73、无线传感器网络的节能、低延迟与QoS保障技术研究

无线传感器网络的节能、低延迟与QoS保障技术研究

1. 引言

无线传感器网络（WSNs）作为新一代嵌入式系统，凭借无线自组织通信机制，将传感数据从源节点传输至基站。其应用广泛，涵盖军事、环境监测、健康医疗和家庭应用等领域。然而，由于无线特性、节点密度、资源有限、节点可靠性低、分布式架构和频繁移动性等因素，WSNs面临诸多挑战。其中，支持实时QoS是一个关键且具有挑战性的问题。

2. TDMA - EC协议性能评估

为了评估TDMA - EC协议的性能，采用端到端延迟、能量消耗和交付率这三个指标进行衡量。
- 端到端延迟 ：在每一跳进行测量。
- 能量消耗 ：传输一定数量数据包的总能量成本。
- 交付率 ：成功接收的数据数据包与所有源节点发出的数据包总数的比率。

2.1 线性多跳链流量模型

为了与D - MAC和S - MAC进行比较，首先在一个由11个节点组成的简单多跳链上进行测试。为消除排队延迟对端到端延迟的影响，采用源报告间隔为0.5s的轻流量速率。
- 延迟情况 ：从图5可知，每一跳的数据包延迟约为0.1ms，且与跳数呈线性比例关系。一般来说，基于TDMA的MAC协议由于帧长度固定，数据包延迟比基于竞争的MAC协议大。但TDMA - EC在轻流量下能获得与自适应SMAC相近的性能，适用于对延迟不敏感的WSN应用。而且，随着流量负载的增加，TDMA - EC的延迟性能将更加突出。
- 能量消耗情况