兩種異構CSMA/CA機制OSTS/BSTS無線傳感網絡公平性、實時性分析比較
3 實驗驗證
從上面的表達式(7)~(8)和文獻中的表達式(24)可以看出,OSTS/BSTS機制的吞吐量、傳輸率、延時量與網絡的節點個數、節點分布、數據包到達率、數據包長度、緩存容量、MAC參數等因素有關。通過NS-2仿真軟件來驗證數據包的實時性能。參考文獻所述的仿真搭建仿真平臺。所有節點都分布在以sink節點為圓心、半徑為5 m的圓內;每個節點都在彼此的傳輸范圍內,節點的傳輸距離為11 m;每個節點都能偵聽到其他節點的傳輸,也就是說不存在隱藏終端。網絡中存在兩種節點,數量分別為N1和N2,其數據包到達率分別為λ1和λ2。仿真參數如表1示,MAC的參數選取backoff計數器的初始值為23;baekoff階段值為m=5;重傳計數器為r=3;數據包的長度L=5為個baekoff大小。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/159695.htm
首先,分析OSTS/BSTS機制的延時性能。如文獻中所述,取R=λ1/λ2,以其作為性能分析度量的基準,并把節點數目的比例作為度量系統非均勻度即非對稱度的度量,也就是說,系統的最大非均勻度即最大非對稱度是兩種節點的數目相當如N1=5,N2=5和N1=23,N2=12,而系統的最小非均勻度是兩種節點的數目相差最大如N1=23,N2=2。從圖3中得到:1)隨著節點數的增加,數據包的平均delay增加;2)隨著隊列長度的增加,delay會增加;3)相同節點數量不同的分布,R1時,異構程度增加,delayr增加,如圖3b、3c;R>1時,異構程度增加,delay降低,如圖3b、3c;在R=1時,也就是兩種節點的數據包到達率相同,總的數據包數λ1N1+λ2N2在不同的節點組成情況下相等,所有的delay值相同,并且delay達到最大值。OSTS機制和BSTS機制在K=1時的時間性能是相同的;隨著異構程度的增加,也就是說在相同的節點組成情況下數據包到達率的差值減少,OSTS的實時性比BSTS的實時性好;而數據包到達率的差值增加,即異構程度降低,OSTS的實時性要差于BSTS機制。這樣,根據節點的分布情況,為了提高系統的實時性,合適地選擇異構機制很重要。
再來分析系統的公平性。對于異構網絡,公平性也是網絡的一個重要性能,如果節點在訪問信道的過程中,公平性較差,有些節點總是占據很小的帶寬,那么這些節點在競爭過程中獲得信道的機會就會很少,系統獲取這些節點的信息量就很少,這樣不利于系統的正常運行。前面的分析可以得知,每種節點的吞吐量占整個吞吐量的比例可以用來衡量公平性,那么這兩種節點在數據包到達率相同的情況下應該是公平傳輸數據包的,而在數據到達率不同時,就看哪種機制的吞吐量更加均勻分布在兩種節點間,哪種機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機制的公平性和其他相似的非優先級異構機制如Ramaehandran機制,Sarmiento機制等的公平性比較,如圖4(b)所示。
從圖4(a)中可以看出,在數據包到達率差異較大時,BSTS機制的公平性比其他幾種機制的公平性要高;在數據包到達率差異較小時,OSTS機制的公平性比其他幾種機制的公平性要高。例如,BSTS機制中節點N1和節點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機制在lnR:一2時為0.872 l/1,在lnR=-1.5時為0.924 1/1,Ramaehandran機制在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,各種機制的傳輸率分析與吞吐量的分析相似。
4 結論
文中提出了兩種新的IEEE 802.15.4 CSMA/CA訪問機制OSTS/BSTS,這兩個機制采用了兩個半馬爾可夫鏈和一個宏觀馬爾可夫鏈模型,聯合隊列模型詳細分析了系統的實時性、公平性。在有限節點數和理想信道的情況下,分析了OSTS/BSTS機制在非均勻的數據包到達率和非飽和條件下各個數據包訪問信道的時間性能,并且提出了這兩種機制與其他非優先等級機制的公平性比較,通過NS-2仿真驗證了分析結果,發現我們的分析與仿真的結果是很吻合的。本文最大的特點是,數據包之間沒有優先權的限制,所有包都有公平的機會訪問信道,無論是同一種節點還是不同種節點之間,這是與先前分析非均勻網絡等中性能僅是各個節點性能的簡單代數相加最大的區別。
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