無(wú)線體域網(wǎng)中低功耗、低時(shí)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(wú)線體域網(wǎng)作為其中最具潛力的技術(shù)正受到越來(lái)越多的關(guān)注。無(wú)線體域網(wǎng)是由放置于人體的醫(yī)療傳感器組成，用來(lái)收集生命體征信號(hào)并傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心用于分析診斷。由于這類傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，卻要求能長(zhǎng)時(shí)間工作，因此能耗是無(wú)線體域網(wǎng)首要關(guān)注問(wèn)題。此外，由于無(wú)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(shí)效性尤為重要。對(duì)此有必要結(jié)合無(wú)線體域網(wǎng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)低功耗、低時(shí)延接入技術(shù)，從而提高能量有效性，降低數(shù)據(jù)包

2、時(shí)延。由于接入?yún)f(xié)議的設(shè)計(jì)直接受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，本文針對(duì)無(wú)線體域網(wǎng)中兩種常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星形網(wǎng)絡(luò)和樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)，分別設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)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(duì)這些問(wèn)題，提出增強(qiáng)型超幀結(jié)構(gòu)。在增強(qiáng)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(shí)現(xiàn)。

3、此外，為了與IEEE802.15.6物理層的兼容，考慮增強(qiáng)型超幀結(jié)構(gòu)的具體實(shí)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(gè)基于實(shí)時(shí)隊(duì)列信息的CSMA/CA協(xié)議。通過(guò)一個(gè)數(shù)學(xué)模型，證明CSMA/CA網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)占用信道的概率與其平均退避時(shí)長(zhǎng)和平均發(fā)送時(shí)長(zhǎng)的比值相關(guān)，并指出現(xiàn)行的CSMA/CA協(xié)議中缺少對(duì)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)特性考慮，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能很好適應(yīng)變化的數(shù)據(jù)包到達(dá)率。在基于實(shí)時(shí)隊(duì)列信息的CSMS/CA協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)的平均退避時(shí)長(zhǎng)和平

4、均發(fā)送時(shí)長(zhǎng)均和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包隊(duì)列長(zhǎng)度有關(guān)，從而較好適應(yīng)變化的數(shù)據(jù)包到達(dá)率。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于實(shí)時(shí)隊(duì)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(shí)延。
　　最后，現(xiàn)階段適用于樹(shù)形WBAN的MAC協(xié)議并沒(méi)能很好兼顧能耗和時(shí)延這兩方面的性能，對(duì)此提出一個(gè)全新設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議：QS-PS。在 QS-PS中，節(jié)點(diǎn)在所分配的時(shí)隙里傳輸數(shù)據(jù)包，在其他時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)入低功耗的“準(zhǔn)睡眠模式”。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生緊急類型數(shù)據(jù)包時(shí)，該節(jié)點(diǎn)先廣播一個(gè)特別