[發明專利]基于信道映射的多信道分配方法的MAC協議

在審

• 申請號: 201610207355.7
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105704821A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 李長樂;張蓓蓓;蘇曉楠
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W74/08;H04W72/10
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種多信道介質訪問控制(MAC，Media AccessControl)協議，具體涉及一種應用于無線體域網(WBAN,WirelessBody AreaNetwork)的基于信道映射的多信道分配方法的MAC協議，可以緩解WBAN 中醫療業務傳輸的信道干擾，同時減少數據傳輸時延和能量消耗，可用于增強醫 療業務傳輸質量和可靠性。

背景技術

近年來，隨著人們對醫療健康服務的意識和需求日益增加，越來越多先進的 技術應用到醫療中，WBAN可以為用戶提供便捷高效的醫療保健、個人娛樂服 務，具有廣闊的發展前景。由于WBAN節點受尺寸、供電的限制，對能耗要求 嚴苛，對醫療業務數據傳輸時延更具有嚴苛的要求。但是，目前應用于WBAN 的單信道MAC協議存在的信道干擾、時延大、能耗和碰撞嚴重等問題，導致消 息無法及時成功的傳輸。研究人員相繼提出了一些基于多信道的MAC協議用 來提高網絡的性能。在多信道MAC協議中，信道分配方法十分重要，它決定著 如何為全網節點選擇相應的信道，以保證最佳的網絡性能。

目前應用于WBAN的多信道協議的多信道分配方法多種多樣，如基于時隙 映射、時分多址(TDMA，TimeDivisionMultipleAddress)或載波偵聽多址，或 者通信雙方各維持包含信道狀態的表。Lee和Rhee等人提出了一種基于時隙映 射的多信道分配機制，但該協議并未給出節點間信道選擇和接入的協調方式，節 點的接入時延也較大；IsmailKirbas等人提出了一種基于TDMA的多信道分配機 制，該機制將節點分簇并選出一個普通節點作為協調點來協調簇內節點的信道分 配，額外的協調任務會加劇該協調點的能量消耗；同樣，Kim等人提出的列表維 持方法，根據之前的信道狀態利用馬爾科夫連預測信道狀態，但該協議仍然存在 的不足是普通節點要實時更新信道狀態列表，使其能量消耗嚴重。

綜上，現有的應用于WBAN的多信道分配的MAC協議會帶來節點接入時 延大，能量消耗嚴重的問題，且未考慮到WBAN中緊急醫療的優先級特性，使 得這些協議應用于WBAN時的網絡性能不佳。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種基于信道映射 的多信道分配方法的MAC協議，用于解決現有多信道分配的MAC協議中存在 的接入時延大和節點能耗嚴重的技術問題。

本發明的技術思路是：WBAN工作在超幀模式下，協調點在超幀開始時發 送包含同步等信息的信標幀，本發明在信標幀中添加了信道狀態域，在該域中將 每個二進制位映射至已被編號的信道。在協調點掃描信道狀態后，在信道狀態域 中依次對信道狀態進行標注，其中“0”表示信道可用，“1”表示信道繁忙不可用。 普通節點接收到信標幀后，解析該域中每個二進制位所映射的信道編號，根據標 注為0的信道編號獲取可用信道的頻段。有業務到達的節點首先通過隨機方式選 擇可用信道，然后載波偵聽，若信道仍然空閑，則開始通信；否則以一定概率停 留在當前信道退避等待或跳轉至其他信道，直至消息成功傳輸。

根據上述技術思路，實現本發明目的采用的技術方案，包括如下步驟：

步驟1，在WBAN的信標幀中添加信道狀態域，得到標明信道狀態的信標 幀，其中該域的二進制位0表示信道空閑可用，1表示信道繁忙不可用；

步驟2，將得到的信標幀中的信道狀態域的二進制位從左到右與信道編號從 小到大進行映射，并根據WBAN中的協調點對信道狀態的掃描結果，在信道狀 態域中對各信道狀態通過0或1進行標注；

步驟3，WBAN中的普通節點接收來自協調點發送的標明信道狀態的信標 幀，解析該幀的信道狀態域，得知每個二進制位所映射的信道編號，并根據該信 標幀中信道狀態域中標注為0的二進制位所映射的信道編號，獲取可用信道；

步驟4，WBAN中的普通節點判斷是否有業務到達，若是，則執行步驟5； 否則執行步驟9；

步驟5，WBAN中的普通節點隨機選擇獲取的可用信道，并切換至該信道；

步驟6，WBAN中的普通節點載波偵聽所切換的信道，判斷該信道是否仍然 空閑可用，若是，則執行步驟8，否則執行步驟7；