一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法技术

本发明专利技术公开了一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法，包括确定无线体域网的网络拓扑结构及接入机制，网络拓扑结构包括源节点及中心节点；根据网络中各个源节点的特征进行分类，存入中心节点；中心节点对当前接收到的某一源节点的数据进行译码，并对连续N次接收的误比特率进行加权平均值的计算；中心节点确定当前接收的源节点的类型，将计算得到的加权平均值与对应该节点的预设门限进行比较，确定是否要对当前源节点进行功率或速率的调整，并根据当前节点的类型采取相应的策略；中心节点将调整结果反馈给当前源节点，源节点根据反馈结果进行下一次数据发送。本发明专利技术在满足通信可靠性的同时尽量减少传感器节点的能耗。

Adaptive adjustment method for power and speed of wireless body area network

The invention discloses an adaptive adjustment method of wireless body area network power and rate, including the determination of wireless LAN network topology and access mechanism, the network topology including the source node and center node; classified according to the characteristics of each source node in a network, stored in the center node; a source node center node the received data are decoded, and calculate the weighted average rate of continuous bit error received N times; the center node determines the type of the current reception of the source node, the weighted average value of the corresponding to the node threshold comparison, to determine whether to the source node power or the rate of adjustment, and take corresponding strategies according to the type of the current node; the central node will adjust the feedback to the source node, the source node according to the feedback. The next data is sent. The invention can reduce the energy consumption of the sensor node as well as the reliability of the communication.

【技术实现步骤摘要】
一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法。
技术介绍
无线体域网(WirelessBodyAreaNetwork,WBAN)是无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)在生物医疗等领域内的应用。无线体域网是以人体为中心，由一些依附在身体表面或植入身体内的传感器共同组成的一个无线网络。无线体域网是物联网的组成部分，在医疗保健、疾病的监控及预防上具有巨大的应用意义及需求，日渐成为医疗、商业等领域的关注焦点。无线体域网具有以下几个特点：信道状况变化迅速，这是由于人体随机运动造成的；传感器电量非常有限，当传感器节点植入体内，要求节点的体积尽量小，同时体域网中的节点通常是靠电池供电，植入体内的节点也不便于频繁更换电池。因此如何快速地适应不断变化的信道状态，在保证通信可靠性的同事尽量降低能耗延长电池寿命，成为无线体域网技术面临的主要挑战之一。国内外的学者提出了很多功率控制或速率控制方法来解决这个问题，但是这些控制方法并没有充分考虑各个传感器节点的异质性，如何根据各个节点的不同要求来选择控制策略，以实现对功率和速率的动态控制，仍是需要解决的一个问题。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法。本专利技术根据传感器节点对其采集数据的传输要求进行节点分类，通过对不同类别的节点实行不同的控制策略，实现功率及速率的动态控制，在满足通信可靠性的同时尽量减少传感器节点的能耗。本专利技术采用如下技术方案：一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法，包括如下步骤：S1确定无线体域网的网络拓扑结构及接入机制，所述网络拓扑结构包括源节点及中心节点；S2根据网络中各个源节点的特征进行分类，存入中心节点；S3中心节点对当前接收到的某一源节点的数据进行译码，并对连续N次接收的误比特率进行加权平均值的计算；S4中心节点确定当前接收的源节点的类型，将S3计算得到的加权平均值与对应该节点的预设门限进行比较，确定是否要对当前源节点进行功率或速率的调整，并根据当前节点的类型采取相应的策略；S5中心节点将调整结果反馈给当前源节点，源节点根据反馈结果进行下一次数据发送。所述网络拓扑结构包括单跳星形拓扑结构及多跳树形拓扑结构，所述单跳星形拓扑结构由多个无线传感器源节点及一个中心节点互联构成。所述S2中根据网络中各个源节点的特征进行分类，具体为：根据传感器源节点所传输数据的要求以及源节点安装位置的安全性将传感器源节点分为如下三种：功率敏感型：传感器源节点位于人体某些受辐射影响较大的部位，需要严格控制节点的发射功率上限，则将这些源节点设为功率敏感型节点；速率敏感型：传感器源节点的数据量大或对时延的要求高，则这类节点设为速率敏感型节点；兼容型：该类节点对功率和速率没有要求，则这类节点为兼容型源节点。S3中心节点对当前接收到的某一源节点的数据进行译码，并对连续N次接收的误比特率进行加权平均值的计算；具体为：中心节点接收到该源节点的数据后，对数据进行译码，统计出现差错的比特数，计算此次数据传输的误比特率BER，记为e0，然后通过公式计算连续N次接收的误比特率加权平均值，其中αi为加权系数，所述S4具体步骤如下：设当前源节点的预设门限值上限为Th，下限为Tl；中心节点将与Th进行比较，如果对当前源节点的功率或速率进行调整以满足通信质量的要求；如果当前源节点是功率敏感型节点，则保持当前功率不变并按照公式Rnext＝ηrRnow(0<ηr<1)降低该节点的速率，其中Rnow为当前速率，Rnext为调整后的速率，ηr为速率下降系数；如果当前源节点是速率敏感型节点，则保持当前速率不变并按照公式Pnext＝ηpPnow(ηp>1)提高该节点的功率，其中Pnow为当前发射功率，Pnext为调整后的功率，ηp为功率提升系数；如果当前源节点是兼容型节点，中心节点对当前网络的资源分析后，确定是否对当前源节点的功率及速率进行调整，如进行功率调整，则使用与速率敏感型节点同样的方法提高发射功率，如进行速率调整，则使用与功率敏感型节点同样的方法降低速率；如果再将与Tl进行比较，如果需要对当前源节点的功率或速率进行调整以达到节约能耗的目的：如果当前源节点是功率敏感型节点，则保持当前功率不变并按照公式Rnext＝Rnow+△R提高该节点的速率，其中△R为速率提升步长；如果当前源节点是速率敏感型节点，则保持当前速率不变并按照公式Pnext＝Pnow-△P降低该节点的功率，其中△P为功率下降步长；如果当前源节点是兼容型节点，中心节点对当前网络的资源分配情况进行分析后，确定对当前源节点进行功率调整还是速率调整，如进行功率调整，则使用与速率敏感型节点同样的方法降低发射功率，如进行速率调整，则使用与功率敏感型节点同样的方法提高速率；当时不需要调整。在动态过程中，优先对功率敏感型节点进行速率调整，对速率敏感型节点进行功率调整。初始情况，根据各个部位的特点将功率敏感型节点的发射功率设置默认值，将速率敏感型节点的速率设置为默认速率。所述接入机制包括CSMA/CA和TDMA两种接入机制。本专利技术的有益效果：(1)充分考虑了无线体域网中各种数据传输要求的差异，通过节点分类使得功率或速率的动态调整能够更好地满足不同传感器节点的要求。(2)与现有的利用SINR或RSSI进行功率或速率控制的方法不同，本专利技术通过BER与门限值比较来确定控制策略，相比于测量SINR或RSSI来说，BER的计算更为简单直接，也能准确地反映信道的好坏。(3)本专利技术可以实现对功率和速率的联合控制，兼容型节点的设置使得中心节点可以兼顾网络的资源优化分配。附图说明图1是本专利技术的工作流程图；图2是本实施例的拓扑结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法，包括如下步骤：步骤一101确定无线体域网的网络拓扑结构及接入机制，所述网络拓扑结构包括源节点及中心节点；在IEEE802.15.6标准中规定了无线体域网的网络拓扑结构为单跳星型拓扑和多跳树形拓扑，两种拓扑结构各有其优点与不足，现有对无线体域网功率或速率控制方法的研究主要采用星型拓扑，星型拓扑具有结构简单、节点传输时延小的优点，因此本实施例中采用的是星型拓扑。图2所示是无线体域网典型星型拓扑结构图。星型拓扑的无线体域网由一些附着在人体表面或者植入人体内部的无线传感器源节点和一个中心节点互联而成，源节点负责采集人体生理特征信息并发送给中心节点，再由中心节点通过有线或无线的方式经由其他网络传送给远程站点，同时中心节点也负责将远程站点的信息转发到相应的源节点，通过中心节点可以实现对各个源节点的控制和管理。IEEE802.15.6标准提出了CSMA/CA和TDMA两种接入机制，相对于CSMA/CA，TDMA更加适用于静态网络，同时在节省功耗方面更有优势，本实施例中采用TDMA接入机制，每个源节点在一个TDMA帧中的发送时隙固定。步骤二102根据网络中各个源节点的特征进行分类，存入中心节点；根据传感器源节点所传输数据的要求以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法，其特征在于，包括如下步骤：S1确定无线体域网的网络拓扑结构及接入机制，所述网络拓扑结构包括源节点及中心节点；S2根据网络中各个源节点的特征进行分类，存入中心节点；S3中心节点对当前接收到的某一源节点的数据进行译码，并对连续N次接收的误比特率进行加权平均值的计算；S4中心节点确定当前接收的源节点的类型，将S3计算得到的加权平均值与对应该节点的预设门限进行比较，确定是否要对当前源节点进行功率或速率的调整，并根据当前节点的类型采取相应的策略；S5中心节点将调整结果反馈给当前源节点，源节点根据反馈结果进行下一次数据发送。

【技术特征摘要】
1.一种无线体域网功率及速率的自适应调整方法，其特征在于，包括如下步骤：S1确定无线体域网的网络拓扑结构及接入机制，所述网络拓扑结构包括源节点及中心节点；S2根据网络中各个源节点的特征进行分类，存入中心节点；S3中心节点对当前接收到的某一源节点的数据进行译码，并对连续N次接收的误比特率进行加权平均值的计算；S4中心节点确定当前接收的源节点的类型，将S3计算得到的加权平均值与对应该节点的预设门限进行比较，确定是否要对当前源节点进行功率或速率的调整，并根据当前节点的类型采取相应的策略；S5中心节点将调整结果反馈给当前源节点，源节点根据反馈结果进行下一次数据发送。2.根据权利要求1所述的自适应调整方法，其特征在于，所述网络拓扑结构包括单跳星形拓扑结构及多跳树形拓扑结构，所述单跳星形拓扑结构由多个无线传感器源节点及一个中心节点互联构成。3.根据权利要求1所述的自适应调整方法，其特征在于，所述S2中根据网络中各个源节点的特征进行分类，具体为：根据传感器源节点所传输数据的要求以及源节点安装位置的安全性将传感器源节点分为如下三种：功率敏感型：传感器源节点位于人体某些受辐射影响较大的部位，需要严格控制节点的发射功率上限，则将这些源节点设为功率敏感型节点；速率敏感型：传感器源节点的数据量大或对时延的要求高，则这类节点设为速率敏感型节点；兼容型：该类节点对功率和速率没有要求，则这类节点为兼容型源节点。4.根据权利要求1所述的自适应调整方法，其特征在于，S3中心节点对当前接收到的某一源节点的数据进行译码，并对连续N次接收的误比特率进行加权平均值的计算；具体为：中心节点接收到该源节点的数据后，对数据进行译码，统计出现差错的比特数，计算此次数据传输的误比特率BER，记为e0，然后通过公式计算连续N次接收的误比特率加权平均值，其中αi为加权系数，5.根据权利要求1所述的自适应调整方法，其特征在于，所述S4具体步骤如下：设当前源节点的预设门限值上限为Th，下限为Tl；中心节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一歌，田远，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44