一种确定g‑UI协议序列时延性能的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201611104536.3 | 申请日 | 2016-12-05 | 公开(公告)号 | CN106792770A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 南京理工大学; | 发明人 | 张一晋; 邹爱洁; 房玉轩; 周远达; 关凤瑜; 汪云; 桂林卿; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种确定g‑UI协议序列时延性能的方法，包括根据g‑UI序列给出各网络 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。本发明可以对g‑UI协议序列的时延性能进行准确的预测，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。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种确定g-UI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g次成功发送数据包所需要等待的时隙数。其特征在于：根据g-UI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。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种确定g-UI协议序列时延性能的方法技术领域背景技术[0002] 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。其中，众多应用对于数据传输有严格时限要求，亟需一种信道接入机制可以使得异步网络中的每个节点在固定时限内可以保证成功发送一个或多个数据。 [0003] 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。其中，g-UI协议序列可以保证异步网络中的每个节点在固定序列周期内至少可以成功发送g个数据，以往的延时性能分析方法仅限于g＝1，因此需要一种分析方法应对g>1情况下的延时性能进行准确预测。 发明内容[0004] 本发明旨在提供一种确定g-UI协议序列时延性能的方法，对g-UI协议序列的时延性能进行准确的预测，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。 [0005] 本发明提供一种确定g-UI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。 [0008] [0009] S12.根据选定节点的条件概率，可计算出该节点发送延时的条件数学期望。 [0010] [0011] [0012] [0013] S13.对条件数学期望所有可能的接入延时求和，即可计算出发送延时的数学期望。 [0014] [0015] 进一步地，根据权利要求1所述的一种确定g-UI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。 [0016] 进一步地，根据权利要求1所述的一种确定g-UI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ω(是大于等于M-1+g的素数)次数据。 [0017] 进一步地，根据权利要求1所述的一种确定g-UI协议序列时延性能的方法，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g次。 [0018] 进一步地，根据权利要求1所述的一种确定g-UI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重叠，数据包才能被成功发送。 [0019] 进一步地，根据权利要求1所述的一种确定g-UI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。 [0020] 进一步地，根据权利要求1所述的一种确定g-UI协议序列时延性能的方法，其特征在于：所述g-UI协议序列的构造方法如下： [0021] S21.假定f: 表示 到 上的映射，其中f(a):＝(a mod r,a mod q)，mod是求模运算符； [0022] S22.当i＝2,…,M，令 当i＝1时，令对I'i求逆，可以得到g-UI序列的特征集：Ii＝f-1 (I'i)，i＝1,2,…,M。 [0023] 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 [0024] 图1示出了本发明方法设计流程图。 [0025] 图2示出了本发明方法发送延时性能的理论预测与仿真值的比较。 [0026] 图3示出了本发明方法发送延时概率累计分布性能的理论预测与仿真值的比较。 具体实施方式[0027] 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。 [0028] 本发明提供一种确定g-UI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。 [0029] 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接入延时求和，即可计算出发送延时的数学期望。可计算出该节点平均发送延时。 [0030] 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。 [0031] 作为优选方案，所述发送节点在每个序列周期内发送ω次数据。 [0032] 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g次。 [0033] 作为优选方案，所述当且仅当发送的数据包同一时隙没有发生碰撞，数据包才能被成功发送。 [0034] 作为优选方案，所述数据包同一时隙发生碰撞，碰撞的数据包是不可恢复的。 [0035] 作为优选方案，所述g-UI协议序列的构造方法如下：S21.假定f: 表示到 上的映射，其中f(a):＝(a mod r,a mod q)，mod是求模运算符；S22.当i＝ 2,…,M，令 当i＝1时，令 对I'i求逆，可以得到CRT-UI序列的特征集：Ii＝f-1(I'i)，i＝1,2,…,M [0036] 图1示出本发明设计流程图。本发明确定至少发送g个数据g-UI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。 [0037] 本发明采用Matlab软件对所述算法进行实施。采用CRT-UI序列进行序列构造和分配，选取了M＝5,10，…，35作为系统用户节点数M，假设各节点互相在干扰范围内，数据到达处于饱和状态，数据分组长度为1个时隙，并且网络处于异步状态即各网络节点具有随机接入时间偏移量。 [0038] 图2反映了本发明方法发送延时性能的理论预测与仿真值的比较。从图中可以看出，本发明方法分析得到发送延时与实际仿真的时延曲线相吻合。 [0039] 图3反映了当用户数M＝15时本发明方法发送延时概率累计分布性能的理论预测与仿真值的比较。从图可以看出，本发明方法概率累计分布与实际仿真的曲线一致。 [0040] 从图2及图3的比较可知，本发明可以对g-UI协议序列的时延性能进行准确的预测，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。 |
||||||
