兩種異構(gòu)CSMA／CA機(jī)制OSTS／BSTS無線傳感網(wǎng)絡(luò)公平性、實時性分析比較
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3 實驗驗證
從上面的表達(dá)式(7)～(8)和文獻(xiàn)中的表達(dá)式(24)可以看出，OSTS／BSTS機(jī)制的吞吐量、傳輸率、延時量與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點個數(shù)、節(jié)點分布、數(shù)據(jù)包到達(dá)率、數(shù)據(jù)包長度、緩存容量、MAC參數(shù)等因素有關(guān)。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(xiàn)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5 m的圓內(nèi)；每個節(jié)點都在彼此的傳輸范圍內(nèi)，節(jié)點的傳輸距離為11 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。網(wǎng)絡(luò)中存在兩種節(jié)點，數(shù)量分別為N1和N2，其數(shù)據(jù)包到達(dá)率分別為λ1和λ2。仿真參數(shù)如表1示，MAC的參數(shù)選取backoff計數(shù)器的初始值為23；baekoff階段值為m=5；重傳計數(shù)器為r=3；數(shù)據(jù)包的長度L=5為個baekoff大小。本文引用地址：http://www.104case.com/article/159695.htm
首先，分析OSTS／BSTS機(jī)制的延時性能。如文獻(xiàn)中所述，取R=λ1／λ2，以其作為性能分析度量的基準(zhǔn)，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(dāng)如N1=5，N2=5和N1=23，N2=12，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=23，N2=2。從圖3中得到：1)隨著節(jié)點數(shù)的增加，數(shù)據(jù)包的平均delay增加；2)隨著隊列長度的增加，delay會增加；3)相同節(jié)點數(shù)量不同的分布，R1時，異構(gòu)程度增加，delayr增加，如圖3b、3c；R>1時，異構(gòu)程度增加，delay降低，如圖3b、3c；在R=1時，也就是兩種節(jié)點的數(shù)據(jù)包到達(dá)率相同，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(dá)到最大值。OSTS機(jī)制和BSTS機(jī)制在K=1時的時間性能是相同的；隨著異構(gòu)程度的增加，也就是說在相同的節(jié)點組成情況下數(shù)據(jù)包到達(dá)率的差值減少，OSTS的實時性比BSTS的實時性好；而數(shù)據(jù)包到達(dá)率的差值增加，即異構(gòu)程度降低，OSTS的實時性要差于BSTS機(jī)制。這樣，根據(jù)節(jié)點的分布情況，為了提高系統(tǒng)的實時性，合適地選擇異構(gòu)機(jī)制很重要。
再來分析系統(tǒng)的公平性。對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，公平性也是網(wǎng)絡(luò)的一個重要性能，如果節(jié)點在訪問信道的過程中，公平性較差，有些節(jié)點總是占據(jù)很小的帶寬，那么這些節(jié)點在競爭過程中獲得信道的機(jī)會就會很少，系統(tǒng)獲取這些節(jié)點的信息量就很少，這樣不利于系統(tǒng)的正常運行。前面的分析可以得知，每種節(jié)點的吞吐量占整個吞吐量的比例可以用來衡量公平性，那么這兩種節(jié)點在數(shù)據(jù)包到達(dá)率相同的情況下應(yīng)該是公平傳輸數(shù)據(jù)包的，而在數(shù)據(jù)到達(dá)率不同時，就看哪種機(jī)制的吞吐量更加均勻分布在兩種節(jié)點間，哪種機(jī)制就顯示出更好的公平性。在分析公平性的同時，可以比較OSTS／BSTS機(jī)制的公平性和其他相似的非優(yōu)先級異構(gòu)機(jī)制如Ramaehandran機(jī)制，Sarmiento機(jī)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(shù)據(jù)包到達(dá)率差異較大時，BSTS機(jī)制的公平性比其他幾種機(jī)制的公平性要高；在數(shù)據(jù)包到達(dá)率差異較小時，OSTS機(jī)制的公平性比其他幾種機(jī)制的公平性要高。例如，BSTS機(jī)制中節(jié)點N1和節(jié)點N2的吞吐量在lnR=-2時分別為0．099 8和0．123 8，在lnR=-1．5時的吞吐量分別為0．102 0和0．124 3。那么BSTS的帶寬分布在lnR=-2時為0．899 2／1，在lnR=-1．5時為0．924 1／1，這個帶寬分布比Sarmiento機(jī)制在lnR：一2時為0．872 l／1，在lnR=-1．5時為0．924 1／1，Ramaehandran機(jī)制在InR=-2時為0．869 3／1，在lnR=-1．5時為0．889 2／1這兩種情況的公平性要高。同時，傳輸率也可以用來評價公平性，如圖4(b)所示，各種機(jī)制的傳輸率分析與吞吐量的分析相似。
4 結(jié)論
文中提出了兩種新的IEEE 802．15．4 CSMA／CA訪問機(jī)制OSTS／BSTS，這兩個機(jī)制采用了兩個半馬爾可夫鏈和一個宏觀馬爾可夫鏈模型，聯(lián)合隊列模型詳細(xì)分析了系統(tǒng)的實時性、公平性。在有限節(jié)點數(shù)和理想信道的情況下，分析了OSTS／BSTS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數(shù)據(jù)包訪問信道的時間性能，并且提出了這兩種機(jī)制與其他非優(yōu)先等級機(jī)制的公平性比較，通過NS-2仿真驗證了分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)我們的分析與仿真的結(jié)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(quán)的限制，所有包都有公平的機(jī)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(luò)等中性能僅是各個節(jié)點性能的簡單代數(shù)相加最大的區(qū)別。
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