基于IEEE 802．15．4 CSMA／CA機制的無(wú)線(xiàn)非均勻傳感網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性能分析
加入技術(shù)交流群
首先，考慮節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)信道的馬爾可夫過(guò)程。無(wú)論是哪種類(lèi)型的節點(diǎn)包都有公平的機會(huì )訪(fǎng)問(wèn)信道，所以只需要考慮任意一個(gè)節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)信道的過(guò)程，而圖1的實(shí)線(xiàn)過(guò)程表示一種節點(diǎn)的實(shí)際訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程，虛線(xiàn)過(guò)程表示另一種節點(diǎn)也在同時(shí)參與訪(fǎng)問(wèn)信道，但是并不是真正傳送，僅描述他們的一種并行的公平的競爭關(guān)系。定義離散變量s(t)(s(t)∈(-2，…，m))，c(t)(c(t)∈(-2，…，Wi-1))，r(t)(r(t)∈(0，…，r))分別為在t時(shí)刻的backoff階段計數器大小，backoff計數器大小，重傳計數器大小。根據圖1馬爾可夫鏈的鏈式規則，可以得到關(guān)于各個(gè)狀態(tài)問(wèn)的關(guān)系式(1)～(4)。其中式(1)表示節點(diǎn)獲得了新包，隨機選擇baekoff計數器后進(jìn)行退避過(guò)程的轉移概率；式(2)表示節點(diǎn)不論信道的狀態(tài)，都以概率1遞減其backoff計數器的轉移概率；式(3)表示節點(diǎn)在任意一個(gè)CCA發(fā)現信道忙后進(jìn)入下一個(gè)backoff階段的轉移概率；式(4)表示達到最大backoff階段后節點(diǎn)選擇下一次重傳的轉移概率。
其次，從信道的狀態(tài)來(lái)看，兩組節點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)信道的狀態(tài)轉移情況可以直觀(guān)的從圖2中宏觀(guān)馬爾可夫鏈看出，并且得到式(5)～(8)。其中式(5)～(7)分別表示任何一種節點(diǎn)在訪(fǎng)問(wèn)失敗、最后一次重傳的沖突傳送、每次重傳的成功傳送直接轉移到idie狀態(tài)的轉移概率；式(8)表示節點(diǎn)一直處于idle狀態(tài)的概率。
定義bi,k,j=P{s(t)，c(t)，r(t)=i,k,j}為馬爾可夫鏈的穩態(tài)轉移概率，那么根據馬爾可夫鏈和其狀態(tài)轉移的規則，可以得到式(9)。通過(guò)歸一化處理，得到式(10)。式(10)中每個(gè)量分別為表達式(11)和(12)。式(11)表示一種類(lèi)型的包在訪(fǎng)問(wèn)信道時(shí)backoff過(guò)程穩態(tài)概率、CCA1概率、CCA2概率、成功傳送概率、沖突傳送概率。式(12)表示空閑概率，其中P0表示在任意隊列里沒(méi)有包等待傳送即信道處于idle狀態(tài)的概率。
從式(10)～式(12)可以看出，每個(gè)量都與變量
有關(guān)，而這兩個(gè)變量實(shí)際從宏觀(guān)馬爾可夫鏈和式(1)看出其關(guān)系，得到關(guān)系式(13)，式中QLO是信道處于空閑狀態(tài)的長(cháng)度。
從上面的分析中，看到這些概率實(shí)際上都是與信道的操作點(diǎn)α，β，τ有關(guān)，且這些操作點(diǎn)參數決定了數據包訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間度量，其中α表示節點(diǎn)在CCA1后發(fā)現信道忙概率；β表示節點(diǎn)在CCA2都發(fā)現信道忙的概率；表示節點(diǎn)偵聽(tīng)信道的概率。
2 實(shí)時(shí)性能分析
在低速率傳輸的WSN中，除了能耗是個(gè)重要的參數，實(shí)時(shí)性也是一個(gè)非常重要的參數，特別是對于這樣的實(shí)時(shí)性要求比較高的應用環(huán)境。訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間度量(delay)是指從數據包到達MAC隊列準備傳輸的時(shí)刻到數據包成功傳送的時(shí)刻之間的時(shí)間。假設理想信道，那么數據包的失敗率只是因為數據包之間的沖突?？梢詮墓濣c(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)情況來(lái)獲得信道的操作點(diǎn)，其中τn就是所有backoff計數器降為0的概率。
評論