无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议制造技术

无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议，考虑满足不同数据类型的QoS需求，采用多跳传输均衡网络能量，并对节点的温度阈值设置进行改良，利用两个阈值（高温阈值和发热阈值）控制节点的温升，依据这两个阈值划分节点的温度状态为常温区间、发热区间、高温区间，计算节点在三个温度区间的不同数据接收概率，通过控制发热区间的数据接收概率以控制热节点的形成。该协议构造基于节点的剩余能量、与Sink的距离和数据接收概率等多个参数的效益函数，选择效益函数最大的节点作为路径的最佳转发节点传输数据。该方法可控制热节点的产生，并均衡网络的能量。

【技术实现步骤摘要】
无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议
本专利技术涉及无线体域网
，具体说的是无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议。
技术介绍
无线体域网(WBAN)是无线传感器网络(WSN)的一个重要分支，WBAN主要应用在医疗健康领域，它能够对病人的潜在疾病通过远程医疗监测进行早期的识别和预防[1]。WBAN由植入人体体内或是穿戴在人体表面的微型传感器节点通过自组网的形式组成，这些传感器节点感知人体的各项生理数据，并将已感知的数据转发至Sink节点，Sink节点再将数据通过无线的方式进一步发送至医疗服务终端进行相应的处理。WBAN具有传感器节点的体积小、电池容量低、植入型传感器不易更换电池等特点，因此WBAN的能源有限。为了保证WBAN能在有限的能源条件下有效传输数据，除了针对无线传感器节点的电路设计节约能耗外，高效的节能路由对于降低网络能耗起到至关重要的作用。此外，传感器节点间的数据传输不仅消耗节点的能量，还导致节点的温度升高。当节点的温度升高到破坏人体组织或器官时，它就被称之为热节点。热节点的产生使WBAN存在安全隐患，同时也不利于数据的正常传输，造成数据丢失或延迟。因此，节点的散热问题是WBAN路由协议面临的另一个重要的挑战。在提高能效方面，节能路由协议采用多跳传输以降低能耗。文献[2]提出一种提高吞吐量和能量效率的路由协议(SIMPLE)，该协议考虑了节点的剩余能量和到Sink的距离等参数，并利用这些参数构造的成本函数选择路径中的转发节点传输数据，实现网络能耗的降低。Javaid等人[3]提出的iM-SIMPLE协议是SIMPLE的拓展。该协议同样利用成本函数选择转发节点，但iM-SIMPLE与SIMPLE不同的是iM-SIMPLE考虑到WBAN的动态特性，节点的移动性可能导致吞吐量下降和高的路径损耗。因此，iM-SIMPLE将能耗最小化和吞吐量最大化问题归结为一个整数线性程序进行分析后，该协议实现网络寿命的延长和吞吐量的增加。Anwar等人[4]提出一种能量感知链路效率的路由协议(ELA-W)，该协议综合考虑节点的剩余能量、链路效率、到协调器的距离以及跳数等参数构造路径成本模型，利用该模型选择合适的转发节点传输数据。该协议可有效延长网络的生存期，但并不适用于不同类型的数据传输以及多种服务质量(QualityofService,QoS)需求。以上方法并未考虑热节点形成带来的问题，节点热量过高，影响数据的传输，同时，如不注意对热节点的应对，会降低网络寿命。[1]刘怡.无线体域网关键技术的研究[D].北京:北京邮电大学,2017.(LiuYi.Researchonkeytechnologyforwirelessbodyareanetwork[D].Beijing:BeijingUniversityofPosts&Telecommunications,2017.)。[2]NadeemQ,JavaidN,MohammadSN,etal.SIMPLE:StableIncreased-throughputMulti-hopProtocolforLinkEfficiencyinWirelessBodyAreaNetworks[C].//2013EighthInternationalConferenceonBroadbandandWirelessComputing,CommunicationandApplications.IEEE,2013。[3]JavaidN,AhmadA,NadeemQ,etal.iM-SIMPLE:iMprovedstableincreased-throughputmulti-hoplinkefficientroutingprotocolforWirelessBodyAreaNetworks[J].ComputersinHumanBehavior,2015,51(OCT.):1003-1011。[4]AnwarM,AbdullahA,AltameemA,etal.GreenCommunicationforWirelessBodyAreaNetworks:EnergyAwareLinkEfficientRoutingApproach[J].Sensors,2018,18(10):ArticleID3237。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议，构造基于节点的剩余能量、与Sink的距离和数据接收概率等多个参数的效益函数，选择效益函数最大的节点作为路径的最佳转发节点传输数据。该方法可控制热节点的产生，并均衡网络的能量。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议，包括以下步骤：步骤1、建立无线体域网网络模型无线体域网由N个传感器节点和一个Sink节点组成，基于跳数最多为三跳的网络拓扑结构，Sink节点位于网络拓扑结构的中部；传感器节点之间相互交换Hello信息包，生成邻居表；步骤2、传感器节点作为源节点有数据需要传输判断该传感器节点能否直接传输数据至Sink节点；如传感器节点能直接传输至Sink节点，将紧急数据和普通数据组成的感应的生理数据直接传输至Sink节点；完成数据传输，如传感器节点不能直接传输至Sink节点，按下列步骤实现数据传输；步骤2.1、先依据邻居表选择出所有邻居节点，邻居节点的温度状态分为常温区间、发热区间、高温区间；步骤2.2、判断各邻居节点是否超过高温区间阈值，选择未超过高温区间阈值的邻居节点作为候选转发节点；步骤2.3、分别计算步骤2.2得到的所有候选转发节点的紧急数据效益函数和普通数据效益函数，选择紧急数据效益函数和普通数据效益函数最大的候选转发节点作为最佳转发节点，分别转发紧急数据和普通数据；步骤2.3.1、优先计算所有候选转发节点的紧急数据效益函数，再计算普通数据效益函数，紧急数据效益函数BF1(i)为其中，BF1(i)表示节点i的紧急数据效益函数，Eres(i)表示节点i处的剩余能量，D(i,Sink)表示节点i到Sink节点之间的距离，P1表示节点接收紧急数据的概率；节点的当前温度在常温区间和发热区间内时，P1＝1；普通数据效益函数BF2(i)为其中，BF2(i)表示节点i的普通数据效益函数，Eres(i)表示节点i处的剩余能量，D(i,Sink)表示节点i到Sink节点之间的距离，P2表示节点接收普通数据的概率；节点的当前温度在常温区间时，P2＝1，节点的当前温度在发热区间内时，t为当前温度值，Tl为发热区间的临界值，Tth为高温区间的临界值；步骤2.3.1、各候选转发节点经过效益函数的计算，选择具有效益函数最大值的节点作为路径的最佳转发节点，源节点根据数据类型选择相应的转发节点传输数据，最佳转发节点将数据接收、聚合再传递至Sink节点。节点i到Sink节点之间的距离其中，D(i,Sink)表示节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、建立无线体域网网络模型/n无线体域网由N个传感器节点和一个Sink节点组成，基于跳数最多为三跳的网络拓扑结构，Sink节点位于网络拓扑结构的中部；传感器节点之间相互交换Hello信息包，生成邻居表；/n步骤2、传感器节点作为源节点有数据需要传输/n判断该传感器节点能否直接传输数据至Sink节点；如传感器节点能直接传输至Sink节点，将紧急数据和普通数据组成的感应的生理数据直接传输至Sink节点；完成数据传输，如传感器节点不能直接传输至Sink节点，按下列步骤实现数据传输；/n步骤2.1、先依据邻居表选择出所有邻居节点，邻居节点的温度状态分为常温区间、发热区间、高温区间；/n步骤2.2、判断各邻居节点是否超过高温区间阈值，选择未超过高温区间阈值的邻居节点作为候选转发节点；/n步骤2.3、分别计算步骤2.2得到的所有候选转发节点的紧急数据效益函数和普通数据效益函数，选择紧急数据效益函数和普通数据效益函数最大的候选转发节点作为最佳转发节点，分别转发紧急数据和普通数据；/n步骤2.3.1、优先计算所有候选转发节点的紧急数据效益函数，再计算普通数据效益函数，紧急数据效益函数BF...

【技术特征摘要】
1.无线体域网中基于温度状态感知的节能路由协议，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、建立无线体域网网络模型
无线体域网由N个传感器节点和一个Sink节点组成，基于跳数最多为三跳的网络拓扑结构，Sink节点位于网络拓扑结构的中部；传感器节点之间相互交换Hello信息包，生成邻居表；
步骤2、传感器节点作为源节点有数据需要传输
判断该传感器节点能否直接传输数据至Sink节点；如传感器节点能直接传输至Sink节点，将紧急数据和普通数据组成的感应的生理数据直接传输至Sink节点；完成数据传输，如传感器节点不能直接传输至Sink节点，按下列步骤实现数据传输；
步骤2.1、先依据邻居表选择出所有邻居节点，邻居节点的温度状态分为常温区间、发热区间、高温区间；
步骤2.2、判断各邻居节点是否超过高温区间阈值，选择未超过高温区间阈值的邻居节点作为候选转发节点；
步骤2.3、分别计算步骤2.2得到的所有候选转发节点的紧急数据效益函数和普通数据效益函数，选择紧急数据效益函数和普通数据效益函数最大的候选转发节点作为最佳转发节点，分别转发紧急数据和普通数据；
步骤2.3.1、优先计算所有候选转发节点的紧急数据效益函数，再计算普通数据效益函数，紧急数据效益函数BF1(i)为



其中，BF1(i)表示节点i的紧急数据效益函数，Eres(i)表示节点i处的剩余能量，D(i,Sink)表示节点i到Sink节点之间的距离，P1表示节点接收紧急数据的概率；节点的当前温度在常温区间和发热区间内时，P1＝1；
普通数据效益函数BF2(i)为



其中，BF2(i)表示节点i的普通数据效益函数，Eres(i)表示节点i处的剩余能量，D(i,Sink)表示节点i到Sink节点之间的距离，P2表示节点接收普通数据的概率；节点的当前温度在常温区间时，P2＝1，节点的当前温度在发热区间内时，t为当前温度值，Tl为发热区间的临界值，Tth为高温区间的临界值；
步骤2.3.1、各候选转...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑国强，王欣彤，白薇薇，郝娇杰，郑奕薇，冀保峰，吴红海，马华红，张高远，沈森，傅江涛，徐素莉，郜彦华，范世朝，龚卓，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41