基于DL/T645規(guī)約的電能表集抄無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議設計
為了測試本文提出的QoS—MAC協(xié)議,可使用以上電能表集抄網(wǎng)絡模型在Matlab中編寫算法,并對基于DL/T645的抄表無線傳感器網(wǎng)絡進行算法理論建模。在測試模型中,假設有1個無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調器和10個節(jié)點組成一個抄表無線傳感器網(wǎng)絡子網(wǎng)模型。設每個DL/T645抄表數(shù)據(jù)包的長度為50字節(jié),節(jié)點占用信道的傳輸時間(包括傳輸、應答時間及數(shù)據(jù)幀間隔時間(Inter Frame Space,IFS)為157 symbols。DL/ T645的三個優(yōu)先級數(shù)據(jù)的緩沖隊列長度都是6個數(shù)據(jù)包(300字節(jié))。在此服務的碰撞機制中,設置DL/T645高優(yōu)先級數(shù)據(jù)的最大退避次數(shù)為15次,每次退避時間固定為20 symbols,DL/T645中優(yōu)先級數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包最大退避次數(shù)為10次,DL/T645低優(yōu)先級數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包退避時間可按IEEE802.15.4協(xié)議默認數(shù)據(jù)設置,其最大退避次數(shù)為5次。
設每個基于DL/T645的抄表無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點都有DL/T645高、中、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)發(fā)送,并設DL/T645低優(yōu)先級為變量,DL/T645中、高優(yōu)先級變化,則可編寫代碼實現(xiàn)DL/T645三個優(yōu)先級數(shù)據(jù)發(fā)送,觀察DL/T645高、中、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)相互的影響。分析測試數(shù)據(jù)分別設置為高優(yōu)先級數(shù)據(jù)產(chǎn)生率為8 kb/s,在特殊情況下,高優(yōu)先級數(shù)據(jù)倍增(16 kb/s);中優(yōu)先級數(shù)據(jù)產(chǎn)生率為8 kb/s,在特殊情況下,中優(yōu)先級數(shù)據(jù)倍增(16 kb/s);低優(yōu)先級數(shù)據(jù)產(chǎn)生率從0.4 kb/s增加到24 kb/s。
根據(jù)上述分析測試數(shù)據(jù)設置,Matlab的計算結果如圖2和圖3所示。 圖中,DL/T645_high、DL/T645_mid、DL/T645_low分別表示高、中、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)的各種性能曲線。本文引用地址:http://2s4d.com/article/159623.htm
由圖2所示的數(shù)據(jù)傳輸延時模型分析測試結果可以看出:DL/T645中優(yōu)先級的傳輸延時影響較小,DL/T645高優(yōu)先級數(shù)據(jù)的傳輸幾乎不受影響。當DL/T645低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率很大時,DL/T645的高、中優(yōu)先級的數(shù)據(jù)能保持較低的傳輸延時。因此,此QoS—MAC可為電能表集抄系統(tǒng)的緊急數(shù)據(jù)提供不受其它數(shù)據(jù)影響的傳輸延時保證。
圖3所示為數(shù)據(jù)傳輸有效吞吐率分析測試結果。隨著DL/T645低優(yōu)先級數(shù)據(jù)產(chǎn)生率的增加,有效吞吐率明顯下降。在網(wǎng)絡負擔比較大的極端情況下,大量DL/T645低優(yōu)選級數(shù)據(jù)不能完成傳送,DL/T645中優(yōu)先級影響較小,而DL/T645高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)幾乎不受影響,因而能保持較大的網(wǎng)絡有效吞吐率。
4 結語
本文根據(jù)多功能電能表傳輸DL/T645規(guī)約數(shù)據(jù)通信的要求,提出了一種QoS—MAC層的網(wǎng)絡構架,并對電能表集抄DL/T645規(guī)約中各數(shù)據(jù)通信特點進行了分析,根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的實時性和可靠性找出了一種優(yōu)化的數(shù)據(jù)分級方式。本文將DL/T645規(guī)約數(shù)據(jù)分為三個優(yōu)先級,并根據(jù)DL/T645高、中、低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)傳輸需求,通過分析CSMA/CA機制和修改無線傳感網(wǎng)絡的MAC層協(xié)議,建立了QoS—MAC的CSMA/CA機制數(shù)學模型,實現(xiàn)了MAC層對QoS的支持。最后在不同數(shù)據(jù)產(chǎn)生率下,通過Matlab軟件進行了算法實現(xiàn),并在理論層次對所提出的QoS—MAC協(xié)議網(wǎng)絡傳輸性能進行了測試。
本文所研究的內(nèi)容涉及了多功能電能表集抄系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡通信技術的一個方面,雖然做了較全面的研究,但限于篇幅以及筆者水平,一些模型可能分析得不夠深入。未來隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術的發(fā)展,會不斷有新的無線MAC層協(xié)議出現(xiàn),如何將這些技術應用于多功能電能表自動集中抄表系統(tǒng),還有待今后進一步的深入研究。
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