面向WBAN電池友好特性的MAC協(xié)議研究.pdf

1、伴隨著人口老齡化的發(fā)展，看病難、看病貴的問題成為一大社會(huì)問題，現(xiàn)有的醫(yī)療資源短缺加劇了這一問題。為了解決這一問題，無線體域網(wǎng)(Wireless BodyArea Network，WBAN)作為一個(gè)新興的醫(yī)療輔助手段逐步發(fā)展起來。WBAN是一種短距離的進(jìn)人體通信技術(shù)，主要通過工作在人體周圍、體表甚至嵌入人體內(nèi)部的傳感器采集人體的生理數(shù)據(jù)，以便為醫(yī)生診斷提供依據(jù)。WBAN的發(fā)展一定程度上緩解了“看病難”的問題，并節(jié)約了醫(yī)療資源。
　　

2、目前WBAN的研究熱點(diǎn)主要集中于低功耗、高能效的數(shù)據(jù)通信，這是因?yàn)閃BAN中的傳感器節(jié)點(diǎn)一般是由電池驅(qū)動(dòng)方式工作，并且傳感器節(jié)點(diǎn)一般可小至毫米級(jí)別，導(dǎo)致電池能量有限。因此為了降低節(jié)點(diǎn)的能耗，從而延長(zhǎng)電池的壽命，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)低功耗的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。同時(shí)在無線體域網(wǎng)應(yīng)用中，尤其是醫(yī)療場(chǎng)景下，節(jié)點(diǎn)的QoS(Quality Of Service)要求非常嚴(yán)格，例如數(shù)據(jù)包的延時(shí)與人的生命息息相關(guān)。因此為了滿足這些要求，本文針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景，基于載

3、波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA:Carrier sense multiple access withcollision avoidance)協(xié)議進(jìn)行了低能耗的電池友好MAC（Media Access）協(xié)議算法設(shè)計(jì)，并且所有的算法都在搭建的IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)的OPNET平臺(tái)上驗(yàn)證。
　　論文的研究思路如下:
　　首先通過對(duì)IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)的MAC協(xié)議進(jìn)行建模，分析了節(jié)點(diǎn)的延時(shí)、吞吐量和能耗。通過

4、仿真結(jié)果我們可以看出節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和競(jìng)爭(zhēng)窗口大小對(duì)節(jié)點(diǎn)性能影響比較大。
　　然后根據(jù)建模得出的結(jié)論，我們結(jié)合電池的恢復(fù)效應(yīng)，提出了競(jìng)爭(zhēng)窗口自適應(yīng)調(diào)節(jié)的電量均衡算法。首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余電量大小進(jìn)行排序，然后結(jié)合節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的性能和QoS要求，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)窗口的大小，均衡不同節(jié)點(diǎn)間的電池電量消耗，通過仿真發(fā)現(xiàn)該算法可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的生命周期。
　　最后從單個(gè)節(jié)點(diǎn)的角度上，通過數(shù)據(jù)包聯(lián)合傳輸方案將節(jié)點(diǎn)的空閑時(shí)間集中，從而充分發(fā)揮了電池的恢復(fù)效