一种确定异步网络协议序列延时性能的方法与流程

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种确定异步网络状态下协议序列延时性能的方法。

背景技术：

随着物联网的日益兴起，无线传感器网络广泛应用于军事、环境监测、智能家居、城市交通、空间探索和仓库管理等领域。无线传感器网络作为当今信息领域的研究热点，涉及多个学科，有许多关键技术有待发现和研究，其中异步网络延时性能具有特别意义，通过一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法进行准确的预测，从而为网络参数设置以及网络性能进一步优化提供技术参考。

massey和mathys于1985年提出了一种无反馈冲突信道模型，同时设计了可信赖的确定性的信道接入机制：协议序列。协议序列是一种确定性的周期性二进制序列，在该机制下，每个用户根据分配的协议序列依次读取序列值，如果该值为“1”，节点发送数据，否则保持安静。与aloha随机接入机制相比，协议序列能提供短期性能稳定性和公平性，并且能100％地确保数据在固定时延内被成功发送；协议序列在近年来成为国内外学者的研究热点，并被广泛应用于无线传感器网络、移动自组织网络及车载自组织网络。以往的延时性能分析是时隙同步网络状态下协议序列时延性能的方法，然而异步网络状态下协议序列时延性能的方法到目前还未研究。因此需要一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法应对异步网络延时进行准确的预测。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种确定异步网络状态下协议序列延时性能的方法，以为网络参数设置以及网络性能进一步优化提供技术参考。

本发明提供一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，包括m个发送节点，一个接收节点，所述发送节点共享信道向所述接收节点发送通知消息。所述的发送延时是指发送节点第一次成功发送数据包所需要等待的时隙数。根据异步状态给出各网络节点的发送时延的条件概率累积分布，推导各节点发送时延的条件期望，以及确定各节点平均发送时延。

进一步地，根据权利要求1所述的一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，其特征在于：所述序列发送延时计算过程包括：

s11.假定接入时延为整数，计算选定的用户的条件概率累积分布。

s12.根据选定节点的条件概率，可计算出该节点整数部分发送延时的条件数学期望。

s13.对条件数学期望所有可能的整数接入延时求和，即可计算出整数部分发送延时的数学期望。

s14.接入延时的小数部分的是均匀分布在(0，1)上，我们取其均值为0.5。

s15.将整数部分发送延时的数学期望加上接入延时小数部分的数学期望，可计算出该节点平均发送延时。

进一步地，根据权利要求1所述的一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，其特征在于：发送节点根据分配的协议序列依次读取序列值，如果该值为“1”，节点发送数据，否则保持安静。

进一步地，根据权利要求1所述的一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，其特征在于：发送节点在每个序列周期内发送p(是大于等于m的素数)次数据。

进一步地，根据权利要求1所述的一种基于非时隙同步协议序列时延性能的有限项求和分析方法，其特征在于：协议序列能够保证发送节点在每个序列周期至少成功发送一次。

进一步地，根据权利要求1所述的一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，其特征在于：当且仅当发送的数据包没有完全或部分重叠，数据包才能被成功发送。

进一步地，根据权利要求1所述的一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，其特征在于：数据包发生碰撞时，碰撞的数据包是不可恢复的。

进一步地，根据权利要求1所述的一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，其特征在于：所述crt-ci协议序列的构造方法如下：

s21.我们先构造crt-ui序列，对i＝0，1，...，m-1，第i序列的特征集为：

ii＝{jq+[ijmodp]：j＝0，1，2，...，p-1}

其中p是大于等于m的素数，q等于2m-1，序列的周期l为pq。

s22.将crt-ui序列的周期和特征集扩大2倍，可得到crt-ci序列集。

通过本发明提出的分析方法，为网络参数设置以及网络性能进一步优化提供技术参考。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1示出了本发明设计流程图。

图2示出了发送延时性能分析曲线。

图3示出了发送延时概率累计分布性能分析曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明提供一种确定异步网络状态下协议序列时延性能的方法，包括m个发送节点，一个接收节点，所述发送节点共享信道向所述接收节点发送通知消息。所述的发送延时是指发送节点第一次成功发送数据包所需要等待的时隙数。根据异步状态给出各网络节点的发送时延的条件概率累积分布，推导各节点发送时延的条件期望，以及确定各节点平均发送时延。

作为优选方案，所述序列发送延时计算过程包括：s11.假定接入时延为整数，计算选定的用户的条件概率累积分布。s12.根据选定节点的条件概率，可计算出该节点整数部分发送延时的条件数学期望。s13.对条件数学期望所有可能的整数接入延时求和，即可计算出整数部分发送延时的数学期望。s14.接入延时的小数部分的是均匀分布在(0，1)上，我们取其均值为0.5。s15.将整数部分发送延时的数学期望加上接入延时小数部分的数学期望，可计算出该节点平均发送延时。

作为优选方案，所述发送节点根据分配的协议序列依次读取序列值，如果该值为“1”，节点发送数据，否则保持安静。

作为优选方案，所述发送节点在每个序列周期内发送p(是大于等于m的素数)次数据。

作为优选方案，所述协议序列能够保证发送节点在每个序列周期至少成功发送一次。

作为优选方案，所述当且仅当发送的数据包没有完全或部分重叠，数据包才能被成功发送。

作为优选方案，所述数据包发生碰撞时，碰撞的数据包是不可恢复的。

作为优选方案，所述所述crt-ci协议序列的构造方法如下：s21.我们先构造crt-ui序列，对i＝0，1，...，m-1，第i序列的特征集为：ii＝{jq+[ijmodp]：j＝0，1，2，...，p-1}其中p是大于等于m的素数，q等于2m-1，序列的周期l为pq。s22.将crt-ui序列的周期和特征集扩大2倍，可得到crt-ci序列集。

图1示出本发明设计流程图。本发明确定异步网络crt-ci协议序列时延性能的方法，根据节点的发送延时的条件累计概率分布，推导节点发送时延的条件期望，最后根据节点的条件期望求出发送延时的期望即平均发送时延。因此通过本发明方法准确地预测出异步网络协议序列的发送延时。

本发明采用matlab对本发明方法进行实施。网络中分别部署有5，10，15，...，50个节点，节点随机分布在100×100的矩形区域，网络中有唯一的基站，位于网络区域外，位置为50×300。每个节点拥有唯一的标识符。节点随机部署，但一经部署就位置确定，且不可移动。节点死亡的唯一原因是能量耗尽，不存在其它原因。节点配置相同的硬件，存储、计算、通信能力相同。节点都拥有数据融合能力，并且都能与基站节点通信。基站节点能量无穷大(相对于区域内节点)。节点部署后不需要维护。节点拥有的初始能量相同。无线电信号在空间各个方向上消耗能量相同，并且信道对称。

图2中反映了不同节点数实际仿真和本发明方法发送延时的变化曲线。从图中可以看出本发明方法的发送延时与实际仿真的曲线非常接近，本发明方法可以准确地预测出异步网络下协议序列的时延性能。

图3中反映了当用户数m＝17时每个用户实际仿真和本发明方法发送延时的概率累计分布曲线，从图可以看出尽管每个用户被给定的序列不相同的，但是本发明方法概率累计分布与实际仿真的曲线仍基本一致。