[发明专利]一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法

说明书

本发明涉及一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法，包括以下步骤：A、分析无线体域网应用场景，确定可供选择的网络拓扑结构；B、分析信道路径损耗对数据传输的影响，获得单位时间内传感器节点的成功传输的数据量；C、计算单位时间内传感器节点的能耗，并求出传感器节点的单位比特能耗模型；D、求出传感器节点的最优发射功率；E、对同一拓扑结构中所有传感器节点应用步骤B、C和D，得到汇聚节点接收数据的单位比特能耗模型；F、对所有待选的网络拓扑结构应用步骤E，建立并分析最优汇聚节点位置模型，获得最优网络拓扑结构。采用本发明，可优化无线体域网的拓扑结构，实现提高无线体域网通信系统能效的目的。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法。

背景技术

无线体域网(Wireless Body Area Networks,WBAN)是一种位于人体附近(或体内)的短距离无线网络。IEEE802.15.6工作组将星型拓扑应用于无线体域网中，其汇聚节点唯一并且置于人体体表附近，例如腰部。传感器节点采集数据，然后发送至汇聚节点。当网络中所有传感器节点和汇聚节点直接连接的时候，网络结构为单跳星型拓扑。网络节点被放置于人体的固定位置，因此人体的运动会造成遮挡影响通信，并且人体组织结构的特异性和阴影效应也会引起信号传输过程中极大的路径损耗。

无线体域网中节点是随身携带的，有些特殊节点甚至需要植入人体内部，所以WBAN的节点都需要具备体积小、重量轻、能源有限的特点，而且不容易进行频繁的电池更换。因此节点的能耗问题一直是研究的核心问题之一。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)，其中传输能耗占主要部分。

目前针对WBAN能耗问题采取的措施主要包括物理层节能，MAC层节能和网络层节能。对于物理层节能，目前主要通过自适应功率控制和利用压缩感知技术的数据压缩等方法降低网络能耗。对于MAC层节能，目前有BSN-MAC、CA-MAC、BATMAC协议等高能效MAC协议，通过减少数据流量、减少数据冲突等方法降低网络能耗。对于网络层节能，目前有CICADA、RTT和Anybody等路由协议，通过高效的路由算法实现降低传输能耗的目的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法，通过优化无线体域网的拓扑结构，达到提高无线体域网通信系统能效的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向无线体域网的高能效拓扑结构优化方法，包括以下步骤：

A、分析无线体域网应用场景，确定可供选择的网络拓扑结构；

B、分析信道路径损耗对数据传输的影响，获得单位时间内传感器节点的成功传输的数据量；

C、计算单位时间内传感器节点的能耗，并结合在步骤B中得到的数据，求出传感器节点的单位比特能耗模型；

D、分析步骤C中的传感器节点的单位比特能耗模型，获得传感器节点的最优发射功率，以降低传感器节点的单位比特能耗；

E、对同一拓扑结构中所有传感器节点应用步骤B、C和D，得到此时汇聚节点成功接收的数据的单位比特能耗模型；

F、对所有可供选择的网络拓扑结构应用步骤E，建立并分析最优汇聚节点位置模型，从而获得最优网络拓扑结构；

作为本发明的进一步改进，所述步骤A中确定可供选择的网络拓扑结构包括以下步骤：

A1、首先根据无线体域网应用场景，确定传感器节点的种类及数目，假设无线体域网中传感器节点个数为n；

A2、由于无线体域网中的传感器节点不止一个，所以确定每个传感器节点的位置；