[發明專利]無線體域網中基于超幀的高效媒體接入控制方法

有效

• 申請號: 201110057737.3
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102123515A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 李長樂;王玲玲;張坤;劉永俊;李建東;武倩倩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及媒體接入控制方法，具體地說是一種用于無線體域網中的媒體接入控制方法，該方法在保證分組成功地接入信道的前提下，最大限度地保證高優先級業務的成功傳輸和時隙的有效利用。

背景技術

無線體域網WBAN，是以人體為中心，由分布在人身體上、衣物上、甚至人身體內部的各個節點和個人終端等組成的通信網絡。通過WBAN，人可以與其身上攜帶的個人電子設備如個人數字助理PDA、手機等進行通信和數據同步等。WBAN和其它數據通信網絡，如無線/有線接入網絡、移動通信網絡等共同構成整個通信網絡的一部分。WBAN可以與網絡中的任何終端如手機、電話機、媒體播放設備、數碼相機、游戲機等進行通信。WBAN將無線傳感器節點植入體內或體表，使人體成為通信網絡的一部分，從而真正實現網絡的泛在化。利用無線醫療傳感器可以進行持續的、遠程的醫療監控，同時又不影響監控對象的正常活動，極大地方便了人們的生活。

由于網絡設備分布在人體周圍或體內，無線體域網最基本的和最主要的應用是醫療應用。無線傳感器被佩戴在人體上，進行醫學數據的采集和處理，然后傳送到數據匯聚中心，最終傳送到醫療監控中心。無線體域網的應用，可以在不影響人們正常活動的情況下進行，把家庭醫療監控變得更人性化，也更便捷快速。與傳統的無線傳感器網絡中業務類型一般比較單一的情況不同，無線體域網中的業務種類有很多，一個無線體域網可以包含多種醫學傳感器，網絡中會有多種業務共存。例如，一個無線體域網具有的傳感器可以監測的內容有：腦電圖EEG，用于監測大腦電磁活動；心電圖ECG，用于監測心臟活動；肌電圖EMG，用于監測肌肉活動；膠囊式內窺鏡，用于檢測胃、腸道病變；起搏器，用于心臟醫療；呼吸監控，用于監測呼吸系統，也可以具有一些簡單的監測如體溫、心率、血氧、血壓、葡萄糖等。

如圖1所示，針對無線體域網的不同應用，將其所有業務分為三類：普通業務，按需業務，緊急業務。普通業務是指協調點和節點之間的日常業務；按需業務是指由協調點發起的業務，如要求節點告知所需的數據；緊急業務是指緊急情況下的業務，如生理特征有關的告警信息，一般為突發業務。從優先級角度看，緊急業務是高優先級業務，而其它業務一般為低優先級業務，因此無線體域網中的協議設計應該基于業務優先級進行考慮。特別是媒體接入控制MAC協議設計，為保證不同業務的服務質量，應對不同業務予以差分對待。而另一方面，由于無線體域網的傳感器節點應用于體內或體表，體內和體表組織對電磁波的吸收作用不容忽視，特別是在物理層采用的是超寬帶技術的情況下，低信噪比以及人體活動影響載波偵聽，使得無法進行可靠的載波偵聽，由此造成隱藏終端或偵聽錯誤。例如，在無線傳感器節點植入體內的無線體域網中，節點載波偵聽的有效距離僅為250mm，顯然這對無線體域網而言是遠遠不夠的。基于以上的考慮，傳統的載波偵聽沖突避免CSMA/CA競爭機制并不適用。總體而言，對無線體域網的研究仍在進行中，距離大規模的應用還有很大差距，加上WBAN中業務種類復雜，隨時可能有突發業務的產生，而且周期性的業務其發送周期也各不相同，所以在技術上還需要戰勝一系列的挑戰。

無線體域網是一個新的應用領域，對它的研究也必將從一個網絡系統的整體出發，進行全面系統的研究。國際上關于WBAN的研究相繼啟動，并獲得了一些基本成果。這些研究包括了物理信道、MAC接入控制、路由協議、數據融合、天線設計及硬件實現等方面。IEEE?802標準委員會是致力于在無線通信領域推進國際標準的國際標準化組織，其15工作組IEEE?802.15集中在無線個域網WPAN方面。該工作組已制訂出多個無線標準，比如IEEE?802.15.1，也被稱為Bluetooth，以及IEEE?802.15.4，定義的是低速無線個域網標準，用于Zigbee設備，IEEE?802.15.4a是對IEEE?802.15.4的物理層的補充，使用的是超寬帶UWB技術等。為了協調來自醫療和健康護理團體的強烈愿望和ICT工業界，IEEE?802.15工作組正式建立了第6任務組TG6，致力于WBAN的標準化工作。

針對無線體域網中業務的復雜性，從媒體接入控制協議的角度看，Bluetooth和IEEE?802.11對于WBAN的應用都顯得效率低下，而普通無線傳感器網絡WSN也并不適合這些特殊的著重面向生物醫學應用方面的WBAN。作為低功耗低速率近距離無線通信的世界標準，IEEE?802.15.4相當接近WBAN的設計要求，鑒于IEEE?802.15.4協議簡單，適應于運算能力及電池容量都非常受限的WBAN節點，可以作為無線體域網實現技術的一種備選方案。