能量有效與信息安全的無線體域網(wǎng)設(shè)計及系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、隨著中國社會老齡化加劇，醫(yī)療資源供不應(yīng)求的局面越來越嚴(yán)重，傳統(tǒng)的醫(yī)院、療養(yǎng)院等醫(yī)療資源已經(jīng)不能滿足就醫(yī)的需求。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，體域網(wǎng)作為一種新的健康、診療模式已經(jīng)登上歷史舞臺。體域網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕‥ffectiveness）和安全性（Security）一直受到研究學(xué)者們的廣泛關(guān)注。有效性指的是數(shù)據(jù)在傳輸過程中能量的消耗要盡可能小，安全性指的是數(shù)據(jù)傳輸過程不會被竊取從而丟失或者泄露。如何實現(xiàn)有效性和安全性是目前體域網(wǎng)研究中面臨的

2、巨大挑戰(zhàn)。
　　本文針對體域網(wǎng)的三層架構(gòu)逐層分析，面對各層面中面臨的重要問題，研究了提高體域網(wǎng)有效性和安全性的控制方法和策略，提出了一套有效的、易于實現(xiàn)的技術(shù)方案，并最終搭建實驗平臺予以驗證。
　　在數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器發(fā)送的體域網(wǎng)第一層網(wǎng)絡(luò)中，我們提出了基于壓縮感知的自適應(yīng)采樣壓縮方法。本方法可以在傳感器數(shù)據(jù)稀疏度變化、無線信道不穩(wěn)定的情況下把重構(gòu)誤差控制在上限以下，以實現(xiàn)臨床有效的指導(dǎo)意義。同時，壓縮率也根據(jù)重構(gòu)質(zhì)量

3、的情況調(diào)整到較低的水平，進(jìn)一步實現(xiàn)更高的能量有效性。另外，我們優(yōu)化子空間追蹤算法，得出了一種新的重構(gòu)算法，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)的重構(gòu)質(zhì)量，得到更高的壓縮率。仿真結(jié)果反映了本系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)稀疏度變化、無線網(wǎng)絡(luò)信道變化的條件下，維持重構(gòu)質(zhì)量的穩(wěn)定性。
　　在體域網(wǎng)多傳感器向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時，針對無線體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)率、采樣時間、緩存大小等異構(gòu)性的特點(diǎn)，設(shè)計了一種基于超幀的、星型架構(gòu)的、TDMA接入方式的低占空比MAC層協(xié)議。該協(xié)議可以提高

4、時隙的利用率，延長傳感器節(jié)點(diǎn)睡眠時間，從而實現(xiàn)能量有效性。該協(xié)議通過優(yōu)先級的設(shè)計，把不同數(shù)據(jù)率和采樣時間的節(jié)點(diǎn)分類，針對不同的類別分配時隙。同時還兼顧傳感器發(fā)現(xiàn)報警的情況。最后搭建了平臺進(jìn)行實驗。實驗證明，本MAC層協(xié)議可以有效的提高帶寬利用率，提高能耗的有效性。
　　在體域網(wǎng)云平臺層，以基于可信機(jī)構(gòu)的隱私保護(hù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種緊急情況調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多維區(qū)域查詢技術(shù)和雙線性配對方法準(zhǔn)確的檢測數(shù)病人用戶中加密的緊急報警信號