体域网节能MAC协议研究及在移动医疗中的应用

发布时间：2017-10-08 14:11

  本文关键词：体域网节能MAC协议研究及在移动医疗中的应用

  更多相关文章： MAC协议 无线体域网 低功耗 移动医疗 云平台

【摘要】：随着社会经济水平的不断进步和医疗信息技术的迅速发展,人们对健康问题变得越来越重视。现代社会人口老龄化加剧以及高血糖高血压等慢性病患者比例的增长,使得基于体域网的移动医疗的应用前景引起人们的关注。基于体域网的移动医疗越来越被证明是解决发展中国家医疗资源相对欠缺、医患比例失调的有效方式。无线体域网是以人体为中心,由分布在人体内、人体表面或者人体周围的无线传感器节点构成的小型网络,在医疗、军事、体育、娱乐等领域有着广泛的应用前景。无线体域网同传统的传感器网络相比有着明显区别,微型化的传感器节点具有有限的电池容量,尤其对于植入式传感器节点无法经常更换电池,因此我们需要一个高能效的网络,如何降低节点功耗成为无线体域网研究的一个重要问题。首先,文中采用从介质接入控制(MAC)层入手,通过采用一种基于复超帧的时分复用(TDMA)MAC层协议,减少了中心节点唤醒传感器节点同步次数来减少能量消耗,这种复超帧让节点在信标同步期间保持睡眠,减少了在信标期间唤醒节点同步造成的能量浪费。其次,针对无线体域网低能耗的特点,考虑到由于数据冲突重发和空闲侦听是造成的能量浪费主要来源,该协议在主从的星型网络架构下,采用一种基于TDMA的接入控制策略,优化带时漂因子的可变保护带算法,利用时漂因子动态动态调节时隙的保护带宽度,使调整后的保护带宽度更加接近实际时漂,进一步减少能量浪费来延长整个无线体域网的生存周期。通过仿真可知,基于TDMA时隙保护带算法相比能够进一步降低节点能耗。同时,该协议为突发的紧急数据提供保证时隙,在保持低能耗的同时,满足实时性和可靠性的要求。最后,设计低功耗无线体域网移动医疗系统应用方案,在感知层通过穿戴式医学传感器采集人体血压、血氧、心电等生理参数,通过无线网关传输到智能终端,最后传输到云平台,在云服务层分析健康数据反馈给用户或者医生,达到健康监护的目的。
【关键词】：MAC协议 无线体域网 低功耗 移动医疗 云平台
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 相关研究现状10-11
• 1.2.1 体域网MAC研究现状10-11
• 1.2.2 移动医疗研究现状11
• 1.3 论文主要研究工作11-12
• 1.4 论文组织结构12-13
• 第二章 无线体域网MAC协议综述13-23
• 2.1 无线体域网体系结构13-17
• 2.1.1 无线体域网的主要特征14-15
• 2.1.2 无线体域网的应用15
• 2.1.3 传感器节点结构15-16
• 2.1.4 无线体域网能耗模式16-17
• 2.2 MAC节能机制分析17-19
• 2.2.1 MAC层协议概述17-18
• 2.2.2 基于竞争的MAC层协议18
• 2.2.3 基于调度的MAC层协议18-19
• 2.2.4 混合型MAC层协议19
• 2.3 IEEE 802.15.4 标准19-22
• 2.3.1 IEEE802.15.4 PHY模型19-20
• 2.3.2 PHY的帧结构20
• 2.3.3 MAC层超帧结构20-21
• 2.3.4 CSMA/CA算法概述21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 基于TDMA的节能MAC协议设计23-31
• 3.1 信道接入机制概述23-24
• 3.2 节能MAC的协议的设计和研究24-27
• 3.2.1 MAC协议帧结构24
• 3.2.2 自适应保护带算法24-25
• 3.2.3 时间漂移调节因子25-27
• 3.3 MAC协议仿真27-30
• 3.3.1 OPNET仿真平台概述27
• 3.3.2 OPNET仿真过程27-29
• 3.3.3 协议仿真结果29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 低功耗移动医疗系统的设计31-46
• 4.1 移动医疗系统关键技术31-34
• 4.1.1 Zigbee技术31-32
• 4.1.2 蓝牙技术32
• 4.1.3 云服务技术32-33
• 4.1.4 Android应用开发技术33-34
• 4.2 系统总体架构设计34
• 4.3 系统采集终端设计34-39
• 4.3.1 心电节点设计35-36
• 4.3.2 血压节点设计36-38
• 4.3.3 体温节点设计38
• 4.3.4 血氧脉搏节点设计38-39
• 4.4 Zigbee-Bluetooth无线网关设计39-40
• 4.5 视频通信模块设计40-43
• 4.5.1 SIP协议40-41
• 4.5.2 视频编解码41-42
• 4.5.3 UDP打洞技术42-43
• 4.5.4 视频网络传输43
• 4.6 移动医疗系统中数据库的设计43-45
• 4.6.1 移动终端数据库设计43-44
• 4.6.2 云服务平台数据库设计44-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第五章 移动医疗系统的实现与测试46-50
• 5.1 移动医疗系统智能终端测试46-48
• 5.1.1 注册登录界面实现46
• 5.1.2 功能主界面实现46-47
• 5.1.3 视频通信界面实现47-48
• 5.2 云服务平台网站实现48-49
• 5.3 本章小结49-50
• 第六章 总结和展望50-52
• 6.1 全文总结50
• 6.2 展望50-52
• 参考文献52-55
• 攻读硕士期间的主要成果55-56
• 致谢56

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本文编号：994457