基于IEEE802.15.6的无线体域网高效节能接入机制研究

【摘要】：随着传感器技术和通信技术的飞速发展，无线传感器网络现已与医学领域紧密结合起来，以人体为主要应用载体的无线体域网越来越受到人们的关注。其主要面向医疗领域和非医疗领域的应用。虽然无线体域网与其它传统的无线网络有许多相似的挑战，但却在设计上有更高的要求。 本文从无线体域网的研究背景、现状、特点以及技术所面临的挑战出发，首先介绍了WBAN的基本结构、特点以及IEEE802.15.6标准的主要功能。其次，基于IEEE802.15.6这一专门针对无线体域网而提出的网络标准进行了分析，介绍了网络工作模式，MAC帧结构，以及信道访问机制等。在无线体域网的应用上，作为无线便携传感器节点供电方式通常为电池供电，特别针对植入式节点更换电池不易实现，因此节点的能耗非常受限，高效的能源利用率是MAC协议设计的重要组成部分。从能耗的角度出发，对基于无线电唤醒的高效节能的MAC协议进行了研究。在设计上，给节点增加一个硬件开销非常小的唤醒无线电电路，由Hub向传感器节点发送唤醒无线电信号，来唤醒有数据发送任务的节点，节点完成数据发送后继续进入休眠状态。通过唤醒电路的设计实现了一个非常小的通信开销的TDMA策略，使节点在无数据发送时处于休眠状态，避免节点的空闲侦听，降低网络能耗和网络时延。 通过分析和模拟结果对比了本文所提到的MAC协议与S-MAC、X-MAC比较在功耗和延迟上的优势，以及假设模型和实际网络性能，验证了假设模型的可行性。最后对论文进行了全面的总结，并对未来基于无线体域网的MAC协议的深入研究进行了展望。 【关键词】：无线体域网 MAC TDMA 唤醒 能耗
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 无线体域网概述10-12
• 1.3 无线体域网 MAC 协议研究现状12-14
• 1.4 课题内容安排14-16
• 2 IEEE802.15.6 标准概述16-26
• 2.1 物理层信道模型16-18
• 2.2 IEEE802.15.6 网络18-20
• 2.3 MAC 层20-24
• 2.4 影响网络性能因素分析24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 能耗分析及 MAC 节能机制26-34
• 3.1 MAC 层能耗分析26-27
• 3.2 目前已有的 MAC 协议能耗情况27-30
• 3.3 能量有效性的 TDMA 算法30-32
• 3.4 MAC 子层节能协议32
• 3.5 本章小结32-34
• 4 基于高效节能 MAC 协议设计34-49
• 4.1 无线电唤醒策略 MAC 协议概述34-35
• 4.2 采用的唤醒模块35-36
• 4.3 基于无线电唤醒模式的 MAC 协议36-37
• 4.4 系统模型和方法37-38
• 4.5 模型分析38-41
• 4.6 仿真分析41-48
• 4.7 本章小结48-49
• 5 总结与展望49-51
• 5.1 全文总结49
• 5.2 研究展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-56

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