摘要：自從IEEE802．15．4標準發布以來，低功耗、低速率傳輸的無線傳感器網絡的應用幾乎涉及到現實生活的方方面面，而這個標準的CSMA／CA機制性能分析大部分都是基于均勻、飽和的傳感器網絡。針對非均勻、非飽和的CSMA／CA機制，提出了一種離散的性能評估方法，采用兩個半馬爾可夫鏈來分別表達兩組節點的訪問過程、一個宏觀馬爾可夫鏈來表達信道狀態。最大的特點是兩組節點被賦予了公平的機會來訪問信道，而不存在優先權的問題。基于這個模型，分析了不飽和、無ACK的IEEE 802．1．5．4信標使能訪問機制的數據包傳送時間，包括數據包到達率、包大小、節點數量等參數對系統實時性的影響，并且這些分析結果與采用NS-2工具仿真的結果十分吻合。
關鍵詞：無線傳感器網絡；實時性分析；馬爾可夫鏈；CSMA／CA機制；NS-2

無線傳感器采用大量的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。它具有成本低、節點密集、低功耗、自組織以及無線部署等特點。無線傳感網絡技術可以使人們在任何時間、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。其目前已廣泛應用于農業種植、智能建筑物、醫療監控、智能交通等領域，尤其是一些災后重建、惡劣環境、突發事件監控等安防領域。本文根據火場監控應用的實時性需要，針對傳輸溫度及濕度這兩個非均勻變量數據包的無線傳感器網絡，分析其無線傳感器網絡傳輸的實時性特征，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，機制內在的性能優勢使得其應用幾乎涉及到我們生活的方方面面；但是無線傳感器網絡依然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。我們針對于應用實際，提出了非均勻網絡的實時性要求，在詳細、綜合分析兩種不同性質的數據包以公平的機會訪問信道的時間性能的同時，找到合適參數以減少數據包訪問時間、提高實時性要求。
在建立分析模型之前，先作出如下的假設：假設信標指數為4，所以每個包都能在同一個超幀傳送完；數據包的接受確認可以無需通過ACK來執行；為了節能，節點在backoff階段處于休眠而不是idle狀態；節點在成功傳送、訪問失敗、達到最大重傳次數后，等待兩個baekoff時隙之后進入休眠狀態：為了避免成功獲取信道的節點永久占用信道，參與競爭的所有節點而不僅僅是傳送節點將其backoff降為最小值；系統中存N在個節點，其中兩種節點個數分別為N1和N2，到達節點的流量滿足Poisson過程且數據包到達率分別為λ1、λ2。節點的訪問機制可采用3個馬爾可夫鏈模型來描述，其中兩個半馬爾可夫鏈分別表示兩種數據包訪問信道的過程，如圖1所示，這個鏈是參考文獻的改進；一個宏觀馬爾可夫鏈表示信道的狀態，如圖2所示。