一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法技术

一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法，针对无线体域网共存的干扰问题，采用随机几何的方法，建立了无线体域网共存的网络泊松聚块模型，分析了无线体域网共存的性能，根据计算无线体域网在一定的分布密度共存时的发送成功概率和MAC层的CSMA协议竞争信道分析，得出了无线体域网共存的网络数值，可以有利于分析无线体域网络共存的性能，为设计无线体域网提供了理论依据和参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法
本专利技术涉及无线体域网络通信分析
，具体涉及一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法。
技术介绍
同一个区域中多种无线网络协议共同存在的现象越来越普遍，无线网络协议共存技术近年来也已成为学术界和工业界的研究热点。由于不同种类的无线网络都在尽可能的拓展自己的应用空间，所以多种网络协议的无线网络共存同一空间的现象逐渐形成。由于物联网系统的大规模应用，在同一个区域内多种无线网络协议共同存在的现象越来越多。目前，在无线体域网可以投入大规模应用之前，还面临着很多的技术难题急需解决，如嵌入节点的材料和供电问题、通信传输的高可靠性问题、协议优化问题、网络共存问题和数据安全与隐私保护问题等。在一些应用场景中，无线体域网共存的密度可能会很大。由于这些随机分布的单个无线体域网之间缺乏任何协调，而且频谱资源是固定的，临近网络之间信号的竞争、冲突、相互干扰等会大大影响网络数据传输的可靠性、增加能量的消耗、数据传输的延时等，从而会引起重要监测数据的丢失。在无线体域网共存中，用户位置的不确定性导致相对于用户位置的网络结构、网络节点的位置分布都具有天然的随机性，因此可以将相应的无线体域网共存建模为某个随机的空间过程模型，从而根据随机几何的相关理论来分析无线体域网共存的性能参数。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种通过采用随机几何的方法，建立无线体域网共存的网络泊松聚块模型，得到固定区域中最大容纳的无线体域网络的数量的方法。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法，包括如下步骤：a)建立由多个无线体域网络构成的无线体域网共存模型，每个无线体域网络中，部署在人体的无线中心节点以及在部署在人体不同位置的各个采集节点形成一个星型网络结构；b)无线体域网共存模型中的所有无线中心节点构成一个密度为λ且相互独立的欧式空间的泊松点过程模型；c)根据公式I＝∑Ptihi||ri||-α计算得到干扰值I，Pti为第i个采集节点的发送功率，hi为第i个采集节点的信道衰减参数，α为衰减指数，ri为第i个采集节点到无线中心节点的距离；d)通过公式计算得到信干燥比SINR，式中W为噪声，I为干扰值，Pt为所有采集节点的发送功率期望值，h为所有采集节点的信道衰减参数期望值，r为所有采集节点到无线中心节点的距离的期望值，根据公式计算得到发送成功概率Ps，式中u为信道衰减参数，γ为设定阈值；e)无线中心节点在无线发送数据时，在MAC层采用时隙方式的CSMA/CA的信道竞争机制，无线体域网络中成功竞争到信道的概率为无线体域网络共存数为其中BO为时隙方式的CSMA/CA的信道竞争机制算法中的协调器节点发送信标帧的间隔，SO为时隙方式的CSMA/CA的信道竞争机制算法中超帧活跃期的持续长度。进一步的，步骤a)中无线中心节点部署于人体的中心部位。进一步的，步骤b)中每个无线体域网络中的采集节点为ω个，无线中心节点的密度为ωλ，形成一个泊松聚块模型。进一步的，步骤c)中hi服从均值为1/μ的指数分布。进一步的，步骤e)中BO取值为6，SO取值为3。本专利技术的有益效果是：针对无线体域网共存的干扰问题，采用随机几何的方法，建立了无线体域网共存的网络泊松聚块模型，分析了无线体域网共存的性能，根据计算无线体域网在一定的分布密度共存时的发送成功概率和MAC层的CSMA协议竞争信道分析，得出了无线体域网共存的网络数值，可以有利于分析无线体域网络共存的性能，为设计无线体域网提供了理论依据和参考。附图说明图1为本专利技术的无线体域网网络共存的示意图。具体实施方式下面结合附图1对本专利技术做进一步说明。在移动无线通信网络中，无线网络系统的性能与基站和用户节点的位置分布是密不可分的，但是目前网络中这些无线节点的位置多少有些不确定性，因此需要建模为二维或三维空间上的点随机分布过程。在数学领域中，随机几何理论正是研究这样的分布模型和相关的分析方法为主的理论。随机几何是近年来用于无线网络建模的一个新兴基本工具，它可以运用不同类型的空间点过程对无线通信网络进行建模，并采用相关方法和理论对无线网络的分布特性、平均速率、干扰特性、网络覆盖率等性能进行分析，分析所得的结果与真实网络的情况非常相似。本专利技术的基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法，包括如下步骤：a)如附图1所示，建立由多个无线体域网络构成的无线体域网共存模型，每个无线体域网络中，部署在人体的无线中心节点以及在部署在人体不同位置的各个采集节点形成一个星型网络结构。b)每个采集节点开始时具有同样的功率和通信参数。根据随机几何模型，考虑多个无线体域网共存于同一个空间区域，并共享于同一个频段。无线体域网共存模型中的所有无线中心节点构成一个密度为λ且相互独立的欧式空间的泊松点过程模型。c)成功概率是衡量链路传输性能的重要指标，无线中心节点的发送成功概率其实是链路容量的另一种表达方式，当链路容量不能满足所要求的用户速率时，就会产生发送中断的事件，这个事件呈概率分布的，取决于链路的平均信噪比及其信道衰落分布模型。根据步骤b)中的的网络共存模型，考虑多个无线体域网共存于同一空间区域，共享同一个无线频段，在某一时刻，所有网络采集节点的分布构成相互独立的泊松聚块模型，考虑任意一个网络的协调器节点(CN∈φ)位于原点位置，则对应的采集节点位于(r,θ)处，θ为发射节点到坐标横轴的夹角，累计干扰为位于所有竞争阈内的发射节点发射数据时对接收节点产生的干扰值，采用概率母泛函的方法来分析无线体域网共存的干扰情况，根据瑞丽衰落信道模型，根据公式I＝∑Ptihi||ri||-α计算得到干扰值I，Pti为第i个采集节点的发送功率，hi为第i个采集节点的信道衰减参数，α为衰减指数，ri为第i个采集节点到无线中心节点的距离。d)如果有效信号比干扰信号加噪声信号大于设定的阈值γ，则表示此次发送为成功，否则为中断，因此公式计算得到信干燥比SINR，式中W为噪声，I为干扰值，Pt为所有采集节点的发送功率期望值，h为所有采集节点的信道衰减参数期望值，r为所有采集节点到无线中心节点的距离的期望值，根据公式计算得到发送成功概率Ps，式中u为信道衰减参数，γ为设定阈值。e)无线中心节点在无线发送数据时，在MAC层采用时隙方式的CSMA/CA的信道竞争机制。在采用时隙的CSMA/CA机制时，每个节点开始退避的时隙是和信标帧的起点处开始的，为了同步退避时隙的起点一定和超帧时隙的起点位置是一致的，时隙的CSMA/CA算法即是发送节点在每次传输数据帧或命令帧前都要进行CSMA/CA监测，需要先探测信道是否空闲，如空闲则立即发送出去，否则要等待一个任意长的周期，再尝试接入信道。在这种算法中，主要有三个参数：第一个是后退次数，后退次数的初始值为0，最大值为5，即是在经过5次的后退时间后监测信道仍为忙，则丢弃这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/na)建立由多个无线体域网络构成的无线体域网共存模型，每个无线体域网络中，部署在人体的无线中心节点以及在部署在人体不同位置的各个采集节点形成一个星型网络结构；/nb)无线体域网共存模型中的所有无线中心节点构成一个密度为λ且相互独立的

【技术特征摘要】
1.一种基于随机几何的无线体域网共存数值的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)建立由多个无线体域网络构成的无线体域网共存模型，每个无线体域网络中，部署在人体的无线中心节点以及在部署在人体不同位置的各个采集节点形成一个星型网络结构；
b)无线体域网共存模型中的所有无线中心节点构成一个密度为λ且相互独立的欧式空间的泊松点过程模型；
c)根据公式I＝∑Ptihi||ri||-α计算得到干扰值I，Pti为第i个采集节点的发送功率，hi为第i个采集节点的信道衰减参数，α为衰减指数，ri为第i个采集节点到无线中心节点的距离；
d)通过公式计算得到信干燥比SINR，式中W为噪声，I为干扰值，Pt为所有采集节点的发送功率期望值，h为所有采集节点的信道衰减参数期望值，r为所有采集节点到无线中心节点的距离的期望值，根据公式计算得到发送成功概率Ps，式中u为信道衰减参数，γ为设定阈值；
e)无线中心节点在无线发送数据时，在MAC层采用时隙方式的CSMA/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞霞，舒明雷，陈长芳，周书旺，卞立攀，高天雷，
申请(专利权)人：山东省人工智能研究院，山东省计算中心国家超级计算济南中心，
类型：发明
国别省市：山东;37