基于人体环境的无线体域网网络结构研究

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随着无线便携式设备的大量涌现以及传感器技术的发展,以人为中心的无线网络成为人们关注的焦点,无线体域网就是在这样一个大背景下兴起的,其微小性和实用性使得它在人们的日常生活、医疗、娱乐、军事、航空等领域具有广阔的应用前景。无线体域网由于其本身的特性,具有与以往无线网络不同的特点和需求,目前对其关键技术的研究处于起步阶段,有很多技术难题亟待解决。在无线体域网中,人体作为各种传感器节点的承载体影响着整个网络的传输环境和网络的结构特征。由于人体组织具有导电性,人体可以作为信号的传输信道参与信号的传输,这势必会对信号造成影响;人体的几何特征也会对布置于其上的传感器节点的组网方式和组网规模造成影响。针对人体这一特殊环境,本文从信道模型和上层网络协议两个方面对无线体域网的网络结构进行初步探索。通过分析无线体域网的特点和要求,本文首先从体内信道模型和体外信道模型出发,探讨了其信道模型特征。通过对基于超宽带技术室内多径环境下无线体域网节点之间的信道特征的深入研究,发现基于超宽带技术的无线体域网室内体外信道模型包含身体周围的衍射分量和四周物体反射引起的反射分量;通过对两种分量分开建模,得出相应信道参数的统计特性。随后,本文提出了适合无线体域网的联合路由-多址接入算法CRMAA(Combined Route Multiple Access Algorithm),该算法考虑采集不同数据类型的节点混合组成的网络结构。通过构建多跳树形拓扑结构,以中心控制节点为根节点,沿着树形拓扑完成控制信息的发送和有效数据在sink节点的汇聚;通过在网络中引入relay节点,保证数据正确传输的同时平衡网络中的能量消耗;通过设置节点的移动特性,真实地模拟了实际网络的频繁运动特征,构建了动态的网络协议。本文在最后通过构建医疗领域的应用场景对提出的算法进行了网络仿真,考察网络节点的时延特性和能量有效性,证明了联合路由-多址接入算法的正确性与有效性。本文提出的无线体域网网络结构、联合路由-多址接入算法对无线体域网的研究具有重大参考价值。
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