Multi-WBANs共存環(huán)境下節(jié)能調(diào)度策略的研究.pdf

1、近年來隨著人口老齡化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)逐漸受到人們的關(guān)注。作為遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的核心技術(shù),無線體域網(wǎng)成為了無線通信領(lǐng)域的研究熱點之一。無線體域網(wǎng)是附著在人體上的一種網(wǎng)絡(luò),它由一套具有通信功能的傳感器節(jié)點和一個協(xié)調(diào)器組成。考慮到醫(yī)療行業(yè)的特殊性和應(yīng)用的便利性,無線體域網(wǎng)對節(jié)點的小型化、低輻射和數(shù)據(jù)服務(wù)的及時性、可靠性具有嚴(yán)格要求。因此評價無線體域網(wǎng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括能量有效性、吞吐量、服務(wù)質(zhì)量公平性等因素。
　　影響無線體域網(wǎng)性

2、能的因素有很多,其中工作環(huán)境中的無線干擾是重要因素之一,而設(shè)計有效的接入策略能夠大大減少干擾產(chǎn)生的影響。根據(jù)信道資源分配機制,無線體域網(wǎng)的接入策略劃分為基于競爭的接入策略和基于調(diào)度的接入策略。根據(jù)干擾來源,工作環(huán)境中的干擾分為無線體域網(wǎng)系統(tǒng)間的干擾和來自其他無線系統(tǒng)的干擾。本文研究適應(yīng)無線體域網(wǎng)間干擾的調(diào)度策略。
　　針對無線體域網(wǎng)的性能需求,本文調(diào)研了相關(guān)研究中的靜態(tài)調(diào)度策略,靜態(tài)調(diào)度策略易于在集中式網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)且能夠有效提升共存網(wǎng)

3、絡(luò)的整體性能。在最新的研究成果中,基于Horse Racing算法的靜態(tài)調(diào)度策略具有算法復(fù)雜度低且易于應(yīng)用于硬件系統(tǒng)的特點。本文在原有研究基礎(chǔ)上深入挖掘Horse Racing算法在吞吐量、能量有效性和服務(wù)質(zhì)量公平性三個方面的性能表現(xiàn),并在Two-WBANs場景中與復(fù)雜度最高的遍歷算法相比,通過對比可知Horse Racing算法在吞吐量和能量有效性方面能夠達(dá)到遍歷算法的80％以上。但是在服務(wù)質(zhì)量公平性方面卻有明顯的不足。通過分析可知在

4、服務(wù)質(zhì)量公平性方面的不足是靜態(tài)調(diào)度算法普遍存在的問題,其原因在于靜態(tài)調(diào)度策略中一旦調(diào)度方案確定則每個節(jié)點被分配時隙資源的質(zhì)量就確定不變,因此無法平衡節(jié)點服務(wù)質(zhì)量的公平性。
　　針對靜態(tài)調(diào)度策略在服務(wù)質(zhì)量方面的不足,本文設(shè)計了動態(tài)調(diào)度策略以改善節(jié)點服務(wù)質(zhì)量的公平性。為了研究方便,假設(shè)WBAN采用并行的方式接入信道,且每個節(jié)點在超幀中最多接入信道一次。根據(jù)以上假設(shè)建立通信模型,并分別研究了基于吞吐量最大化和基于能量有效性最大化的動態(tài)調(diào)

5、度策略。在為他們設(shè)置優(yōu)化問題時我們發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)化問題都屬于0-1規(guī)劃問題,這一類問題僅能通過遍歷所有情況的方法找到最優(yōu)解,但是在本文的優(yōu)化問題中考慮了服務(wù)質(zhì)量的公平性這個統(tǒng)計量,為了找到最優(yōu)解,必須隨著這個統(tǒng)計量的變化不斷的采用遍歷的方法才能找到最優(yōu)解。因此本文設(shè)計了基于公平性的吞吐量最大化算法(FTMH)和基于公平性的能效最大化算法(FEEM)尋找次優(yōu)解。分析算法的結(jié)果可知與靜態(tài)調(diào)度策略相比動態(tài)調(diào)度策略在服務(wù)質(zhì)量公平性方面表現(xiàn)更好,在干