許浩然，劉廣鐘

(上海海事大學(xué) 信息工程學(xué)院，上海 201306)

0 引 言

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，連接了物理世界中的各種信息和信息處理系統(tǒng)。工業(yè)無線傳感器層位于最底層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)施等，中間是邏輯控制層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，最上層是互聯(lián)網(wǎng)層，負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行語義分析并返回處理結(jié)果[1]。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別在于，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要考慮更多的緊急情況和安全性，一些實(shí)時(shí)閉環(huán)控制和開環(huán)控制，開環(huán)控制包括人工的控制，信息的上傳和下載等，閉環(huán)控制則是完全的機(jī)器控制。所以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)包的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求很高。不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)采集周期不同也會(huì)造成數(shù)據(jù)包的傳輸延遲和信道占空比不同[2]。

文獻(xiàn)[3]提出了一種基于WIA-PA工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)調(diào)度型MAC協(xié)議，該協(xié)議通過對(duì)WIA-PA超幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使設(shè)備在接入網(wǎng)絡(luò)的過程中，網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)吞吐量的實(shí)時(shí)變化情況，自適應(yīng)地調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)中各階段的長(zhǎng)度，合理地分配通信資源。文獻(xiàn)[4]研究了排隊(duì)論模型預(yù)測(cè)局部路由節(jié)點(diǎn)的最佳休眠時(shí)間，從而增強(qiáng)了路由節(jié)點(diǎn)的低功耗性能。文獻(xiàn)[5]研究了排隊(duì)論在數(shù)據(jù)包延遲模型中的應(yīng)用，將延遲分為三部分，第一部分是從數(shù)據(jù)包產(chǎn)生到節(jié)點(diǎn)本地緩存隊(duì)列頭的延遲，第二部分是隊(duì)列頭到競(jìng)爭(zhēng)得到時(shí)隙時(shí)的延遲，第三部分是數(shù)據(jù)包的傳輸延遲。文獻(xiàn)[6]使用OPNET仿真軟件建立了帶GTS機(jī)制的分析仿真模型,分析了在不同超幀級(jí)數(shù)SO下，幀傳輸速率和緩沖容量對(duì)GTS機(jī)制下的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和延時(shí)的影響，結(jié)果表明對(duì)于低傳輸速率和低緩沖容量的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò),選取合適的SO值(SO=2或3)，帶GTS的分配時(shí)隙機(jī)制更適合用來提升網(wǎng)絡(luò)利用率和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性響應(yīng)。文獻(xiàn)[7]詳細(xì)說明了三種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)超幀結(jié)構(gòu)(WirelessHART[8]、WIA-PA[9]、ISA100.11a[10])的區(qū)別，并使用排隊(duì)論為三種超幀結(jié)構(gòu)建立統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了仿真實(shí)驗(yàn)工具。實(shí)驗(yàn)證明在不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備下，GTS時(shí)隙數(shù)目不同延遲也不同。在沒有GTS時(shí)隙時(shí)延遲最低。

針對(duì)IEEE802.15.4e中的WIA-PA超幀，文中詳細(xì)分析其結(jié)構(gòu)，并利用排隊(duì)論為超幀中的CAP和CFP階段建立模型，使用仿真工具模擬實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)包延遲原因，以及如何降低數(shù)據(jù)包延遲。

1 超幀模型

在IEEE802.15.4e中，針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提出了三種超幀結(jié)構(gòu)：WirelessHART、WIA-PA和ISA100.11a。WIA-PA是其中最常用且最具代表性的超幀結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其原理類似于時(shí)分復(fù)用技術(shù)(TDMA)[11]。但不同的是超幀分為兩個(gè)時(shí)間段：活躍期和非活躍期。在非活躍期內(nèi)，協(xié)調(diào)器進(jìn)入低功耗模式(即睡眠模式)。節(jié)點(diǎn)僅在活躍期間通信，在活躍期內(nèi)分為兩個(gè)階段：競(jìng)爭(zhēng)區(qū)(contention access period，CAP)、非競(jìng)爭(zhēng)區(qū)(contention-free period，CFP)。在競(jìng)爭(zhēng)區(qū)中，因?yàn)闀r(shí)隙數(shù)目有限，無法保證所有節(jié)點(diǎn)都能分配到一個(gè)時(shí)隙，所以每個(gè)時(shí)隙都被所有的設(shè)備共享，設(shè)備都需要通過競(jìng)爭(zhēng)的方式來獲取該時(shí)隙的使用權(quán)限，但是該時(shí)隙并不保證數(shù)據(jù)發(fā)送的成功與否；如果失敗，則使用載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入與沖突避免(CSMA/CA)機(jī)制重傳數(shù)據(jù)。在非競(jìng)爭(zhēng)區(qū)中，劃分若干個(gè)確保時(shí)隙(GTS)，每個(gè)設(shè)備需要申請(qǐng)使用確保實(shí)隙(GTS)，可以是一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙，具體數(shù)目在申請(qǐng)使用時(shí)確定。非競(jìng)爭(zhēng)區(qū)通常被用來發(fā)送比較緊急的數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)包的延遲要求。

圖1 WIA-PA超幀結(jié)構(gòu)

超幀中規(guī)定非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段必須跟在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段后面[12]。競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段的功能包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以自由收發(fā)數(shù)據(jù)，域內(nèi)設(shè)備向協(xié)調(diào)器申請(qǐng)GTS時(shí)段，新設(shè)備加入當(dāng)前PAN網(wǎng)絡(luò)等。非競(jìng)爭(zhēng)階段由協(xié)調(diào)者指定的設(shè)備發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)包。如果某個(gè)設(shè)備在非競(jìng)爭(zhēng)階段一直處在接收狀態(tài)，那么擁有GTS使用權(quán)的設(shè)備就可以在GTS階段直接向該設(shè)備發(fā)送消息[13]。

CAP和CFP合在一起稱為活躍期，該活躍期被平分為16個(gè)時(shí)隙，信標(biāo)幀總是開始于第一個(gè)時(shí)隙的開頭，CFP中有最多7個(gè)GTS。超幀結(jié)構(gòu)由協(xié)調(diào)器定義并且在網(wǎng)絡(luò)層中使用請(qǐng)求原語進(jìn)行配置，兩個(gè)連續(xù)信標(biāo)間的持續(xù)時(shí)間(BI)，由數(shù)值macBeaconOrder(BO)屬性和aBaseSuperframeDuration常量決定。

BI=aBaseSuperframeDuration*2BO

(1)

在一個(gè)信標(biāo)使能的網(wǎng)絡(luò)中，BO可以是0～14中的任何值，如果BO的值被設(shè)置為15，網(wǎng)絡(luò)將被認(rèn)為是非信標(biāo)使能，并且不使用任何超幀。

超幀活躍時(shí)間段的時(shí)間叫做超幀持續(xù)時(shí)間(SD)，由式2計(jì)算得出。

SD=aBaseSuperframeDuration*2SO

(2)

其中，SO是macSuperframeOrder屬性的值。超幀持續(xù)時(shí)間SD不能超出信標(biāo)間隔BI，因此，SO的值總是小于或等于BO。上述常量數(shù)值由IEEE 802.15.4 standard document提供。

在工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，底層傳感器節(jié)點(diǎn)感知信息產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，通過向協(xié)調(diào)器發(fā)送請(qǐng)求競(jìng)爭(zhēng)使用超幀的CAP或者CFP來發(fā)送數(shù)據(jù)，申請(qǐng)成功則立刻發(fā)送數(shù)據(jù)，如果沒有申請(qǐng)成功，則放在節(jié)點(diǎn)本地的緩存中排隊(duì)，等待下一輪申請(qǐng)，所有節(jié)點(diǎn)都遵循該規(guī)則。

超幀的結(jié)構(gòu)與普通的排隊(duì)不同，每個(gè)超幀的周期都會(huì)有不同數(shù)目的時(shí)隙用來發(fā)送數(shù)據(jù)，相當(dāng)于在排隊(duì)論中的服務(wù)臺(tái)，但又不是同時(shí)運(yùn)作，在超幀的結(jié)束有一段睡眠期，這段時(shí)期可以看作是服務(wù)臺(tái)的輪轉(zhuǎn)調(diào)度期。文中采用數(shù)學(xué)工具排隊(duì)論來為超幀建模，評(píng)估超幀系統(tǒng)性能，降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高信道利用率。

2 排隊(duì)論模型

根據(jù)實(shí)際情況，假設(shè)共有m個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生服從參數(shù)為λ的泊松分布。根據(jù)相關(guān)研究背景，假設(shè)數(shù)據(jù)包的平均服務(wù)時(shí)間服從參數(shù)為μ的負(fù)指數(shù)分布(服務(wù)時(shí)間=等待時(shí)間+發(fā)送時(shí)間)[14]，傳感器節(jié)點(diǎn)本地緩存有限，即隊(duì)列長(zhǎng)度有限，數(shù)據(jù)包采用先來先服務(wù)的原則(FCFS)，有c個(gè)時(shí)隙用來發(fā)送數(shù)據(jù)(0≤c≤16)，即有c個(gè)服務(wù)臺(tái)，這種模型記為M/M/c/N/∞/FCFS排隊(duì)模型。

m個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都需要競(jìng)爭(zhēng)來使用CAP或者等待協(xié)調(diào)器安排使用CFP中的GTS來發(fā)送。如果申請(qǐng)使用CAP成功，則進(jìn)入數(shù)據(jù)包發(fā)送階段，延遲由數(shù)據(jù)包傳輸速度決定，如果沒有申請(qǐng)成功，則需要在本地緩存中等待下一輪競(jìng)爭(zhēng)，直到數(shù)據(jù)包得到時(shí)隙，或者時(shí)效時(shí)間過期丟棄該數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包從本地緩存清除[15]。另外一些符號(hào)在表1中詳細(xì)給出相應(yīng)含義。

表1 符號(hào)含義

傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器、緩存、數(shù)據(jù)包等綜合稱為一個(gè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)能平穩(wěn)運(yùn)行是要滿足一定條件的，即系統(tǒng)不能產(chǎn)生無限長(zhǎng)的等待隊(duì)列。

因?yàn)榧僭O(shè)CAP數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生服從泊松分布，而CFP的數(shù)據(jù)包所占比例是比較少的，并且CFP的數(shù)據(jù)包傳輸不需要排隊(duì)，所以CFP中的數(shù)據(jù)包延遲僅包含數(shù)據(jù)包在超幀中的傳輸時(shí)間。在CAP階段還存在數(shù)據(jù)包發(fā)送不成功的情況，延遲模型采用CSMA/CD技術(shù)來保證發(fā)送失敗數(shù)據(jù)的重發(fā)。

在延遲分析時(shí)加入CFP段的數(shù)據(jù)傳輸部分延遲，更加全面合理地模擬超幀延遲。系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)包數(shù)量記為L(zhǎng)s，所有在節(jié)點(diǎn)本地緩存排隊(duì)的數(shù)據(jù)包數(shù)量和記為L(zhǎng)q，那么就有Ls=Lq+超幀中的數(shù)據(jù)包，這里超幀中的數(shù)據(jù)包包含CAP和GTS的數(shù)據(jù)包。

數(shù)據(jù)包從產(chǎn)生到發(fā)送完成的總時(shí)間記為Ws，數(shù)據(jù)包從產(chǎn)生到獲得時(shí)隙延遲時(shí)間記為Wq，那么就有Ws=Wq+數(shù)據(jù)包在超幀中的時(shí)間，數(shù)據(jù)包在超幀中的時(shí)間即是數(shù)據(jù)包的發(fā)送延遲，Ws稱為等待延遲。

pn表示系統(tǒng)中有n個(gè)數(shù)據(jù)包的概率，需要滿足:

(3)

采用時(shí)齊的馬氏鏈來分析狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，若滿足P{Xn+m=j|Xn=i}=Pij(m)，則稱{X(n),n=0,1,2…}為時(shí)齊馬氏鏈，Pij(m)是系統(tǒng)i經(jīng)過m個(gè)時(shí)間間隔(或m步)轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移概率。文中假設(shè)超幀系統(tǒng)p服從齊次馬氏鏈過程，以下過程均基于此假設(shè)。

整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示，根據(jù)此圖可得該狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為：

(4)

此狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生和發(fā)送平衡。n=0表示初始狀態(tài)的平衡方程，1≤n≤c表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)包還沒有到達(dá)時(shí)隙的上限，數(shù)據(jù)包的發(fā)送率根據(jù)n的變化而變化，n>c表示系統(tǒng)中請(qǐng)求使用時(shí)隙的數(shù)據(jù)包已經(jīng)超過時(shí)隙本身的限制，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包很大部分可能需要排隊(duì)來等待競(jìng)爭(zhēng)使用時(shí)隙，所以這時(shí)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送率均為cμ。而數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生率則一直為mλ。

圖2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

使用遞推法解此差分方程得：

(5)

其中，p0表示系統(tǒng)中沒有任何數(shù)據(jù)的概率；pn表示系統(tǒng)中有n個(gè)數(shù)據(jù)包的概率。

當(dāng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)包數(shù)目大于時(shí)隙數(shù)目c，則新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包必須等待，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包必須等待的概率為：

(6)

(7)

系統(tǒng)中的平均隊(duì)長(zhǎng)為：

(8)

可以證明，Ws是服從cμ-mλ的負(fù)指數(shù)分布，并根據(jù)排隊(duì)論中的Little公式，數(shù)據(jù)包在系統(tǒng)中的停留時(shí)間和在隊(duì)列中的等待時(shí)間分別是：

(9)

上述指標(biāo)是根據(jù)排隊(duì)論來建立的超幀系統(tǒng)模型，在實(shí)驗(yàn)分析過程中會(huì)對(duì)比理論延遲和實(shí)際延遲之間的差別。文中把數(shù)據(jù)包產(chǎn)生到本地緩存隊(duì)列頭的延遲和到達(dá)隊(duì)列頭再到競(jìng)爭(zhēng)得到時(shí)隙時(shí)的延遲合起來稱為等待延遲，并加入了數(shù)據(jù)包在超幀中的發(fā)送延遲，因?yàn)閿?shù)據(jù)包在超幀中的延遲并不是忽略不計(jì)的，如果數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗，數(shù)據(jù)包則會(huì)重新排隊(duì)產(chǎn)生較大延遲。文中詳細(xì)給出了數(shù)據(jù)包必須等待的概率、隊(duì)長(zhǎng)、正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)目等重要指標(biāo)。

3 單隊(duì)列超幀結(jié)構(gòu)

上述模型是基于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的緩存隊(duì)列，文中根據(jù)此模型提出一種優(yōu)化的單隊(duì)列超幀傳輸方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包發(fā)送到協(xié)調(diào)器上的緩存來排一個(gè)隊(duì)列，節(jié)點(diǎn)自身只有數(shù)據(jù)包的備份，如果規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒收到確認(rèn)到達(dá)回復(fù)，源節(jié)點(diǎn)重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包；收到確認(rèn)數(shù)據(jù)包，則發(fā)送成功。理論上該方法只會(huì)增加協(xié)調(diào)器的工作能耗，但是會(huì)提高整體網(wǎng)絡(luò)的利用率，降低數(shù)據(jù)包的延遲，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)使用超幀的隊(duì)列只存在于協(xié)調(diào)器上，單隊(duì)列的運(yùn)行原理如圖3所示，利用排隊(duì)論來分析兩種模型的差別。

與上一節(jié)中的多隊(duì)列模型相比，單隊(duì)列結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單高效，可引用排隊(duì)論中的M/M/1模型分析計(jì)算系統(tǒng)的延遲。p0和pn分別為：

圖3 單隊(duì)列模型

(10)

數(shù)據(jù)包的逗留時(shí)間為：

(11)

隊(duì)列中的等待時(shí)間為：

(12)

對(duì)比多排隊(duì)模型，單排隊(duì)模型減少了隊(duì)列數(shù)目，提高了數(shù)據(jù)發(fā)送率，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲，并且減少了節(jié)點(diǎn)的成本，把每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自身緩存降到最低，使得節(jié)點(diǎn)能更加高效地將有限的處理能力用到數(shù)據(jù)采集和處理上面。再者有的節(jié)點(diǎn)處于復(fù)雜環(huán)境中，或者本身采集的數(shù)據(jù)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致自身緩存大量浪費(fèi)，此時(shí)這種優(yōu)化模型就可以提高緩存的利用率。

4 實(shí)驗(yàn)與分析

文中利用MATLAB R2014a工具來模擬實(shí)驗(yàn)，首先對(duì)比理論計(jì)算得到的延遲和實(shí)際測(cè)出的延遲差別，統(tǒng)一假設(shè)λ=5，數(shù)據(jù)包處理速率μ=5，CAP為12個(gè)，2個(gè)GTS，每個(gè)GTS占用2個(gè)時(shí)隙，GTS段的延遲時(shí)間忽略不計(jì)，因?yàn)閮H有少量的傳播延遲沒有排隊(duì)延遲[16]，所以不是實(shí)驗(yàn)的評(píng)估重點(diǎn)。

為了證實(shí)單隊(duì)列模型確實(shí)優(yōu)于多排隊(duì)超幀結(jié)構(gòu)，利用第三節(jié)中的延遲模型來對(duì)比兩種排隊(duì)模型數(shù)據(jù)包的延遲。使用MATLAB計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)，根據(jù)控制變量法，首先對(duì)比在不同的節(jié)點(diǎn)數(shù)目下，相同的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生頻率(λ=5，為了使結(jié)果的對(duì)比性更加完整，數(shù)據(jù)包處理速率取μ=5，CAP為12個(gè)，2個(gè)GTS，每個(gè)GTS占用2個(gè)時(shí)隙)。多隊(duì)列模型每個(gè)節(jié)點(diǎn)的緩存大小是3個(gè)時(shí)隙，優(yōu)化后模型的單隊(duì)列大小是3m個(gè)時(shí)隙，這是為了比較兩種模型在排隊(duì)方式不同外，其余條件都相同下的平均數(shù)據(jù)包延遲。

通過圖4可以看出，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目為14以前，優(yōu)化前的模型與優(yōu)化后的模型延遲相差不大，但是從16個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)目開始，優(yōu)化后的模型明顯比優(yōu)化前的模型延遲低，理論上分析為節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少時(shí)，多隊(duì)列與單隊(duì)列的效果并不明顯，相差不大。但是在節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加時(shí)，多隊(duì)列的延遲明顯增加，因?yàn)槊總€(gè)隊(duì)列在競(jìng)爭(zhēng)不到超幀時(shí)隙的時(shí)候都會(huì)形成一個(gè)等待隊(duì)列，當(dāng)所有的隊(duì)列都在等待時(shí)，協(xié)調(diào)器需要為每個(gè)隊(duì)列根據(jù)需要來分配時(shí)隙。但是在單個(gè)隊(duì)列中，協(xié)調(diào)器會(huì)提前根據(jù)需要在隊(duì)列中競(jìng)爭(zhēng)分配時(shí)隙，效率比所有的隊(duì)列單獨(dú)申請(qǐng)時(shí)隙高，所以在節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加后，多隊(duì)列的線性模型斜率比優(yōu)化前多隊(duì)列的斜率低，所以在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多的情況下，優(yōu)化后的單隊(duì)列模型做到了降低延遲。

圖4 不同節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)比

其次固定其他數(shù)據(jù)，只改變時(shí)隙數(shù)目，觀察時(shí)隙數(shù)目c從1到16時(shí)的延遲變化，設(shè)置m=15,λ=5,μ=5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示?？梢钥吹?，在時(shí)隙數(shù)目比較少時(shí)優(yōu)化前后的差別不大，因?yàn)樵谥挥猩贁?shù)幾個(gè)時(shí)隙的時(shí)候，隊(duì)列的多少并不影響整體的延遲，而在時(shí)隙數(shù)目增加時(shí)，就可以看出優(yōu)化后的單隊(duì)列模型延遲低于優(yōu)化前的多隊(duì)列模型延遲。

圖5 不同時(shí)隙數(shù)目對(duì)比

在文獻(xiàn)[7]中得到的結(jié)果是沒有GTS時(shí)隙時(shí)，整體網(wǎng)絡(luò)的延遲是優(yōu)于GTS和CAP同時(shí)存在時(shí)的混合模型，文中實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)果，時(shí)隙數(shù)目較少時(shí)延遲較高。所以CAP的時(shí)隙數(shù)目越多，網(wǎng)絡(luò)延遲越低。

5 結(jié)束語

文中利用排隊(duì)論為工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的超幀結(jié)構(gòu)建立了新的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該數(shù)學(xué)模型，提出了一種優(yōu)化的單隊(duì)列超幀結(jié)構(gòu)，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)降低排隊(duì)延遲，并通過分別設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)目和時(shí)隙數(shù)目為自變量進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了優(yōu)化模型的正確性，提升了超幀數(shù)據(jù)的傳輸效率，滿足了工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。