摘要：IEEE802．15．4作為一種專為低速率無線個人區域網絡(WPAN)而設計的低成本、低功耗、低速率的短距離無線通信新標準，為無線傳感器網絡提供了一種很好的解決方案。本文針時異構、非飽和無線網絡，提出了兩種新的CSMA／CA機制：OSTS／BSTS機制；異構節點數據到達率不同，其各自獲取的吞吐量不同，由此分析獲得異構網絡節點的公平性。OSTS／BSTS機制最大的特點是異構節點被賦予了公平的機會來訪問信道，不存在優先權等級的問題。這兩種機制采用兩個半馬爾可夫鏈模型來分別表達兩組節點的訪問過程，一個宏觀馬爾可夫鏈模型來表達信道狀態轉換過程，結合隊列理論模型來分析異構節點的延時量、吞吐量、傳輸概率等特性，以獲取網絡實時性、公平性理論模型，并采用NS-2仿真工具對分析結果進行了仿真。
關鍵詞：無線傳感器網絡；公平性分析；馬爾可夫鏈；CSMA／CA機制；NS-2仿真；M／G／1／K隊列理論

無線傳感器網絡是由大量具有特定功能的傳感器節點通過無線通信的方式，相互傳遞信息，協同的完成特定功能的自組織的網絡系統。由于應用場景的特殊性和傳感器節點的能量限制，無線傳感器網絡設計的首要目標就是節省能量，其次，對于具體的應用，公平性、實時性、吞吐量等參數也是無線傳感器網絡設計中重要的性能指標，而媒體接入控制(Media Access Contml，MAC)協議的設計是整個WSN設計的重要環節。IEEE802．15．4協議是針對低速無線個人區域網絡的無線通信技術標準，也是無線傳感器網絡的工業界標準。隨著IEEE802．15．4標準的發布，無線傳感器的應用取得突飛猛進的發展，其應用早已經由軍事國防領域擴展到環境監測、交通管理、醫療健康、工商服務、反恐抗災等諸多領域，使人們在任何時間、任何地點和任何環境條件下都能夠獲取大量翔實可靠的信息，最終成為一種“無處不在”的傳感技
術。在許多場合，可依靠這種低成本的無線通信網絡實現極端條件下的監控和測試。筆者根據火場監控應用的實際需要，針對傳輸火場環境下的溫度及濕度這兩個非均勻變量數據包到sink節點的無線傳感器網絡，提出兩種實時性、公平性較高的無線傳感器網絡競爭CSMMCA機制OS TS／BSTS(One Setvice a Time Scheme／Bulk Service a Time Scheme)，分析非飽和無線傳感器異構網絡的實時性、公平性特征，并比較這兩種機制的優缺點，以此提出參數優化方案并提高系統監控性能。

1 建立模型
隨著無線通信、微電子機械制造技術和傳感技術的發展，IEEE 802．15．4標準的建立，無線傳感器網絡應用幾乎涉及到了我們生活的方方面面，在目標入侵監測、目標跟蹤、環境監測、戰場偵察、生物醫療、搶險救災以及工業加工過程的監控等領域都有很好的應用。無線傳感器網絡采用大量隨機分布的微型傳感器節點覆蓋檢測區域，通過無線通信方式形成一個一跳或者多跳的自組織網絡系統，使人們在任何時間、任何地點和任何環境下，實時、精確地獲取被監控物體或被監控變量的狀態。同時，無線傳感器網絡在很多方面存在缺陷，諸如使用電池供電引起節能的需求，公平性、實時性、吞吐量的有待提高等等。我們針對于實際應用，提出了非均勻網絡的實時性、公平性要求，詳細、綜合分析兩種不同性質的數據包訪問信道的實時性、公平性，找到合適參數以提高系統的性能。