基于能量采集的無線體域網AMC協(xié)議研究.pdf

1、無線體域網是一種以人體為中心的低功耗無線傳感器網絡，它在很多領域都有應用，比如軍事、醫(yī)療、運動和娛樂等。因為對無線體域網節(jié)點隱蔽性和便攜性的要求，節(jié)點有限的電池容量使得能量問題成為無線體域網一直面臨的重要挑戰(zhàn)。近年來，一種新興的為無線體域網節(jié)點供電技術——能量采集，成為無線體域網能量問題的有效解決方案。傳統(tǒng)的由電池供電的節(jié)點會因為電池耗盡而進入永久的睡眠狀態(tài)，而基于能量采集的節(jié)點則只會短暫進入睡眠狀態(tài)，能量充足后又會進入工作狀態(tài)。因此基

2、于能量采集的無線體域網的核心問題是如何利用采集到的能量提高網絡的數(shù)據傳輸效率。
　　本文研究了基于能量采集技術的無線體域網中媒體訪問控制層(MediumAccess Control，MAC)協(xié)議問題，分別提出了分布式MAC協(xié)議策略和集中式MAC協(xié)議策略，目標是提高基于能量采集技術的無線體域網的數(shù)據傳輸效率，其中分別考慮的因素是時隙分配策略的決策速度和最優(yōu)化程度。
　　1.在分布式MAC協(xié)議策略中，我們從子節(jié)點的角度考察WBA

3、N數(shù)據傳輸過程，以子節(jié)點為主對信道接入方式進行分布式的決策。我們結合子節(jié)點的緩存區(qū)數(shù)據包數(shù)量和可用能量數(shù)，構造了無限MDP決策模型，通過使收益函數(shù)代表子節(jié)點的數(shù)據包傳輸量并對子節(jié)點非競爭性時隙的使用進行控制，我們求解出MDP模型最優(yōu)策略。以MDP最優(yōu)策略為根據，子節(jié)點可以實現(xiàn)根據自身數(shù)據包數(shù)量和可用能量數(shù)進行進行動態(tài)的信道接入。仿真表明我們這種分布式的動態(tài)MAC協(xié)議策略獲得了比傳統(tǒng)的時隙CSMA/CA更高的數(shù)據包傳輸量，減少了節(jié)點緩存區(qū)

4、的數(shù)據包溢出。
　　2.在集中式MAC協(xié)議策略中，我們將整個WBAN中所有子節(jié)點的數(shù)據包狀態(tài)和能量狀態(tài)結合成聯(lián)合的系統(tǒng)狀態(tài)，以此構建無限MDP決策模型，決策結果即為每一個子節(jié)點的信道接入方式。通過根據數(shù)據包傳輸量設計收益函數(shù)，我們使用近似求解算法求解出最優(yōu)時隙分配策略，以獲得最大化的WBAN網絡數(shù)據包傳輸量。仿真結果表明，集中式的MAC協(xié)議策略獲得了比分布式MAC協(xié)議策略和時隙CSMA/CA更高的數(shù)據傳輸量和數(shù)據傳輸率。
　

5、　分布式MAC協(xié)議中子節(jié)點根據自身狀態(tài)對信道接入方式進行決策，因為數(shù)據包和能量狀態(tài)空間小，子節(jié)點可以快速地根據實時狀態(tài)獲得最佳信道接入方式。但是因為缺少其他WBAN節(jié)點的狀態(tài)和行為信息，節(jié)點得到的只是局部最優(yōu)的策略結果。而集中式MAC協(xié)議把所有節(jié)點的狀態(tài)結合成聯(lián)合的系統(tǒng)狀態(tài)，以此對每個節(jié)點的信道接入方式進行決策，因為是基于整個系統(tǒng)的狀態(tài)信息做的決策，所以集中式MAC協(xié)議可以得到全局最優(yōu)的決策結果。但是，因為集中式MAC協(xié)議的狀態(tài)空間很大