S-MAC協(xié)議是在IEEE 802.11協(xié)議的SC9636-006基礎(chǔ)上針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)省能量的需求設(shè)計(jì)的。為了降低由于碰撞重傳、串音、空閑偵聽和控制消息可能造成的能量消耗，S-MAC協(xié)議采用以下機(jī)制。
    ①S-MAC協(xié)議引入了周期性偵聽／睡眠的低占空比機(jī)制，通過控制節(jié)點(diǎn)的睡眠降低能量消耗。
    ②S-MAC協(xié)議沿用IEEE 802.11的RTS/CTS機(jī)制降低碰撞幾率。
    ③通過網(wǎng)絡(luò)分配矢量避免串音現(xiàn)象。
    ④將長消息分割為若干段消息并集中突發(fā)傳送，減少協(xié)議控制消息的開銷。
    ⑤S-MAC協(xié)議將時(shí)間分為若干幀，每幀包括同步階段、活動(dòng)階段和睡眠階段。在同步階段，節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)同步分組SYNC，包含本節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息（節(jié)點(diǎn)何時(shí)睡眠）。在活動(dòng)階段，節(jié)點(diǎn)參照鄰居的調(diào)度信息與鄰居進(jìn)行通信，并發(fā)送（或轉(zhuǎn)發(fā)）在睡眠階段發(fā)送隊(duì)列內(nèi)積存的數(shù)據(jù)分組。在睡眠階段，節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器，以節(jié)省能量。S-MAC協(xié)議的基本機(jī)制如圖2-2所示。
    S-MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡單，減少了空閑監(jiān)聽時(shí)間，避免了傳輸碰撞和串音現(xiàn)象，減少了協(xié)議控制開銷，節(jié)省了能量開銷。但由于周期性睡眠的原因，S-MAC協(xié)議數(shù)據(jù)的延遲較大，在不同的網(wǎng)絡(luò)員載下，尤其是負(fù)載波動(dòng)劇烈的情況下算法的效率將降低。
    S-MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)如下。

                          
    (1)數(shù)據(jù)包的嵌套結(jié)構(gòu)
    在S-MAC協(xié)議中，上一層數(shù)據(jù)包包含了下一層數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。數(shù)據(jù)包傳送到哪一層，那一層只需要處理屬于它的部分。
    (2)堆棧結(jié)構(gòu)和功能
    在S-MAC協(xié)議堆棧內(nèi)，當(dāng)MAC層接收到上層傳送過來的數(shù)據(jù)包后，它就開始載波偵聽。如果結(jié)果顯示MAC層空閑，它就會(huì)把數(shù)據(jù)傳到物理層；如果MAC層忙，它將會(huì)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到下一個(gè)可用時(shí)間的到來，再重新發(fā)送。當(dāng)MAC層在收到物理層傳送過來的數(shù)據(jù)包后，先通過循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）表示沒有錯(cuò)誤，MAC層就會(huì)將數(shù)據(jù)包傳向上層。
    (3)選擇和維護(hù)調(diào)度表
    在開始周期性偵聽和睡眠之前，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要選擇睡眠調(diào)度機(jī)制并與鄰居節(jié)點(diǎn)一致。如何選擇和保持調(diào)度機(jī)制分為以下3種情況。
    ①節(jié)點(diǎn)在偵聽時(shí)間內(nèi)，如果它沒有偵聽到其他節(jié)點(diǎn)的睡眠調(diào)度機(jī)制，則立即選擇一個(gè)睡眠調(diào)度機(jī)制。
    ②當(dāng)節(jié)點(diǎn)在選擇和宣布自己的調(diào)度機(jī)制之前，收到了鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的睡眠調(diào)度機(jī)制，它將采用鄰居節(jié)點(diǎn)的睡眠調(diào)度機(jī)制。
    ③當(dāng)節(jié)點(diǎn)在選擇和廣播自已的睡眠調(diào)度機(jī)制之后，收到幾種不同的睡眠調(diào)度機(jī)制時(shí)，就要分以下兩種情況考慮：當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒有鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，它會(huì)舍棄自己當(dāng)前的睡眠調(diào)度機(jī)制，采用剛接收到的睡眠調(diào)度機(jī)制；當(dāng)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)或更多鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，它將同時(shí)采用不同的調(diào)度機(jī)制。
    (4)時(shí)間同步
    在S-MAC協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)需要保持時(shí)間同步來同時(shí)偵聽和睡眠。S-MAC協(xié)議采用的是相對(duì)而不是絕對(duì)的時(shí)間戳，同時(shí)使偵聽時(shí)間遠(yuǎn)大于時(shí)鐘誤差和漂移，來減少同步誤差，并且節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)收到的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包來更新自己的時(shí)間，從而與鄰居節(jié)點(diǎn)保持時(shí)間同步。
    (5)帶沖突避免的載波偵聽多路訪問
    帶沖突避免的載波偵聽多路訪問( CSMA/CA)的基本機(jī)制是在接收者和發(fā)送者之間建立一個(gè)握手機(jī)制來傳輸數(shù)據(jù)。
    握手機(jī)制是：由發(fā)送端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送( RTS)包給它的接收者，接收者在收到以后就回復(fù)一個(gè)準(zhǔn)備接收(CTS)包，發(fā)送端在收到CTS包后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，RTS與CTS之間的握手是為了使發(fā)送端和接收端的鄰居節(jié)點(diǎn)知道它們正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而減少傳輸碰撞。
    (6)網(wǎng)絡(luò)分配矢量
    在S-MAC協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保持了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)來表示鄰居節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)時(shí)間，S-MAC協(xié)議中在每個(gè)數(shù)據(jù)包中都包含了一個(gè)持續(xù)時(shí)間指示值，持續(xù)時(shí)間指示值表示目前這個(gè)通信需要持續(xù)的時(shí)間。鄰居節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送者或接收者發(fā)往其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包時(shí)，就可以知道它需要睡眠多久，即用數(shù)據(jù)包中的持續(xù)時(shí)間更新NAV昀值，當(dāng)NAV的值不為零時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)入睡眠狀態(tài)來避免串音。當(dāng)NAV變?yōu)榱銜r(shí)，它就馬上醒來，準(zhǔn)備進(jìn)行通信。
    與IEEE 802.11 MAC相比，S-MAC協(xié)議盡量延長其他節(jié)點(diǎn)的休眠時(shí)間，降低了碰撞概率，減少了空閑偵聽所消耗的能源；通過流量自適應(yīng)的偵聽機(jī)制，減少消息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲；采用帶內(nèi)信令來減少重傳和避免監(jiān)聽不必要的數(shù)據(jù)；通過消息分割和突發(fā)傳遞機(jī)制來和帶內(nèi)數(shù)據(jù)處理來減少控制消息的開銷和消息的傳遞延遲。因而S-MAC協(xié)議具有很好的節(jié)能特性，這對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的需求和特點(diǎn)來說是合理的，但是由于S-MAC中占空比固定不變，因此它不能很好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量的變化，而且協(xié)議的實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，需要占用大量的存儲(chǔ)空間。這個(gè)對(duì)于資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)尤為突出。