[发明专利]基于信道映射的多信道分配方法的MAC协议

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种多信道介质访问控制(MAC，Media AccessControl)协议，具体涉及一种应用于无线体域网(WBAN,WirelessBody AreaNetwork)的基于信道映射的多信道分配方法的MAC协议，可以缓解WBAN 中医疗业务传输的信道干扰，同时减少数据传输时延和能量消耗，可用于增强医 疗业务传输质量和可靠性。

背景技术

近年来，随着人们对医疗健康服务的意识和需求日益增加，越来越多先进的 技术应用到医疗中，WBAN可以为用户提供便捷高效的医疗保健、个人娱乐服 务，具有广阔的发展前景。由于WBAN节点受尺寸、供电的限制，对能耗要求 严苛，对医疗业务数据传输时延更具有严苛的要求。但是，目前应用于WBAN 的单信道MAC协议存在的信道干扰、时延大、能耗和碰撞严重等问题，导致消 息无法及时成功的传输。研究人员相继提出了一些基于多信道的MAC协议用 来提高网络的性能。在多信道MAC协议中，信道分配方法十分重要，它决定着 如何为全网节点选择相应的信道，以保证最佳的网络性能。

目前应用于WBAN的多信道协议的多信道分配方法多种多样，如基于时隙 映射、时分多址(TDMA，TimeDivisionMultipleAddress)或载波侦听多址，或 者通信双方各维持包含信道状态的表。Lee和Rhee等人提出了一种基于时隙映 射的多信道分配机制，但该协议并未给出节点间信道选择和接入的协调方式，节 点的接入时延也较大；IsmailKirbas等人提出了一种基于TDMA的多信道分配机 制，该机制将节点分簇并选出一个普通节点作为协调点来协调簇内节点的信道分 配，额外的协调任务会加剧该协调点的能量消耗；同样，Kim等人提出的列表维 持方法，根据之前的信道状态利用马尔科夫连预测信道状态，但该协议仍然存在 的不足是普通节点要实时更新信道状态列表，使其能量消耗严重。

综上，现有的应用于WBAN的多信道分配的MAC协议会带来节点接入时 延大，能量消耗严重的问题，且未考虑到WBAN中紧急医疗的优先级特性，使 得这些协议应用于WBAN时的网络性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于信道映射 的多信道分配方法的MAC协议，用于解决现有多信道分配的MAC协议中存在 的接入时延大和节点能耗严重的技术问题。

本发明的技术思路是：WBAN工作在超帧模式下，协调点在超帧开始时发 送包含同步等信息的信标帧，本发明在信标帧中添加了信道状态域，在该域中将 每个二进制位映射至已被编号的信道。在协调点扫描信道状态后，在信道状态域 中依次对信道状态进行标注，其中“0”表示信道可用，“1”表示信道繁忙不可用。 普通节点接收到信标帧后，解析该域中每个二进制位所映射的信道编号，根据标 注为0的信道编号获取可用信道的频段。有业务到达的节点首先通过随机方式选 择可用信道，然后载波侦听，若信道仍然空闲，则开始通信；否则以一定概率停 留在当前信道退避等待或跳转至其他信道，直至消息成功传输。

根据上述技术思路，实现本发明目的采用的技术方案，包括如下步骤：

步骤1，在WBAN的信标帧中添加信道状态域，得到标明信道状态的信标 帧，其中该域的二进制位0表示信道空闲可用，1表示信道繁忙不可用；

步骤2，将得到的信标帧中的信道状态域的二进制位从左到右与信道编号从 小到大进行映射，并根据WBAN中的协调点对信道状态的扫描结果，在信道状 态域中对各信道状态通过0或1进行标注；

步骤3，WBAN中的普通节点接收来自协调点发送的标明信道状态的信标 帧，解析该帧的信道状态域，得知每个二进制位所映射的信道编号，并根据该信 标帧中信道状态域中标注为0的二进制位所映射的信道编号，获取可用信道；

步骤4，WBAN中的普通节点判断是否有业务到达，若是，则执行步骤5； 否则执行步骤9；

步骤5，WBAN中的普通节点随机选择获取的可用信道，并切换至该信道；

步骤6，WBAN中的普通节点载波侦听所切换的信道，判断该信道是否仍然 空闲可用，若是，则执行步骤8，否则执行步骤7；