作为一种特殊的无线网络，无线传感器网络与其他无线网络面临相似的挑战。下面将详细介绍这些传感器网络所面临的挑战以及资源限制为何对MAC的实现有巨大影响：
1)资源限制。
2)无线信道中的信号损耗。
3)接收端的信号冲突。
4)隐藏和暴露终端问题。
1?资源限制
无线传感器节点拥有的资源是有限的，比如能量、带宽、计算能力和存储空间等，这些都应该是设计MAC时需要考虑的因素。在使用电池供电的传感器节点中，能量是最值得关注的问题。一旦电池耗尽，给电池充电或者更换电池是困难也是不切实际的。68这就是为什么设计传感器网络中的MAC协议时，首要目标是使节点或网络的寿命最大化，其他的效能指标是次要的。比如，在不工作的时间段内关闭该模块，从而节省能量。
由于传感器节点的通信比计算更耗能，所以在实现必需的网络操作时，尽量减少通信是一种设计高能效传感器网络MAC协议时常用的有效方法。
同其他有线网络（如光纤网络）相比，无线传感器网络的带宽是相当低的。带宽限制和传感器网络拓扑结构的动态性也是设计MAC协议时面临的挑战。具体地说，在无线传感器网络中，数据的发送以及存储均以分布式方式进行，并且每个传感器节点都是独立于其他节点的自行工作的设备，传感器节点需要相互通信才能自组织成为可以进行数据传输的网络系统，同时也要避免冗余。此外，由于微型节点很脆弱，可能会出现故障，而节点发生故障会使网络的拓扑结构发生变化。同样地，能量耗尽以及节点的移动也会导致拓扑结构的变化。
2?无线信道上的信号损失
无线传感器网络使用无线信道作为传输介质，而衰减、反射、衍射、散射等会使信号失真或者损失。信号衰减是指从源节点到目标节点的信号在空气中传播时能量的损失。当源节点与目标节点之间存在障碍物时传输信号会发生反射。障碍物的边会把原始的传输信号分成多个信号，而粗糙的障碍物表面引起的多个信号反射最终会造成信号的散射。文献［Rappaport96］中介绍了一种常用的使用全向天线的无线传播方式，其中还指出节点j接收到节点i发送的信号能量满足以下公式：
在式(3?1)中，P j、P i、dij分别表示节点j接收到的能量、节点i发出的能量以及节点i和节点j间的距离，69而α和β表示能量损失常数，一般由无线传输的环境决定。
该公式表明，无线信号在空气中传输的距离越远，能量损失越大。实际上，当且仅当节点i达到特定的发射功率级后，节点i才能与节点j建立无线连接；否则，由于信号损失，接收节点j不能正确地把节点i发送的信号解码成为传输的数据信息，或者根本无法收到信号。
换句话说，每个节点都有一个有限的传输范围。对于电池供电的无线传感器网络而言，节点的传输范围是动态变化的，并且节点间的无线连接易受节点的故障和位置变化的影响，这就需要无线传感器网络拥有不同的连接访问控制模式。
3?接收端的信号冲突
当两个或多个节点通过同一信道向其他节点同时发送数据时，多个信号可能会在同一接收端发生冲突，这会妨碍接收端正常获取有意义的数据信息。为了确保可靠数据传输，MAC协议必须采取办法从冲突中恢复正常。冲突会导致能量的浪费、带宽利用率低以及大量数据的传输延迟。在有线网络(比如以太网)中，发送方通过比较发出的信号和收到的信号就能容易地检测出是否有其他节点也在发送数据，如果发生的话就能很快地从冲突中恢复。然而，在无线传感器网络中，由于无线信号衰减或者传播途径中有障碍，可能会导致两个节点相互之间不能有效地发送和接收数据。比如，有两个发送者同时向一个接收者发送数据，如果两个发送者不在对方的传输范围之内或者它们之间有障碍物使它们不能听到对方存在，那么两个发送方的信号就会在接收方发生冲突，任何一个发送方自身是无法检测到这一情况的。因此有线网络中的方法不适用于无线传感器网络。
4?隐藏和暴露终端问题［AWoo01］
如图3?1所示，每个节点周边的圆圈表示其在使用全向天线时的传输范围，同时还假设每个节点的传输范围都是同样大的。如果两个传感器节点均处于对方的传输范围内，那么称这两个节点在重叠范围内（或者相同的冲突域）。例如，节点1与节点2在重叠范围内，同样的，节点2与节点3、节点3与节点4也都处于重叠范围内。显然，如果一个节点能够与相邻节点进行通信，那么它们必然处于重叠范围内。为了尽可能减少冲突，70MAC协议的设计中广泛运用了载波侦听(carrier sense)技术。所谓载波侦听，就是指发送者在准备发送数据前先监听信道上的载波，检测是否有正在进行的数据传输。如果检测到有正在进行的数据传输，那么该节点必须等正在进行的传输完成后才开始自己的传输。
载波侦听模式在以太网的MAC协议中发挥了很大作用。然而，由于无线信号的传播范围有限，位于发送节点处的无线信号与位于接收节点处的无线信号一般都会存在非常大的差异(我们称这种差异为节点间的不可见性)，节点之间的不可见性使得载波侦听在无线环境下失去作用。假设图3?1中所有节点之间此时没有进行通信。某时刻节点1和节点3检测到有事件发生需要向节点2发送信息。在发送信息前，节点1和节点3都对信道进行监听后发现信道是空闲的，因此它们同时向节点2发送数据，这就导致在节点2处发生冲突。即使是节点3正向节点2传输数据，由于节点1和节点3不在重叠区域内，所以节点1不能检测到节点3发出的信号，因此节点1会认为该信道未被占用，也不知道节点2已经同其他节点建立了传输，那么节点1发出的信号就会干扰节点3到节点2的数据传输。这是因为节点3与节点1相互不可见，但它们都可以与节点2通信，这就是无线网络中的隐藏终端问题(hidden terminal problem)。
隐藏终端问题表明，在无线网络中，载波侦听也不能避免冲突的发生。此外，载波侦听还会使无线网络中的信道不能充分使用。
现在假设节点2正向节点1传输数据，节点3也打算向节点4发送数据。71节点3先进行载波侦听，发现传输信道被占用，必须等待从节点2到节点1的传输完成。而只有在接收端的信号干扰或冲突才会导致数据丢失以及能量和带宽的浪费，所以事实上，节点3和节点2可以同时分别向节点4以及节点1发送数据，这是因为两组传输（即节点2到节点1以及节点3到节点4）没有发生在同一接收端。虽然节点4和节点1都应该能各自接收数据，但是节点3向节点4发送数据却被阻止。这就是无线网络中的暴露终端问题(exposed terminal problem)。
为了解决上述无线传感器网络中存在的问题，目前已有很多关于MAC协议设计的研究(如［Ftobagi75,Pkarn90,Bharghavan93］)。几个较早的关于载波侦听和隐藏终端问题的MAC协议的研究成果都是从IEEE802?11标准［IEEE07］改进而来的，IEEE802?11标准还是很多针对无线传感器网络的MAC协议设计的基础。因此，在本章接下来的内容中，将首先简要介绍IEEE802?11标准，然后介绍MAC协议的分类，最后介绍各类中典型的无线传感器网络MAC协议，包括S?MAC［Wye02］ 、T?MAC［Tvdam03］、 TRAMA［Vrajendran06］、 Sift［Kjamieson03］、Z?MAC［Irhee08］以及B?MAC［Jpolastre04］。
