基于多信道策略的高效节能无线体域网MAC协议

发布时间：2018-07-16 10:32

【摘要】：近年来,无线体域网(WBANs)在医疗保健中的应用迅速增加。WBANs是由智能无线传感器节点组成的,可以用来感知和传输重要的生理数据。无线体域网将用于监测生命体征的传感器节点植入人体内或置于人体周围进行监测,能够及时有效的收集和发送病人的信息。在无线体域网系统中,传感器节点不应该干扰用户的日常活动,并且是电池供电,单次充电应当可以支持数天甚至数月的工作,这就要求无线传感器节点是小尺寸和低功率消耗。WBANs依赖于有限的资源,如能量和带宽等。在无线体域网应用中,MAC协议负责节点的碰撞检测与处理,控制优先级,分配时隙以及决定节点的传输顺序。因此,MAC协议的设计对无线体域网的可靠性和能效性起着决定性的作用。为了更加有效地利用这些有限的资源,必须设计一个非常良好的介质访问控制(MAC)协议。目前,虽然许多工作都对无线体域网中的能源效率有兴趣,但只有少数工作考虑到传感器节点间的信号干扰和多信道解决方案。现有提出的一些MAC协议大部分只考虑单个信道,单信道会导致低下的能源效率和信道冲突问题。同时,低延时也是无线体域网MAC协议设计中应当考虑的重要因素,不同医疗用途的数据有着不同的传输周期和传输需求,非实时的信息和无关生命体征的信息仅需要尽最大的努力发送。而重要的紧急信息和实时信息则需要以最快的速度进行传输,而且应该避免数据包的碰撞与丢失。在本文中,为无线体域网提出了一种新的MAC协议,命名为MC_MAC协议。MC_MAC协议是基于IEEE 802.15.6标准,该标准是专为无线体域网设计的国际标准。MC_MAC协议使用多信道通信,将信道分为管理信道和数据信道,从而可以避免干扰,减少数据包的延时。通过动态的更新信道环境,提出了有效的信道分配策略。节点在管理信道中通过竞争预约数据信道,数据帧通过指定数据信道发送。同时,由于节点不需要竞争单个的信道,不需要退避到以前设置的竞争窗口(CW)值,因此,重新设置了CSMA/CA协议的CW值。最后,使用OMNET++4.6环境下的Castalia 3.2仿真器进行仿真,通过分析MC_MAC协议和典型的IEEE802.15.6在延时和能耗方面的对比,仿真结果表明MC_MAC协议就延时和能耗而言大大优于IEEE802.15.6。
[Abstract]:Therefore, the design of MAC protocol plays a decisive role in the reliability and energy efficiency of wireless body area network. In order to utilize these limited resources more efficiently, a very good medium access Control (MAC) protocol must be designed. Most of the proposed MAC protocols only consider a single channel, which leads to low energy efficiency and channel conflicts. Non-real-time and non-vital information only needs to be sent as hard as possible. Important emergency information and real-time information should be transmitted at the fastest speed, and the collision and loss of data packets should be avoided. The channel can be divided into management channel and data channel, which can avoid interference and reduce packet delay. By dynamically updating the channel environment, an effective channel allocation strategy is proposed. In the management channel, the node invokes the data channel, and the data frame is sent through the specified data channel.
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN92

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