無線體域網(wǎng)中低功耗、低時延接入技術(shù)研究.pdf

1、隨著電子醫(yī)療服務(wù)(e-Health Service)的推廣,無線體域網(wǎng)作為其中最具潛力的技術(shù)正受到越來越多的關(guān)注。無線體域網(wǎng)是由放置于人體的醫(yī)療傳感器組成，用來收集生命體征信號并傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)中心用于分析診斷。由于這類傳感器節(jié)點體積小，卻要求能長時間工作，因此能耗是無線體域網(wǎng)首要關(guān)注問題。此外，由于無線體域網(wǎng)傳輸?shù)氖轻t(yī)療數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性尤為重要。對此有必要結(jié)合無線體域網(wǎng)特點設(shè)計低功耗、低時延接入技術(shù)，從而提高能量有效性，降低數(shù)據(jù)包

2、時延。由于接入?yún)f(xié)議的設(shè)計直接受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，本文針對無線體域網(wǎng)中兩種常見網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星形網(wǎng)絡(luò)和樹形網(wǎng)絡(luò)，分別設(shè)計合適的接入?yún)f(xié)議。
　　首先，在采用超幀結(jié)構(gòu)接入的星形網(wǎng)絡(luò)中，提出一種基于增強型超幀結(jié)構(gòu)的接入?yún)f(xié)議。在IEEE802.15.6的超幀結(jié)構(gòu)中，雖然在功能設(shè)計上較為豐富，但是其結(jié)構(gòu)松散，工作方式較為復(fù)雜，缺乏可操作性。針對這些問題，提出增強型超幀結(jié)構(gòu)。在增強型超幀結(jié)構(gòu)中，保持功能的完備性，各部分在結(jié)構(gòu)上更為緊湊，并且容易實現(xiàn)。

3、此外，為了與IEEE802.15.6物理層的兼容，考慮增強型超幀結(jié)構(gòu)的具體實現(xiàn)。
　　接著，在不采用超幀結(jié)構(gòu)接入的星形網(wǎng)絡(luò)中，提出一個基于實時隊列信息的CSMA/CA協(xié)議。通過一個數(shù)學模型，證明CSMA/CA網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點占用信道的概率與其平均退避時長和平均發(fā)送時長的比值相關(guān)，并指出現(xiàn)行的CSMA/CA協(xié)議中缺少對節(jié)點業(yè)務(wù)特性考慮，導致網(wǎng)絡(luò)不能很好適應(yīng)變化的數(shù)據(jù)包到達率。在基于實時隊列信息的CSMS/CA協(xié)議中，節(jié)點的平均退避時長和平

4、均發(fā)送時長均和節(jié)點數(shù)據(jù)包隊列長度有關(guān)，從而較好適應(yīng)變化的數(shù)據(jù)包到達率。仿真實驗驗證基于實時隊列信息的CSMA/CA能夠提高網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量并降低數(shù)據(jù)包傳送時延。
　　最后，現(xiàn)階段適用于樹形WBAN的MAC協(xié)議并沒能很好兼顧能耗和時延這兩方面的性能，對此提出一個全新設(shè)計的MAC協(xié)議：QS-PS。在 QS-PS中，節(jié)點在所分配的時隙里傳輸數(shù)據(jù)包，在其他時隙內(nèi)轉(zhuǎn)入低功耗的“準睡眠模式”。當某個節(jié)點產(chǎn)生緊急類型數(shù)據(jù)包時，該節(jié)點先廣播一個特別