Energy Efficient Lifetime Improvement Methods for Wireless Body Area Network

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本论文主要研究了如何提高无线体域网的生命周期的问题。这项工作分为两部分。第一部分在于高效地选取簇头,第二部分提高数据传输的能效。通过高效地选择簇头节点,将数据传输到中心协调节点(SINK),实现无线体域网(WBAN)上行链路的数据传输,完成了无线体域网(WBAN)的主要需求。目前的工作主要是基于节点的剩余能量、欧氏距离的平均值、传输数据的优先级和设备物理能力这四个重要参数来高效地选取簇头节点和均匀旋转的簇头。因此提出了节能贝叶斯聚类算法(EEBCA),通过采用朴素贝叶斯方法来选择合适的簇头(CH)节点。所选CH节点在每一轮中从传感器节点(SN)收集数据。收集的数据首先被聚合,然后被发送到基站(BS)。在稳态阶段,该算法遵循基于能量分析TDMA(EA-TDMA)的方法对数据进行高效传输,与标准LEACH协议相比,EEBCA算法进一步降低了能耗。在仿真中,也将该协议的性能与现有协议进行了比较,分析得出所提出的方案将网络的总生存期增加了约1.5倍,与此同时,网络的平均能耗也得到了降低。在论文的下一步工作中,基于一种能量有效的方式来完成在时间和传输延迟上都有约束的数据传输业务,因此构建了一种能量有效的混合介质访问控制(MAC)协议。通过结合位图辅助竞争的MAC协议和基于调度的MAC协议的特点提出了混合无线体域网(HWBAN)协议。在HWBAN MAC协议中,每个会话被分成三个子会话,即ELLEED(低延迟紧急事件检测)、GTSCM-FL(保证时隙连续监测-固定延迟)和EO-BMA(能量优化-位图辅助),实现了为不同类型的传感器提供了三种有效的选择方法。HWBAN协议采用ELLEED子会话来传输紧急数据。为实现传输时隙的连续监控,HWBAN协议采用GTSCM-FL子会话来传输数据。同样地,EO-BMA子会话主要用于基于事件的监控下的数据传输。因此,可以实现低能耗的数据传输。通过仿真,将HWBAN MAC协议的性能与现有的TDMA、EA-TDMA和BMA MAC协议进行了比较,分析得出所提出HWBAN MAC协议的在提高能效方面具有很好的优越性。
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