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在《WiMinet 評說 1.2：多跳無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀》一文中，我們提到：在室外長距離的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點之間的鏈路損耗較大，其鏈路預(yù)算相對不足，其包誤碼率PER會相應(yīng)升高，也就是丟包概率 p 會比較大；而在一個大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，某些分支節(jié)點的通訊鏈路又會比較深，也就是網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)n 比較大，在這種情況下其通訊成功率Pn自然也就顯著下降了，人們的切身感受就是這個鏈路不太穩(wěn)定。 很顯然在一個真實的無線通訊系統(tǒng)中，每一個節(jié)點都是具備雙向收發(fā)能力的，但是為了更加清晰的描述數(shù)據(jù)流向，我們將原始數(shù)據(jù)的發(fā)出者定義為發(fā)射機，將目標(biāo)數(shù)據(jù)的接受者定義為接收機；如下圖所示，我們定義左邊紅色的“鐵塔”為發(fā)射機，右邊藍色的“鍋蓋”為接收機。 在一個較大規(guī)模的無線通訊網(wǎng)絡(luò)中，中繼通常有兩種存在形式，一種是獨立的中繼器，通常其硬件配置較高，性能也比較強勁，并安裝有多根天線；另外一種是普通的數(shù)據(jù)節(jié)點本身承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，這種節(jié)點成本較低，通常僅僅配置一根天線。無論其硬件配置和工作原理如何，它們都可以承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，為了更加直觀的描述中繼的工作機制，我們以雙天線的中繼器為例。 在多數(shù)情況下，負責(zé)參數(shù)通訊的還有外部的用戶系統(tǒng)，比如連接數(shù)據(jù)庫的上位機應(yīng)用程序和連接現(xiàn)場工業(yè)傳感器的嵌入式設(shè)備；通常負責(zé)發(fā)起數(shù)據(jù)請求的是上位機應(yīng)用程序，二者以RJ45以太網(wǎng)線或者RS232電纜連接。 負責(zé)采集數(shù)據(jù)并回傳的是嵌入式設(shè)備，二者以RS232電纜，TTL電平的串口或者GPIO端口直接相連。 按照我們之前的約定，我們選定網(wǎng)絡(luò)中一個具有6跳的（5個中繼）分支鏈路，在該鏈路上一個標(biāo)準(zhǔn)的通訊業(yè)務(wù)流程通常如下：
注意到，這里僅僅是數(shù)據(jù)的下行請求過程，在嵌入式系統(tǒng)完成了數(shù)據(jù)的采集之后，就會將其作為應(yīng)答回傳給上位機系統(tǒng)，其上行通訊流程剛好和下行傳輸完全相反：
我們都知道，有線通訊由于在封閉的通道中運行，其錯誤率通常在10-9~10-12，可靠性是非常高的，我們基本不用考慮丟包的問題。這里為了敘述方便，我們將上位機應(yīng)用程序的功能合并到發(fā)射機中去，將連接工業(yè)傳感器的嵌入式設(shè)備的功能合并到接收機中去。 在該模型中，每一個角色的基本工作原理如下：
上圖是丟包概率p = 10% 的時候的一種效果模擬圖。這里設(shè)定了5次數(shù)據(jù)重傳，從該圖我們看出來每一次的通訊丟包情況都不同：
當(dāng)然有的讀者心里會想，這個效果模擬圖太過于極端，上述流程中有好幾次差一點就通訊成功了呢，就差一口氣！如果我們加大嘗試的次數(shù)，說不定就成功了呢? 事實上在大多數(shù)情況下，加大嘗試次數(shù)，通訊成功率的確會有一定的改善，但無法從根本上消除問題。考慮到有線鏈路的和無線多跳的通訊延遲，再疊加上目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集行為，下行或者上行鏈路的傳輸時間可能高達數(shù)百毫秒。 在真實的環(huán)境中，還要考慮到各種系統(tǒng)延遲和等待操作，比如Windows，Linux等主流桌面操作系統(tǒng)的調(diào)度延遲，各級無線節(jié)點的單片機延遲，這個時間往往還需要進一步加大，最終這個總的時間往往高達數(shù)秒甚至幾十秒，在一個有幾百個節(jié)點的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，系統(tǒng)整體掃描一遍，耗時將會比較長了。 從上述分析可以看出，端到端的重傳機制在跳數(shù)較深的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中難以保證足夠的可靠性，即便犧牲延時，加大重傳次數(shù)，效果也不會有根本性的改善。那么問題來了！我們要怎么做才可以獲得理想的可靠性與實時性呢？敬請關(guān)注后續(xù)系列文章的深入解讀。 |
