DCF饱和模型分析与仿真

1. 论文部分：Bianchi 模型假设：1. 所有节点共享一个信道，节点之间能相互监听对方。2. 无论重传几次，节点传输冲突概率为定值，且相互独立。3. 信道是理想信道，传输错误仅由传输碰撞造成，与物理层和信道无关。4. 分析 DCF 饱和模型，任意节点都有数据包发送，不会出现竞争到信道后没有数据包发送的情况。5. 假设没有丢包，节点发送失败重传，如果超过重传上限就以此上限值继续重传。归一化吞吐量详细参数：Markovmodelforthebackoffwindowsize冲突概率 p： p 二 1 （1 T）n-1发送概率T : T瓦b二i，0i=021+W +pW 刃（2p）kmin mink=0传输概率Ptr: P =1-(1-T )n ；至少有一个节点在Slot内准备传输。tr trnT (1-T )n-1传输成功概率PS： P =；条件概率PS表示在传输条件下(backoffcounterS s P Str到 0)只有一个节点传输数据，为成功传输。成功传输时间TS与失败传输时间TC：Tbasic 二H+EP+SIFS + & +ACK + DIFS + & a. basic 模式下：I sT basic =H +EP *+DIFS +6cb. RTS/CTS模式下Tr/c=RTS+SIFS+） +CTS+SIFS-6 +H+EP+SIFS + 6 +ACK + DIFS + 6 sT r/c二RTS+DIFS+6c情况1节点backoff过程中backoffcounter未倒数到0：Genericslot为协议中标准时隙o , 概率为 1-Ptr.情况2：节点backoff过程中backoffcounter倒数到0且成功发送数据：消耗时间TS，概率 为 Ptr*PS情况 3：节点 backoff 过程中 backoffcounter 倒数到 0 且出现碰撞发送数据失败：消耗时间TC 概率为 Ptr(1-PS).a ；1-PGeneric slot=trT；P Ps tr sT ；P (1 - P )c tr s归一化吞吐量：Generic slot内数据传输时间Generic slot平均时间PP EP/、 s tr/、(i-p a+pp t+p(i-p)ttrs tr s tr s c2. 仿真部分：仿真参数：Packet payloadMAC headerPHY headerACKRTSCTS8184bits272 bits128 bits112 bits + PHY header160 bits + PHY header112 bits + PHY headerCha nnel Bit RatePropagati on DelaySlot TimeSIFSDIFS1 Mbit/s1p s50p s28p s128p sACK_TimeoutCTS_Timeout300p s300p s1.冲突概率p与发送概率T :07G_ o6 5 d- 3 7- 1 o epo.o.00.0.&.冬至建尹STAo7l|J1015STAfi30可以看出随着STA数量的增加，冲突概率逐渐增加，而发送概率逐渐降低。2. 归一化吞吐里 S：HF=sl：Wrn m-i RTSJCTSiWrrlirt=a2；T=3 tisslc:Wnnh=l2S;rTi = 3 RTSJC 昭:艸 Mi h-12a-rT = 3 bssic:Wnih-3i2,iii = 5匸.=一,工1从图中可以直观看出随着STA增加，归一化吞吐量会呈降低趋势；在basic模式下增加初始回退窗口大小，能够一定程度缓解STA数量增加造成归一化吞吐量降低，因为其降 低了碰撞概率；增加最大回退次数能一定程度上缓解STA数量增加造成的归一化吞吐量降 低。RTS/CTS模式在STA节点较多时能有效避免归一化吞吐量随STA数量增加而降低， 这是因为basic模式发生碰撞后损失一个数据帧的时间，而RTS/CTS模式碰撞后仅损失一 个 RTS 的时间。3.初始窗口值对归一化吞吐量S影响(m=6)：bastcH -化呑吐呈分所512W24初backoff窗口大小RTS/CTS归化吞u上量分析n-5屯n=10n=2Dn-400B815326412B25&5121D24tJjrbackoff 口 犬小可以看出basic模式中不同的初始回退窗口大小对应一个STA数量得到最佳归一化吞 吐量。当初始回退窗口大小一定时，归一化吞吐量依然随着STA数量增加呈现降低趋势。 在RTS/CTS模式中初始回退窗口 WW64范围内对于初始回退窗口大小与STA数量变化对 归一化吞吐量影响缓慢，而超过64后随着初始回退窗口 W以2的指数增加下降。4.最大回退次数m对归一化吞吐量影响(W=32)：.-01234567S最犬ba ukoH过桿次遷m.650O.4.2O.-从图中可以看出随着最大回退次数的增加，basic模式下归一化吞吐量也相对增加，其 中 STA=50 比 STA=10 增加更为剧烈，这是因为增加回退次数能够在一次碰撞后降低碰撞 概率，而STA数量越多发生碰撞的概率就越高；RTS/CTS模式中STA=10曲线平稳， STA=50的曲线缓慢增加。因为RTS/CTS冲突所消耗的时间远小于basic模式。5.归一化吞吐量随发送概率T变化趋势:Be sic; dataRate=1 MlbiMsi扫 化弁卩土 节分折0D.010-020.03 O.CMD.D6 0.07发送槻率T.B7 ao.RTS/CTS; d3taRate=1l Mbit店归 化存吐帚*冲|可以看出随着发送概率T的增加归一化吞吐量呈现出先剧烈增加在缓慢增长的趋势，这是因为发送概率过大会导致碰撞几率增加。随着STA数量n的增加最大归一化吞吐量的最佳发送概率逐渐变小，根据论文中理论公式：=点出有近似最大归一化吞吐量。