基于DL／T645規(guī)約的電能表集抄無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計
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2 基于DL／T645規(guī)約的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS—MAC協(xié)議設(shè)計
IEEE802．15．4和IEEE802．11e雖然都采用CSMA／CA機制，但兩者卻有所不同。IEEE802．11標(biāo)準(zhǔn)所采用的CSMA／CA機制始終檢測信道，只有在信道空閑的情況下才退避計時；而IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)所采用的CSMA／CA機制無論信道是什么狀態(tài)都會退避計時，只有退避計時結(jié)束后，才會執(zhí)行CCA檢測。因此，IEEE802．15．4的MAC協(xié)議不能像直接采用IEEE802．11e協(xié)議的QoS支持。而如何針對電能表集抄數(shù)據(jù)傳輸的特點在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)IEEE802．15．4協(xié)議中加入與IEEE802．11e相似的QoS服務(wù)，是本文研究的重點。
依據(jù)IEEE802．11e可區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包優(yōu)先級的要求，高優(yōu)先級數(shù)據(jù)性能的提高是以犧牲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量為代價的。由于DL／T645數(shù)據(jù)包具有三個優(yōu)先級的不同QoS需要，因此，對QoS—MAC層模型在每個數(shù)據(jù)節(jié)點設(shè)置三種優(yōu)先級數(shù)據(jù)緩沖隊列，同時采用帶沖突避免的載波來偵聽多路訪問協(xié)議(CSMA／CA)，以避免成功接入的隊列與其它隊列之間的碰撞，每個隊列采用相應(yīng)的接入等級。在DL／T645的三種優(yōu)先級隊列中，較高級別的優(yōu)先級緩沖隊列內(nèi)的數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送，僅當(dāng)較高一級優(yōu)先級緩沖隊列空閑時，才發(fā)送較低優(yōu)先級緩沖隊列中的數(shù)據(jù)。本文還建立了三個優(yōu)先級別隊列的通信延時、有效吞吐率和數(shù)據(jù)包信道沖撞率的數(shù)學(xué)模型，以衡量電能表集抄數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男阅茉u價。
本模型的對象是在一個集中區(qū)域電能表集抄無線傳感器網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)中，包含1個協(xié)調(diào)器節(jié)點和N個無線自動集中抄表設(shè)備節(jié)點，其三維馬爾科夫鏈的隊列模型如圖1所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/159623.htm
假設(shè)所有節(jié)點都相互影響對方的信道使用，多功能電能表抄表通信DL／T645協(xié)議中的三種優(yōu)先級數(shù)據(jù)分別存放于3個不同的緩沖隊列中。符號(·)0中的上標(biāo)0表示發(fā)送DL／T645高優(yōu)先級數(shù)據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，(·)1表示發(fā)送DL／T645中優(yōu)先級數(shù)據(jù)節(jié)點，(·)2表示發(fā)送DL／T645低優(yōu)先級數(shù)據(jù)節(jié)點。
根據(jù)圖1所示的馬爾科夫鏈模型中p0p1p2p3之間的關(guān)系，就可推導(dǎo)出電能表集抄無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要發(fā)送數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)為N個，其中n0、n1和n2個節(jié)點分別為有DL／T645高優(yōu)先級、中優(yōu)先級、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)傳送，其它n3個節(jié)點無數(shù)據(jù)發(fā)送的概率記為Qn0,n1,n2，并由下式表示：
考慮到兩個連續(xù)時間單位內(nèi)無線信道的狀態(tài)，當(dāng)前信道為空閑狀態(tài)的概率Pi=Pi|i·Pi+Pi|b(1-Pi)，其中Pi|i(Pi|b)是前一個時間單位內(nèi)信道是空閑(繁忙)狀態(tài)的條件下當(dāng)前信道為空閑狀態(tài)的條件概率。信道由繁忙狀態(tài)轉(zhuǎn)為空閑的概率
，其中
是數(shù)據(jù)包的平均發(fā)送時間。因此，對于DL／T645協(xié)議中的三個優(yōu)先級節(jié)點檢測信道是空閑的概率分別可用下式表示：
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