第9卷第4期 智能系统学报 Vol.9 No.4 2014年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Agu.2014 D0I:10.3969/j.issn.1673-4785.201304023 网络出版t地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/CNKI:23-1538/TP.20131101.1721.008.html 并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析 官铮，邹丹2，丁洪伟，钱文华1 (1.云南大学信息学院，云南昆明650091：2.云南开放大学机械与电子工程学院，云南昆明650091) 摘要：针对具有网络流量非均衡特性的时延敏感业务，提出一种并行调度两级轮询MAC控制协议。协议从服务 策略和服务路径的角度实现了节点的优先级区分，并且通过服务过程和查询转换过程的并行处理，使得系统的时延 特性显著提高。采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数理论对提出的协议进行数学建模分析，精确解析了系统的平 均排队队长、平均循环周期、信息分组的平均等待时延，仿真实验表明理论分析的正确性以及协议的有效性。 关键词：无线传感器网络：MAC协议：两级轮询：并行调度：平均等待时延 中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1673-4785(2014)04-438-06 中文引用格式：官铮，邹丹，丁洪伟，等.并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析[J].智能系统学报，2014,9(4)：438- 443. 英文引用格式：GUAN Zheng,ZOU Dan,.DING Hongwei,,ctal.Study on parallel two--level polling control based MAC protocol for Wireless sensor networks[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2014,9(4):438-443. Study on parallel two-level polling control based MAC protocol for Wireless sensor networks GUAN Zheng',ZOU Dan2,DING Hongwei',QIAN Wenhua' (1.School of Information Science and Technology,Yunnan University,Kunming 650091,China;2.School of Mechanical and Electri- cal Engineering,Yunnan Open University,Kunming 650091,China) Abstract:Aiming at the delay-sensitive applications with an unbalanced property of network flow,a new protocol called the parallel two-level polling control based MAC (PTLP-MAC)is proposed in this paper.The PTLP-MAC provides priority distinction from the aspects of the polling route and service scheme assignment.By proceeding with the data transmission and request parallel,the mean waiting time of the data packet is further reduced.Further- more,by use of the embedded Markov chain and the theory of probability generating function,the mathematical functions were established and closed form expressions were given for obtaining the mean cyclic period,as well as the mean queue length and the mean waiting time characteristics.The analytical results were also verified through extensive computer simulations. Keywords:Wireless sensor networks;MAC protocol;two-level polling;parallel schedule;mean waiting time 典型的无线传感器网络采用分层结构，由簇首积造成的拥塞，保障数据传输时延，传输过程中应为 节点收集子网中的数据并向上层节点转发最终传输 簇首节点分配更多的网络资源。近年来，各国学者 到汇聚点，形成了一颗以汇聚节点为根的数据传输 针对传感器网络的QS保障问题做出了大量研 树。在树结构中作为簇首的节点相对普通数据采集 究12]，包括MAC(medium access control)、路由层到 节点具有更高的网络负载，为了避免由信息传输累 传输层的优化设计。介质访问控制协议决定着无线 信道的使用方式，负责为节点分配无线通信资源，直 收稿日期：2013-04-20.网络出版日期：2013-11-01. 基金项目：云南省应用基础研究计划资助项目(2012FD002). 接影响网络整体性能，受到了广泛的关注，从不同角 通信作者：官铮.E-mail:_627@sina.com. 度改善了网络的时延性能和时间同步条件36)。然
第 怨 卷第 源 期摇摇摇摇摇 摇摇摇 摇摇摇 摇摇摇 智 能 系 统 学 报摇摇摇摇摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 灾燥造援怨 翼援源 圆园员源 年 愿 月摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 悦粤粤陨 栽则葬灶泽葬糟贼蚤燥灶泽 燥灶 陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼 杂赠泽贼藻皂泽 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 粤早怎援 圆园员源 阅韵陨院员园援猿怨远怨 辕 躁援蚤泽泽灶援员远苑猿鄄源苑愿缘援圆园员猿园源园圆猿 网络出版地址院澡贼贼责院 辕 辕 憎憎憎援糟灶噪蚤援灶藻贼 辕 噪糟皂泽 辕 凿燥蚤 辕 悦晕运陨院圆猿鄄员缘猿愿 辕 栽孕援圆园员猿员员园员援员苑圆员援园园愿援澡贼皂造 并行调度两级轮询控制传感器网络 酝粤悦 协议分析 官铮员 袁邹丹圆 袁丁洪伟员 袁钱文华员 渊员援 云南大学 信息学院袁云南 昆明 远缘园园怨员曰 圆援 云南开放大学 机械与电子工程学院袁云南 昆明 远缘园园怨员冤 摘 要院针对具有网络流量非均衡特性的时延敏感业务袁提出一种并行调度两级轮询 酝粤悦 控制协议遥 协议从服务 策略和服务路径的角度实现了节点的优先级区分袁并且通过服务过程和查询转换过程的并行处理袁使得系统的时延 特性显著提高遥 采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数理论对提出的协议进行数学建模分析袁精确解析了系统的平 均排队队长尧平均循环周期尧信息分组的平均等待时延袁仿真实验表明理论分析的正确性以及协议的有效性遥 关键词院无线传感器网络曰酝粤悦 协议曰两级轮询曰并行调度曰平均等待时延 中图分类号院 栽孕猿怨猿 摇 文献标志码院粤摇 文章编号院员远苑猿鄄源苑愿缘渊圆园员源冤园源鄄源猿愿鄄园远 中文引用格式院官铮袁 邹丹袁丁洪伟袁等援 并行调度两级轮询控制传感器网络 酝粤悦 协议分析咱 允暂援 智能系统学报袁 圆园员源袁 怨渊源冤 院 源猿愿鄄 源源猿援 英文引用格式院郧哉粤晕 在澡藻灶早袁 在韵哉 阅葬灶袁 阅陨晕郧 匀燥灶早憎藻蚤袁 藻贼 葬造援 杂贼怎凿赠 燥灶 责葬则葬造造藻造 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早 糟燥灶贼则燥造 遭葬泽藻凿 酝粤悦 责则燥贼燥糟燥造 枣燥则 宰蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽咱允暂援 悦粤粤陨 栽则葬灶泽葬糟贼蚤燥灶泽 燥灶 陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼 杂赠泽贼藻皂泽袁 圆园员源袁 怨渊源冤 院 源猿愿鄄源源猿援 杂贼怎凿赠 燥灶 责葬则葬造造藻造 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早 糟燥灶贼则燥造 遭葬泽藻凿 酝粤悦 责则燥贼燥糟燥造 枣燥则 宰蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽 郧哉粤晕 在澡藻灶早员 袁 在韵哉 阅葬灶圆 袁 阅陨晕郧 匀燥灶早憎藻蚤员 袁 匝陨粤晕 宰藻灶澡怎葬员 渊员援杂糟澡燥燥造 燥枣 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠袁 再怎灶灶葬灶 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 运怎灶皂蚤灶早 远缘园园怨员袁 悦澡蚤灶葬曰 圆援 杂糟澡燥燥造 燥枣 酝藻糟澡葬灶蚤糟葬造 葬灶凿 耘造藻糟贼则蚤鄄 糟葬造 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁 再怎灶灶葬灶 韵责藻灶 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 运怎灶皂蚤灶早 远缘园园怨员袁 悦澡蚤灶葬冤 粤遭泽贼则葬糟贼院粤蚤皂蚤灶早 葬贼 贼澡藻 凿藻造葬赠鄄泽藻灶泽蚤贼蚤增藻 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽 憎蚤贼澡 葬灶 怎灶遭葬造葬灶糟藻凿 责则燥责藻则贼赠 燥枣 灶藻贼憎燥则噪 枣造燥憎袁 葬 灶藻憎 责则燥贼燥糟燥造 糟葬造造藻凿 贼澡藻 责葬则葬造造藻造 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早 糟燥灶贼则燥造 遭葬泽藻凿 酝粤悦 渊 孕栽蕴孕鄄酝粤悦冤 蚤泽 责则燥责燥泽藻凿 蚤灶 贼澡蚤泽 责葬责藻则援 栽澡藻 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 责则燥增蚤凿藻泽 责则蚤燥则蚤贼赠 凿蚤泽贼蚤灶糟贼蚤燥灶 枣则燥皂 贼澡藻 葬泽责藻糟贼泽 燥枣 贼澡藻 责燥造造蚤灶早 则燥怎贼藻 葬灶凿 泽藻则增蚤糟藻 泽糟澡藻皂藻 葬泽泽蚤早灶皂藻灶贼援 月赠 责则燥糟藻藻凿蚤灶早 憎蚤贼澡 贼澡藻 凿葬贼葬 贼则葬灶泽皂蚤泽泽蚤燥灶 葬灶凿 则藻择怎藻泽贼 责葬则葬造造藻造袁 贼澡藻 皂藻葬灶 憎葬蚤贼蚤灶早 贼蚤皂藻 燥枣 贼澡藻 凿葬贼葬 责葬糟噪藻贼 蚤泽 枣怎则贼澡藻则 则藻凿怎糟藻凿援 云怎则贼澡藻则鄄 皂燥则藻袁 遭赠 怎泽藻 燥枣 贼澡藻 藻皂遭藻凿凿藻凿 酝葬则噪燥增 糟澡葬蚤灶 葬灶凿 贼澡藻 贼澡藻燥则赠 燥枣 责则燥遭葬遭蚤造蚤贼赠 早藻灶藻则葬贼蚤灶早 枣怎灶糟贼蚤燥灶袁 贼澡藻 皂葬贼澡藻皂葬贼蚤糟葬造 枣怎灶糟贼蚤燥灶泽 憎藻则藻 藻泽贼葬遭造蚤泽澡藻凿 葬灶凿 糟造燥泽藻凿 枣燥则皂 藻曾责则藻泽泽蚤燥灶泽 憎藻则藻 早蚤增藻灶 枣燥则 燥遭贼葬蚤灶蚤灶早 贼澡藻 皂藻葬灶 糟赠糟造蚤糟 责藻则蚤燥凿袁 葬泽 憎藻造造 葬泽 贼澡藻 皂藻葬灶 择怎藻怎藻 造藻灶早贼澡 葬灶凿 贼澡藻 皂藻葬灶 憎葬蚤贼蚤灶早 贼蚤皂藻 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽援 栽澡藻 葬灶葬造赠贼蚤糟葬造 则藻泽怎造贼泽 憎藻则藻 葬造泽燥 增藻则蚤枣蚤藻凿 贼澡则燥怎早澡 藻曾贼藻灶泽蚤增藻 糟燥皂责怎贼藻则 泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶泽援 运藻赠憎燥则凿泽院宰蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽曰 酝粤悦 责则燥贼燥糟燥造曰 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早曰 责葬则葬造造藻造 泽糟澡藻凿怎造藻曰 皂藻葬灶 憎葬蚤贼蚤灶早 贼蚤皂藻 收稿日期院圆园员猿鄄园源鄄圆园援 摇 网络出版日期院圆园员猿鄄员员鄄园员援 基金项目院云南省应用基础研究计划资助项目渊圆园员圆云阅园园圆冤援 通信作者院官铮援 耘鄄皂葬蚤造院早扎赃远圆苑岳 泽蚤灶葬援糟燥皂援 摇 摇 典型的无线传感器网络采用分层结构袁由簇首 节点收集子网中的数据并向上层节点转发最终传输 到汇聚点袁形成了一颗以汇聚节点为根的数据传输 树遥 在树结构中作为簇首的节点相对普通数据采集 节点具有更高的网络负载袁为了避免由信息传输累 积造成的拥塞袁保障数据传输时延袁传输过程中应为 簇首节点分配更多的网络资源遥 近年来袁各国学者 针对传感器网络的 匝燥杂 保障问题做出了大量研 究咱员鄄圆暂 袁包括 酝粤悦渊皂藻凿蚤怎皂 葬糟糟藻泽泽 糟燥灶贼则燥造冤 尧路由层到 传输层的优化设计遥 介质访问控制协议决定着无线 信道的使用方式袁负责为节点分配无线通信资源袁直 接影响网络整体性能袁受到了广泛的关注袁从不同角 度改善了网络的时延性能和时间同步条件咱猿鄄远暂 遥 然
第4期 官铮，等：并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析 ·439· 而，考虑网络流量不平衡环境下节点的区分优先级 1.2 介质访问控制机制 的控制协议相对较少。基于两级轮询控制的MAC 表1所示为各类节点需要维护的信息。 协议可实现区分节点优先级的服务[9，但数据传 表1节点保留参量 输权频繁地在普通节点和中心节点间切换，使得查 Table 1 Parameters for nodes 询转化开销较大。针对上述问题，本文提出一种两 节点 变量 含义 级轮询并行调度MAC协议(parallel two-level polling List_num 下一个要申请的普通节点号 control based MAC protocol,PTLP-MAC)优化算法.， SNEXT 下一个要申请的节点号 利用捎带技术实现了数据传输和查询转换的并行处 汇聚节点 下一个期望接收的数据序列号， 理，从而减少查询转换开销、降低时延：最后通过仿 Dsn 确认对象Is=1时，Dsn=0; 真实验与已有方法对比证明了协议在时延特性方面 确认对象=0时，Dsn++ 的改进。 当前发送的是否有为最后一个 ILAST 1 PTLP-MAC协议设计 数据包：是Ls=1,否LAr=0 中心节点 中心节点缓冲区中等待发送 假设网络中所有传感器节点都静止，Sik节点 WAIT 的数据包队列 位于网络区域中心位置，传感器节点按照与Sik的 距离划分为层，各层位于单跳范围内的节点组成簇， 普通节点j缓冲区中等待 普通节点 WAIT 发送的数据包队列 簇首为位于相邻内层一跳可达的节点，负责按照 PTLP-MAC协议管理簇内节点，并对来自簇内成员 如图1所示，PTLP-MAC在EEE802.15.4基础 节点的数据进行汇聚和融合。 上引入3种信息包类型，数据请求包、数据包和确认 1.1接收者驱动的区分优先级并行调度 包，接收者根据Type字段判断收到的信息类型。 PTLP-MAC采用异步传输。数据的传递由接收 者发起，负责数据收集的Sik节点（包括各层簇首 -129 f: ne. 节点)按预先指定的顺序向成员节点发送数据请 了、1方世 求，节点收到请求信息后发送数据，这样可有效地避 T 日 ne. [i- 113: TIAIJ 免冲突，且无需保持采集节点的全局同步，收到成员 1 al.: 节点发送的数据包后回复ACK确认。 .11k 考虑到分层结构带来的节点间流量不均，PTLP T、 SrL Dr. .1 MAC从数据流量和节点在网络结构中的影响度考虑， 将具有较高的数据流量和实时性要求的簇首设为中心 图1 PTLP-MAC信息包格式 Fig.1 PTLP-MAC packet format 节点，其余成员节点视为普通节点，通过以下策略能为 中心节点和普通节点提供区分优先级服务： 并行调度机制主要通过ACK实现。当汇聚节 1)调度顺序：以1,2，…，N表示簇内的N个 点收到来自采集节点的数据包后发送ACK进行确 普通节点，H表示中心节点。Sink节点按照1→ 认，簇内其他活动节点侦听该ACK信号，判断自己 H→2→…→N→H的顺序向簇内节点请求数据， 是否为下一请求对象。如果ACK中的Dest为普通 由此，簇首节点可获得更多的信道使用机会。 节点地址，则中心节点判断自己为下一数据请求对 2)服务策略：每次收到来自Sik节点的数据请 象，立即发送数据：若Dest为中心节点地址，且Dsn 求后，普通节点只允许发送一个数据包，中心节点允 字段为0，则普通节点判断自己为数据请求对象，立 许发送在缓冲区中排队等待的所有数据包（包括发 即发送数据。 送期间新到达的数据包)。 并行调度方式下ACK需要增加Dsn及SNEr字 最后，协议采用捎带机制，在Sik节点回复的 段用于携带请求信息，但相对于非并行调度策略中， ACK确认包中梢带数据请求信息，成员节点通过侦 Sik节点针对每个节点均需要发送数据请求包，采用 听ACK帧判断自己是否为数据请求对象，从而实现 并行调度策略从请求时间和流量占用上均有所节约。 数据传输和请求过程的并行处理，减少数据请求占 各类节点介质访问控制算法如下所示。 用的时间来达到降低时延的目的。 算法1Sink节点控制算法
而袁考虑网络流量不平衡环境下节点的区分优先级 的控制协议相对较少遥 基于两级轮询控制的 酝粤悦 协议可实现区分节点优先级的服务咱苑鄄怨暂 袁但数据传 输权频繁地在普通节点和中心节点间切换袁使得查 询转化开销较大遥 针对上述问题袁本文提出一种两 级轮询并行调度 酝粤悦 协议渊 责葬则葬造造藻造 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早 糟燥灶贼则燥造 遭葬泽藻凿 酝粤悦 责则燥贼燥糟燥造袁 孕栽蕴孕鄄酝粤悦冤优化算法袁 利用捎带技术实现了数据传输和查询转换的并行处 理袁从而减少查询转换开销尧降低时延曰最后通过仿 真实验与已有方法对比证明了协议在时延特性方面 的改进遥 员摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 协议设计 假设网络中所有传感器节点都静止袁杂蚤灶噪 节点 位于网络区域中心位置袁传感器节点按照与 杂蚤灶噪 的 距离划分为层袁各层位于单跳范围内的节点组成簇袁 簇首为位于相邻内层一跳可达的节点袁负责按照 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 协议管理簇内节点袁并对来自簇内成员 节点的数据进行汇聚和融合遥 员援员摇 接收者驱动的区分优先级并行调度 摇 摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 采用异步传输遥 数据的传递由接收 者发起袁负责数据收集的 杂蚤灶噪 节点渊包括各层簇首 节点冤按预先指定的顺序向成员节点发送数据请 求袁节点收到请求信息后发送数据袁这样可有效地避 免冲突袁且无需保持采集节点的全局同步袁收到成员 节点发送的数据包后回复 粤悦运 确认遥 考虑到分层结构带来的节点间流量不均袁孕栽蕴孕鄄 酝粤悦 从数据流量和节点在网络结构中的影响度考虑袁 将具有较高的数据流量和实时性要求的簇首设为中心 节点袁其余成员节点视为普通节点袁通过以下策略能为 中心节点和普通节点提供区分优先级服务院 员冤调度顺序院以 员袁 圆袁 噎袁 晕 表示簇内的 晕 个 普通节点袁匀 表示中心节点遥 杂蚤灶噪 节点按照 员 寅 匀 寅圆 寅 噎 寅 晕 寅 匀 的顺序向簇内节点请求数据袁 由此袁簇首节点可获得更多的信道使用机会遥 圆冤服务策略院每次收到来自 杂蚤灶噪 节点的数据请 求后袁普通节点只允许发送一个数据包袁中心节点允 许发送在缓冲区中排队等待的所有数据包渊包括发 送期间新到达的数据包冤 遥 最后袁协议采用捎带机制袁在 杂蚤灶噪 节点回复的 粤悦运 确认包中捎带数据请求信息袁成员节点通过侦 听 粤悦运 帧判断自己是否为数据请求对象袁从而实现 数据传输和请求过程的并行处理袁减少数据请求占 用的时间来达到降低时延的目的遥 员援圆 摇 介质访问控制机制 表 员 所示为各类节点需要维护的信息遥 表 员摇 节点保留参量 栽葬遭造藻 员摇 孕葬则葬皂藻贼藻则泽 枣燥则 灶燥凿藻泽 节点 变量 含义 汇聚节点 蕴蚤泽贼赃灶怎皂 下一个要申请的普通节点号 杂晕耘载栽 下一个要申请的节点号 阅泽灶 下一个期望接收的数据序列号袁 确认对象 陨蕴粤杂栽 越 员 时袁阅泽灶越 园曰 确认对象越 园 时袁阅泽灶垣垣 中心节点 陨蕴粤杂栽 当前发送的是否有为最后一个 数据包曰是 陨蕴粤杂栽 越 员袁否 陨蕴粤杂栽 越 园 宰粤陨栽澡 中心节点缓冲区中等待发送 的数据包队列 普通节点 宰粤陨栽躁 普通节点 躁 缓冲区中等待 发送的数据包队列 摇 摇 如图 员 所示袁孕栽蕴孕鄄酝粤悦 在 陨耘耘耘愿园圆援员缘援源 基础 上引入 猿 种信息包类型袁数据请求包尧数据包和确认 包袁接收者根据 栽赠责藻 字段判断收到的信息类型遥 图 员摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 信息包格式 云蚤早援员摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 责葬糟噪藻贼 枣燥则皂葬贼 摇 摇 并行调度机制主要通过 粤悦运 实现遥 当汇聚节 点收到来自采集节点的数据包后发送 粤悦运 进行确 认袁簇内其他活动节点侦听该 粤悦运 信号袁判断自己 是否为下一请求对象遥 如果 粤悦运 中的 阅藻泽贼 为普通 节点地址袁则中心节点判断自己为下一数据请求对 象袁立即发送数据曰若 阅藻泽贼 为中心节点地址袁且 阅泽灶 字段为 园袁则普通节点判断自己为数据请求对象袁立 即发送数据遥 并行调度方式下 粤悦运 需要增加 阅泽灶 及 杂 晕耘载栽字 段用于携带请求信息袁但相对于非并行调度策略中袁 杂蚤灶噪 节点针对每个节点均需要发送数据请求包袁采用 并行调度策略从请求时间和流量占用上均有所节约遥 各类节点介质访问控制算法如下所示遥 算法 员摇 杂蚤灶噪 节点控制算法遥 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 官铮袁等院 并行调度两级轮询控制传感器网络 酝粤悦 协议分析 窑源猿怨窑
·440 智能系统学报 第9卷 1)向中心节点发送数据请求包。 t5:S向0号节点发送最后一个数据包的ACK, 2)接收数据，当收到最后一个数据后，按轮询 其中将Dsn字段设为0，对下一节点请求信息。 表顺序在ACK中捎带普通节点请求信息；若超时未 t6:2号节点因处于休眠状态未响应S请求；S 收到数据，则按轮询表顺序向下一节点发送数据请 节点等待超时后，向0号中心节点发送数据请求帧。 求包。 ,:0号节点处于休眠状态未响应请求，等待超 3)接收1个数据包，在ACK中捎带中心节点数 时后，S向1号节点发出数据请求。 据请求信息：若超时未收到数据包，则进行1)。 算法2中心节点控制算法。 1)数据到达进入活动状态，侦听信道： K面- 2)若侦听到数据请求，则发送数据：若侦听到 6工-l ACK,则发送数据； 上i江u :KIT 11, 3)按完全服务策略发送完所有数据后，进入休 的1.m- 眠状态。此后若有新数据到达则进行1)。 1小 算法3普通节点控制算法。 ± 1)数据到达进入活动状态，侦听信道。 Er代 因 1 2)若侦听到数据请求，则发送1个数据包；若 一一t切1 侦听到ACK,根据Dsn和SExr判断是否传输数据， 若是则发送1个数据包。 图2PTLP-MAC信息包格式 3)若缓冲为空则休眠，此后若有新数据到达则 Fig.2 PTLP-MAC packet format 进行1)：若缓冲区不为空则继续侦听。 基本的RR调度算法实现一般很简单，而且具有 2 仿真实验及数值分析 良好的O(1)时间复杂性和可扩展性，但无法提供时 2.1PTLP-MAC仿真 延保证。两级轮询机制在RR调度的基础上通过服 为了验证论文所建数学模型对PTLP-MAC性 务路径（调度顺序）区分中心节点和普通节点，为中心 能分析的正确性和有效性，利用MATLAB7.0对协 节点提供较高的时延特性保障，算法复杂度为O 议运行情况进行仿真，对各节点平均排队队长和数 (N),相比已有两级轮询控制机制，PTLP-MAC增设 据平均等待时延进行统计。模拟环境设置如下：假 的捎带机制并未增加算法复杂度。 设网络规模从6节点增至81节点，节点均匀分布： 1.3PTLP-MAC实例 采用11Mbps信道，数据包长度为1100Byte,定义 图2给出了一个PTLP-MAC的实例。假设子网中 1个时隙宽度为20μs,归一化后数据采集节点数据 存在1个汇聚节点和3个采集节点，S表示汇聚节点，0 的采集率为0.002（数据包/时隙），发送一个数据包 号节点为簇首节点，1号和2号节点为成员节点。图2 需5（时隙），Simk节点完成一次数据请求时间为2 所示为子网范围内完成一轮数据传输的过程： (时隙)。 t1:S向0号节点发送数据请求包，0号节点接 表2所示节点在轮询时刻其缓冲区中平均等待 收后向S发送数据，直至缓存区为空，完成发送后进 的数据包数，表3所示为节点中数据包等待发送的 入休眠状态，直至下一个数据到达后被唤醒。S收到 平均等待时延。 来自0号节点的数据包后，发送ACK确认。 表2信息分组平均排队队长（数据包）】 2:S向0号节点发送最后一个数据包的ACK, Table 2 Average packets length packets) 将Dsn字段设为0，向下一节点请求数据。 普通节点数 中心节点 普通节点 t3:1号节点侦听到ACK后确认自己为下一请 5 0.0041 0.0211 求节点，向S发送数据。 20 0.0046 0.0968 t4:S向1号节点发送ACK,0号节点因有分组 40 0.0052 0.2427 到达已被唤醒，通过侦听其中Dest字段为普通节点 60 0.0063 0.5013 地址，从而判断自己为下一数据请求对象，开始发送 80 0.0079 1.1630 数据
员冤向中心节点发送数据请求包遥 圆冤接收数据袁当收到最后一个数据后袁按轮询 表顺序在 粤悦运 中捎带普通节点请求信息曰若超时未 收到数据袁则按轮询表顺序向下一节点发送数据请 求包遥 猿冤接收 员 个数据包袁在 粤悦运 中捎带中心节点数 据请求信息曰若超时未收到数据包袁则进行 员冤遥 算法 圆摇 中心节点控制算法遥 员冤数据到达进入活动状态袁侦听信道曰 圆冤若侦听到数据请求袁则发送数据曰若侦听到 粤悦运袁则发送数据曰 猿冤按完全服务策略发送完所有数据后袁进入休 眠状态遥 此后若有新数据到达则进行 员冤遥 算法 猿 普通节点控制算法遥 员冤数据到达进入活动状态袁侦听信道遥 圆冤若侦听到数据请求袁则发送 员 个数据包曰若 侦听到 粤悦运袁根据 阅泽灶 和 杂晕耘载栽判断是否传输数据袁 若是则发送 员 个数据包遥 猿冤若缓冲为空则休眠袁此后若有新数据到达则 进行 员冤曰若缓冲区不为空则继续侦听遥 基本的 砸砸 调度算法实现一般很简单袁而且具有 良好的 韵渊员冤时间复杂性和可扩展性袁但无法提供时 延保证遥 两级轮询机制在 砸砸 调度的基础上通过服 务路径渊调度顺序冤区分中心节点和普通节点袁为中心 节点提供较高的时延特性保障袁算法复杂度为 韵 渊晕冤袁相比已有两级轮询控制机制袁孕栽蕴孕鄄酝粤悦 增设 的捎带机制并未增加算法复杂度遥 员援猿 摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 实例 图圆 给出了一个 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 的实例遥 假设子网中 存在员 个汇聚节点和猿 个采集节点袁 杂 表示汇聚节点袁园 号节点为簇首节点袁员 号和 圆 号节点为成员节点遥 图 圆 所示为子网范围内完成一轮数据传输的过程院 贼员 院 杂 向 园 号节点发送数据请求包袁园 号节点接 收后向 杂 发送数据袁直至缓存区为空袁完成发送后进 入休眠状态袁直至下一个数据到达后被唤醒遥 杂 收到 来自 园 号节点的数据包后袁发送 粤悦运 确认遥 贼圆 院 杂 向 园 号节点发送最后一个数据包的 粤悦运袁 将 阅泽灶 字段设为 园袁向下一节点请求数据遥 贼猿 院员 号节点侦听到 粤悦运 后确认自己为下一请 求节点袁向 杂 发送数据遥 贼源 院 杂 向 员 号节点发送 粤悦运袁园 号节点因有分组 到达已被唤醒袁通过侦听其中 阅藻泽贼 字段为普通节点 地址袁从而判断自己为下一数据请求对象袁开始发送 数据遥 贼缘 院 杂 向 园 号节点发送最后一个数据包的 粤悦运袁 其中将 阅泽灶 字段设为 园袁对下一节点请求信息遥 贼远 院圆 号节点因处于休眠状态未响应 杂 请求曰 杂 节点等待超时后袁向 园 号中心节点发送数据请求帧遥 贼苑 院园 号节点处于休眠状态未响应请求袁等待超 时后袁 杂 向 员 号节点发出数据请求遥 图 圆摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 信息包格式 云蚤早援圆摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 责葬糟噪藻贼 枣燥则皂葬贼 圆摇 仿真实验及数值分析 圆援员摇 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 仿真 为了验证论文所建数学模型对 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 性 能分析的正确性和有效性袁利用 酝粤栽蕴粤月 苑援园 对协 议运行情况进行仿真袁对各节点平均排队队长和数 据平均等待时延进行统计遥 模拟环境设置如下院假 设网络规模从 远 节点增至 愿员 节点袁节点均匀分布曰 采用 员员 酝遭责泽 信道袁数据包长度为 员 员园园 月赠贼藻袁定义 员 个时隙宽度为 圆园 滋泽袁归一化后数据采集节点数据 的采集率为 园援园园圆 渊数据包辕 时隙冤 袁发送一个数据包 需 缘渊时隙冤 袁杂蚤灶噪 节点完成一次数据请求时间为 圆 渊时隙冤 遥 表 圆 所示节点在轮询时刻其缓冲区中平均等待 的数据包数袁表 猿 所示为节点中数据包等待发送的 平均等待时延遥 表 圆摇 信息分组平均排队队长渊数据包冤 栽葬遭造藻 圆摇 粤增藻则葬早藻 责葬糟噪藻贼泽 造藻灶早贼澡 渊责葬糟噪藻贼泽冤 普通节点数 中心节点 普通节点 缘 园援园园源 员 园援园圆员 员 圆园 园援园园源 远 园援园怨远 愿 源园 园援园园缘 圆 园援圆源圆 苑 远园 园援园园远 猿 园援缘园员 猿 愿园 园援园园苑 怨 员援员远猿 园 窑源源园窑 智 能 系 统 学 报摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 第 怨 卷
第4期 官铮，等：并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析 ·441. 表3信息分组平均等待时延（时隙） 随着节点数的增加，文献「8]平均循环周期略 Table 3 Average packet transmission delay (slot) 大于R,这是由于文献[8]通过增加请求次数来保 普通节点数 中心节点 普通节点 障对中心节点的高优先级服务，但也增加了数据请 求开销，PTLP-MAC通过ACK捎带节约了数据请求 0.5996 4.9221 时间，随着网络负载加大后捎带更易实现，因此随着 20 0.8085 25.2467 节点数的增加，PTLP-MAC在平均循环周期上的优 40 1.1454 68.2432 势更加明显。 60 1.4417 155.8397 2.2.2平均排队队长 80 1.7301 436.7593 平均排队队长定义为成员节点在响应数据请求 将仿真得到的中心节点和普通节点仿真实 时，其缓冲区内排队等待发送的平均数据包数量。文 献[8]和PTLP-MAC节点被区分为中心节点和普通 验结果对比，比较显示，当网络规模和系统负载 节点2类，在此将分别讨论。由于RR中没有对节点 随节点数增大时，节点缓冲区中平均等待的数据 类型进行区分，所有节点公平接入，而文献[8]及 包数量和数据平均等待时延均有所增加，中心节 PTLP-MAC通过查询路径和服务策略的设置将更多 点中平均等待发送的数据包数量和数据包平均 的信道接入机会分配给中心节点，因此，如图4所示， 等待时延均明显小于普通节点，因此PTLP-MAC 文献[8]及PTLP-MAC中心节点平均排队队长明显 能为中心节点提供较好的时延保证，有效实现节 低于RR。将2类两级轮询控制方式下的中心节点平 点优先级区分，避免数据在传输汇聚树中的根节 均排队队长进一步进行比较，如图5曲线图所示， 点处发生拥塞。 PTLP-MAC控制下的平均排队队长小于文献[8]。由 2.2轮询控制MAC协议比较 于文献[8]中Sik每次向普通节点发送请求之前都 要优先向中心队列请求数据，相当于增加了相邻2个 目前基于调度的MAC协议在调度策略和休眠 普通队列发送数据的时间间隔，因此如图6所示在相 机制上各有所长，但信道接人方式大多基于Round 同网络环境下，文献[8]普通节点平均排队队长略大 Robin控制方式：另外，文献[8]中提出了离散时间 于RR。相比之下PTLP-MAC由于将数据发送和请 两级轮询控制策略以实现节点优先级的区分，本文 求并行处理，如图4~6所示，该方法在确保中心节点 在此基础上通过发送和请求的并行处理以减小查询 优先级的同时也对普通节点的服务质量提供保障，2 请求开销，将对PTLP-MAC、文献[8]及Round Robin 类节点排队队长均小于RR。 (RR)进行比较，主要从时延保障角度出发，针对平 均循环查询周期、发送时刻节点缓冲区的平均排队 K行 队长和数据发送平均等待时延等进行分析比较，对 本文所述控制协议进行性能评估。 2.2.1平均循环周期 平均循环周期定义为Sik节点按查询表顺序 对成员节点完成一轮数据请求耗费的平均时间。图 hi 3为普通节点数从5增加到80，网络平均循环周期 图4 中心结点平均排队队长比较 的变化趋势。 Fig.4 Comparison of average packets length in key node sr-r .1 40 下3- 4 .30 nr江前想家 T文方前流 图5两级轮询机制中心节点平均排队队长比较 图3平均循环周期 Fig.5 Comparison of average packets length in cen- Fig.3 Mean cycle time ter node between two-level polling schemes
表 猿摇 信息分组平均等待时延渊时隙冤 栽葬遭造藻 猿摇 粤增藻则葬早藻 责葬糟噪藻贼 贼则葬灶泽皂蚤泽泽蚤燥灶 凿藻造葬赠 渊泽造燥贼冤 普通节点数 中心节点 普通节点 缘 园援缘怨怨 远 源援怨圆圆 员 圆园 园援愿园愿 缘 圆缘援圆源远 苑 源园 员援员源缘 源 远愿援圆源猿 圆 远园 员援源源员 苑 员缘缘援愿猿怨 苑 愿园 员援苑猿园 员 源猿远援苑缘怨 猿 摇 摇 将仿真得到的中心节点和普通节点仿真实 验结果对比袁比较显示袁当网络规模和系统负载 随节点数增大时袁节点缓冲区中平均等待的数据 包数量和数据平均等待时延均有所增加袁中心节 点中平均等待发送的数据包数量和数据包平均 等待时延均明显小于普通节点袁因此 孕栽蕴孕 鄄酝粤悦 能为中心节点提供较好的时延保证袁有效实现节 点优先级区分袁避免数据在传输汇聚树中的根节 点处发生拥塞遥 圆援圆摇 轮询控制 酝粤悦 协议比较 目前基于调度的 酝粤悦 协议在调度策略和休眠 机制上各有所长袁但信道接入方式大多基于 砸燥怎灶凿 砸燥遭蚤灶 控制方式曰另外袁文献咱愿暂中提出了离散时间 两级轮询控制策略以实现节点优先级的区分袁本文 在此基础上通过发送和请求的并行处理以减小查询 请求开销袁将对 孕栽蕴孕鄄酝粤悦尧文献咱愿暂及 砸燥怎灶凿 砸燥遭蚤灶 渊砸砸冤进行比较袁主要从时延保障角度出发袁针对平 均循环查询周期尧发送时刻节点缓冲区的平均排队 队长和数据发送平均等待时延等进行分析比较袁对 本文所述控制协议进行性能评估遥 圆援圆援员摇 平均循环周期 平均循环周期定义为 杂蚤灶噪 节点按查询表顺序 对成员节点完成一轮数据请求耗费的平均时间遥 图 猿 为普通节点数从 缘 增加到 愿园袁网络平均循环周期 的变化趋势遥 图 猿摇 平均循环周期 云蚤早援猿摇 酝藻葬灶 糟赠糟造藻 贼蚤皂藻 摇 摇 随着节点数的增加袁文献咱愿暂平均循环周期略 大于 砸砸袁这是由于文献咱愿暂通过增加请求次数来保 障对中心节点的高优先级服务袁但也增加了数据请 求开销袁孕栽蕴孕鄄酝粤悦 通过 粤悦运 捎带节约了数据请求 时间袁随着网络负载加大后捎带更易实现袁因此随着 节点数的增加袁孕栽蕴孕鄄酝粤悦 在平均循环周期上的优 势更加明显遥 圆援圆援圆摇 平均排队队长 平均排队队长定义为成员节点在响应数据请求 时袁其缓冲区内排队等待发送的平均数据包数量遥 文 献咱愿暂和 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 节点被区分为中心节点和普通 节点 圆 类袁在此将分别讨论遥 由于 砸砸 中没有对节点 类型进行区分袁所有节点公平接入袁而文献咱愿暂 及 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 通过查询路径和服务策略的设置将更多 的信道接入机会分配给中心节点袁因此袁如图 源 所示袁 文献咱愿暂及 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 中心节点平均排队队长明显 低于 砸砸遥 将 圆 类两级轮询控制方式下的中心节点平 均排队队长进一步进行比较袁如图 缘 曲线图所示袁 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 控制下的平均排队队长小于文献咱愿暂遥 由 于文献咱愿暂中 杂蚤灶噪 每次向普通节点发送请求之前都 要优先向中心队列请求数据袁相当于增加了相邻 圆 个 普通队列发送数据的时间间隔袁因此如图 远 所示在相 同网络环境下袁文献咱愿暂普通节点平均排队队长略大 于 砸砸遥 相比之下 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 由于将数据发送和请 求并行处理袁如图 源耀远 所示袁该方法在确保中心节点 优先级的同时也对普通节点的服务质量提供保障袁圆 类节点排队队长均小于 砸砸遥 图 源摇 中心结点平均排队队长比较 云蚤早援源摇 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 葬增藻则葬早藻 责葬糟噪藻贼泽 造藻灶早贼澡 蚤灶 噪藻赠 灶燥凿藻 图 缘摇 两级轮询机制中心节点平均排队队长比较 云蚤早援缘摇 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 葬增藻则葬早藻 责葬糟噪藻贼泽 造藻灶早贼澡 蚤灶 糟藻灶鄄 贼藻则 灶燥凿藻 遭藻贼憎藻藻灶 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早 泽糟澡藻皂藻泽 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 官铮袁等院 并行调度两级轮询控制传感器网络 酝粤悦 协议分析 窑源源员窑
.442. 智能系统学报 第9卷 - 沈 .职川 KT可 R示 J00 5c 1日0010款505 论方品分05 图6普通节点平均排队队长 图9普通节点平均等待时延 Fig.6 Average packets length in normal nodes Fig.9 Average waiting time in normal nodes 2.2.3平均等待时延 平均等待时延定义为从数据包进入节点到被允 3 结束语 许发送的平均时间间隔。图6~7所示为3类轮询 本文针对基于调度的无线传感器网络轮询控制 控制策略下节点中数据的平均等待时延，由于 MAC协议族在时间同步以及非均衡传输等方面的 PTLP-MAC在查询路径和服务策略上的设置，使中 不足，从时延保障的角度出发，提出了一种接收者发 心节点中数据包的平均等待时延远低于普通节点， 起的两级轮询控制并行调度MAC协议优化算法。 另外采用ACK捎带请求信息，可减小数据请求包的 协议根据节点数据流量及在分层结构中的身份（簇 发送数量，尤其在高负载环境下显著降低了数据请 首或成员)，将节点划分为中心节点和普通节点，通 求开销。图7是PTLP-MAC与文献[8]和RR的中 过轮询过程中轮询路径以及服务方式的设置为中心 心节点平均等待时延的比较，其中PTLP-MAC与文 献[8]的时延明显低于RR,为进一步对比PTLP 节点分配了更多的信道资源，同时采用ACK捎带技 MAC和文献[8]，将对比图中相关部分在图8放大 术实现数据发送和请求的并行处理，有效降低数据 显示，如图9所示，PTLP-MAC中心节点的时延特性 等待时延，且控制过程中无需进行全局时间同步。 低于文献[8]。 此外，本文采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数的 1c0 方法对提出的进行数学建模并实现了平均循环周 。n 期、平均排队队长和平均等待时延等关键参数的精 21-lh 确解析，从理论上证明了该协议在确保时延性能上 0 的有效性。 BRE bu 参考文献： 0 . 0市0站前0 [1]文浩，林闯，任丰原，等无线传感器网络的QoS体系结构 [J].计算机学报，2009,32(3)：432-440. 图7 中心结点平均等待时延 WEN Hao,LIN Chuang,REN Fengyuan,et al.QoS archi- Fig.7 Average waiting time in center node tecture in wireless sensor network[J].Chinese Journal of Computers,2009,32(3):432-440. [2]TAN J,SHROFF N B.Transition from heavy to light tails in retransmission durations[C]//IEEE INFOCOM.San Diego, USA,2010:1-9. [3]RAJENDRAN V,OBRACZKA K,GARCIA JJ.Energy-ef- ficient,collision-free medium access control for wireless *… sensor networks[C]//Proceedings of the ACM SenSys.Los .3i训这加流训知 Angeles,2003:181-192. [4]SALAJEGHEH M.HyMAC:hybrid TDMA/FDMA medium 图8两级轮询机制中心节点平均等待时延比较 access control protocol for wireless sensor networks[C]/ Fig.8 Comparison of average waiting time in center Proceedings of PIMRC.Athens,Greece,2007:1-5. node between two-level polling schemes [5]张德升，李金宝，郭龙江.基于多信道预约的传感器网络
图 远摇 普通节点平均排队队长 云蚤早援远摇 粤增藻则葬早藻 责葬糟噪藻贼泽 造藻灶早贼澡 蚤灶 灶燥则皂葬造 灶燥凿藻泽 圆援圆援猿摇 平均等待时延 平均等待时延定义为从数据包进入节点到被允 许发送的平均时间间隔遥 图 远耀苑 所示为 猿 类轮询 控制策略下节点中数据的平均等待时延袁 由 于 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 在查询路径和服务策略上的设置袁使中 心节点中数据包的平均等待时延远低于普通节点袁 另外采用 粤悦运 捎带请求信息袁可减小数据请求包的 发送数量袁尤其在高负载环境下显著降低了数据请 求开销遥 图 苑 是 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 与文献咱愿暂和 砸砸 的中 心节点平均等待时延的比较袁其中 孕栽蕴孕鄄酝粤悦 与文 献咱愿暂 的时延明显低于 砸砸袁为进一步对比 孕栽蕴孕鄄 酝粤悦 和文献咱愿暂袁将对比图中相关部分在图 愿 放大 显示袁如图 怨 所示袁孕栽蕴孕鄄酝粤悦 中心节点的时延特性 低于文献咱愿暂遥 图 苑摇 中心结点平均等待时延 云蚤早援苑摇 粤增藻则葬早藻 憎葬蚤贼蚤灶早 贼蚤皂藻 蚤灶 糟藻灶贼藻则 灶燥凿藻 图 愿摇 两级轮询机制中心节点平均等待时延比较 云蚤早援愿 摇 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 葬增藻则葬早藻 憎葬蚤贼蚤灶早 贼蚤皂藻 蚤灶 糟藻灶贼藻则 灶燥凿藻 遭藻贼憎藻藻灶 贼憎燥鄄造藻增藻造 责燥造造蚤灶早 泽糟澡藻皂藻泽 图 怨摇 普通节点平均等待时延 云蚤早援怨摇 粤增藻则葬早藻 憎葬蚤贼蚤灶早 贼蚤皂藻 蚤灶 灶燥则皂葬造 灶燥凿藻泽 猿摇 结束语 本文针对基于调度的无线传感器网络轮询控制 酝粤悦 协议族在时间同步以及非均衡传输等方面的 不足袁从时延保障的角度出发袁提出了一种接收者发 起的两级轮询控制并行调度 酝粤悦 协议优化算法遥 协议根据节点数据流量及在分层结构中的身份渊簇 首或成员冤 袁将节点划分为中心节点和普通节点袁通 过轮询过程中轮询路径以及服务方式的设置为中心 节点分配了更多的信道资源袁同时采用 粤悦运 捎带技 术实现数据发送和请求的并行处理袁有效降低数据 等待时延袁且控制过程中无需进行全局时间同步遥 此外袁本文采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数的 方法对提出的进行数学建模并实现了平均循环周 期尧平均排队队长和平均等待时延等关键参数的精 确解析袁从理论上证明了该协议在确保时延性能上 的有效性遥 参考文献院 咱员暂文浩袁林闯袁任丰原袁等援无线传感器网络的 匝燥杂 体系结构 咱允暂援 计算机学报袁 圆园园怨袁 猿圆渊猿冤院 源猿圆鄄源源园援 宰耘晕 匀葬燥袁 蕴陨晕 悦澡怎葬灶早袁 砸耘晕 云藻灶早赠怎葬灶袁 藻贼 葬造援 匝燥杂 葬则糟澡蚤鄄 贼藻糟贼怎则藻 蚤灶 憎蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪 咱 允暂援 悦澡蚤灶藻泽藻 允燥怎则灶葬造 燥枣 悦燥皂责怎贼藻则泽袁 圆园园怨袁 猿圆渊猿冤 院 源猿圆鄄源源园援 咱圆暂栽粤晕 允袁 杂匀砸韵云云 晕 月援 栽则葬灶泽蚤贼蚤燥灶 枣则燥皂 澡藻葬增赠 贼燥 造蚤早澡贼 贼葬蚤造泽 蚤灶 则藻贼则葬灶泽皂蚤泽泽蚤燥灶 凿怎则葬贼蚤燥灶泽咱悦暂 辕 辕 陨耘耘耘 陨晕云韵悦韵酝援 杂葬灶 阅蚤藻早燥袁 哉杂粤袁 圆园员园院 员鄄怨援 咱猿暂砸粤允耘晕阅砸粤晕 灾袁 韵月砸粤悦在运粤 运袁 郧粤砸悦陨粤 允 允援 耘灶藻则早赠鄄藻枣鄄 枣蚤糟蚤藻灶贼袁 糟燥造造蚤泽蚤燥灶鄄枣则藻藻 皂藻凿蚤怎皂 葬糟糟藻泽泽 糟燥灶贼则燥造 枣燥则 憎蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽咱悦暂 辕 辕 孕则燥糟藻藻凿蚤灶早泽 燥枣 贼澡藻 粤悦酝 杂藻灶杂赠泽援 蕴燥泽 粤灶早藻造藻泽袁 圆园园猿院 员愿员鄄员怨圆援 咱源暂 杂粤蕴粤允耘郧匀耘匀 酝援 匀赠酝粤悦院 澡赠遭则蚤凿 栽阅酝粤 辕 云阅酝粤 皂藻凿蚤怎皂 葬糟糟藻泽泽 糟燥灶贼则燥造 责则燥贼燥糟燥造 枣燥则 憎蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽 咱 悦暂 辕 辕 孕则燥糟藻藻凿蚤灶早泽 燥枣 孕陨酝砸悦援 粤贼澡藻灶泽袁 郧则藻藻糟藻袁 圆园园苑院 员鄄缘援 咱缘暂张德升袁李金宝袁郭龙江援基于多信道预约的传感器网络 窑源源圆窑 智 能 系 统 学 报摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 第 怨 卷
第4期 官铮，等：并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析 ·443. MAC协议研究[J刀.通信学报，2011,32(4)：126-137. [11]IBE O C,XIAN C.Stability conditions for multi-queue ZHANG Desheng,LI Jinbao,GUO Longjiang.Study on systems with cyclic service[J].IEEE Trans Aut Control, multi-channel reservation based MAC protocol for sensor 1988,33(1)：102-103. networks[J].Journal on Communications,2011,32(4): [12]赵东风，郑苏民.完全服务排队模型分析[J].电子学 126-137. 报，1994,22(5)：102-107. [6]YANG P,ZI L,DAJI Q,et al.Delay-bounded MAC with ZHAO Dongfeng,ZHENG Sumin.Analysis of a polling minimal idle listening for sensor networks [C]//IEEE IN- model with exhaustive service[J].Acta Electronica Sinica, FOCOM.Shanghai,China,2011:1314-1322. 1994,22(5):102-107 [7]刘强，张中兆，张乃通.排队优先权站点轮询系统的平均 [13]ZHAO D.Performance analysis of polling systems with lim- 周期时间[J].通信学报，1999,20(2)：86-91. ited service[J].Journal of Electronics,1998,15(1):43- LIU Qiang,ZHANG Zhongzhao,ZHANG Naitong.Mean 49. cyclic time of queueing priority station polling system[]]. 作者简介： Journal of China Institute of Communications,1999.20 官铮，女，1982年生，博士，主要研 (2):86-91. 究方向为无线传感器网铬、网络接入技 [8]LIU Q,ZHAO D,ZHOU D.An analytic model for enhan- 术、系统性能分析和优化等，发表学术 cing IEEE 802.11 point coordination function media access 论文10余篇。 control protocol[J].European Transactions on Telecommu- nications,.2011,22:332-338. 「9]姚道远，张宝贤，刘海.保障监测时延的无线传感器网络 感知调度算法[J].电子与信息学报，2010,32(7)： 邹丹，女，1981年生，讲师，主要研 1591-1596 究方向为信号处理、无线传感器网络。 YAO Daoyuan,ZHANG Baoxian,LIU Hai.Algorithms for detection latency guaranteed scheduling in wireless sensor networks[J].Journal of Electronics and Information Tech- nology,2010,32(7):1591-1596. [10]凡高娟，孙力娟，王汝传，等.非均匀分布下无线传感 丁洪伟.男.1964年生，副教授，博 器网络节点调度机制[J].通信学报，2011,32(3)：10- 士，主要研究方向为计算机网络与通 17. 信，无线传感器网络，随机多址接入控 FAN Gaojuan,SUN Lijuan,WANG Ruchuan,et al.Non- 制协议。 uniform distribution node cheduling scheme in wireless sensor networks [J].Journal on Communications,2011, 32(3):10-17
酝粤悦 协议研究咱允暂援 通信学报袁 圆园员员袁 猿圆渊源冤 院 员圆远鄄员猿苑援 在匀粤晕郧 阅藻泽澡藻灶早袁 蕴陨 允蚤灶遭葬燥袁 郧哉韵 蕴燥灶早躁蚤葬灶早援 杂贼怎凿赠 燥灶 皂怎造贼蚤鄄糟澡葬灶灶藻造 则藻泽藻则增葬贼蚤燥灶 遭葬泽藻凿 酝粤悦 责则燥贼燥糟燥造 枣燥则 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥灶 悦燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶泽袁 圆园员员袁 猿圆 渊 源冤 院 员圆远鄄员猿苑援 咱远暂再粤晕郧 孕袁 在陨 蕴袁 阅粤允陨 匝袁 藻贼 葬造援 阅藻造葬赠鄄遭燥怎灶凿藻凿 酝粤悦 憎蚤贼澡 皂蚤灶蚤皂葬造 蚤凿造藻 造蚤泽贼藻灶蚤灶早 枣燥则 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽 咱 悦暂 辕 辕 陨耘耘耘 陨晕鄄 云韵悦韵酝援 杂澡葬灶早澡葬蚤袁 悦澡蚤灶葬袁 圆园员员院 员猿员源鄄员猿圆圆援 咱苑暂刘强袁张中兆袁张乃通援 排队优先权站点轮询系统的平均 周期时间咱允暂 援 通信学报袁 员怨怨怨袁 圆园 渊圆冤 院 愿远鄄怨员援 蕴陨哉 匝蚤葬灶早袁 在匀粤晕郧 在澡燥灶早扎澡葬燥袁 在匀粤晕郧 晕葬蚤贼燥灶早援 酝藻葬灶 糟赠糟造蚤糟 贼蚤皂藻 燥枣 择怎藻怎藻蚤灶早 责则蚤燥则蚤贼赠 泽贼葬贼蚤燥灶 责燥造造蚤灶早 泽赠泽贼藻皂 咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 悦澡蚤灶葬 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 悦燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶泽袁 员怨怨怨袁 圆园 渊圆冤 院 愿远鄄怨员援 咱愿暂蕴陨哉 匝袁 在匀粤韵 阅袁 在匀韵哉 阅援 粤灶 葬灶葬造赠贼蚤糟 皂燥凿藻造 枣燥则 藻灶澡葬灶鄄 糟蚤灶早 陨耘耘耘 愿园圆援员员 责燥蚤灶贼 糟燥燥则凿蚤灶葬贼蚤燥灶 枣怎灶糟贼蚤燥灶 皂藻凿蚤葬 葬糟糟藻泽泽 糟燥灶贼则燥造 责则燥贼燥糟燥造咱 允暂援 耘怎则燥责藻葬灶 栽则葬灶泽葬糟贼蚤燥灶泽 燥灶 栽藻造藻糟燥皂皂怎鄄 灶蚤糟葬贼蚤燥灶泽袁 圆园员员袁 圆圆院 猿猿圆鄄猿猿愿援 咱怨暂姚道远袁 张宝贤袁刘海援 保障监测时延的无线传感器网络 感知调度算法 咱允暂援 电子与信息学报袁 圆园员园袁 猿圆 渊 苑 冤 院 员缘怨员鄄员缘怨远援 再粤韵 阅葬燥赠怎葬灶袁 在匀粤晕郧 月葬燥曾蚤葬灶袁 蕴陨哉 匀葬蚤援 粤造早燥则蚤贼澡皂泽 枣燥则 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶 造葬贼藻灶糟赠 早怎葬则葬灶贼藻藻凿 泽糟澡藻凿怎造蚤灶早 蚤灶 憎蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 耘造藻糟贼则燥灶蚤糟泽 葬灶凿 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 栽藻糟澡鄄 灶燥造燥早赠袁 圆园员园袁 猿圆渊苑冤 院 员缘怨员鄄员缘怨远援 咱员园暂凡高娟袁 孙力娟袁 王汝传袁 等援 非均匀分布下无线传感 器网络节点调度机制咱允暂援 通信学报袁 圆园员员袁 猿圆渊猿冤 院 员园鄄 员苑援 云粤晕 郧葬燥躁怎葬灶袁 杂哉晕 蕴蚤躁怎葬灶袁 宰粤晕郧 砸怎糟澡怎葬灶袁 藻贼 葬造援 晕燥灶鄄 怎灶蚤枣燥则皂 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 灶燥凿藻 糟澡藻凿怎造蚤灶早 泽糟澡藻皂藻 蚤灶 憎蚤则藻造藻泽泽 泽藻灶泽燥则 灶藻贼憎燥则噪泽 咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥灶 悦燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶泽袁 圆园员员袁 猿圆渊猿冤 院 员园鄄员苑援 咱员员暂 陨月耘 韵 悦袁 载陨粤晕 悦援 杂贼葬遭蚤造蚤贼赠 糟燥灶凿蚤贼蚤燥灶泽 枣燥则 皂怎造贼蚤鄄择怎藻怎藻 泽赠泽贼藻皂泽 憎蚤贼澡 糟赠糟造蚤糟 泽藻则增蚤糟藻咱 允暂援 陨耘耘耘 栽则葬灶泽 粤怎贼 悦燥灶贼则燥造袁 员怨愿愿袁 猿猿渊员冤 院 员园圆鄄员园猿援 咱员圆暂赵东风袁 郑苏民援 完全服务排队模型分析咱允暂 援 电子学 报袁 员怨怨源袁 圆圆渊 缘冤 院 员园圆鄄员园苑援 在匀粤韵 阅燥灶早枣藻灶早袁 在匀耘晕郧 杂怎皂蚤灶援 粤灶葬造赠泽蚤泽 燥枣 葬 责燥造造蚤灶早 皂燥凿藻造 憎蚤贼澡 藻曾澡葬怎泽贼蚤增藻 泽藻则增蚤糟藻咱 允暂援 粤糟贼葬 耘造藻糟贼则燥灶蚤糟葬 杂蚤灶蚤糟葬袁 员怨怨源袁 圆圆渊缘冤 院 员园圆鄄员园苑援 咱员猿暂在匀粤韵 阅援 孕藻则枣燥则皂葬灶糟藻 葬灶葬造赠泽蚤泽 燥枣 责燥造造蚤灶早 泽赠泽贼藻皂泽 憎蚤贼澡 造蚤皂鄄 蚤贼藻凿 泽藻则增蚤糟藻咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 耘造藻糟贼则燥灶蚤糟泽袁 员怨怨愿袁 员缘渊员冤 院 源猿鄄 源怨援 作者简介院 官铮袁女袁员怨愿圆 年生袁博士袁主要研 究方向为无线传感器网络尧网络接入技 术尧系统性能分析和优化等袁发表学术 论文 员园 余篇遥 邹丹袁女袁员怨愿员 年生袁讲师袁主要研 究方向为信号处理尧无线传感器网络遥 摇 摇 丁洪伟袁男袁员怨远源 年生袁副教授袁博 士袁主要研究方向为计算机网络与通 信袁无线传感器网络袁随机多址接入控 制协议遥 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 官铮袁等院 并行调度两级轮询控制传感器网络 酝粤悦 协议分析 窑源源猿窑