基于DL/T645规约的电能表集抄无线传感器网络MAC协议设计

为了测试本文提出的QoS—MAC协议，可使用以上电能表集抄网络模型在Matlab中编写算法，并对基于DL／T645的抄表无线传感器网络进行算法理论建模。在测试模型中，假设有1个无线传感器网络协调器和10个节点组成一个抄表无线传感器网络子网模型。设每个DL／T645抄表数据包的长度为50字节，节点占用信道的传输时间(包括传输、应答时间及数据帧间隔时间(Inter Frame Space，IFS)为157 symbols。DL／ T645的三个优先级数据的缓冲队列长度都是6个数据包(300字节)。在此服务的碰撞机制中，设置DL／T645高优先级数据的最大退避次数为15次，每次退避时间固定为20 symbols，DL／T645中优先级数据的数据包最大退避次数为10次，DL／T645低优先级数据的数据包退避时间可按IEEE802．15．4协议默认数据设置，其最大退避次数为5次。
设每个基于DL／T645的抄表无线传感器网络节点都有DL／T645高、中、低优先级数据发送，并设DL／T645低优先级为变量，DL／T645中、高优先级变化，则可编写代码实现DL／T645三个优先级数据发送，观察DL／T645高、中、低优先级数据相互的影响。分析测试数据分别设置为高优先级数据产生率为8 kb／s，在特殊情况下，高优先级数据倍增(16 kb／s)；中优先级数据产生率为8 kb／s，在特殊情况下，中优先级数据倍增(16 kb／s)；低优先级数据产生率从0．4 kb／s增加到24 kb／s。
根据上述分析测试数据设置，Matlab的计算结果如图2和图3所示。 图中，DL／T645_high、DL／T645_mid、DL／T645_low分别表示高、中、低优先级数据的各种性能曲线。

由图2所示的数据传输延时模型分析测试结果可以看出：DL／T645中优先级的传输延时影响较小，DL／T645高优先级数据的传输几乎不受影响。当DL／T645低优先级的数据产生率很大时，DL／T645的高、中优先级的数据能保持较低的传输延时。因此，此QoS—MAC可为电能表集抄系统的紧急数据提供不受其它数据影响的传输延时保证。
图3所示为数据传输有效吞吐率分析测试结果。随着DL／T645低优先级数据产生率的增加，有效吞吐率明显下降。在网络负担比较大的极端情况下，大量DL／T645低优选级数据不能完成传送，DL／T645中优先级影响较小，而DL／T645高优先级的数据几乎不受影响，因而能保持较大的网络有效吞吐率。

4 结语
本文根据多功能电能表传输DL／T645规约数据通信的要求，提出了一种QoS—MAC层的网络构架，并对电能表集抄DL／T645规约中各数据通信特点进行了分析，根据传输数据的实时性和可靠性找出了一种优化的数据分级方式。本文将DL／T645规约数据分为三个优先级，并根据DL／T645高、中、低优先级的数据传输需求，通过分析CSMA／CA机制和修改无线传感网络的MAC层协议，建立了QoS—MAC的CSMA／CA机制数学模型，实现了MAC层对QoS的支持。最后在不同数据产生率下，通过Matlab软件进行了算法实现，并在理论层次对所提出的QoS—MAC协议网络传输性能进行了测试。
本文所研究的内容涉及了多功能电能表集抄系统中的无线传感器网络通信技术的一个方面，虽然做了较全面的研究，但限于篇幅以及笔者水平，一些模型可能分析得不够深入。未来随着无线传感器网络技术的发展，会不断有新的无线MAC层协议出现，如何将这些技术应用于多功能电能表自动集中抄表系统，还有待今后进一步的深入研究。