干扰环境下体域网接入算法的研究

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随着通信技术的发展,无线互联已然无处不在,无线体域网技术是与用户贴身关联的通信网络,近年来成为了研究的热点。目前无线体域网主要应用在医疗及保健领域,其应用的特殊性对系统性能提出了很高的要求,在设计无线体域网系统时需要面对系统内外带来的挑战。系统内部的挑战主要是节点工作时能量消耗的限制以及传输业务快速可靠的保障,系统外部的挑战来源于无线传输过程中的环境干扰。设计适用于无线体域网系统的信道接入算法是解决这些挑战的一个有效途径,因此本文对干扰环境下体域网的接入算法展开了研究。首先本文对无线体域网相关的接入算法和环境干扰的解决方案进行了深入的研究,将接入算法根据信道资源分配机制划分为竞争接入算法和调度接入算法,将环境干扰的优化方案根据工作机制划分为协作优化和独立优化,列举并比较了不同方法的优劣,并结合体域网的情况进行了分析和讨论。然后本文针对无线体域网应用的性能需求,结合了调度接入算法的高能量有效性的优点和竞争接入算法对于突发业务快速响应的优点,提出了两种接入机制结合的混合接入算法。本文提出的算法为常规业务安排固定时隙以实现数据通信的高能量有效性,而通过时隙抢夺机制使得突发业务可以在发生紧急情况时抢占常规业务的时隙,以保证突发业务被快速响应,同时解决了无线体域网对于降低能量消耗和突发业务快速响应的要求。我们通过理论分析和软件仿真对网络性能进行了分析,验证了算法的有效性。接着本文对存在环境干扰的情况进行了研究,提出了基于功率控制的方案来降低环境干扰对于体域网性能的影响。该方案首先对于信道使用情况进行估计,将信道建模为空闲或忙碌的两态模型,使用超指数分布进行拟合,根据已有的测量结果使用EM算法计算分布参数,并使用剩余空闲时长对于信道未来的状态进行估计。节点在发送数据包时根据信道的估计选择发射功率,当估计信道空闲时以较低功率发射,否则以较高功率发射,使接收端的SINR达到解调的最低要求,保证干扰环境下数据通信的质量。最后本文设计并实现了基于硬件电路和计算机软件相结合的混合验证系统,既能验证基本通信功能,又通过便捷的人机接口提供良好的互操作性。我们在混合验证平台的基础上对本文提出的接入算法的有效性进行了验证。
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