[发明专利]无线体域网中自适应低时延媒体接入控制方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及媒体接入控制方法，具体地说是一种用于无线体域网中的媒体接入控制方法，该方法在保证分组成功地接入信道的前提下，最大限度地降低分组时延，和减少能量消耗。

背景技术

无线体域网(WBAN，Wireless Body Area Network)是以人体周围的设备，如随身携带的传感器、手表、PDA和手机等以及人体内部植入设备等为对象的无线通信网络。在近距离无线通信领域，虽然存在无线个域网WPAN技术，但体域网这一概念将近距离无线通信的传输距离规定得更短，将距离限定在人体周围。体域网技术的应用范围很广，从生理信号采集，到人体计算交互、教育以及娱乐等都有应用潜力，特别是由于WBAN在人体周围或者体表甚至体内工作，能够支持面向任何人的医疗和健康护理服务，比如配置成一个人体传感器网络来远程监测患者生命特征从而实时监测患者身体健康状况，所以这种技术在医疗应用方面有着巨大潜力，可提供更加安全的医疗服务，并降低医疗成本。

在国际标准化方面，IEEE 802标准委员会是致力于在无线通信领域推进国际标准的国际标准化组织，其IEEE 802.15集中在WPAN方面。该工作组已制订出多个无线标准，比如IEEE 802.15.1，也被称为Bluetooth，以及IEEE 802.15.4，定义的是低速WPAN标准，用于Zigbee设备，IEEE 802.15.4a是对IEEE 802.15.4的物理层的补充，使用的是超宽带UWB技术等等。也有正在制订过程中的标准，比如应用毫米波技术的高速WPAN标准IEEE 802.15.3c，适用于中国的IEEE 802.15.4c和日本的IEEE 802.15.4d，还有对IEEE 802.15.4的媒体接入控制(MAC，Medium Access Control)进行改善的IEEE802.15.4e。为了协调来自医疗和健康护理团体的强烈愿望和ICT(Information Communication Technology)工业界，IEEE 802.15工作组正式建立了第6任务组TG6，致力于WBAN的标准化工作。

从MAC协议的角度看，Bluetooth和IEEE 802.11对于WBAN的应用都显得效率低下，而普通无线传感器网络WSN也并不适合这些特殊的着重面向生物医学应用方面的WBAN。作为低功耗低速率近距离无线通信的世界标准，IEEE 802.15.4因为协议简单并被广泛应用于现有短距离通信系统中，而且相当接近WBAN对MAC协议的设计要求，可以作为无线体域网实现技术的一种备选方案。

IEEE 802.15.4是用于低速无线个域网的物理层和媒体接入控制层的规范，该标准将网络中所有无线设备从功能上划分成三类节点，即：网络协调点、协调点和普通节点，其中网络协调点为整个网络的主控节点，并且每个IEEE 802.15.4网络只能有一个网络协调点，协调点通常通过发送信标实现与周围节点的同步，且具有转发分组的功能，普通节点只具有简单的收发功能，不能进行分组的转发。全功能设备可以充当网络协调点、协调点或普通节点，然而精简功能设备只能充当普通节点。

该IEEE 802.15.4标准支持星型网和对等网两种基本的网络拓扑结构，无论采用哪类网络拓扑结构，网络均可以采用信标使能模式或无信标使能模式。如果网络当中存在周期性发送信标的节点，则称该网络为信标使能网络，否则称其为无信标使能网络。无信标使能网络没有周期性发送信标的节点，但普通节点仍然可以向其协调点发出信标请求命令，此时协调点以单播的形式向该普通节点发送信标。该标准共定义了四种MAC帧结构，即信标帧、数据帧、MAC命令帧和应答帧。其中，信标帧能够实现协调点与周围节点间的同步并对超帧结构进行相应的描述，同时普通节点可以通过信标帧识别各个网络。在该标准中，数据有三种不同的传输模式，即普通节点到协调点、协调点到普通节点以及对等节点间的业务传输，而根据不同的业务处理方式，节点间通信可以分成三类，即直接传输、间接传输和保证时隙GTS中的传输。