无线体域网(WBANs,Wireless Body Area Networks)是由多种位于体内、体表或体外的分布式传感器节点构成,具有信息感知、处理和传输功能的无线自组织网。WBANs是无线传感器网络(WSNs,Wireless Sensor Networks)的延伸,具有动态性、异质性、网络规模小、能量受限和信号衰减快等特性。随着超高速率、低延时、高可靠的第五代(5G)通信技术日渐成熟以及通信基础设施建设的日趋完善,为无线体域网创造了优越的外部条件。同时,在政策和技术双重推动下,无线体域网极大地降低了医疗成本,有利于减轻社会医疗资源紧缺的压力。除医疗领域外,无线体域网作为5G商业化进程下构建万物互联模式的重要一环,对汽车、娱乐和服务等行业提高效率起到积极的作用,甚至在军事和消防等领域引起了极大的关注。位于体内或体外的小型化传感器实时感知人体生理参数,并通过Wi-Fi、蓝牙或移动通信等方式传输到健康监测中心。然而,传感器小型化和轻型化技术在给无线体域网带来发展的同时,也带来了网络能量受限的挑战,因此,如何提高传感器生命周期且实现网络可持续性是亟需解决的问题。传统新型能源诸如太阳能、振动能和热能具有不稳定、成本高、易受天气影响等缺点,无法满足移动可穿戴设备的要求。无线射频(RF,Radio Frequency)能量收集方式却解决了频繁更换电池的问题,一方面RF具有同时传输能量和信息的特性,另一方面具有可持续、稳定可靠、成本低和无噪音等优势,适用于处于任何环境下的无线体域网,实现网络的能量自足。另外,本文选择适用于无线能量和信息传输系统模型的功率分流和时间分配接收器结构,改善了传感器无线射频能量收集和信息解码的能力。人体是由不同电子特性的组织层构成的非均匀有损的通信传输媒介,信道状态经常受通信距离、通信频率、高斯白噪声(WGN,White Gaussian Noise)以及阴影效应因素干扰,因此,如何高效可靠地传输信息数据是判断无线体域网性能的一个重要指标。现今关于无线体域网的研究大多局限于简单的点对点能量和信息传输模型和中继协作传输模型,无法实现多种生理参数的准确感知和传输。另外,由于无线体域网的动态性,人体可随时处于极端天气环境中,导致传感器收集的能量无法满足信息传输的消耗。针对上述问题,本文提出了基于多点无线体域网(MP-WBAN)的信息和能量传输的研究,以改善系统信息高效可靠传输为目标,主要研究思路如下:首先,根据无线体域网的网络特性,设计异常情况下的多点无线能量和信息双向传输模型和正常情况下的多点无线能量和信息同时传输模型;其次,根据系统模型,提出无线能量和信息传输协议,对提出的协议进行理论推导和深入分析,为了改善系统性能,研究了三种优化算法;最终,对所提出的协议和算法进行仿真验证。本文的主要工作如下:一、通过研究无线体域网的网络结构、信道状态和应用场景,构建两种基于多点无线体域网的信息和能量双向传输和同时传输模型,结合能量收集技术,采用无线射频能量收集方式,延长网络的生命周期。二、提出基于时间分配的信能双向传输协议,根据所提协议进行理论推导,并研究了吞吐量和最大化(STM,Sum Throughput Maximization)算法提高系统总体信息传输速率,同时,为了实现资源公平分配,提出了最小吞吐量最大化(MTM,Minimum Throughput Maximization)算法提高系统公平性。三、提出基于混合时间分配和功率分流的多点信能同传协议,设计了无线射频能量接收器结构,保障生理参数和能量高效可靠传输。根据信能同传协议,提出吞吐量和最大化优化算法,改善系统信息传输的稳定性和有效性。四、根据上述两种通信协议,通过MATLAB进行仿真对比实验,将所提优化算法与等时间分配(ETA,Equal Time Allocation)算法对比分析,验证协议的准确性。上述研究内容为实现系统信息高效可靠传输以及资源公平分配挑战提供了新思路和新方法,创新的内容是基于已有研究进行扩展,为后续的研究奠定了基础。