We propose a new MAC protocol for IoT applications, called Bird-MAC, which is highly energy efficient in the applications where IoT sensors report monitoring status in a quasi-periodic manner, as in structural health monitoring and static environmental monitoring. Two key design ideas of Bird-MAC are: (a) no need of early-wake-up of transmitters and (b) taking the right balance between synchronization and coordination costs. The idea (a) is possible by allowing a node (whether it is a transmitter or receiver) to wake up just with its given wake-up schedule, and letting a late bird (which wakes up later) notify its wake-up status to its corresponding early bird (which wakes up earlier), where the early bird just infrequently waits for the late bird's wake-up signal. The idea (b) is realized by designing Bird-MAC to be placed in a scheme between purely synchronous and asynchronous schemes. We provide a rigorous mathematical analysis that is used to choose the right protocol parameters of Bird-MAC. We demonstrate the performance of Bird-MAC through extensive simulations, and real experiments. The experiment on our testbed using a 26 node testbed at an underground parking lot of our office building to monitor its structural health shows that energy consumption is reduced by about up to 45 percent over existing sensor MAC protocols. We also confirm the applicability of Bird-MAC in a challenging and realistic scenario through the experiment on Yeongjong Grand Bridge in South Korea.

中文翻译：

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Bird-MAC：通过避免过早唤醒，用于准周期性物联网应用的节能 MAC

我们为物联网应用提出了一种新的 MAC 协议，称为 Bird-MAC，它在物联网传感器以准周期性方式报告监测状态的应用中具有很高的能效，如结构健康监测和静态环境监测。Bird-MAC 的两个关键设计思想是：(a) 不需要提前唤醒发射机和 (b) 在同步和协调成本之间取得适当的平衡。通过允许节点（无论是发送器还是接收器）仅以其给定的唤醒时间表唤醒，并让迟到的鸟（稍后醒来）通知其唤醒状态，想法（a）是可能的它对应的早起鸟（早起），早起的鸟只是偶尔等待晚起的鸟的唤醒信号。想法 (b) 是通过将 Bird-MAC 设计为置于纯同步和异步方案之间的方案中来实现的。我们提供了严格的数学分析，用于选择正确的 Bird-MAC 协议参数。我们通过广泛的模拟和实际实验证明了 Bird-MAC 的性能。在我们的测试台上使用位于我们办公楼地下停车场的 26 节点测试台来监控其结构健康状况的实验表明，与现有传感器 MAC 协议相比，能耗降低了约 45%。我们还通过在韩国永宗大桥上的实验证实了 Bird-MAC 在具有挑战性和现实性的场景中的适用性。我们提供了严格的数学分析，用于选择正确的 Bird-MAC 协议参数。我们通过广泛的模拟和实际实验证明了 Bird-MAC 的性能。在我们的测试台上使用位于我们办公楼地下停车场的 26 节点测试台来监控其结构健康状况的实验表明，与现有传感器 MAC 协议相比，能耗降低了约 45%。我们还通过韩国永宗大桥的实验证实了 Bird-MAC 在具有挑战性和现实性的场景中的适用性。我们提供了严格的数学分析，用于选择正确的 Bird-MAC 协议参数。我们通过广泛的模拟和实际实验证明了 Bird-MAC 的性能。在我们的测试台上使用位于我们办公楼地下停车场的 26 节点测试台来监控其结构健康状况的实验表明，与现有传感器 MAC 协议相比，能耗降低了约 45%。我们还通过在韩国永宗大桥上的实验证实了 Bird-MAC 在具有挑战性和现实性的场景中的适用性。在我们的测试台上使用位于我们办公楼地下停车场的 26 节点测试台来监控其结构健康状况的实验表明，与现有传感器 MAC 协议相比，能耗降低了约 45%。我们还通过在韩国永宗大桥上的实验证实了 Bird-MAC 在具有挑战性和现实性的场景中的适用性。在我们的测试台上使用位于我们办公楼地下停车场的 26 节点测试台来监控其结构健康状况的实验表明，与现有传感器 MAC 协议相比，能耗降低了约 45%。我们还通过在韩国永宗大桥上的实验证实了 Bird-MAC 在具有挑战性和现实性的场景中的适用性。