[发明专利]基于网络生存期最大化的体域网资源联合优化调度方法

说明书

技术领域

本发明属于无线体域网资源调度技术领域，涉及一种基于网络生存期最大化的体域网资源联合优化调度方法。

背景技术

无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)是一种以人体为中心，由若干个无线传感器节点和一个或多个协调器构成的网络，能够通过置于人体周围或人体内部的各种传感器节点对人体的一些重要生理参数进行感知和采集，继而通过无线及有线方式发送至远端服务器，实现对人体健康状态的有效监控。WBAN因其携带便捷、易于数据交互管理，近年来受到广泛关注，已被应用于军事、娱乐、消费电子、智能家居、公共服务、尤其是医疗保健等领域。

WBAN应用中各节点电池充电或节点替换较为困难，若节点因信息感知、传输、存储致使能量消耗殆尽将导致节点无法正常工作，影响网络连通性及数据传输性能，进而导致网络生存时间减少。因此，如何尽可能减少节点能耗，延长WBAN生存时间是WBAN的重要研究课题。

目前已有研究考虑通过减少节点能耗实现WBAN生存时间延长。例如有人提出了一种临时节点调度机制，以延长网络生存时间的方法，其核心思想是引入临时节点，通过调用临时节点的能量平衡网络节点能量消耗，以延长网络生存期。也有人提出了使用协作传输机制延长网络生存期的方法，若某个节点检测到其剩余能量低于能量门限值时，将向网络协调器发送中继请求消息，网络协调器为该节点选择中继协作节点，以减少源节点能量消耗，进而实现网络生存期优化。文献On Energy Efficiency of CooperativeCommunications in Wireless Body Area Networks，IEEE WCNC2011,XigangHuang,HangguanShan,andXuemin(Sherman)Shen，提出一种基于节点协作传输的WBAN功率优化分配方案，通过优化节点能耗，实现网络生存期最大化。

现有研究较为孤立地考虑节点协作传输优化或节点功率分配机制，未综合考虑节点传输机制、功率分配及网络资源利用率，难以兼顾用户QoS保障及网络资源的联合优化，无法实现网络整体性能优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于网络生存期最大化的体域网资源联合优化调度方法，该方法综合考虑节点协作机制、节点功率分配及网络时隙资源调度，基于网络生存期优化准则实现多因素的联合优化，在保证网络生存期最大化的同时实现网络资源高效利用及用户QoS保障。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于网络生存期最大化的体域网资源联合优化调度方法，在本方法中，体域网中各节点以帧为单位进行业务请求及信息传输，各帧传输时间划分为业务请求阶段和信息传输阶段；在业务请求阶段，各节点以CSMA方式接入信道，向协调器发送业务请求，协调器统一优化调度网络及节点资源，包括节点传输时隙、发送功率、中继节点；确定各节点信息传输模式、中继选择方案及功率、时隙分配策略，从而实现网络生存期的最大化及节点服务质量（QoS）保障。

进一步，协调器基于网络生存期最大化准则为各发送节点优化选择传输机制，各源节点采用直传或中继协作方式之一进行通信，定义优化变量i＝1,2,…,N，其中，N为网络中节点总数，表示节点i与协调器之间采用直传模式进行信息传输，表示节点i采用中继协作模式传输信息至协调器；协调器为各源节点优化确定对应节点最佳传输模式。