[发明专利]一种面向无线体域网的能量效率优化方法

说明书

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能量效率优化方法。

背景技术

无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)中WBAN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。

研究结果表明，无线传感器网络节点绝大多数的能量都消耗在无线通信模块上[2]，因此优化WBAN能耗的重点在于降低通信模块的能耗。目前针对WBAN能耗问题采取的主要措施包括高能效MAC层协议的设计，数据压缩，自适应功率控制以及资源优化分配等。对于MAC层协议的设计，目前有BSN-MAC[3]，CA-MAC[4]，BodyMAC[5]，MedMAC[6]等协议，其中[3]和[4]从减少数据流量目的出发对MAC层协议进行设计，而[5]和[6]从减少数据冲突方面来对MAC层协议进行设计。对于数据压缩，是]将压缩感知理论应用到WBAN中，并提出了一种新的分布式压缩感知重构算法，为有效降低节点功耗提出了一种新的理论方法。有的书中比较了不同压缩算法下，收发信机的能耗，选取线性预测编码作为信源压缩方法，建立了WBAN生命周期的线性规划模型，并进行了优化。对于自适应功率控制，有的书中研究了人体在快走，慢走和休息三种情况下，根据信道质量变化进行功率控制的方法。有的书中将人体姿势运动利用随机线性系统建模，并通过整数高斯线性二次问题进行预测和分析，并基于RF信号强度给出WBAN中的功率控制模型框架。

此外，作为一种重要的研究趋势，资源优化分配是无线传感器网络高效传输的主要途径之一。有的书中研究了针对大范围的无线传感器网络中链路功率，链路流量，路径资源进行了优化分配，使得网络的生命周期达到最大。有的书中介绍了无线传感器网络中几种功率资源分配方法。但是由于WBAN的范围较小，往往采用单跳星型或双跳树形网络结构，因此这两种方法在WBAN并不适用。有的书中以CDMA作为多用户接入方式，研究了无线传感器网络中的功率、传输时间的资源优化分配。但是根据IEEE802.15.6建议标准，WBAN中主要采用的是TDMA接入机制。并且该方法的模型是通过迭代算法进行求解的，因此得到准最优解。有的书中研究了信道质量不同情况下基于WBAN协调器和基站之间的发射功率／速率资源分配方法，该方法仅适用于协调器和远程基站之间的通信，并不适用WBAN网络内部。

从国内外研究现状看出，目前资源优化分配方法主要针对的是通用的无线传感器网络，适用于无线体域网的方法还比较缺乏。

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资源分配优化方法，从资源分配角度出发，以系统能耗和网络生命周期为目标函数分别建立了优化模型并进行求解，从而达到最优化系统能耗效率的目的。

本发明采取的技术方案为提供一种面向无线体域网的能量效率优化方法，包括以下步骤：

A、分析体域网网络拓扑结构及路径信道损耗模型，确定工作模式；

B、建立能耗最小化模型以及网络生命周期最大化模型；

C、将能耗最小化模型以及网络生命周期最大化模型转换为几何规划问题；

D、对能耗最小化模型以及网络生命周期最大化模型进行仿真与性能分析。

作为本发明的进一步改进，所述能耗最小化模型如下：