基于DL/T645規(guī)約的電能表集抄無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)

為了測試本文提出的QoS—MAC協(xié)議，可使用以上電能表集抄網(wǎng)絡(luò)模型在Matlab中編寫算法，并對(duì)基于DL／T645的抄表無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行算法理論建模。在測試模型中，假設(shè)有1個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和10個(gè)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)抄表無線傳感器網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)模型。設(shè)每個(gè)DL／T645抄表數(shù)據(jù)包的長度為50字節(jié)，節(jié)點(diǎn)占用信道的傳輸時(shí)間(包括傳輸、應(yīng)答時(shí)間及數(shù)據(jù)幀間隔時(shí)間(Inter Frame Space，IFS)為157 symbols。DL／ T645的三個(gè)優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的緩沖隊(duì)列長度都是6個(gè)數(shù)據(jù)包(300字節(jié))。在此服務(wù)的碰撞機(jī)制中，設(shè)置DL／T645高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的最大退避次數(shù)為15次，每次退避時(shí)間固定為20 symbols，DL／T645中優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包最大退避次數(shù)為10次，DL／T645低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包退避時(shí)間可按IEEE802．15．4協(xié)議默認(rèn)數(shù)據(jù)設(shè)置，其最大退避次數(shù)為5次。
設(shè)每個(gè)基于DL／T645的抄表無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有DL／T645高、中、低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)發(fā)送，并設(shè)DL／T645低優(yōu)先級(jí)為變量，DL／T645中、高優(yōu)先級(jí)變化，則可編寫代碼實(shí)現(xiàn)DL／T645三個(gè)優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)發(fā)送，觀察DL／T645高、中、低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)相互的影響。分析測試數(shù)據(jù)分別設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生率為8 kb／s，在特殊情況下，高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)倍增(16 kb／s)；中優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生率為8 kb／s，在特殊情況下，中優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)倍增(16 kb／s)；低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生率從0．4 kb／s增加到24 kb／s。
根據(jù)上述分析測試數(shù)據(jù)設(shè)置，Matlab的計(jì)算結(jié)果如圖2和圖3所示。 圖中，DL／T645_high、DL／T645_mid、DL／T645_low分別表示高、中、低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的各種性能曲線。

由圖2所示的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)模型分析測試結(jié)果可以看出：DL／T645中優(yōu)先級(jí)的傳輸延時(shí)影響較小，DL／T645高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的傳輸幾乎不受影響。當(dāng)DL／T645低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率很大時(shí)，DL／T645的高、中優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)能保持較低的傳輸延時(shí)。因此，此QoS—MAC可為電能表集抄系統(tǒng)的緊急數(shù)據(jù)提供不受其它數(shù)據(jù)影響的傳輸延時(shí)保證。
圖3所示為數(shù)據(jù)傳輸有效吞吐率分析測試結(jié)果。隨著DL／T645低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生率的增加，有效吞吐率明顯下降。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)比較大的極端情況下，大量DL／T645低優(yōu)選級(jí)數(shù)據(jù)不能完成傳送，DL／T645中優(yōu)先級(jí)影響較小，而DL／T645高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)幾乎不受影響，因而能保持較大的網(wǎng)絡(luò)有效吞吐率。

4 結(jié)語
本文根據(jù)多功能電能表傳輸DL／T645規(guī)約數(shù)據(jù)通信的要求，提出了一種QoS—MAC層的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，并對(duì)電能表集抄DL／T645規(guī)約中各數(shù)據(jù)通信特點(diǎn)進(jìn)行了分析，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性找出了一種優(yōu)化的數(shù)據(jù)分級(jí)方式。本文將DL／T645規(guī)約數(shù)據(jù)分為三個(gè)優(yōu)先級(jí)，并根據(jù)DL／T645高、中、低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸需求，通過分析CSMA／CA機(jī)制和修改無線傳感網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議，建立了QoS—MAC的CSMA／CA機(jī)制數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了MAC層對(duì)QoS的支持。最后在不同數(shù)據(jù)產(chǎn)生率下，通過Matlab軟件進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn)，并在理論層次對(duì)所提出的QoS—MAC協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸性能進(jìn)行了測試。
本文所研究的內(nèi)容涉及了多功能電能表集抄系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一個(gè)方面，雖然做了較全面的研究，但限于篇幅以及筆者水平，一些模型可能分析得不夠深入。未來隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)不斷有新的無線MAC層協(xié)議出現(xiàn)，如何將這些技術(shù)應(yīng)用于多功能電能表自動(dòng)集中抄表系統(tǒng)，還有待今后進(jìn)一步的深入研究。