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在《WiMinet 評說 1.2：多跳無線網絡的現狀》一文中，我們提到：在室外長距離的無線自組織網絡中，由于節點之間的鏈路損耗較大，其鏈路預算相對不足，其包誤碼率PER會相應升高，也就是丟包概率 p 會比較大；而在一個大規模網絡中，某些分支節點的通訊鏈路又會比較深，也就是網絡跳數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定。 很顯然在一個真實的無線通訊系統中，每一個節點都是具備雙向收發能力的，但是為了更加清晰的描述數據流向，我們將原始數據的發出者定義為發射機，將目標數據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”為發射機，右邊藍色的“鍋蓋”為接收機。 在一個較大規模的無線通訊網絡中，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據節點本身承擔數據轉發的功能，這種節點成本較低，通常僅僅配置一根天線。無論其硬件配置和工作原理如何，它們都可以承擔數據轉發的功能，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。 負責采集數據并回傳的是嵌入式設備，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，我們選定網絡中一個具有6跳的（5個中繼）分支鏈路，在該鏈路上一個標準的通訊業務流程通常如下：
注意到，這里僅僅是數據的下行請求過程，在嵌入式系統完成了數據的采集之后，就會將其作為應答回傳給上位機系統，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，我們將上位機應用程序的功能合并到發射機中去，將連接工業傳感器的嵌入式設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。這里設定了5次數據重傳，從該圖我們看出來每一次的通訊丟包情況都不同：
當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，說不定就成功了呢? 事實上在大多數情況下，加大嘗試次數，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�？紤]到有線鏈路的和無線多跳的通訊延遲，再疊加上目標設備的數據采集行為，下行或者上行鏈路的傳輸時間可能高達數百毫秒。 在真實的環境中，還要考慮到各種系統延遲和等待操作，比如Windows，Linux等主流桌面操作系統的調度延遲，各級無線節點的單片機延遲，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秒甚至幾十秒，在一個有幾百個節點的數據采集系統中，系統整體掃描一遍，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較深的無線自組織網絡中難以保證足夠的可靠性，即便犧牲延時，加大重傳次數，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？敬請關注后續系列文章的深入解讀。 |
