[发明专利]一种基于随机几何的无线体域网共存的能量效率优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线体域网络(WBAN)领域，具体涉及一种基于随机几何的无线体域 网共存的能量效率优化方法。

背景技术

近年来，中国人口老龄化的进程明显加快，随着人口老龄化现象日趋严重,远程 医疗服务逐渐受到人们的关注。无线体域网作为远程医疗服务的核心技术，有望 在养老和健康监测方面改善传统医疗模式，形成居家养老或社区养老的模式。 无线体域网是附着在人身体上的一种无线网络,它由一套监测人体相应生理或物 理参数的传感器节点和一个协调器组成。一般情况下，一个使用者对应一个无线 体域网络，由于人的移动性，例如在集中病房、养老院、超市等一些公共场所时， 体域网共存的密度可能变得很大，由于这些随机分布的独立无线体域网之间缺少 协调，而且频谱资源有限，相互体域网之间存在着资源竞争，相互干扰，从而影 响无线通信的可靠性、能效和频效。如何有效缓和WBAN网络共存之间的干扰和 提高网络的吞吐量成为一个非常重要的问题。

由于WBAN这种微型网络中传感器节点体积小且由电池供电，为了达到长期监 测的目的，所以能量在体域网中是最宝贵的资源，而影响节点功耗的主要是其发 射功率，在节点总功耗中可占70％。在多个无线体域网络共存的情况下，由于网 络共存的密度不同，多个WBANs之间的干扰和信道衰减情况，在能保证接收节点 能正确接收的前提下，发送节点传输功率值是不同的，而且是受邻居节点的影响 最大。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种采用随机几何建立模型，通过优化 传输功率来提高系统能量效率的方法，并在能效最大的时候，得出共存网络的最 优共存密度的基于随机几何的无线体域网共存的能量效率优化方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于随机几何的无线体域网共存的能量效率优化方法，包括如下步骤：

a)采用随机几何方法建立泊松点过程模型，每个WBAN由一个中心节点和n个采 集节点构成，并形成星型拓扑网络结构，按照公式 计算有界集合G中n个采集节点服从均值 λ_p|G|的泊松分布，其中e为自然底数，|G|为勒贝格测度，λ_p是节点分布密度；

b)根据公式计算节点的发送功率的概率密度f(p)，其中p_t为节点的传输功率值，η为信道 衰减指数值，h为小尺度功率衰落因子，D为距离最近的两个邻居节点之间的距 离，r为最近的两个邻居节点形成最小圆的半径；

c)根据公式计算发送成功 概率P_s，其中N₀为噪声功率，β为能正确接收到信号的最小功率值，r₀为收发 节点之间的距离，μ为指数分布的参考值；

d)根据公式计算节点的能量效率ηEE，其中R为无线传输速 率，P_c为电路消耗功率，ξ取值为1.4，ζ为无线节点功率放大器的效率。

本发明的有益效果是：通过分析网络共存中传输功率和能量效率的关系，能够在 无线网络共存设计中更好地提高系统的能量效率，达到减少干扰提高网络通信可 靠的目的。

附图说明

图1为邻居节点分布模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步说明。

一种基于随机几何的无线体域网共存的能量效率优化方法，包括如下步骤：

a)首先采用随机几何方法建立泊松点过程(PPP)模型，每个WBAN由一个中心 节点和多个采集节点组成，是星型拓扑网络结构，当多个WBANs在一起，构成了 网络共存，每个WBAN由一个中心节点和n个采集节点构成，并形成星型拓扑网 络结构，按照公式计算有界集合G中n个采集 节点服从均值λ_p|G|的泊松分布，其中e为自然底数，|G|为勒贝格测度，λ_p是节 点分布密度。信道衰减模型为：P_thd^-η，h为小尺度功率衰落因子，服从指数为 1/μ的指数分布h～Exp(μ)，η为信道衰减指数值，P_t为节点的传输功率值，d为 收发节点之间的距离。