[发明专利]一种无线体域网的能效传输方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线体域网的能效传输方法及装置。

背景技术

无线体域网（WBAN，Wireless Body Area Network）是一种以人体为中心，由和人体相关的网络元素等组成的通信网络。近年来，随着无线技术的高速发展，无线体域网因其便携性等优点，也越来越被广泛应用，主要的热门应用方向为远程医疗服务、娱乐及军事等。

无线体域网通过在人体周围或皮肤表面放置不同的网络节点，这些网络节点组成一个围绕人体的局域网，通过无线方式进行数据传输。然而，由于网络节点的能量主要是由电池供电，而电池的能量非常有限，因此，电池的能量消耗直接决定了电池的使用寿命。通常，在无线通信系统中，能量消耗大体上可分为电路消耗的能量（即电路能耗）和在无线链路上发送无线信号消耗的能量（即传输能耗），当无线通信系统的传输距离较长时，传输能耗占主要部分；当无线通信系统的传输距离较短时，电路能耗和传输能耗可以相抗衡。目前，现有的无线通信网能耗优化方法通常将电路能耗忽略不计，只考虑传输能耗，通过降低数据的传输速率，来实现降低能耗的目的。然而，在传输距离较短的无线体域网中，由于电路能耗不能被忽略，因此在传输距离较短的无线体域网中能量消耗仍然较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术对传输距离较短的无线体域网的能量消耗改善非常小的缺陷，提供一种无线体域网的能效传输方法，有效改善无线体域网通信系统的能量消耗，提高电池的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种无线体域网的能效传输方法，包括：

根据所选择的信道、链路和调制方式，建立无线体域网通信系统的单位比特能量消耗模型；

根据传输时延、调制级数要求和最大发射功率的要求，获得传输速率的取值范围；

根据所述能量消耗模型和所述传输速率的取值范围中的最小值计算阈值距离，所述阈值距离为所述传输速率达最小值时，且系统传输能耗的增长率等于系统电路能耗的下降率时对应的传输距离；

若当前传输距离小于所述阈值距离时，根据所述能量消耗模型和所述传输速率的取值范围，采用优化算法求出最佳传输速率，并以所述最佳传输速率进行数据传输，以使在当前传输距离中系统能量消耗最小。

其中，所述建立无线体域网通信系统的单位比特能量消耗模型包括以下步骤：

根据所选择的链路，确定无线体域网通信系统的单位比特能量消耗模型的结构；

根据所选择的信道，建立所述链路的路径损耗模型；

根据所选择的调制方式和所述路径损耗模型，计算数据传输过程中系统的发射功率；

根据所述单位比特能量消耗模型的结构和所述发射功率，建立所述单位比特能量消耗模型。

其中，所述获得传输速率的取值范围包括以下步骤：

根据传输时延和调制级数要求，计算所述传输速率的最小值；

根据最大发射功率的要求，计算所述传输速率的最大值；

根据所述最小值和所述最大值，获得所述传输速率的取值范围。

其中，所述单位比特能量消耗模型为凸函数。

其中，所述信道为CM3，所述链路为上行链路，所述调制方式为MPSK调制。

相应地，本发明还提供了一种无线体域网的能效传输装置，包括：

模型建立模块，用于根据所选择的信道、链路和调制方式，建立无线体域网通信系统的单位比特能量消耗模型；

获得模块，用于根据传输时延、调制级数要求和最大发射功率的要求，获得传输速率的取值范围；

阈值计算模块，用于根据所述能量消耗模型和所述传输速率的取值范围中的最小值计算阈值距离，所述阈值距离为所述传输速率达最小值时，且系统传输能耗的增长率等于系统电路能耗的下降率时对应的传输距离；

优化模块，用于当前传输距离小于所述阈值距离时，根据所述能量消耗模型和所述传输速率的取值范围，采用优化算法求出最佳传输速率，并以所述最佳传输速率进行数据传输，以使在当前传输距离中系统能量消耗最小。

其中，所述模型建立模块包括：

确定单元，用于根据所选择的链路，确定无线体域网通信系统的单位比特能量消耗模型的结构；

第一建立单元，用于根据所选择的信道，建立所述链路的路径损耗模型；

第一计算单元，用于根据所选择的调制方式和所述路径损耗模型，计算数据传输过程中系统的发射功率；