基于IEEE 802．15．4 CSMA／CA機(jī)制的無線非均勻傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性能分析
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從式(14)～(16)可以看到操作點(diǎn)參數(shù)可以通過數(shù)學(xué)迭代的方法唯一求出，從而可以得到數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間度量。用概率母函數(shù)(PGF)來表示數(shù)據(jù)包的平均訪問時(shí)間delay，如下表達(dá)式(17)：
3 仿真驗(yàn)證
通過NS-2仿真軟件來驗(yàn)證數(shù)據(jù)包的實(shí)時(shí)性能。參考文獻(xiàn)所述的仿真搭建仿真平臺(tái)。所有節(jié)點(diǎn)都分布在以sink節(jié)點(diǎn)為圓心、半徑為3 m的圓內(nèi)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在彼此的傳輸范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的傳輸距離為7 m；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能偵聽到其他節(jié)點(diǎn)的傳輸，也就是說不存在隱藏終端。節(jié)點(diǎn)只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)包，也就是節(jié)點(diǎn)傳完數(shù)據(jù)包，或者達(dá)到最大重傳次數(shù)，或者訪問信道失敗后會(huì)直接進(jìn)入休眠狀態(tài)。
根據(jù)式(17)的分析，可以看到數(shù)據(jù)包的傳送時(shí)間度量(將所有的時(shí)間度量歸一化為backoff時(shí)間大小)與MAC參數(shù)及系統(tǒng)的操作點(diǎn)有關(guān)系。 MAC的參數(shù)選取backoff計(jì)數(shù)器的初始值為23；backoff階段值為m=5：重傳計(jì)數(shù)器為r=3；數(shù)據(jù)包的長度為L=7個(gè)backoff大小。而每種情況的操作點(diǎn)可以根據(jù)式(14)～(16)用數(shù)學(xué)的迭代的方法計(jì)算出來。把這些參數(shù)應(yīng)用在實(shí)際的仿真環(huán)境中，得到了數(shù)據(jù)包的平均傳送時(shí)間，如圖3所示。取R=λ1／λ2，以其作為數(shù)據(jù)包訪問時(shí)間的度量基準(zhǔn)，并把節(jié)點(diǎn)數(shù)目的比例作為度量系統(tǒng)非均勻度即非對(duì)稱度的度量，也就是說，系統(tǒng)的最大非均勻度即最大非對(duì)稱度是兩種節(jié)點(diǎn)的數(shù)目相當(dāng)如N1=5，N2=5，而系統(tǒng)的最小非均勻度是兩種節(jié)點(diǎn)的數(shù)目相差最大如N1=8，N2=2。從圖中得到：隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，數(shù)據(jù)包的平均delay增加；隨著非均勻度的增加，delay會(huì)增加；在R=1時(shí)，也就是兩種節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包到達(dá)率相同，那么系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)包數(shù)λ1N1+λ2N2在不同的節(jié)點(diǎn)組成情況下相等，所有的delay值相同，并且delay達(dá)到最大值。從圖中看出，仿真結(jié)果與分析結(jié)果是基本誤差在1．41％～7．52％范圍內(nèi)，這個(gè)誤差是可以允許的。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161698.htm
分析了在R=1的特殊情況下，也就是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)為均勻分布時(shí)的delay性能，如圖4所示。隨著數(shù)據(jù)包到達(dá)率的增加，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)小的情況如N=10和N=25，delay會(huì)緩慢增加；對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)多的情況，delay增加比較劇烈。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)N=60時(shí)，delay在λ=0．573時(shí)達(dá)到最大值，而系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)N=45時(shí)，delay在λ=0．839時(shí)達(dá)到最大值。
4 結(jié)論
本文采用了兩個(gè)半馬爾可夫鏈和一個(gè)宏觀馬爾可夫鏈模型詳細(xì)分析了IEEE 802．15．4 CSMA／CA機(jī)制訪問的實(shí)時(shí)性能。在有限節(jié)點(diǎn)數(shù)和理想信道的情況下，分析了該機(jī)制在非均勻的數(shù)據(jù)包到達(dá)率和非飽和條件下各個(gè)數(shù)據(jù)包訪問信道的時(shí)間性能，并且通過NS-2仿真驗(yàn)證了分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)分析與仿真的結(jié)果是很吻合的。本文最大的特點(diǎn)是，數(shù)據(jù)包之間沒有優(yōu)先權(quán)的限制，所有包都有相同的機(jī)會(huì)訪問信道，無論是同一種節(jié)點(diǎn)還是不同種節(jié)點(diǎn)之間，這是與先前分析非均勻網(wǎng)絡(luò)等最大的區(qū)別。也分析了兩種節(jié)點(diǎn)在相同的數(shù)據(jù)包到達(dá)率條件下的實(shí)時(shí)性能，發(fā)現(xiàn)其訪問時(shí)間隨著到達(dá)率的增加急劇增加。
評(píng)論