[发明专利]无线体域网中基于超帧的高效媒体接入控制方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及媒体接入控制方法，具体地说是一种用于无线体域网中的媒体接入控制方法，该方法在保证分组成功地接入信道的前提下，最大限度地保证高优先级业务的成功传输和时隙的有效利用。

背景技术

无线体域网WBAN，是以人体为中心，由分布在人身体上、衣物上、甚至人身体内部的各个节点和个人终端等组成的通信网络。通过WBAN，人可以与其身上携带的个人电子设备如个人数字助理PDA、手机等进行通信和数据同步等。WBAN和其它数据通信网络，如无线/有线接入网络、移动通信网络等共同构成整个通信网络的一部分。WBAN可以与网络中的任何终端如手机、电话机、媒体播放设备、数码相机、游戏机等进行通信。WBAN将无线传感器节点植入体内或体表，使人体成为通信网络的一部分，从而真正实现网络的泛在化。利用无线医疗传感器可以进行持续的、远程的医疗监控，同时又不影响监控对象的正常活动，极大地方便了人们的生活。

由于网络设备分布在人体周围或体内，无线体域网最基本的和最主要的应用是医疗应用。无线传感器被佩戴在人体上，进行医学数据的采集和处理，然后传送到数据汇聚中心，最终传送到医疗监控中心。无线体域网的应用，可以在不影响人们正常活动的情况下进行，把家庭医疗监控变得更人性化，也更便捷快速。与传统的无线传感器网络中业务类型一般比较单一的情况不同，无线体域网中的业务种类有很多，一个无线体域网可以包含多种医学传感器，网络中会有多种业务共存。例如，一个无线体域网具有的传感器可以监测的内容有：脑电图EEG，用于监测大脑电磁活动；心电图ECG，用于监测心脏活动；肌电图EMG，用于监测肌肉活动；胶囊式内窥镜，用于检测胃、肠道病变；起搏器，用于心脏医疗；呼吸监控，用于监测呼吸系统，也可以具有一些简单的监测如体温、心率、血氧、血压、葡萄糖等。

如图1所示，针对无线体域网的不同应用，将其所有业务分为三类：普通业务，按需业务，紧急业务。普通业务是指协调点和节点之间的日常业务；按需业务是指由协调点发起的业务，如要求节点告知所需的数据；紧急业务是指紧急情况下的业务，如生理特征有关的告警信息，一般为突发业务。从优先级角度看，紧急业务是高优先级业务，而其它业务一般为低优先级业务，因此无线体域网中的协议设计应该基于业务优先级进行考虑。特别是媒体接入控制MAC协议设计，为保证不同业务的服务质量，应对不同业务予以差分对待。而另一方面，由于无线体域网的传感器节点应用于体内或体表，体内和体表组织对电磁波的吸收作用不容忽视，特别是在物理层采用的是超宽带技术的情况下，低信噪比以及人体活动影响载波侦听，使得无法进行可靠的载波侦听，由此造成隐藏终端或侦听错误。例如，在无线传感器节点植入体内的无线体域网中，节点载波侦听的有效距离仅为250mm，显然这对无线体域网而言是远远不够的。基于以上的考虑，传统的载波侦听冲突避免CSMA/CA竞争机制并不适用。总体而言，对无线体域网的研究仍在进行中，距离大规模的应用还有很大差距，加上WBAN中业务种类复杂，随时可能有突发业务的产生，而且周期性的业务其发送周期也各不相同，所以在技术上还需要战胜一系列的挑战。

无线体域网是一个新的应用领域，对它的研究也必将从一个网络系统的整体出发，进行全面系统的研究。国际上关于WBAN的研究相继启动，并获得了一些基本成果。这些研究包括了物理信道、MAC接入控制、路由协议、数据融合、天线设计及硬件实现等方面。IEEE 802标准委员会是致力于在无线通信领域推进国际标准的国际标准化组织，其15工作组IEEE 802.15集中在无线个域网WPAN方面。该工作组已制订出多个无线标准，比如IEEE 802.15.1，也被称为Bluetooth，以及IEEE 802.15.4，定义的是低速无线个域网标准，用于Zigbee设备，IEEE 802.15.4a是对IEEE 802.15.4的物理层的补充，使用的是超宽带UWB技术等。为了协调来自医疗和健康护理团体的强烈愿望和ICT工业界，IEEE 802.15工作组正式建立了第6任务组TG6，致力于WBAN的标准化工作。

针对无线体域网中业务的复杂性，从媒体接入控制协议的角度看，Bluetooth和IEEE 802.11对于WBAN的应用都显得效率低下，而普通无线传感器网络WSN也并不适合这些特殊的着重面向生物医学应用方面的WBAN。作为低功耗低速率近距离无线通信的世界标准，IEEE 802.15.4相当接近WBAN的设计要求，鉴于IEEE 802.15.4协议简单，适应于运算能力及电池容量都非常受限的WBAN节点，可以作为无线体域网实现技术的一种备选方案。