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
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從式(14)～(16)可以看到操作點(diǎn)參數可以通過(guò)數學(xué)迭代的方法唯一求出，從而可以得到數據包的傳輸時(shí)間度量。用概率母函數(PGF)來(lái)表示數據包的平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間delay，如下表達式(17)：
3 仿真驗證
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3 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7 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。節點(diǎn)只能存儲一個(gè)數據包，也就是節點(diǎn)傳完數據包，或者達到最大重傳次數，或者訪(fǎng)問(wèn)信道失敗后會(huì )直接進(jìn)入休眠狀態(tài)。
根據式(17)的分析，可以看到數據包的傳送時(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參數及系統的操作點(diǎn)有關(guān)系。 MAC的參數選取backoff計數器的初始值為23；backoff階段值為m=5：重傳計數器為r=3；數據包的長(cháng)度為L(cháng)=7個(gè)backoff大小。而每種情況的操作點(diǎn)可以根據式(14)～(16)用數學(xué)的迭代的方法計算出來(lái)。把這些參數應用在實(shí)際的仿真環(huán)境中，得到了數據包的平均傳送時(shí)間，如圖3所示。取R=λ1／λ2，以其作為數據包訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間的度量基準，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，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=8，N2=2。從圖中得到：隨著(zhù)節點(diǎn)數的增加，數據包的平均delay增加；隨著(zhù)非均勻度的增加，delay會(huì )增加；在R=1時(shí)，也就是兩種節點(diǎn)的數據包到達率相同，那么系統總的數據包數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。從圖中看出，仿真結果與分析結果是基本誤差在1．41％～7．52％范圍內，這個(gè)誤差是可以允許的。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161698.htm
分析了在R=1的特殊情況下，也就是系統節點(diǎn)為均勻分布時(shí)的delay性能，如圖4所示。隨著(zhù)數據包到達率的增加，對于節點(diǎn)數小的情況如N=10和N=25，delay會(huì )緩慢增加；對于節點(diǎn)數多的情況，delay增加比較劇烈。系統節點(diǎn)數N=60時(shí)，delay在λ=0．573時(shí)達到最大值，而系統節點(diǎn)數N=45時(shí)，delay在λ=0．839時(shí)達到最大值。
4 結論
本文采用了兩個(gè)半馬爾可夫鏈和一個(gè)宏觀(guān)馬爾可夫鏈模型詳細分析了IEEE 802．15．4 CSMA／CA機制訪(fǎng)問(wèn)的實(shí)時(shí)性能。在有限節點(diǎn)數和理想信道的情況下，分析了該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，并且通過(guò)NS-2仿真驗證了分析結果，發(fā)現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，所有包都有相同的機會(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 )等最大的區別。也分析了兩種節點(diǎn)在相同的數據包到達率條件下的實(shí)時(shí)性能，發(fā)現其訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間隨著(zhù)到達率的增加急劇增加。
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