不同流量环境下无线体域网的MAC层资源分配方法研究

来源 :王雯莹 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yiwei
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无线体域网(Wireless Body Area Networks,WBANs)是由若干体表或体内传感器节点组成的低功耗、短距离无线通信网络。WBAN的信道资源有限且节点在传输需求、优先级等方面具有差异性,这给资源分配带来更多挑战。媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)协议是WBAN通信协议的关键部分,在信道资源分配方面起重要的作用。现存的MAC协议在节点优先级划分和信道资源分配上还存在不足。一方面,采用固定阈值方式划分节点优先级使采集数据量化不够精确,不能区分同优先级节点的紧急程度差异;另一方面,固定长度的节点接入阶段不能适应紧急节点的资源需求变化,从而造成资源分配不足或浪费。为提高信道资源利用率,合理设计节点优先级,本文针对小流量和大流量环境提出两种MAC协议。主要内容如下:1)针对小流量的体域网提出一种基于优先级的自适应调整MAC(Adaptively Adjusted MAC Protocol Based on Priority,AA-MAC)协议。该协议利用模糊推理系统设计一种自适应节点优先级,综合考虑节点的生命体征、数据速率、超时率和放置位置。该方法采用的模糊推理方法能够消除上述因素的语言模糊性。再根据节点优先级设计动态超帧,为高优先级和其他优先级节点分别提供单一的非竞争阶段和差异化竞争阶段,在确保高优先级节点的可靠传输下实现其他优先级节点的公平访问。该协议根据节点数目和传输负载分配动态超帧的各阶段长度,提升信道资源的利用率。最终仿真证明,该协议在丢包率、吞吐量和公平性上有较大优越性。2)针对大流量的体域网提出一种基于优先级和业务量的自适应感知MAC(Adaptive Sensing MAC Protocol Based on Priority and Traffic,PTAS-MAC)协议。在竞争部分,该协议提出一种基于节点优先级的CSMA/CA方案来降低竞争冲突,先为节点分配初始固定退避值,若发生冲突则分配与优先级对应的错峰退避窗口。该协议提出一种基于信道状态的自适应分区方案,通过普通节点检测的信道状态来划分竞争阶段,既确保紧急节点的可靠性又提高信道利用率。在非竞争部分,该协议先根据节点的业务量、可靠性和优先级设计一个效用函数,通过最大化效用函数来分配时隙数,保证时隙的高效利用。再根据数据堆积变化选择需要传输数据的新旧类型,以提高数据时效性。最后根据节点优先级和数据的寿命分配节点传输顺序,优先传输高优先级且即将超时的数据以降低时延。最后仿真证明该协议在时延、吞吐量和丢包率方面的有效性。
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