图5 帧结构示例
2.1.3数据传输
这一阶段各个节点按照簇头发送的调度信息，在各自分配的数据时隙中传输数据。如果节点在下一帧中仍有数据传输，则继续在下一帧信令时隙S01时隙中对应的信令小时隙进行时隙申请，完成调度，然后在分配的时隙中进行数据传输即可。
在这种调度分配中，难免会遇到需要传输的数据极少甚至无数据传输的情况，为了避免调度的频繁进行或睡眠时间过长，需要设定一个最小帧长，这个需要依据实际应用中要求的而定。本方案中依据所占用的平均时隙数而定。
2.2时隙计算
在此调度方案中，使用的是帧长不定。时隙定长的方法，需要对时隙定义一个合适的长度，过大会使空闲时间过长，浪费资源，过小又会使调度次数增多。按照节点的负载与信道容量的关系，给出如下时隙计算公式：
式中：ts表示所选的时隙大小；bavg表示各节点产生的业务通信负载的平均量；bk表示各个节点可能产生的业务负载量的值；m表示簇中的节点数；C表示信道容量。
3仿真实验及结果分析
3.1仿真参数设置
为了验证本方法的有效性和通用性，在不同负载情况下，对IM-TDMA，BCMAC和传统的TDMA协议的平均时延和平均能量消耗进行了仿真对比实验。仿真环境如下：
无线网络的覆盖范围为100 m×100 m，节点数为50，数据包大小为512 B，模拟时间为1 000 s，簇半径为30 m，数据包由CBR流量产生器产生。
3.2仿真结果分析
三种协议在平均时延方面的对比如图6所示。可以看出，IM-TDMA协议比TDMA协议和BCMAC协议的时延都小，这是因为IM-TDMA协议根据节点流量来动态调节帧长，提高了信道利用率，因而数据的传输时延较小。
图6 平均时延对比
三种协议在平均能量消耗方面的比较如图7所示。由图7可以看出，当网络数据流量较大时，TDMA协议的能耗较小；而当网络数据流量较小时，IM-TDMA协议的能耗较小。这是因为当数据量较大时，簇头调度开销所消耗的能量占主导地位，因而TDMA的能耗较BC-MAC和IM-TDMA协议较小。当网络数据较小时，由于TDMA在没有数据传输时也要保持侦听状态，因此能耗较大。而BCMAC协议虽然不用在整个过程中保持侦听，但帧长度固定，因而能耗较IM-TDMA协议大。
从仿真结果可以看出，IM-TDMA协议较TDMA协议和BCMAC协议在能耗和时延方面更优。
图7 平均能量消耗对比
4结语
本方案是对无线传感网的MAC协议方案进行的设计。传统的TDMA分配方案在时隙分配上采用固定帧长的方式，信道利用率低；在调度方法上侦听时间过长。过程复杂，造成能量的浪费。文中的IM-TDMA调度方案能够克服上述不足，在时隙分配上，采用依据即时信息，动态改变帧长的方式，提高了信道利用率；在调度方法上，采用计数器管理方式，简化了调度复杂性，节约了能量的消耗。仿真结果表明，本方案效果极好。