單跳節(jié)點(diǎn)間傳輸距離對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能影響的評估

劉智杰，陶軍，陳文強(qiáng)

(1. 東南大學(xué) 教育部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210096；2. 東南大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210096)

1 引言

隨著通信、嵌入式和傳感器技術(shù)的日益成熟，由一組具有一定的感知能力、計(jì)算能力和通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)以ad hoc方式構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正廣泛地應(yīng)用于國防軍事、環(huán)境科學(xué)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、空間探索和反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域，成為無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一個(gè)重要技術(shù)研究方向。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究中，網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能與生命期是最受關(guān)注的性能指標(biāo)。為此，研究者在傳輸功率控制（TPC,transmission power control）問題上做了大量工作。文獻(xiàn)[1]提出了2種TPC方法，通過仿真發(fā)現(xiàn)可以節(jié)省57%的能量；Jeong等人通過實(shí)驗(yàn)研究了TPC的性能并對其進(jìn)行評估，認(rèn)為現(xiàn)實(shí)中的TPC性能不如仿真結(jié)果，但是他們的動態(tài)TPC方法能夠?yàn)?0%的任務(wù)節(jié)省37%的能量[2]。

現(xiàn)有研究表明傳感節(jié)點(diǎn)的能量消耗主要集中在無線射頻的能耗，認(rèn)為在合理的傳輸范圍內(nèi)，采用相同的發(fā)射功率傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸性能相同，包括節(jié)點(diǎn)間的報(bào)文丟失率、傳輸能量消耗及傳輸速率等都保持穩(wěn)定；然而，傳統(tǒng)觀點(diǎn)并沒有考慮節(jié)點(diǎn)間實(shí)際的傳輸距離對傳輸性能的影響，而這是影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能與生命期的重要因素。在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中，作者發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離與傳輸性能有著緊密的聯(lián)系，因此本文通過實(shí)驗(yàn)在發(fā)射功率不變的條件下研究了該關(guān)系。為了尋求傳輸距離對網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能與生命期的影響，傳輸距離與傳輸能量及傳輸速率間的準(zhǔn)確的關(guān)系是首先需要解決的問題。在研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸距離與報(bào)文丟失率的關(guān)系的基礎(chǔ)上，考慮了傳輸距離對傳輸能量及傳輸速率的影響。

本文的主要貢獻(xiàn)是在Imote2型節(jié)點(diǎn)平臺上對傳輸距離與傳輸能量及傳輸速率的關(guān)系有了更準(zhǔn)確的認(rèn)識。通過實(shí)驗(yàn)測量得到在不同的傳輸距離上的報(bào)文丟失率，并對其進(jìn)行擬合得到傳輸距離與報(bào)文丟失率的函數(shù)關(guān)系；在該關(guān)系的基礎(chǔ)上考慮了報(bào)文的重傳，進(jìn)一步研究了傳輸距離與傳輸能量及傳輸速率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間傳輸距離的增大導(dǎo)致傳輸單位數(shù)據(jù)所消耗能量的上升與傳輸速率的下降，且定量地給出了這一關(guān)系。

本文首先在第2節(jié)介紹了相關(guān)的研究工作；第3節(jié)定義了文章用到的符號；接著，第4節(jié)介紹了實(shí)驗(yàn)所用到的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)的環(huán)境及實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)；然后，通過對實(shí)驗(yàn)測量得到的不同傳輸距離對應(yīng)的報(bào)文丟失率的擬合得到了傳輸距離與報(bào)文丟失率的函數(shù)關(guān)系，并在該關(guān)系的基礎(chǔ)上考慮了報(bào)文的重傳，在第5節(jié)進(jìn)一步研究了傳輸距離與傳輸能量及傳輸速率的關(guān)系。最后，在第6節(jié)中給出相關(guān)結(jié)論和進(jìn)一步的工作。

2 相關(guān)工作

無線鏈路傳輸特性的研究已廣泛展開，并取得了相應(yīng)的研究成果。文獻(xiàn)[3～6]提出無線通信范圍是不規(guī)則的，無線鏈路是不對等的。為了研究無線鏈路，尤其是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間802.15.4鏈路的傳輸特性，現(xiàn)有的研究方法之一是實(shí)驗(yàn)測量鏈路質(zhì)量與通信距離、環(huán)境等的關(guān)系，這些被測量的參數(shù)包括：接受信號強(qiáng)度指示（RSSI）、鏈路質(zhì)量指示（LQI）、鏈路損耗（PL）、報(bào)文接收率/報(bào)文丟失率（PRR/PLR）。最近，Ahmed等人在文獻(xiàn)[7]中測量了通信距離對PL的影響：通信距離越大，PL越大；文獻(xiàn)[8]較為全面地測量了室外環(huán)境中二維平面上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Tmote Sky周圍的PLR隨距離的變化情況；同時(shí)，Srinivasan等人[9]在選擇更合適的描述鏈路質(zhì)量的參數(shù)時(shí)將RSSI、LQI都與PRR對比，這說明PRR/PLR是更為準(zhǔn)確的描述鏈路質(zhì)量的參數(shù)。然而，上述工作只進(jìn)行了測量但未從測量數(shù)據(jù)得到較為合理的傳輸距離和報(bào)文丟失率的函數(shù)關(guān)系，以刻畫傳輸距離對報(bào)文丟失率的影響；并且均未考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主流節(jié)點(diǎn)Imote2的傳輸特性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要的性能指標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的傳輸能量，會因分組丟失的發(fā)生而出現(xiàn)變化，目前關(guān)于傳輸距離和傳輸能量關(guān)系的研究工作并不多。Correia等人在文獻(xiàn)[10]中研究了傳輸距離與RSSI的關(guān)系，隨著傳輸距離的增大，RSSI逐漸減小，通過提高發(fā)送功率來保證接收端的信號強(qiáng)度，從而導(dǎo)致能量消耗上升。文獻(xiàn)[11～13]也按照這一思路，不同的是他們分別利用了LQI、PL、PRR作為衡量鏈路質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。此外，Kohvakka等人通過改變DOI(degree of irregularity)或VSP(variance of sending power)導(dǎo)致控制報(bào)文數(shù)量的變化，最后改變傳輸能耗[14]。然而，上述5種思路都沒有考慮報(bào)文的重傳也會導(dǎo)致傳輸能量的改變；同時(shí)他們所共同得到的傳輸距離和傳輸能量呈正相關(guān)性的結(jié)論也進(jìn)一步佐證了本文對這一問題的討論。

另一個(gè)重要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的傳輸速率也受到分組丟失的影響，當(dāng)前關(guān)于傳輸距離和傳輸速率關(guān)系的研究工作相對較少。Duquennoy等人[15]在PIP(packets in pipe)情況下測量了報(bào)文丟失率和實(shí)際吞吐量的關(guān)系；由于報(bào)文丟失率的上升導(dǎo)致了實(shí)際吞吐量的下降；同時(shí)，由于無線收發(fā)器模塊一直處于開啟狀態(tài)，所以傳輸每比特所消耗能量上升；然而，該文獻(xiàn)并未考慮報(bào)文丟失率上升的原因。同時(shí)，Sheth等人對IEEE 802.11鏈路測量了傳輸距離和帶寬的關(guān)系[16]；隨著距離的增大，報(bào)文延遲過大而超時(shí)重傳，所以帶寬下降；然而在報(bào)文延遲增大的同時(shí)，報(bào)文丟失率也會增大，從而影響報(bào)文重傳及傳輸速率。

綜合上述，當(dāng)前的研究工作大多忽略了分組丟失及報(bào)文重傳對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的影響，所以本文通過對傳輸距離與報(bào)文丟失率關(guān)系的研究，考慮了報(bào)文重傳對傳輸能量與傳輸速率的影響，指明了傳輸距離與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)系。

3 預(yù)備工作

考慮一個(gè)二維的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)通過無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，由于無線信號的自身衰減、相互干擾等特性，會發(fā)生分組丟失現(xiàn)象。為了便于討論，本文用到了特定的符號，現(xiàn)定義如下。

1) L：每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文或NACK的長度。

2) d：2個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離。

3) pl：數(shù)據(jù)傳輸過程中的報(bào)文丟失率。

4) tT：發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過無線發(fā)送一個(gè)報(bào)文所需時(shí)間；tO：超時(shí)時(shí)間；tI：發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過無線發(fā)送報(bào)文的時(shí)間間隔。

5) Etx：傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線發(fā)送每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量；Erx：接收每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量；2者隨傳感器節(jié)點(diǎn)類型的不同而變化，對相同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)有Erx=α*Etx，其中α是非零常數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)方法

使用Imote2節(jié)點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，在學(xué)校水泥甬路場景中，通過節(jié)點(diǎn)收到報(bào)文數(shù)量來計(jì)算報(bào)文丟失率，進(jìn)行了本次實(shí)驗(yàn)。

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置

本文選用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)為Imote2，如圖1所示。由于該傳感器節(jié)點(diǎn)具有體積小，性能高，能耗低，生存期長，支持多種操作系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，被無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究者所普遍使用。

圖1 Imote2型節(jié)點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)以學(xué)校水泥甬路為場景，如圖2所示，甬路寬9m，兩側(cè)植樹，在視距范圍內(nèi)無障礙物遮擋。一般來說，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測量實(shí)驗(yàn)應(yīng)分別在3個(gè)場景中進(jìn)行：室內(nèi)（如房間，走廊內(nèi)等），草地或森林，平直的馬路或停車場。然而本文沒有考慮前2種場景。在實(shí)際的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)通常不會部署在室內(nèi)場景；在森林，草場等環(huán)境中，由于樹木、灌木或草等的密度分布，風(fēng)向等因素會對無線信號的強(qiáng)度造成較大影響，即使對草地場景進(jìn)行了測量，其結(jié)果對實(shí)際應(yīng)用也并無意義。因此，測量僅在水泥甬路中進(jìn)行。同時(shí)，在該實(shí)驗(yàn)場景中，假設(shè)外界的無線電波（如移動電話基站等）、風(fēng)速、空氣溫度和濕度的變化等對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可以忽略，測試過程中沒有人員走動等其他干擾。

圖2 實(shí)驗(yàn)場景

4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)使用TinyOS 2.x作為Imote2上運(yùn)行的操作系統(tǒng)，使用nesC作為編程語言。TinyOS 2.x是加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）開發(fā)的開放源碼的操作系統(tǒng)，專為嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。TinyOS 2.x基于構(gòu)件的架構(gòu)使得代碼的快速更新成為可能，而這又減小了受傳感器節(jié)點(diǎn)存儲器限制的代碼長度。同時(shí)，TinyOS 2.x事件驅(qū)動任務(wù)事件協(xié)同的模型適用于對時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用。TinyOS 2.x已經(jīng)被移植到10多個(gè)平臺和眾多的傳感器板上，如TelosB、Imote2、MicaZ等，得到了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究者的廣泛認(rèn)可。

本實(shí)驗(yàn)使用2個(gè)Imote2節(jié)點(diǎn)，一個(gè)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)Transmitter，另一個(gè)作為接收節(jié)點(diǎn)Receiver，后者通過串口與一臺計(jì)算機(jī)相連，如圖3所示。

在某一特定傳輸距離d上，發(fā)送節(jié)點(diǎn)Transmitter通過無線方式連續(xù)發(fā)送n個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文給接收節(jié)點(diǎn)Receiver，接收節(jié)點(diǎn)Receiver將收到的數(shù)據(jù)報(bào)文通過串口線發(fā)送給計(jì)算機(jī)，并存儲在計(jì)算機(jī)的硬盤里。待通信過程結(jié)束，通過查看計(jì)算機(jī)收到的數(shù)據(jù)報(bào)文的個(gè)數(shù)m來確定傳輸距離d上的報(bào)文丟失率

圖3 在特定傳輸距離f上報(bào)文丟失率的測量

本次實(shí)驗(yàn)的流程為：測試距離從0～100m，平均每10m為一組，每組測試2～3次，在數(shù)據(jù)報(bào)文丟失率波動較大的距離（本場景此距離為60～80m），每隔0.3～0.5m為一組。每次測試，發(fā)送節(jié)點(diǎn)Transmitter以50個(gè)/s的速度發(fā)送30 000個(gè)固定長度的數(shù)據(jù)報(bào)文。

為了方便后面的討論，現(xiàn)給出實(shí)驗(yàn)對時(shí)間參數(shù)的設(shè)置，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)的時(shí)間參數(shù)設(shè)置

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

在通過第4節(jié)所述的方法獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后對其進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)預(yù)處理的方式主要包括剔除不平滑的壞點(diǎn)，將對應(yīng)于相同傳輸距離的報(bào)文丟失率取平均值等。最后得到了如圖4所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

5.1 傳輸距離vs報(bào)文丟失率

本文將試圖通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來研究傳輸距離和數(shù)據(jù)報(bào)文丟失率之間的關(guān)系，即對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并篩選出2個(gè)誤差較小的擬合結(jié)果，如圖4所示。其中，由式(1)所給出的擬合曲線方程為

其中，相關(guān)參數(shù)的取值如表2所示。該曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均方差為0.011 47。由式(2)所給出的擬合曲線方程為

其中，相關(guān)參數(shù)的取值如表2所示。該曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均方差為0.015 68。

圖4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合

表2 實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果的參數(shù)值

由于擬合結(jié)果式(1)的誤差均方差更小，從圖4中看它更接近于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以后面的討論均以式(1)為基礎(chǔ)展開。

上面通過對報(bào)文丟失率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合，得到了傳輸距離和報(bào)文丟失率之間的函數(shù)關(guān)系。然而，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，本文更關(guān)注由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸能量消耗和延遲。所以，本文將以上面的結(jié)果作為基礎(chǔ)，通過理論推導(dǎo)得出兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸距離與傳輸單位數(shù)據(jù)所需能量的關(guān)系；在此證明后，繼續(xù)擴(kuò)展到報(bào)文丟失率對數(shù)據(jù)傳輸速率的影響上。

5.2 傳輸距離vs傳輸能效

該問題相關(guān)研究的主要思路是隨著傳輸距離的增大，鏈路質(zhì)量下降，通過增大發(fā)送功率來保證接收端的信號強(qiáng)度，從而導(dǎo)致能量消耗的上升。而本文的思路在于不改變發(fā)射功率，而是由于傳輸距離的增大，報(bào)文丟失率上升，使報(bào)文重傳的概率增大，從而導(dǎo)致傳輸能量的改變。

如圖5所示，由于2者相距d，由前面的討論，2者傳輸數(shù)據(jù)的報(bào)文丟失率為pl，所以在傳感器節(jié)點(diǎn)Transmitter向傳感器節(jié)點(diǎn)Receiver發(fā)送的n個(gè)message中，平均而言會有npl個(gè)丟失。在此，采用選擇重傳機(jī)制（SR）來處理分組丟失的情況，所以此時(shí)接收節(jié)點(diǎn)Receiver回復(fù)npl個(gè)NACK表明需要重發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)文。在這些NACK中，平均又會有個(gè)丟失，所以傳感器節(jié)點(diǎn)Transmitter會重發(fā)npl(1-pl)個(gè)message；后面過程以此類推。

圖5 實(shí)驗(yàn)實(shí)例時(shí)序（waitS表示等待狀態(tài)，procS表示處理狀態(tài)）

由上述過程，分別給出發(fā)送節(jié)點(diǎn)有效傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量Ev及傳輸效能ev的定義。

定義1 在考慮傳感器節(jié)點(diǎn)間傳輸存在分組丟失的應(yīng)用中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)有效傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量（單位：J/bit）其中，E為發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸n個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文所需總能量。

為了更客觀地反映某種型號節(jié)點(diǎn)在實(shí)際發(fā)送過程中與某次實(shí)驗(yàn)測量無關(guān)的能量利用效率特性，定義了傳輸能效ve。

定義2 （傳輸能效）定義傳輸能效為實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸所需能量相對于傳輸?shù)睦碚撍枘芰康谋戎?/p>

對于傳感器節(jié)點(diǎn)Transmitter而言，由于處理數(shù)據(jù)報(bào)文所需能量遠(yuǎn)小于發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文所需能量，所以在考慮傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文所消耗的能量時(shí)可以忽略處理數(shù)據(jù)報(bào)文所需能量；而由于接收數(shù)據(jù)報(bào)文所需能量是可觀的，所以本文將考慮這部分能量。

命題1 在發(fā)送節(jié)點(diǎn)向相距為d的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，其傳輸效能為

證明 數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于分組丟失的存在，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)實(shí)際的報(bào)文傳輸個(gè)數(shù)近似為

由于Erx=α*Etx及定義1，所以有效傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量為

將式(3)代入定義2，得證。

由擬合結(jié)果式(1)與命題1可以得到傳輸距離與傳輸能效間的關(guān)系，如圖6所示，其中2條曲線分別代表α的2個(gè)典型取值下傳輸能效的變化情況，并給出了對傳輸距離從65～70m的傳輸能效的放大圖。

由于傳輸距離的增大，由式(1)可知報(bào)文丟失率上升，因此報(bào)文重傳的概率增大，從而導(dǎo)致有效傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量上升，因此圖6中呈現(xiàn)傳輸能效隨傳輸距離的增大而上升的趨勢。這進(jìn)一步表明了傳輸能效的實(shí)際意義：傳輸能效的值越大，意味著實(shí)際的傳輸能量與理論的相差越大，說明實(shí)際傳輸過程中能量的利用效率越低。

圖6 傳輸距離與傳輸能效的關(guān)系

另外，由命題1也可以得到，txE即為無分組丟失情況下有效傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)所需能量；所以ve也可以認(rèn)為是vE與無分組丟失情況下該量的比值。

5.3 傳輸距離vs傳輸速率

在現(xiàn)有的相關(guān)研究工作中Sheth等人對IEEE 802.11鏈路測量了傳輸距離和帶寬的關(guān)系[16]；隨著傳輸距離的增大，報(bào)文延遲過大而超時(shí)重傳，所以帶寬下降。而傳輸距離增大使報(bào)文丟失率增大，最終也會影響傳輸速率。

由5.1節(jié)的擬合結(jié)果，傳輸距離越大，報(bào)文丟失率越大，如5.2節(jié)中對選擇重傳機(jī)制（SR）的描述，發(fā)送節(jié)點(diǎn)為了傳輸一定數(shù)量的message而不得不重傳的message就越多，所需時(shí)間也越長，數(shù)據(jù)傳輸速率R隨之減??；在無分組丟失情況下傳輸速率達(dá)到理論傳輸速率mR。

下面將研究另一個(gè)傳輸參數(shù)：傳輸效率r，參見定義3。

定義3 （傳輸效率）在考慮傳感器節(jié)點(diǎn)間傳輸存在分組丟失的應(yīng)用中，為了更方便地描述傳輸速率，這里定義實(shí)際傳輸速率相對于理論傳輸速率的比值為：

由于處理器處理報(bào)文的時(shí)間遠(yuǎn)小于發(fā)送一個(gè)報(bào)文所需要的時(shí)間，因此傳感器節(jié)點(diǎn)Transmitter處理報(bào)文的時(shí)間也是可以忽略的。

命題2 在發(fā)送節(jié)點(diǎn)向相距為d的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，其節(jié)點(diǎn)的傳輸效率為

證明 數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于分組丟失的存在，發(fā)送節(jié)點(diǎn)實(shí)際的報(bào)文傳輸個(gè)數(shù)近似為vn，則所需時(shí)間為

數(shù)據(jù)傳輸速率為

將式(4)代入定義3，得證。

由擬合結(jié)果式(1)與命題2可以得到傳輸距離與傳輸效率間的關(guān)系，如圖7。由于傳輸距離的增大，由式(1)可知報(bào)文丟失率上升，因此報(bào)文重傳的概率增大，從而延長傳輸單位數(shù)據(jù)報(bào)文的時(shí)間，因此在圖7中隨著傳輸距離的增大傳輸效率呈現(xiàn)下降的趨勢。這進(jìn)一步表明了傳輸效率的實(shí)際意義：傳輸效率的值越小說明實(shí)際的傳輸速率和理論的相差越大，意味著實(shí)際傳輸過程中傳輸數(shù)據(jù)的效率越低。

圖7 傳輸距離與傳輸效率的關(guān)系

另外，由命題2還可以得到，在無分組丟失情況下傳輸速率達(dá)到理論傳輸速率

6 結(jié)束語

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究中，網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能與生命期是備受關(guān)注的研究目標(biāo)。但由于在傳統(tǒng)觀點(diǎn)中沒有考慮節(jié)點(diǎn)間實(shí)際的傳輸距離對傳輸性能的影響，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能并不令人滿意。通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著節(jié)點(diǎn)間傳輸距離的增大，報(bào)文丟失率、報(bào)文重傳的概率隨之增大，從而導(dǎo)致傳輸單位數(shù)據(jù)所消耗能量的上升與傳輸速率的下降；且本文定量地給出了這一關(guān)系。

本文的工作有利于其他與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究，將會影響到拓?fù)淇刂?、路由算法、移動元素的采集距離等一系列問題，例如靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中節(jié)點(diǎn)的部署密度何時(shí)最佳，或傳感器網(wǎng)絡(luò)移動數(shù)據(jù)收集方案中移動元素與被訪問節(jié)點(diǎn)的實(shí)際傳輸距離的選擇。

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