[发明专利]一种体域网中基于多因子优先级的时隙分配方法

说明书

本发明公开一种体域网中基于多因子优先级的时隙分配方法，该方法包括多因子设计和时隙分配两部分。其主要步骤：首先通过计算多因子权重得到初始时隙分配次序，其次在考虑节点异构性基础上通过时延限制设置优先级，并计算分配时隙后的数据最大时延来重新分配高优先级节点时隙占用数。然后在时隙有余量的情况下按降序分配低优先级节点时隙占用数，并把优先级改为高级。最后在原有的序列中去掉低优先级节点时隙占用数以就是得到最优的时隙分配方案。本发明能够使得节点充分利用时隙，在保证数据的丢包率和溢出率的情况下，使得传感器节点功耗最小，提高节点使用寿命。

技术领域

本发明涉及移动通信和远程医疗领域，尤其涉及一种体域网中基于多因子优先级的时隙分配方法。

背景技术

作为无线传感器网络(WSN)在应用领域的一个重要分支，无线体域网(WBAN)因其便携、可移动的特点日益受到医疗、军事、娱乐消费电子等领域的广泛关注。近年来，医疗保健系统的发展已显着改善。作为医疗体系的基础，无线体域网(WBAN)正面临着由于老年人口和慢性病的增长带来的挑战。如图一所示，WBAN由多个可穿戴或可植入人体的传感器节点和一个聚合器组成。传感器节点具有采集、处理、传输人体的生理数据(如脑电图、血压、血糖、心率等)，通过信道传输数据到协调器。协调器拥有更高的计算能力和处理功能，把来自不同传感器节点的数据传输到远程服务器。

与传统的以数据为中心的WSN相比，以人体为中心WBAN主要特点如下：(1)对于WBAN中的传感器节点很难替换和充电，使得每个节点必须利用有限的能量最大限度的延长自身的寿命(2)WBAN主要采用星型拓扑结构，网络的拓扑结构是相对固定。(3)各节点的采样率、最长时延容限等属性各不相同，甚至差异很大，因此存在较大的节点异构性。因此，研究高效合理的方法来延长网络节点的生命周期有着切实意义。

在过去的无线体域网的mac层协议中，Marinkovic等人提出了一种低占空比协议，该协议把每个周期划分为用于数据传输和信息交互两部分，每个节点在除去通信外的其他时间都进入睡眠，有效的减小空闲侦听和字节消耗，从而达到节能效果。然而该协议各个节点的时长设定容易引发冲突，时延服务将得不到保证。Li H等人提出了一种基于TDMA的mac层协议，通过采用星形结构且以心跳信号进行节点间的同步，并提出了一种主动同步机制，从而降低了节点间的能耗，但该协议要求每个节点需要增加一个心跳传感器，大大增加了系统的复杂度。C.Chen等人提出一种基于超帧的TDMA协议，该协议提出一种新的时隙分配策略从而得出每节点的时隙个数和时隙次序，再通过能量优化模型，使节点能耗最小，但为确保时隙高利用率，该协议牺牲了部分节点的时延。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种体域网中基于多因子优先级的时隙分配方法。

为了解决上述问题，我们首先采用星形网络结构，由于星形网络拓扑具有网络结构简单的优点，且星形拓扑不需要设计路由算法，而且便于协调器完成对WBAN传感器节点的控制，所以我们在本系统中采用星形网络结构。

同时，IEEE802.15.6标准颁布以来，其中的MAC层受到人民广泛的关注。IEEE802.15.6标准中的MAC层主要是针对星形网络而设计，并且常以两种方式运行：(1)信标模式且采用超帧结构；(2)非信标模式且不采用超帧结构。本发明中对第一种运行方式进行研究。

利用信标使能模式下的超帧进行控制和协调所有节点的信息交互，超帧本是IEEE802.15.4中信标使能模式下应用的一种结构，协调器通过周期性的发送信标，作为超帧的开始，并由以下几部分组成，超帧结构如(图三)所示。协调器通过周期性发送信标，通知所有在本轮超帧内需要传输数据的节点，分配给其的时隙次序和数目。本发明使用的超帧分为四个阶段，功能如下：

(1)信标时期。每超帧开始时候，协调器广播信标帧，信标中携带协调器分配给每个节点的时隙信息。信标用来协调数据传输时期协调器与各传感节点之间的通信，同时完成各节点的同步。