第 ３Ｏ卷 第 ２期
２０１０年 ４月
桂 林 电 子 科 技 大 学 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．３０．Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１０
ＩＥＥＥ ８０２．１ ５．４协议性能分析及能耗研 究
金 东方 ，李绍文
（桂林 电 子科技 大学 计算机 与控 制学院 ，广西 桂 林 ５４１００４）
摘 要 ：通过分析 ＩＥＥＥ ８０２．１５．４标准数据传输 方式 ，利用 ＮＳ２工具对星型 网、对 等网及簇树网在信标使能和非信
标使能模式下的 网络性能进行仿真 ，结果显示 了通 信速率 的增 加、信标级数 的改变及信 标使能节 点的变 化对端到
端延时 、投递率等性能指标的影响 ，在 网络中各类节 点的能量损耗 问题 上 ，通过计 算节 点的能量消耗 ，对网络中节
点的平均剩余能量分布加 以分析。仿真分析结果为在应用中更好的配置协议和 信标级数 ，达到更可靠、节能的效果
提供 了理论基础 。
关键词 ：ＩＥＥＥ ８０２．１５．４规 范 ；无 线传感器 网络 ；能 耗 ；ＮＳ２仿 真
中图分类号 ：ＴＰ３９３．１７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１６７３—８０８Ｘ（２０１０）０２—０１５８．０５
Ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ—ｃｏｎｓｕｍ ｐｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ
ＩＥＥＥ ８０２．１ ５．４ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｌｏｗ—ｒａｔｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ
Ｊｉｎ Ｄｏｎｇｆａｎｇ，Ｌｉ Ｓｈａｏｗｅｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｂａｓｅｄ ０１１ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＩＥＥＥ ８０２．１５．４ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｕｓｉｎｇ ｏｆ ＮＳ２ ｔｏ
ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｓｔａｒ，ｐｅｅｒ—ｔｏ—ｐｅｅｒ ａｎｄ ｃｌｕｓｔｅｒ ｔｒｅｅ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｒａｆｆｉｃ ｒａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｂｅａｃｏｎ ｏｒｄｅｒ ｃｈａｎｇｅｄ ａｎｄ ｂｅａｃｏｎ—ｅｎａｂｌｅｄ ｎｏｄｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｉｍｐａｃｔ
Ｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｅｔｒｉｃｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｅｎｄ—ｔｏ—ｅｎｄ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｒａｔｅ．Ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｅｖｅｒｙ
ｎｏｄｅ，ｗｅ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｎｏｄｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｔｈｅｎ ａｎｎｌｙｓｅ ｔｈｅ ａｖ—
ｅｒａｇｅ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｍａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒ—ｔｒｅｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｂｅｔ—
ｔｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｎｇ ａｎｄ ｂｅａｃｏｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｍｏｒｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｍｏｒｅ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｐｕｒｐｏｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ—
ｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＥＥＥ ８０２．１ ５．４ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ；ｗ ｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍ ｐｔｉｏｎ；Ｎ Ｓ２ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ
ＩＥＥＥ ８０２．１５．４标 准针 对低速 率 无线 个 人 区域
网（ＬＲ—ＷＰＡＮ）提 出 ，制定 了物理 层 和媒体 接 入控 制
层规范，它的发布 弥补了短距离低速率通信应用领域
的 空 白 ，与 其 他 针 对 无 线 网 络 的 ＭＡＣ 协 议 相 比，
ＩＥＥＥ ８０２．１５．４的 ＭＡＣ层具 有更 高的 可配置 性 。无
线 传感器网络是 以数据 采集 为 目的 的 自治 网络 ，应用
范围从具有很大市场潜力的以监测 身体健康为 目的
的个域网通信，到大范围的环境监测，但 由于受到能
耗 的严重制 约 ，使 其 许 多应 用还 停 留在 研 究 阶段 ，并
不 能大范 围 的在现 实 中推 广 ［１］。通 常情况 下 ，传感 器
网络的任务包 括利用 传感 器 采集特定环境的特定参
数 ，并对这 些信息加以处理 ，最终由收发器传输这些
信 息到数据 接收 器 。众多 数据 显 示［２］，由于传感 器 网
络的特性 ，传感器节 点花在通信上 的能量占据了绝 大
部分 ，这些能 量不 仅 消耗 在收发 数据 阶段，在休眠和
信道扫 描上所 消耗的能 量 也相 当可观 。
建 设传统大规 模测 试 网络技 术难度 大 ，测试 结果
不可重用 ，开发周期长 ，可靠性 不能得到很 好的保 证 ，
建设 费 用昂贵 ，而 网络仿 真技 术是一种通 过建立 网络
设 备 和 网络 链 路 的统 计 模 型 ，并 模 拟 网络 流 量 的 传
收稿 日期 ：２０１０－０３—２５
作者简介 ：金东方（１９８２一），男 ，河南扶沟人，硕士研究生 ，目前主要研究方向为短距离无线 网络 。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｄｆａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ
