[發(fā)明專利]基于網(wǎng)絡(luò)生存期最大化的體域網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410160909.3
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103906248B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳前斌;王盼盼;柴蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線體域網(wǎng)資源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)生存期最大化的體域網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)

無線體域網(wǎng)(Wireless?Body?Area?Network,WBAN)是一種以人體為中心，由若干個無線傳感器節(jié)點和一個或多個協(xié)調(diào)器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠通過置于人體周圍或人體內(nèi)部的各種傳感器節(jié)點對人體的一些重要生理參數(shù)進行感知和采集，繼而通過無線及有線方式發(fā)送至遠端服務(wù)器，實現(xiàn)對人體健康狀態(tài)的有效監(jiān)控。WBAN因其攜帶便捷、易于數(shù)據(jù)交互管理，近年來受到廣泛關(guān)注，已被應(yīng)用于軍事、娛樂、消費電子、智能家居、公共服務(wù)、尤其是醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

WBAN應(yīng)用中各節(jié)點電池充電或節(jié)點替換較為困難，若節(jié)點因信息感知、傳輸、存儲致使能量消耗殆盡將導(dǎo)致節(jié)點無法正常工作，影響網(wǎng)絡(luò)連通性及數(shù)據(jù)傳輸性能，進而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)生存時間減少。因此，如何盡可能減少節(jié)點能耗，延長WBAN生存時間是WBAN的重要研究課題。

目前已有研究考慮通過減少節(jié)點能耗實現(xiàn)WBAN生存時間延長。例如有人提出了一種臨時節(jié)點調(diào)度機制，以延長網(wǎng)絡(luò)生存時間的方法，其核心思想是引入臨時節(jié)點，通過調(diào)用臨時節(jié)點的能量平衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量消耗，以延長網(wǎng)絡(luò)生存期。也有人提出了使用協(xié)作傳輸機制延長網(wǎng)絡(luò)生存期的方法，若某個節(jié)點檢測到其剩余能量低于能量門限值時，將向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送中繼請求消息，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為該節(jié)點選擇中繼協(xié)作節(jié)點，以減少源節(jié)點能量消耗，進而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化。文獻On?Energy?Efficiency?of?CooperativeCommunications?in?Wireless?Body?Area?Networks，IEEE?WCNC2011,XigangHuang,HangguanShan,andXuemin(Sherman)Shen，提出一種基于節(jié)點協(xié)作傳輸?shù)腤BAN功率優(yōu)化分配方案，通過優(yōu)化節(jié)點能耗，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存期最大化。

現(xiàn)有研究較為孤立地考慮節(jié)點協(xié)作傳輸優(yōu)化或節(jié)點功率分配機制，未綜合考慮節(jié)點傳輸機制、功率分配及網(wǎng)絡(luò)資源利用率，難以兼顧用戶QoS保障及網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合優(yōu)化，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于網(wǎng)絡(luò)生存期最大化的體域網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法，該方法綜合考慮節(jié)點協(xié)作機制、節(jié)點功率分配及網(wǎng)絡(luò)時隙資源調(diào)度，基于網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化準則實現(xiàn)多因素的聯(lián)合優(yōu)化，在保證網(wǎng)絡(luò)生存期最大化的同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源高效利用及用戶QoS保障。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于網(wǎng)絡(luò)生存期最大化的體域網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法，在本方法中，體域網(wǎng)中各節(jié)點以幀為單位進行業(yè)務(wù)請求及信息傳輸，各幀傳輸時間劃分為業(yè)務(wù)請求階段和信息傳輸階段；在業(yè)務(wù)請求階段，各節(jié)點以CSMA方式接入信道，向協(xié)調(diào)器發(fā)送業(yè)務(wù)請求，協(xié)調(diào)器統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點資源，包括節(jié)點傳輸時隙、發(fā)送功率、中繼節(jié)點；確定各節(jié)點信息傳輸模式、中繼選擇方案及功率、時隙分配策略，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存期的最大化及節(jié)點服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障。

進一步，協(xié)調(diào)器基于網(wǎng)絡(luò)生存期最大化準則為各發(fā)送節(jié)點優(yōu)化選擇傳輸機制，各源節(jié)點采用直傳或中繼協(xié)作方式之一進行通信，定義優(yōu)化變量i＝1,2,…,N，其中，N為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總數(shù)，表示節(jié)點i與協(xié)調(diào)器之間采用直傳模式進行信息傳輸，表示節(jié)點i采用中繼協(xié)作模式傳輸信息至協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器為各源節(jié)點優(yōu)化確定對應(yīng)節(jié)點最佳傳輸模式。