论文部分内容阅读
随着近些年医疗互联网的蓬勃发展,无线体域网(WBAN)作为医疗领域数据来源的重要组成部分在其中扮演着非常关键的角色。典型的WBAN系统由一个中心协调节点Hub和多个依附于体表或者植入体内的传感器节点组成。随着微型电子器件和无线通信技术的发展,WBAN除了可以很方便地应用于传统医疗外,同时也可以在工业生产和人们日常娱乐等方面发挥作用。当WBAN出现在与其使用相同或相近频段的环境时,通信性能将会随着无线信道中的干扰而下降,用户体验也会因此下降,因此研究WBAN环境下的干扰规避技术具有极好的社会意义。针对WBAN受到外部Wi-Fi网络的干扰,本文设计了一种考虑节点业务流和信道干扰状况的FTAIM(Fast Traffic Adaptive Interference Mitigation)算法。FTAIM根据不同节点的时隙资源利用率分为快速启动、流量控制和干扰规避三种状态进行调节。算法核心调节思想为:当节点的时隙资源利用率高于一定阈值时,如果其时隙数低于设定数目,那么FTAIM将进入快速启动状态并使用指数递增的方式分配下一个超帧的时隙资源;否则进入流量控制状态,流量控制状态中Hub使用线性递增的方式对节点分配下一超帧的时隙资源。当节点的时隙资源利用率低于一定阈值时,如果其时隙数低于设定数目,那么FTAIM将使用线性递减的方式分配下一个超帧的时隙资源;否则进入干扰规避状态并使用指数递减。通过指数增长和线性增长的结合,节点将更快地从初始化状态进入稳定工作状态;而通过指数递减和线性递减的结合,节点将更快地从干扰状态进入到干扰规避阶段,保证了网络的稳定性和减少了时隙资源的浪费。仿真结果表明FTAIM能很好地利用Wi-Fi中的空白时隙从而高效利用信道,有效利用率最高可达约87.5%.针对多WBAN环境下系统间产生的干扰,本文设计了一种考虑了节点用户优先级、干扰强度因子和数据包缓存队列长度的混合接入算法:DIM(Decentralized Interference Mitigation)。DIM中,调度接入和竞争接入的时隙数根据不同的干扰场景和网络性能动态调节。调度接入阶段的时隙数在时隙利用率高于设定的上界时增大,低于设定的下界时则减少。其中的时隙分配主要根据吞吐量效用函数和节点数据包等待队列长度。吞吐量效用函数表示为包优先级、SINR(信号与干扰噪声比)和干扰强度因子的函数关系,其值较大的节点将优先在调度接入阶段被分配时隙,从而最大化吞吐量。通过SINR和干扰强度因子效用函数的结合,受干扰相对较轻的节点将更可能在调度接入阶段同时进行传输,进而大大提高了信道利用效率。而对于那些受干扰相对较严重的节点,竞争接入将更合适。仿真结果表明DIM可以达到较高的吞吐量和相对较低的时延。