兩種異構CSMA／CA機制OSTS／BSTS無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )公平性、實(shí)時(shí)性分析比較
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3 實(shí)驗驗證
從上面的表達式(7)～(8)和文獻中的表達式(24)可以看出，OSTS／BSTS機制的吞吐量、傳輸率、延時(shí)量與網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)個(gè)數、節點(diǎn)分布、數據包到達率、數據包長(cháng)度、緩存容量、MAC參數等因素有關(guān)。通過(guò)NS-2仿真軟件來(lái)驗證數據包的實(shí)時(shí)性能。參考文獻所述的仿真搭建仿真平臺。所有節點(diǎn)都分布在以sink節點(diǎn)為圓心、半徑為5 m的圓內；每個(gè)節點(diǎn)都在彼此的傳輸范圍內，節點(diǎn)的傳輸距離為11 m；每個(gè)節點(diǎn)都能偵聽(tīng)到其他節點(diǎn)的傳輸，也就是說(shuō)不存在隱藏終端。網(wǎng)絡(luò )中存在兩種節點(diǎn)，數量分別為N1和N2，其數據包到達率分別為λ1和λ2。仿真參數如表1示，MAC的參數選取backoff計數器的初始值為23；baekoff階段值為m=5；重傳計數器為r=3；數據包的長(cháng)度L=5為個(gè)baekoff大小。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159695.htm
首先，分析OSTS／BSTS機制的延時(shí)性能。如文獻中所述，取R=λ1／λ2，以其作為性能分析度量的基準，并把節點(diǎn)數目的比例作為度量系統非均勻度即非對稱(chēng)度的度量，也就是說(shuō)，系統的最大非均勻度即最大非對稱(chēng)度是兩種節點(diǎn)的數目相當如N1=5，N2=5和N1=23，N2=12，而系統的最小非均勻度是兩種節點(diǎn)的數目相差最大如N1=23，N2=2。從圖3中得到：1)隨著(zhù)節點(diǎn)數的增加，數據包的平均delay增加；2)隨著(zhù)隊列長(cháng)度的增加，delay會(huì )增加；3)相同節點(diǎn)數量不同的分布，R1時(shí)，異構程度增加，delayr增加，如圖3b、3c；R>1時(shí)，異構程度增加，delay降低，如圖3b、3c；在R=1時(shí)，也就是兩種節點(diǎn)的數據包到達率相同，總的數據包數λ1N1+λ2N2在不同的節點(diǎn)組成情況下相等，所有的delay值相同，并且delay達到最大值。OSTS機制和BSTS機制在K=1時(shí)的時(shí)間性能是相同的；隨著(zhù)異構程度的增加，也就是說(shuō)在相同的節點(diǎn)組成情況下數據包到達率的差值減少，OSTS的實(shí)時(shí)性比BSTS的實(shí)時(shí)性好；而數據包到達率的差值增加，即異構程度降低，OSTS的實(shí)時(shí)性要差于BSTS機制。這樣，根據節點(diǎn)的分布情況，為了提高系統的實(shí)時(shí)性，合適地選擇異構機制很重要。
再來(lái)分析系統的公平性。對于異構網(wǎng)絡(luò )，公平性也是網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要性能，如果節點(diǎn)在訪(fǎng)問(wèn)信道的過(guò)程中，公平性較差，有些節點(diǎn)總是占據很小的帶寬，那么這些節點(diǎn)在競爭過(guò)程中獲得信道的機會(huì )就會(huì )很少，系統獲取這些節點(diǎn)的信息量就很少，這樣不利于系統的正常運行。前面的分析可以得知，每種節點(diǎn)的吞吐量占整個(gè)吞吐量的比例可以用來(lái)衡量公平性，那么這兩種節點(diǎn)在數據包到達率相同的情況下應該是公平傳輸數據包的，而在數據到達率不同時(shí)，就看哪種機制的吞吐量更加均勻分布在兩種節點(diǎn)間，哪種機制就顯示出更好的公平性。在分析公平性的同時(shí)，可以比較OSTS／BSTS機制的公平性和其他相似的非優(yōu)先級異構機制如Ramaehandran機制，Sarmiento機制等的公平性比較，如圖4(b)所示。
從圖4(a)中可以看出，在數據包到達率差異較大時(shí)，BSTS機制的公平性比其他幾種機制的公平性要高；在數據包到達率差異較小時(shí)，OSTS機制的公平性比其他幾種機制的公平性要高。例如，BSTS機制中節點(diǎn)N1和節點(diǎn)N2的吞吐量在lnR=-2時(shí)分別為0．099 8和0．123 8，在lnR=-1．5時(shí)的吞吐量分別為0．102 0和0．124 3。那么BSTS的帶寬分布在lnR=-2時(shí)為0．899 2／1，在lnR=-1．5時(shí)為0．924 1／1，這個(gè)帶寬分布比Sarmiento機制在lnR：一2時(shí)為0．872 l／1，在lnR=-1．5時(shí)為0．924 1／1，Ramaehandran機制在InR=-2時(shí)為0．869 3／1，在lnR=-1．5時(shí)為0．889 2／1這兩種情況的公平性要高。同時(shí)，傳輸率也可以用來(lái)評價(jià)公平性，如圖4(b)所示，各種機制的傳輸率分析與吞吐量的分析相似。
4 結論
文中提出了兩種新的IEEE 802．15．4 CSMA／CA訪(fǎng)問(wèn)機制OSTS／BSTS，這兩個(gè)機制采用了兩個(gè)半馬爾可夫鏈和一個(gè)宏觀(guān)馬爾可夫鏈模型，聯(lián)合隊列模型詳細分析了系統的實(shí)時(shí)性、公平性。在有限節點(diǎn)數和理想信道的情況下，分析了OSTS／BSTS機制在非均勻的數據包到達率和非飽和條件下各個(gè)數據包訪(fǎng)問(wèn)信道的時(shí)間性能，并且提出了這兩種機制與其他非優(yōu)先等級機制的公平性比較，通過(guò)NS-2仿真驗證了分析結果，發(fā)現我們的分析與仿真的結果是很吻合的。本文最大的特點(diǎn)是，數據包之間沒(méi)有優(yōu)先權的限制，所有包都有公平的機會(huì )訪(fǎng)問(wèn)信道，無(wú)論是同一種節點(diǎn)還是不同種節點(diǎn)之間，這是與先前分析非均勻網(wǎng)絡(luò )等中性能僅是各個(gè)節點(diǎn)性能的簡(jiǎn)單代數相加最大的區別。
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