基于能量收集的無線傳感網MAC接入機制性能分析

朱鋒　錢超

摘 要：該文在IEEE 802.15.4的MAC接入協議基礎上，考慮了能量收集情況，提出了一種基于時隙分析的CSMA/CA分析模型。通過Matlab仿真結果表明，在相同的能量收集情況下，網絡吞吐量隨著占空比的增加而增加，但隨著節點數目的增加，吞吐量隨之減小；在一定范圍內，網絡吞吐量會隨著能量收集的增加而增加。

關鍵詞：能量收集 WSN 載波偵聽多址接入/沖突避免 MAC

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0066-01

1 系統模型

一個單跳星型網絡，在網絡中有N個端節點和一個匯聚節點，每個端節點都有一個能量存儲單元（ESU）和一個能量獲取單元（EHU）。

該文使用的是信標使能模式[1]，匯聚節點周期性地向全網絡廣播信標幀（Beacon），信標幀中包含網絡同步信息和各種控制指令信息。端節點通過周期性地接收信標幀與匯聚節點和其他端節點同步。整個網絡通過超幀（Superframe）進行定時，端節點通過時隙CSMA/CA算法[2]競爭信道接入權。

2 仿真性能分析

圖1給出了BEmin=3，H0=10^（-3）時，不同占空比下不同節點數網絡吞吐量的比較。

由圖1可知，隨著占空比的增加，網絡吞吐量隨之增大，因為占空比增大說明節點處于活躍階段的時間就增大，從而節點處于空閑狀態的穩態概率就增大。同時，由于節點數增多會導致各節點的碰撞概率增加，故網絡吞吐量會隨著節點的數目增多而減少。圖2給出了占空比25%，BEmin=3，不同能量收集情況對網絡吞吐量的影響。

由圖2可知，網絡吞吐量隨著H0的增加而增加，由于H0是每個信標間隔時間內獲取的能量值，獲取的能量值相對較小，網絡吞吐量雖然隨著H0的增加而增加，但是增加的不是很明顯。

3 結語

該文在IEEE 802.15.4 MAC協議的基礎上，考慮了能量收集情況，提出了一種基于時隙分析的CSMA/CA分析模型。通過Matlab仿真分析，說明在相同的能量收集情況下，網絡吞吐量隨著占空比的增加而增加，但隨著節點數目的增加，吞吐量隨之減小；在一定范圍內，網絡吞吐量會隨著能量收集的增加而增加。

參考文獻

[1] S. Sudevalayam and P. Kulkarni. Energy harvesting sensor nodes： Survey and implications[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials，2010，10（99）：1-19.

[2] W.Seah，Z.Eu，H.Tan.Wireless sensor networks powered by ambient energy harvesting （WSN-HEAP）-Survey and challenges[C].Wireless VITAE 2009，Singapore，2009：15.endprint

摘 要：該文在IEEE 802.15.4的MAC接入協議基礎上，考慮了能量收集情況，提出了一種基于時隙分析的CSMA/CA分析模型。通過Matlab仿真結果表明，在相同的能量收集情況下，網絡吞吐量隨著占空比的增加而增加，但隨著節點數目的增加，吞吐量隨之減小；在一定范圍內，網絡吞吐量會隨著能量收集的增加而增加。

關鍵詞：能量收集 WSN 載波偵聽多址接入/沖突避免 MAC

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0066-01

1 系統模型

一個單跳星型網絡，在網絡中有N個端節點和一個匯聚節點，每個端節點都有一個能量存儲單元（ESU）和一個能量獲取單元（EHU）。

該文使用的是信標使能模式[1]，匯聚節點周期性地向全網絡廣播信標幀（Beacon），信標幀中包含網絡同步信息和各種控制指令信息。端節點通過周期性地接收信標幀與匯聚節點和其他端節點同步。整個網絡通過超幀（Superframe）進行定時，端節點通過時隙CSMA/CA算法[2]競爭信道接入權。

2 仿真性能分析

圖1給出了BEmin=3，H0=10^（-3）時，不同占空比下不同節點數網絡吞吐量的比較。

由圖1可知，隨著占空比的增加，網絡吞吐量隨之增大，因為占空比增大說明節點處于活躍階段的時間就增大，從而節點處于空閑狀態的穩態概率就增大。同時，由于節點數增多會導致各節點的碰撞概率增加，故網絡吞吐量會隨著節點的數目增多而減少。圖2給出了占空比25%，BEmin=3，不同能量收集情況對網絡吞吐量的影響。

由圖2可知，網絡吞吐量隨著H0的增加而增加，由于H0是每個信標間隔時間內獲取的能量值，獲取的能量值相對較小，網絡吞吐量雖然隨著H0的增加而增加，但是增加的不是很明顯。

3 結語

該文在IEEE 802.15.4 MAC協議的基礎上，考慮了能量收集情況，提出了一種基于時隙分析的CSMA/CA分析模型。通過Matlab仿真分析，說明在相同的能量收集情況下，網絡吞吐量隨著占空比的增加而增加，但隨著節點數目的增加，吞吐量隨之減小；在一定范圍內，網絡吞吐量會隨著能量收集的增加而增加。

參考文獻

[1] S. Sudevalayam and P. Kulkarni. Energy harvesting sensor nodes： Survey and implications[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials，2010，10（99）：1-19.

[2] W.Seah，Z.Eu，H.Tan.Wireless sensor networks powered by ambient energy harvesting （WSN-HEAP）-Survey and challenges[C].Wireless VITAE 2009，Singapore，2009：15.endprint

摘 要：該文在IEEE 802.15.4的MAC接入協議基礎上，考慮了能量收集情況，提出了一種基于時隙分析的CSMA/CA分析模型。通過Matlab仿真結果表明，在相同的能量收集情況下，網絡吞吐量隨著占空比的增加而增加，但隨著節點數目的增加，吞吐量隨之減小；在一定范圍內，網絡吞吐量會隨著能量收集的增加而增加。

關鍵詞：能量收集 WSN 載波偵聽多址接入/沖突避免 MAC

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0066-01

1 系統模型

一個單跳星型網絡，在網絡中有N個端節點和一個匯聚節點，每個端節點都有一個能量存儲單元（ESU）和一個能量獲取單元（EHU）。

該文使用的是信標使能模式[1]，匯聚節點周期性地向全網絡廣播信標幀（Beacon），信標幀中包含網絡同步信息和各種控制指令信息。端節點通過周期性地接收信標幀與匯聚節點和其他端節點同步。整個網絡通過超幀（Superframe）進行定時，端節點通過時隙CSMA/CA算法[2]競爭信道接入權。

2 仿真性能分析

圖1給出了BEmin=3，H0=10^（-3）時，不同占空比下不同節點數網絡吞吐量的比較。

由圖1可知，隨著占空比的增加，網絡吞吐量隨之增大，因為占空比增大說明節點處于活躍階段的時間就增大，從而節點處于空閑狀態的穩態概率就增大。同時，由于節點數增多會導致各節點的碰撞概率增加，故網絡吞吐量會隨著節點的數目增多而減少。圖2給出了占空比25%，BEmin=3，不同能量收集情況對網絡吞吐量的影響。

由圖2可知，網絡吞吐量隨著H0的增加而增加，由于H0是每個信標間隔時間內獲取的能量值，獲取的能量值相對較小，網絡吞吐量雖然隨著H0的增加而增加，但是增加的不是很明顯。

3 結語

該文在IEEE 802.15.4 MAC協議的基礎上，考慮了能量收集情況，提出了一種基于時隙分析的CSMA/CA分析模型。通過Matlab仿真分析，說明在相同的能量收集情況下，網絡吞吐量隨著占空比的增加而增加，但隨著節點數目的增加，吞吐量隨之減小；在一定范圍內，網絡吞吐量會隨著能量收集的增加而增加。

參考文獻

[1] S. Sudevalayam and P. Kulkarni. Energy harvesting sensor nodes： Survey and implications[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials，2010，10（99）：1-19.

[2] W.Seah，Z.Eu，H.Tan.Wireless sensor networks powered by ambient energy harvesting （WSN-HEAP）-Survey and challenges[C].Wireless VITAE 2009，Singapore，2009：15.endprint