WBAN可靠传输技术研究

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随着无线通信技术和电子器件微型化的发展,无线体域网(WBAN)得到越来越多的关注。无线体域网是一种部署于人体的小规模无线通信网络。因为具备实时采集和监控人体生理数据的能力,无线体域网无论是在传统的医疗服务领域还是在新兴的消费者电子设备领域都扮演着越来越重要的角色。目前,传感器节点的微型化发展以及多网共存场景的频繁出现对WBAN能量有效性和传输可靠性提出了更高要求。在医院和健身房等WBAN使用者聚集的场景中,多WBAN共存时进行通信会对能量有效性和传输可靠性产生很大影响。在考虑动态信道的多网共存场景中,传统基于TDMA的功率控制算法由于WBAN中节点数量的上升和信道的动态变化,无法保证信道预测值的时效性和准确性,会引起传输成功率的降低。因此对于考虑动态信道的多网共存场景,本文提出了基于混合接入机制的WBAN功率控制算法。该算法通过分析信道历史数据判断信道稳定性,充分利用TDMA的低能耗特性和CSMA/CA的实时反馈特性,安排传感器节点采用不同的接入机制来进行通信。通过在稳定信道情况下根据信道预测和不稳定信道情况下根据信道实时路径损耗值进行传感器发送功率调节的方式,该算法在维持能量有效性的同时提高传输可靠性。其次,针对多WBAN共存场景中出现的同构网络干扰,目前现有的节点级干扰消除算法通过非干扰节点的时隙复用,在避免干扰的同时提升信道复用率。但该类型算法导致了时隙资源分配的不公平,在网络数目增加的情况下引起网络整体性能下降。本文运用概率论知识对节点级干扰消除算法的信道复用率和时隙资源分配的公平性进行了数学分析。并针对现有算法时隙资源分配不公平的情况,提出了一种新型的节点级干扰消除算法。该算法通过减少分配给非干扰节点冗余时隙的方式缩小干扰节点和非干扰节点的时隙资源分配差距,提高时隙分配的公平性,从而在维持信道复用率的同时提升网络的整体性能。最后,本文通过搭建WBAN系统级仿真平台来验证基于混合接入机制的功率控制算法和基于时隙公平分配的干扰消除算法的有效性。仿真结果表明基于混合接入机制的功率控制算法在维持较高能量有效性的同时提升了传输可靠性。而基于时隙公平分配的干扰消除算法在维持较高信道复用率的同时提高了时隙资源分配公平性。
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