网络的设计要求,需要专门为其设计拓扑、路由及MAC等协议。 介质访问控制(MAC)协议决定了访问信道和分配资源的方式,是构建网络底层结构、保证网络高效通信的基础,也是无线传感器网络的研究热点之一。目前的无线传感器网络MAC协议可按信道访问分为基于竞争方式和基于固定分配方式。其中,S-MAC协议是具有代表性的基于竞争的传感器网络MAC协议,采用了周期侦听、串听避免和消息传递等机制有效地节省了网络能耗。然而S-MAC协议的严格调度机制导致了多跳传输延迟过大、低负载时空闲侦听过多以及边界节点能耗过快等问题。因此,修改的S-MAC在原协议上引入了自适应侦听机制来解决传输时延问题,但仅保证分组在周期内再前传一跳距离。T-MAC协议采用动态调整活动时间方法来减少空闲侦听,但同时引入了节点早睡问题。DMAC采用交错调度机制使分组能够快速从多个源节点传送到一个汇聚节点,然而DMAC仅适用于数据采集树的网络结构,其TDMA的信道访问方式需要严格的时间同步,而且实现复杂,也具有较差的网络扩展性。 因此,本文提出了一种高效低时延的无线传感器网络MAC协议EL-MAC,采用基于竞争的信道访问方式,通过跨层操作优化,节点以竞争方式建立数据前传链并在其预约时刻交替唤醒进行分组转发,使数据分组在一个调度周期内能够按最大可能性前传多跳,极大降低了传输延迟。通过在NS2模拟平台进行网络仿真实验,验证了在相同的网络环境下EL-MAC协议比S-MAC协议具有更低的传输时延、更高的网络吞吐量和更低的能量消耗。EL-MAC协议下,网络系统能够更有效地提高信道利用率和能量利用率,获得更好的网络性能。