基于IEEE 802．15．4 CSMA／CA機制的無線非均勻傳感網(wǎng)絡實時性能分析
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從式(14)～(16)可以看到操作點參數(shù)可以通過數(shù)學迭代的方法唯一求出，從而可以得到數(shù)據(jù)包的傳輸時間度量。用概率母函數(shù)(PGF)來表示數(shù)據(jù)包的平均訪問時間delay，如下表達式(17)：
3 仿真驗證
通過NS-2仿真軟件來驗證數(shù)據(jù)包的實時性能。參考文獻所述的仿真搭建仿真平臺。所有節(jié)點都分布在以sink節(jié)點為圓心、半徑為3 m的圓內：每個節(jié)點都在彼此的傳輸范圍內，節(jié)點的傳輸距離為7 m；每個節(jié)點都能偵聽到其他節(jié)點的傳輸，也就是說不存在隱藏終端。節(jié)點只能存儲一個數(shù)據(jù)包，也就是節(jié)點傳完數(shù)據(jù)包，或者達到最大重傳次數(shù)，或者訪問信道失敗后會直接進入休眠狀態(tài)。
根據(jù)式(17)的分析，可以看到數(shù)據(jù)包的傳送時間度量(將所有的時間度量歸一化為backoff時間大小)與MAC參數(shù)及系統(tǒng)的操作點有關系。 MAC的參數(shù)選取backoff計數(shù)器的初始值為23；backoff階段值為m=5：重傳計數(shù)器為r=3；數(shù)據(jù)包的長度為L=7個backoff大小。而每種情況的操作點可以根據(jù)式(14)～(16)用數(shù)學的迭代的方法計算出來。把這些參數(shù)應用在實際的仿真環(huán)境中，得到了數(shù)據(jù)包的平均傳送時間，如圖3所示。取R=λ1／λ2，以其作為數(shù)據(jù)包訪問時間的度量基準，并把節(jié)點數(shù)目的比例作為度量系統(tǒng)非均勻度即非對稱度的度量，也就是說，系統(tǒng)的最大非均勻度即最大非對稱度是兩種節(jié)點的數(shù)目相當如N1=5，N2=5，而系統(tǒng)的最小非均勻度是兩種節(jié)點的數(shù)目相差最大如N1=8，N2=2。從圖中得到：隨著節(jié)點數(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會增加；在R=1時，也就是兩種節(jié)點的數(shù)據(jù)包到達率相同，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，這個誤差是可以允許的。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/161698.htm
分析了在R=1的特殊情況下，也就是系統(tǒng)節(jié)點為均勻分布時的delay性能，如圖4所示。隨著數(shù)據(jù)包到達率的增加，對于節(jié)點數(shù)小的情況如N=10和N=25，delay會緩慢增加；對于節(jié)點數(shù)多的情況，delay增加比較劇烈。系統(tǒng)節(jié)點數(shù)N=60時，delay在λ=0．573時達到最大值，而系統(tǒng)節(jié)點數(shù)N=45時，delay在λ=0．839時達到最大值。
4 結論
本文采用了兩個半馬爾可夫鏈和一個宏觀馬爾可夫鏈模型詳細分析了IEEE 802．15．4 CSMA／CA機制訪問的實時性能。在有限節(jié)點數(shù)和理想信道的情況下，分析了該機制在非均勻的數(shù)據(jù)包到達率和非飽和條件下各個數(shù)據(jù)包訪問信道的時間性能，并且通過NS-2仿真驗證了分析結果，發(fā)現(xiàn)分析與仿真的結果是很吻合的。本文最大的特點是，數(shù)據(jù)包之間沒有優(yōu)先權的限制，所有包都有相同的機會訪問信道，無論是同一種節(jié)點還是不同種節(jié)點之間，這是與先前分析非均勻網(wǎng)絡等最大的區(qū)別。也分析了兩種節(jié)點在相同的數(shù)據(jù)包到達率條件下的實時性能，發(fā)現(xiàn)其訪問時間隨著到達率的增加急劇增加。
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