Umfassende Bewertung der Leistung der IEEE 802.15.4 MAC-Schicht mit Wiederholungsübertragungen

Unterstützt durch die Standardisierungsaktivitäten von IEEE 802.15.4 haben eingebettete Netzwerke in den letzten Jahren an Beliebtheit gewonnen. Der Fokus dieser Arbeit liegt darauf, das Verhalten wichtiger Netzwerkmetriken von IEEE 802.15.4-Stationen mit Beacon unter typischen Betriebsbedingungen zu quantifizieren, einschließlich von Paketwiederholungen. Wir haben frühere Analysen korrigiert und erweitert, indem wir die Annahmen überprüft haben, auf denen die gängige markovianische Modellierung allgemein basiert. Durch eine vergleichende Studie haben wir herausgearbeitet, welche dieser Annahmen jeden der Leistungsmetriken (Durchsatz, Verzögerung, Energieverbrauch, Kollisionswahrscheinlichkeit und Wahrscheinlichkeit der Paketverwerfung) beeinflussen. Insbesondere haben wir gezeigt, dass – im Gegensatz zu dem, was normalerweise angenommen wird – die Wahrscheinlichkeit, dass ein Knoten den Kanal als besetzt wahrnimmt, nicht konstant für alle Phasen des Backoff-Verfahrens ist und dass diese Unterschiede einen spürbaren Einfluss auf die Backoff-Verzögerung, die Wahrscheinlichkeit der Paketverwerfung und den Energieverbrauch haben. Ebenso haben wir gezeigt, dass – wiederum im Gegensatz zur gängigen Annahme – die Wahrscheinlichkeit, Zugang zur Kanalübertragung zu erhalten, von der Anzahl der Knoten abhängt, die ihn gleichzeitig überwachen. Wir haben festgestellt, dass das Ignorieren dieser Abhängigkeit erhebliche Auswirkungen auf die berechneten Werte für Durchsatz und Kollisionswahrscheinlichkeit hat. Indem wir diese und andere Annahmen umgehen, charakterisieren wir rigoros, durch einen semianalytischen Ansatz, die wichtigsten Metriken in einem Beacon-fähigen IEEE 802.15.4-System mit Wiederholungsübertragungen.