一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法；该方法包括：根据多因素计算传感器节点的数据优先级；其中，多因素包括疾病相关因素、临界相关因素、健康严重程度因素和信息年龄因素；根据数据优先级判断传感器节点的数据是否为紧急数据，若是，则计算分配时隙数量并将对应数量的时隙分配给传感器，否则，丢弃数据；传感器节点根据数据优先级确认数据发送顺序并采用分配的时隙进行数据传输本发明专利技术保证了节点的能效，缩短了应急数据的等待时间。缩短了应急数据的等待时间。缩短了应急数据的等待时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法。

技术介绍

[0002]随着无线电技术和传感器的发展，无线体域网(WBAN)已经成为了普及和可持续医疗关键方案。无线体域网是以人为中心由一个接收器和几个分布在人体周围或体内的无线传感器相互链接的通信网络。作为物联网重要组成部分的可穿戴设备或者植入式医学传感器可对人类的健康进行检测，提供可靠的医疗预警或者提醒，从而帮助人们预防某些疾病。
[0003]IEEE 802.15.6标准的出现推动了无线体域网的快速发展，国内外出现了一股研究无线体域网的热潮，其中在无线体域网中媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)是保证网络正常运行的的关键，该协议决定了无线信道的使用方式，负责节点的冲突检测与处理、优先级控制、时隙分配以及节点的传递顺序。
[0004]WBAN的MAC协议分为三种类型：基于争用的模式、无争用模式、混合模式。大多数情况下，这些协议中考虑高性能模式，包括能量开销、交付延迟、吞吐量、公平性等。为了降低传输延迟和能源成本、可以采用时分多址模式和非活动时段进行紧急数据的传输。但目前MAC协议的解决方案仍然不能满足应急的延迟和高能效等高性能要求。因此，亟需一种可解决应急的延迟和高能效等高性能要求的无线体域网资源调度方案。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法，该方法包括：
[0006]S1：根据多因素计算传感器节点的数据优先级；其中，多因素包括疾病相关因素、临界相关因素、健康严重程度因素和信息年龄因素；
[0007]S2：根据数据优先级判断传感器节点的数据是否为紧急数据，若是，则计算分配时隙数量并将对应数量的时隙分配给传感器，否则，丢弃数据；
[0008]S3：传感器节点根据数据优先级确认数据发送顺序并采用分配的时隙进行数据传输。
[0009]优选的，计算传感器节点的数据优先级的公式为：
[0010]Υ
m,k
＝ξ1·
Θ
DR
+ξ2·
Θ
CD
+ξ3·
Θ
HS
+ξ4·
Θ
AoI
[0011]s.t.0≤ξ1,ξ2,ξ3,ξ4≤1
[0012]ξ1+ξ2+ξ3+ξ4＝1
[0013]其中，Υ
m,k
表示传感器节点的数据优先级，Θ
DR
表示疾病相关因素，Θ
CD
表示关键因素，Θ
HS
表示健康严重程度因素，Θ
AoI
表示信息年龄因素，ξ1、ξ2、ξ3和,ξ4分别表示疾病相关因素、关键因素、健康严重程度因素和信息年龄因素的控制参数。
[0014]进一步的，所述疾病相关因素具体表示为：
[0015][0016]进一步的，所述健康严重程度因素具体表示为：
[0017][0018]其中，f
l
表示数据安全范围的下界，f表示传感器采集数据的值，f
u
表示数据安全范围的上界。
[0019]进一步的，计算信息年龄因素的公式为：
[0020][0021][0022]其中，Θ
AoI
(t+1)在时隙t+1处传感器节点的信息年龄因素，表示在时隙t+1处传感器节点的信息年龄阈值，表示在时隙t+1处传感器节点的信息年龄，表示传感器节点在时隙t处的信息年龄，表示Sink节点在时隙t处接收到的传感器节点n
k
数据的采样时隙，表示传感器节点n
k
完成数据传输需要的时隙数。
[0023]优选的，计算分配时隙数量的过程包括：根据传感器节点的数据到达率计算传输数据包数量；根据传输数据包数量计算传输所有分组的持续时间；获取确认分组持续时间、获取帧间隔、保护时间和传播延迟时间；根据所有分组的持续时间、确认分组持续时间、获取帧间隔、保护时间和传播延迟时间计算传感器节点传输紧急数据的分配间隔；根据传输紧急数据的分配间隔计算分配时隙数量。
[0024]进一步的，计算分配间隔的公式为：
[0025]t
interval
＝(δ
num
‑
1)
×
t
packet
+t
RePacket
+δ
num
×
(pSIFS+t
ACK
)+pSIFS+GT+T
prodelay
[0026]其中，t
interval
表示分配间隔，δ
num
表示完整数据包数量，t
packet
表示完整数据包持续时间，t
RePacket
表示剩余数据包的持续时间，pSIFS表示帧间隔，t
ACK
表示确认分组持续时间，GT表示保护时间，T
prodelay
表示传播延迟时间。
[0027]进一步的，计算分配时隙数量的公式为：
[0028][0029]其中，N
TheoAllocSlot
表示分配时隙数量，t
interval
表示分配间隔，AllocationSlotLength表示时隙长度。
[0030]优选的，根据数据优先级确认数据发送顺序具体包括：将传感器节点根据数据优先级进行降序排序，高优先级的传感器节点先发送数据；若存在数据优先级相同的传感器节点，则将其根据健康严重程度因素、信息年龄因素、疾病相关因素和关键因素的优先级进行比较，对应数值较大的传感器节点排序在前。
[0031]本专利技术的有益效果为：本专利技术设计的基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法在改进的IEEE 802.15.6MAC协议下通过采用多因素优先级的方法确认传感器节点的数据发送顺序，并结合分配的时隙传输传感器节点采集的紧急数据；与现有技术相比，本专利技术传输紧急数据时延更低，能耗更低，延长了传感节点生命周期。
附图说明
[0032]图1为本专利技术中基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法流程图；
[0033]图2为本专利技术中时隙调度示意图；
[0034]图3为本专利技术与对比方法在不同节点总数下应急数据的总延时对比图
[0035]图4为本专利技术与对比方法的应急数据总时延随传输失效概率变化对比图；
[0036]图5为本专利技术与对比方法的节点总能耗随节点总数变化对比图；
[0037]图6为本专利技术与对比方法的所有节点能耗随单个节点传输失效概率的变化对比图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法，其特征在于，包括：S1：根据多因素计算传感器节点的数据优先级；其中，多因素包括疾病相关因素、临界相关因素、健康严重程度因素和信息年龄因素；S2：根据数据优先级判断传感器节点的数据是否为紧急数据，若是，则计算分配时隙数量并将对应数量的时隙分配给传感器，否则，丢弃数据；S3：传感器节点根据数据优先级确认数据发送顺序并采用分配的时隙进行数据传输。2.根据权利要求1所述的一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法，其特征在于，计算传感器节点的数据优先级的公式为：γ
m，k
＝ξ1·
Θ
DR
+ξ2·
Θ
CD
+ξ3·
Θ
HS
+ξ4·
Θ
AoI
s.t.0≤ξ1，ξ2，ξ3，ξ4≤1ξ1+ξ2+ξ3+ξ4＝1其中，γ
m，k
表示传感器节点的数据优先级，Θ
DR
表示疾病相关因素，Θ
CD
表示关键因素，Θ
HS
表示健康严重程度因素，Θ
AoI
表示信息年龄因素，ξ1、ξ2、ξ3和，ξ4分别表示疾病相关因素、关键因素、健康严重程度因素和信息年龄因素的控制参数。3.根据权利要求2所述的一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法，其特征在于，所述疾病相关因素具体表示为：4.根据权利要求2所述的一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法，其特征在于，所述健康严重程度因素具体表示为：其中，f
l
表示数据安全范围的下界，f表示传感器采集数据的值，f
u
表示数据安全范围的上界。5.根据权利要求2所述的一种基于多因素优先级的无线体域网资源调度方法，其特征在于，计算信息年龄因素的公式为：在于，计算信息年龄因素的公式为：其中，Θ
AoI
(t+1)在时隙t+1处传感器节点的信息年龄因素，表示在时隙t+1处传感器节点的信息年龄阈值，表示在时隙t+1处传感器节点的信息年龄，
表示传感器节点在时隙t处的信息年龄，表示Sink节点在时隙t处接收到的传感器节点n
k
数据的采样时隙，表示传感器节点n...

【专利技术属性】
技术研发人员：李章勇，朱俊朴，张政，蔺雪莲，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：