面向可穿戴生理檢測的無線傳感器網絡QoS路由研究.pdf

1、無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)作為新興的網絡測控技術，逐漸滲透進入多元化的生物醫(yī)學應用領域。生物和生理傳感器、低功耗集成電路、計算機科學以及無線通信等技術的發(fā)展，使得可穿戴傳感器網絡在人體生理監(jiān)測領域日益得到廣泛的研究和應用。
　　 醫(yī)療健康監(jiān)護領域的應用特性要求對生理監(jiān)測可穿戴傳感器網絡服務質量(Quality of Service)中的傳輸延時、可靠性等方面嚴格要求。而且人體的移動

2、和周圍環(huán)境的變化使得可穿戴WSN具有很強的動態(tài)性，對其傳輸協議尤其是路由協議的設計帶來很大的挑戰(zhàn)。
　　 本文以生理監(jiān)測可穿戴無線傳感器網絡動態(tài)環(huán)境下保證可靠實時等網絡傳輸服務質量為目的，對經典的收集樹協議(Collection Tree Protocol，CTP)進行改進，引入了Pareto多目標優(yōu)化方法和蟻群算法，設計并實現了網絡可靠性和實時性多目標優(yōu)化路由協議，經過仿真評估，證明其性能達到了研究目標。
　　 首先，

3、調研了無線傳感器網絡的研究現狀，分析現有的無線傳感器網絡協議的優(yōu)缺點，針對可穿戴系統的需求和特點，研究討論了現在無線傳感器網絡協議的特點和缺陷，深入分析了可穿戴的無線傳感器網絡的特性和需求，并對可穿戴WSN進行了總計設計。
　　 其次，在收集樹協議CTP的基礎上進行改進，提出了基于Pareto多目標優(yōu)化的路由協議MO-CTP。在鏈路質量評估階段，進行單跳鏈路的多參數性能評估。在路由建立階段，建立Pareto最優(yōu)多路徑路由表，并基

4、于數據傳輸的實時性和可靠性指標，篩選多路徑路由。與CTP協議相比，MO-CTP協議不僅在傳輸路徑選擇上具有更強的適用性和靈活性，而且滿足了生理檢測上實時可靠等多目標傳輸性能需求。
　　 再次，在協議MO-CTP的基礎上進行改進，提出了基于蟻群算法的路由協議AMO-CTP。在路由選擇階段，根據多路徑路由和概率路由相結合的策略選擇傳輸路徑；在路由維護階段，在MO-CTP的路由表中增加信息素濃度地址字段，通過信息素濃度揮發(fā)、增強等機制

5、自適應網絡動態(tài)的變化。Matlab仿真表明，該路由協議不但是可行的，隨著拓撲結構的變化，尋找的較優(yōu)路徑也隨著改變，得到的解更為合理。
　　 最后，基于層次化面向對象Petri網建模工具，進行了對可穿戴傳感器網絡路由協議驗證和分析。通過對MO-CTP的HOCPN仿真模型，對該協議的有界性、活性、回復性和公平性等進行形式化分析，驗證該協議的正確性。
　　 論文的研究成果為面向社區(qū)、醫(yī)院、敬老院等區(qū)域人群的可穿戴生理監(jiān)控網絡的