无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法技术

本发明专利技术公开了一种无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法。方法步骤为：首先确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据，获取各个传感器节点与sink节点之间的链路质量曲线；然后初始化链路质量信息矩阵和中继节点信息矩阵，依次选取链路质量矩阵中的传感器节点作为起始节点，判断其与sink节点之间的链路质量是否达到预设值，如果是，则将该起始节点经过一跳直接连接到sink节点，完成数据传输；否则选取该时刻链路质量最高的传感器节点作为中继节点，将该起始节点经过两跳连接到sink节点，完成数据传输；重复以上过程，直到数据传输全部完成。本发明专利技术提高了无线体域网中数据传输的安全性、能效性和可靠性。

Routing Establishment Method Based on Secondary Moving Average Prediction in Wireless Body Area Networks

The invention discloses a routing establishment method based on second moving average prediction method in wireless body area network. The steps of the method are as follows: firstly, the basic network architecture of wireless body area network is determined, the link quality data between sensor nodes and sink nodes are collected, and the link quality curve between each sensor node and sink node is obtained; secondly, the link quality information matrix and the relay node information matrix are initialized, and the sensor nodes in the link quality matrix are selected as the starting node in turn, and then the judgment is made. If the link quality between sink node and sink node reaches the preset value, if so, the starting node is connected directly to sink node through one hop to complete data transmission; otherwise, the sensor node with the highest link quality at that time is selected as the relay node, and the starting node is connected to sink node through two hops to complete data transmission; repeat the above process until data transmission. All completed. The invention improves the security, energy efficiency and reliability of data transmission in wireless body area network.

【技术实现步骤摘要】
无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法
本专利技术属于无线通信网络
，特别是一种无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法。
技术介绍
体域网是一种可长期监视和记录人体健康信号的基本技术，早期应用主要是用来连续监视和记录慢性病(如糖尿病、哮喘病和心脏病等)患者的健康参数，提供某种方式的自动疗法控制。体域网未来还可广泛应用于消费者电子、娱乐、运动、环境智能、畜牧、泛在计算、军事或安全等领域。无线体域网起源于无线传感器网络，是由布置在人体体表、体内及周围区域的集成化传感器、网络协调器以及数据基站等设备通过无线通信技术而构成的无线通信网络，网络中数据的传输需要路由协议在传感器节点和sink节点间建立可靠的路由。由于无线体域网是由随着身体姿势移动的节点组成的，节点的移动性会导致网络拓扑结构和链路质量动态变化，因此必须设计合理的路由算法才能保证数据的可靠传输。另外，受网络运行的环境所限，无线媒体的开放性使得网络很容易受到各种安全攻击，因此所设计的路由算法同时必须具有抵御外来攻击的能力，即具有安全性。针对以上问题，国内外有学者进行了路由算法的开发。有些学者提出了延迟容忍网络(DTN)协议，通过避免使用具有高存储缓冲延迟的节点来最小化端到端的延迟，该协议使用一种基于概率距离矢量分组的路由算法，使用随机链路成本公式来捕获人体姿势运动中的局部多尺度拓扑，如果在当前时隙中连接了链路，则链路在下一个时隙中保持连接的概率以固定的速率增加。延迟容忍网络(DTN)协议运用到无线体域网路由建立时使用节点的缓存来提高数据传输的可靠性，当体域网节点处于分割状态时，被断开的传感器节点将正在传输中的数据包缓存到当前节点中，直到网络通信恢复正常，数据包才继续发送。该协议存在当节点之间不能通信时将会导致数据包丢失的问题，并且对传感器节点的容量和能量要求较高，不能解决数据传输的及时性和安全性问题。此外，还有学者通过遗传算法来提高数据传输的可靠性，将体域网节点中的路径看成是染色体，节点看成是基因，适应值是链路的可靠性值，通过几次交叉、变异之后找到路径中可靠性相对较高的路径，但是遗传算法时间复杂度较高，节点在计算的过程中会浪费许多的能量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，使得传感器节点在身体姿态移动变化时仍然具有较高的链路质量，从而保证数据传输的可靠性和安全性。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，包括以下步骤：步骤1，确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据；步骤2，采用二次移动平均预测法处理链路质量数据，得到各个传感器节点与sink节点之间的链路质量曲线；步骤3，初始化链路质量矩阵和中继节点矩阵，依次选取链路质量矩阵中的初始时刻值作为起始节点，判断该起始节点与sink节点之间的链路质量是否达到预设值，如果判断结果为是，则执行步骤4；如果判断结果为否，则执行步骤5；步骤4，将该起始节点经过一跳直接连接到sink节点，完成数据传输；步骤5，记录该时刻所有链路质量达到预设值的传感器节点，选取其中链路质量最高的传感器节点作为中继节点，将中继节点信息记录到中继节点矩阵中，将该起始节点经过两跳连接到sink节点，完成数据传输。进一步地，步骤1所述的确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据，具体如下：信道模型为采用IEEE802.15.6协议的标准模型，在身体表面所部署的任意两个传感器之间的路径损耗PL(d)为：PL(d)[dB]＝a×log10(d)+b+N其中a和b是线性拟合的系数，d是两个节点之间的直线距离，N是具有标准偏差σN的零均值正态分布的随机变量；接收信号功率为：Pr(d)[dBm]＝Ps-PL(d)-N0其中，Ps为发射功率，Pr为接收信号功率，N0为噪声功率；将接收信号强度Pr作为链路质量的判断指标。进一步地，步骤2所述的采用二次移动平均预测法处理链路质量数据，得到各个传感器节点与sink节点之间的链路质量曲线，具体如下：步骤2.1、对时间序列项数n进行取值，取值范围为能够包含周期性变动的数值；步骤2.2、进行一次移动平均预测：其中：yt为第t个数据的实际值；为第t个数据计算后的一次移动平均数；为第t+1个链路质量数据，其中t≥n，n为原始数据数组{yt}所含实际链路质量值的个数；步骤2.3、进行二次移动平均预测步骤2.4、计算预测参数步骤2.5、根据以下预测方程计算预测值其中，τ为预测超前期。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用二次移动平均法分析和预测节点之间的链路特征，有效的屏蔽了外界网络的攻击，提高了数据传输的安全性；(2)利用预测模型下的链路质量曲线，进行中继节点的动态选择，使链路质量始终保持最佳，提高了数据传输的可靠性。附图说明图1是本专利技术无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法的流程图。图2是本专利技术中的中继节点计算方法的流程图。图3是本专利技术实施例中无线体域网网络架构示意图。图4是本专利技术实施例中s1节点-sink节点链路质量预测数据曲线图。图5是本专利技术实施例中s2节点-sink节点链路质量预测数据曲线图。图6是本专利技术实施例中s3节点-sink节点链路质量预测数据曲线图。图7是本专利技术实施例中s4节点-sink节点链路质量预测数据曲线图。图8是本专利技术实施例中s5节点-sink节点链路质量预测数据曲线图。图9是本专利技术实施例中s节点1的中继节点选择示意图。图10是本专利技术实施例中s2节点的中继节点选择示意图。图11是本专利技术实施例中s3节点的中继节点选择示意图。图12是本专利技术实施例中s4节点的中继节点选择示意图。图13是本专利技术实施例中s5节点的中继节点选择示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，首先确立无线体域网的网络架构，建立节点之间的信道模型，进行无线通信链路质量的数据采集；然后采用移动二次平均预测方法，对数据进行处理，得到能反映其链路质量变化规律和特征的链路质量预测值；最后进行数据传输路径的选择：在一跳路径下能满足链路质量要求的节点直接连接到sink节点；一跳路径不能满足链路质量要求的节点则选择与sink节点链路质量最好的节点作为中继节点，通过两跳的方式连接到sink节点。结合图1，本专利技术无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，包括以下步骤：步骤1，确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据；步骤2，采用二次移动平均预测法处理链路质量数据，得到各个传感器节点与sink节点之间的链路质量曲线；步骤3，初始化链路质量矩阵和中继节点矩阵，依次选取链路质量矩阵中的初始时刻值作为起始节点，判断其与sink节点之间的链路质量是否达到预设值，如果判断结果为是，则执行步骤4；如果判断结果为否，则执行步骤5；步骤4，将该起始节点经过一跳直接连接到sink节点，完成数据传输；步骤5，记录该时刻所有链路质量达到预设值的传感器节点，选取其中链路质量最高的传感器节点作为中继节点，将中继节点信息记录到中继节点矩阵中，将该起始节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据；步骤2，采用二次移动平均预测法处理链路质量数据，得到各个传感器节点与sink节点之间的链路质量曲线；步骤3，初始化链路质量矩阵和中继节点矩阵，依次选取链路质量矩阵中的初始时刻值作为起始节点，判断该起始节点与sink节点之间的链路质量是否达到预设值，如果判断结果为是，则执行步骤4；如果判断结果为否，则执行步骤5；步骤4，将该起始节点经过一跳直接连接到sink节点，完成数据传输；步骤5，记录该时刻所有链路质量达到预设值的传感器节点，选取其中链路质量最高的传感器节点作为中继节点，将中继节点信息记录到中继节点矩阵中，将该起始节点经过两跳连接到sink节点，完成数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据；步骤2，采用二次移动平均预测法处理链路质量数据，得到各个传感器节点与sink节点之间的链路质量曲线；步骤3，初始化链路质量矩阵和中继节点矩阵，依次选取链路质量矩阵中的初始时刻值作为起始节点，判断该起始节点与sink节点之间的链路质量是否达到预设值，如果判断结果为是，则执行步骤4；如果判断结果为否，则执行步骤5；步骤4，将该起始节点经过一跳直接连接到sink节点，完成数据传输；步骤5，记录该时刻所有链路质量达到预设值的传感器节点，选取其中链路质量最高的传感器节点作为中继节点，将中继节点信息记录到中继节点矩阵中，将该起始节点经过两跳连接到sink节点，完成数据传输。2.根据权利要求1所述的无线体域网中基于二次移动平均预测法的路由建立方法，其特征在于，步骤1所述的确定无线体域网的基本网络架构，采集传感器节点与sink节点之间的链路质量数据，具体如下：信道模型为采用IEEE802.15.6协...

【专利技术属性】
技术研发人员：王力立，张戈，张新宇，蒋轩，黄成，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32