无线体域网中数据可靠性传输策略的研究

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在21世纪,无线通信技术的高速发展,已经渗透到人们生活工作的方方面面。传感器技术的突飞猛进,使得高性能、低功率、小型化的传感器实现成为可能,加以人们对自身健康的关注程度不断提高,无线体域网(Wireless Body Area Networks, WB AN)应运而生。基于无线体域网的远程医疗,远程监护等电子健康应用能提供有效实时的,低成本,便捷的方式解决这类健康问题,同时也缓解了公共医疗系统的压力,使得医疗资源能合理分配,在解决人类健康问题方面具有重要作用。然而无线体域网也面临着诸多挑战,节点能量受限与流量动态变化,更为突出的是无线体域网节点间通信受到信道影响尤为明显,人体组织对电磁波能量吸收,人体运动、姿势变化引起的阴影效应等带来的信道衰落严重影响着数据传输,所以兼顾能耗与节点速率变化,解决无线体域网数据可靠性传输是一个重要的问题。本文从无线体域网面临的挑战出发,对数据传输策略进行设计,确保传输策略的可靠性与高效性:(1)首先我们从降低丢包率的角度来解决可靠性传输问题。在充分考虑了无线体域网的信道特性后,我们设计了基于时隙分配和中继的混合传输策略,在单跳通信层面,我们依据信道信息对传输进行调度控制以使它的传输可靠性获得保证;而在单跳层面不能解决的问题,我们则可以使用两跳传输,依据信道信息动态选择节点作为中继转发数据,从单跳与两跳通信两个层面对传输进行调节,以此获得更为鲁棒的可靠性传输策略。传输策略底层接入信道的机制采用了具有动态时隙分配功能的TDMA机制,TDMA本身具有能效高的特点,而且时隙动态分配能够满足节点速率的变化。而且策略中动态选择中继节点也降低了能耗,仿真结果表明我们提出的策略降低丢包率,能够提供更可靠的数据传输。(2)丢包在网络传输中是不可避免的,在丢包情况下如何克服丢包带来的影响,是提高数据传输可靠性的新思路,也是我们接下来要研究的。我们基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)技术的特性,提出了CS信号传输模型,对信号分段压缩然后传输,使用冗余方法控制发送端测量数目尽量减小丢包带来的影响。之后鉴于增加冗余缩短网络生命周期不适合于中继传输模型,又提出中继融合策略,将能耗分担出来,它能够以较小的测量数目提供很高的信号重构精度。仿真表明中继融合方法能够提供很高的信号重构精度,极大的降低了丢包带来的影响。更为重要的是研究点一与研究点二可以相互配合使用,对于单跳通信配合冗余方法,而中继通信则配合中继融合方法,这样两种策略相互配合提供高可靠性数据传输。
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