圖5 幀結(jié)構(gòu)示例
2.1.3數(shù)據(jù)傳輸
這一階段各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照簇頭發(fā)送的調(diào)度信息，在各自分配的數(shù)據(jù)時(shí)隙中傳輸數(shù)據(jù)。如果節(jié)點(diǎn)在下一幀中仍有數(shù)據(jù)傳輸，則繼續(xù)在下一幀信令時(shí)隙S01時(shí)隙中對(duì)應(yīng)的信令小時(shí)隙進(jìn)行時(shí)隙申請(qǐng)，完成調(diào)度，然后在分配的時(shí)隙中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸即可。
在這種調(diào)度分配中，難免會(huì)遇到需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)極少甚至無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，為了避免調(diào)度的頻繁進(jìn)行或睡眠時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需要設(shè)定一個(gè)最小幀長(zhǎng)，這個(gè)需要依據(jù)實(shí)際應(yīng)用中要求的而定。本方案中依據(jù)所占用的平均時(shí)隙數(shù)而定。
2.2時(shí)隙計(jì)算
在此調(diào)度方案中，使用的是幀長(zhǎng)不定。時(shí)隙定長(zhǎng)的方法，需要對(duì)時(shí)隙定義一個(gè)合適的長(zhǎng)度，過(guò)大會(huì)使空閑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，浪費(fèi)資源，過(guò)小又會(huì)使調(diào)度次數(shù)增多。按照節(jié)點(diǎn)的負(fù)載與信道容量的關(guān)系，給出如下時(shí)隙計(jì)算公式：
式中：ts表示所選的時(shí)隙大小；bavg表示各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)通信負(fù)載的平均量；bk表示各個(gè)節(jié)點(diǎn)可能產(chǎn)生的業(yè)務(wù)負(fù)載量的值；m表示簇中的節(jié)點(diǎn)數(shù)；C表示信道容量。
3仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
3.1仿真參數(shù)設(shè)置
為了驗(yàn)證本方法的有效性和通用性，在不同負(fù)載情況下，對(duì)IM-TDMA，BCMAC和傳統(tǒng)的TDMA協(xié)議的平均時(shí)延和平均能量消耗進(jìn)行了仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。仿真環(huán)境如下：
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍為100 m×100 m，節(jié)點(diǎn)數(shù)為50，數(shù)據(jù)包大小為512 B，模擬時(shí)間為1 000 s，簇半徑為30 m，數(shù)據(jù)包由CBR流量產(chǎn)生器產(chǎn)生。
3.2仿真結(jié)果分析
三種協(xié)議在平均時(shí)延方面的對(duì)比如圖6所示?？梢钥闯?，IM-TDMA協(xié)議比TDMA協(xié)議和BCMAC協(xié)議的時(shí)延都小，這是因?yàn)镮M-TDMA協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)流量來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)幀長(zhǎng)，提高了信道利用率，因而數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延較小。
圖6 平均時(shí)延對(duì)比
三種協(xié)議在平均能量消耗方面的比較如圖7所示。由圖7可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，TDMA協(xié)議的能耗較??；而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量較小時(shí)，IM-TDMA協(xié)議的能耗較小。這是因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，簇頭調(diào)度開銷所消耗的能量占主導(dǎo)地位，因而TDMA的能耗較BC-MAC和IM-TDMA協(xié)議較小。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)較小時(shí)，由于TDMA在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)也要保持偵聽狀態(tài)，因此能耗較大。而BCMAC協(xié)議雖然不用在整個(gè)過(guò)程中保持偵聽，但幀長(zhǎng)度固定，因而能耗較IM-TDMA協(xié)議大。
從仿真結(jié)果可以看出，IM-TDMA協(xié)議較TDMA協(xié)議和BCMAC協(xié)議在能耗和時(shí)延方面更優(yōu)。
圖7 平均能量消耗對(duì)比
4結(jié)語(yǔ)
本方案是對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)的MAC協(xié)議方案進(jìn)行的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的TDMA分配方案在時(shí)隙分配上采用固定幀長(zhǎng)的方式，信道利用率低；在調(diào)度方法上偵聽時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。過(guò)程復(fù)雜，造成能量的浪費(fèi)。文中的IM-TDMA調(diào)度方案能夠克服上述不足，在時(shí)隙分配上，采用依據(jù)即時(shí)信息，動(dòng)態(tài)改變幀長(zhǎng)的方式，提高了信道利用率；在調(diào)度方法上，采用計(jì)數(shù)器管理方式，簡(jiǎn)化了調(diào)度復(fù)雜性，節(jié)約了能量的消耗。仿真結(jié)果表明，本方案效果極好。