论文研究-基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析.pdf

所需积分/C币:10 2019-07-22 18:41:59 170KB .PDF
25
收藏 收藏
举报

为了优化802.15.4 MAC协议能耗性能,提出了一种基于退避时提前休眠的时隙CSMA/CA机制,并建立了该协议的Markov链模型。然后使用M/G/1排队系统理论对非饱和网络负载建模,并对协议主要参数进行了数学推导。最后基于该模型对网络节点能耗进行数值分析。理论分析和仿真结果表明,该模型较好地描述了基于非饱和负载的802.15.4 MAC协议,网络节点平均能耗得到有效改善。
2326 计算机应用研究 B=(1-「1-mr.1”-1)/(2-「1-mn.1-1) (7)N较小,节点平均能耗较小,λ值的增加对能耗的影响较大,而 因此,由式(1)~(7),计算出非饱和负载刚络中的参数a、B、当λ增加到一定值后对能耗的影响就相对较小。这是因为A 较小时负载较小时,发送队列为空的概率较大,网络处在非饱 和状态。随着λ的增加,发送队列为空的穊率逐渐减小,网络 3能耗性能分析 负载加大,节点能耗相应地就加大。当网络达到饱和负载状 态,网络中节点的平均能耗交化不大 为计算节点平均功率消耗的表达式,将网终运行时间分为 另外,每个节点的平均功率消耗随着节点数的增加而减 三部分,即用于接收信标帧的时隙数(Tm)、活跃期的克争接 少,这是因为一个节点成功竞争到信道从而发送数据帧的概率 人时期和非活跃期。节点从休眠状态切换至活跃状态所需的 降低,而没有竞争到信道的节点会进人新的退避期或于CAP 切换时问(T。)为3.6 back off slots,其他状态间的切换时问忽 內提前进入休眠状态,从而节省能量。 略。每个节点的平均功率消耗可以定义如下: mc,+∑me,+-mm)y+ 5结束语 TT- BI-T-SD-Ts)Y mep x 本文使用M/G/1排队系统对非饱和网络负载建模,并提 出一个基于退避时提前休眠的IEEE802.15.4MAC协议的 ∑丌Bo;k+Bl Lille LTrY Markov分析模型。基于本模型,分析了协议的主要参数:两次 其中:Tm用于信标帧的接收;CAP又分为退避、CCA、数据帧 CCA检测信道为忙的概率α、β,并对网络节点能耗进行了数学 分析,提出相应的数学表达式。仿真实验与理论分析结果表 传输和休眠四个状态,分别以Ym、Ym、Ym、和Yn作为状态 明,本模型可以有效地分析时隙 CSMA/CA算法和802.15.4 功耗进行计算;第三部分时间为CFP的休眠时间。从休眠状 网络非饱和负载。模型数值结果还可以用来分析各种协议和 态切换至活跃状态所需的时间T,用Y,近似计算能量。为方 网络参数对网络重要性能指标的影响。今后需要进一步通过 便计算,节点退避期耗能近似于空闲状态耗能,CCA耗能近似 改进模型以优化协议,使之具有更广泛的应用。 于节点接收耗能。 设定q为0(网络处于饱和状态),可求出相应的v值,然 参考文献: 后结合前述相关公式,从而计算出网络节点能耗的值。 [1] PARK T R, KIN T H, CHOI J Y, et al. Throughput and energy consumption analysis of IEEE 802. 15. 4 slotted CSMA/CALJI 4仿真实验 IEEE Electronics Letters, 2005, 41(18): 1017-1019 [2 MISIC J, SHAFI S, MISC V B. Performance of a beacon enabled 为验证上述分析的正确性,采用NS2.3仿真来分析协议 IEEE 802. 15. 4 cluster with downlink and uplink traffic[J. IEEE 性能并验证模型的性能分析结果。将网终部署为只有一个协 Trans on Parallel and Distributed Systems, 2006, 17(4): 361 凋节点的星型拓扑,其余N-1个RFD节点均在通信范围之 376 内。在802.15.4网络中,节点工作于非饱和负载的情形,只有312 HANG Y,XP,2 HANG Z,aa. omments on throughput ana 上层有数据包到来,节点才准备进行数据传送,否则节点休眠。 sis of IFFF 802. 15. 4 slotted CSMA/ CA cons idering timeout perind 假设上层发送的数据包概率分布为泊松流量,数据帧载荷100 [J]. IEEE Electronics Letters, 2006, 42(19): 1127-1128 [4 POLLIN S, ERGEN M, ERGEN S C, et al. Performance analysis uf Bte,MAC帧头长13Be,PHY帧头长6Byte,信道带宽为250 slotted carrier sense IEEE 802. 15. 4 medium access layer C//Pro kbps,NVB最大值为5,BE最小值为3,最大值为5,CW值为2,L of ieee global telecommunications conference, San francisco, Ieee 为6。节点状态(包括空闲、发送、接收和休眠状态)的功率消 Pres,2006:126-135 耗根据低功耗芯片 Chipcon(C2420的测定结果而设置:Ym=[5] HE Jian-hua, TANG Zuo-vin, CHEN H,ata. An accurate Marko 712pW、Ymm=31.32mW、ya=35.28mW、Yaep=144 model for slotted CSMA/CA algorithm in IEEE 802. 15. 4 networks n [J. IEEE Communications Letters, 2008, 12(6): 420-422 由非饱和负载模型MG/1队列可知,当A<时,网络处[6] RAMACHANDRAN1, DAS A K,ROYs. Analysis of the contention 丁不饱和状态,所以实验主要分析网络中设备数n取不同的值 access period of IEEE 802. 15.4 MAC[J]. ACM Trans on Sensor 时,参数λ的值对网络能耗的影响。图3是模型的节点功率消 Networks,2007,3(1):70 耗数值结果与仿真结果的比较,表明理论分析结果与仿真结果7 WalraNd J. An introduction to qucucing networks[M].Ncw 吻合较好。 Jersey Preniiec-Hall, Inc, 1988 [8 WEN Hao, LIN Chuang, CHEN Zhi-jia, et al. An improved Markov model for IEEE 802. 15. 4 slotted CSMA/CA mechanism [ J.Jour- nal of Computer Science and Technology, 2009, 24(3): 495 [9] BOUGARD B, CATTHOOR F, DALY D C, el ul. Emergy efficiency of the ieee 802. 15. 4 standard in dense wireless microsensor net. AralL works: modeling and improvement perspectives C //Proc of Design m时平每範 Automation and Test in Europe Conference and Exhibition. Munich 可以看岀,节点平均能耗随着λ值的增大而相应增大, IEEE Press. 2005:196-20 1

...展开详情
试读 3P 论文研究-基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析.pdf
立即下载 身份认证后 购VIP低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
您会向同学/朋友/同事推荐我们的CSDN下载吗?
谢谢参与!您的真实评价是我们改进的动力~
  • 至尊王者

关注 私信
上传资源赚钱or赚积分
最新推荐
论文研究-基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析.pdf 10积分/C币 立即下载
1/3
论文研究-基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析.pdf第1页

试读结束, 可继续阅读

10积分/C币 立即下载