[发明专利]一种体域网中高可靠低延时的数据传输方法

说明书

本发明公开了一种体域网中高可靠低延时的数据传输方法，包括以下步骤：S1、根据节点新旧数据帧的个数及信道模型计算每个节点的节点采样时刻；S2、根据节点当前分配的时隙段及信道模型计算每个节点的节点数据帧长度；S3、在节点采样时刻按照节点数据帧长度将采样数据封装为数据帧，将数据帧发送给本地处理单元。本发明给出的数据帧长度的确定方案在传输等量业务数据的情况下消耗更少的时隙，因此时隙利用率和平均交付概率较高，在信道条件较差的时候优势更加明显。

技术领域

本发明涉及体域网技术领域，具体涉及一种体域网中高可靠低延时的数据传输方法。

背景技术

无线体域网是指以人体为中心，由本地处理单元(手机、手环等智能终端)和分布在人体表面或是人体内的无线传感器组成的无线传感器网络。通常本地处理单元和普通传感器节点经过单跳通信直接进行数据传输，形成星形网络。传感器节点收集人体各个部位的信息，然后传输给本地处理单元进行处理和显示或者进一步传输给远端处理中心。

由于无线体域网本身的特殊性，其通信协议的研究正面临一些挑战。首先，人体对电磁波信号的阻挡和吸收会造成无线体域网的信道的深衰落，体表信道的深衰落时间长达400ms，这一数值远远高于传统的无线传感器网络。其次，由于人体的运动，无线体域网的网络环境和业务需求也处于动态变化之中。例如，当心脏病人在激烈运动时，与该运动比较相关的数据(比如心电图)应该拥有更低的传输时延和丢包率。此外，由于传感器节点通常佩戴在人体上，其体积大小及电池容量有着很严格的限制，所以无线体域网是一种能量极度受限的系统。最后，由于传感器节点的处理能力较弱，因此，一般来讲，复杂的计算任务应该由本地处理单元进行，而传感器节点只负责简单的采集和传输任务。

无线体域网的MAC协议通常分为三类：基于时分复用、基于竞争以及混合型的MAC协议。基于时分复用的MAC协议把时间分为大小相同的时隙，不同的节点获得不同的时隙。节点在属于自身的时隙开始时唤醒并传输数据，在其他时隙进入睡眠状态。这种机制能够避免冲突，而且由于引入待机状态也减少了能耗，但是由于信道状况的动态变化以及不同节点业务需求的多样性，因此对时隙分配策略提出了很高的要求。基于竞争的MAC协议不会对资源进行统一分配，而让节点采用一定机制，通过竞争的方式获得共享信道资源。这种机制有很好的拓展性，但是，高度相关的数据同时传输会引入大量的冲突。混合型的MAC协议同时使用了基于时分复用和竞争的机制，但是往往太过复杂。

在目前，已经有一些MAC层数据传输策略的研究。例如有方案对传感器节点的QoS约束和能量约束进行建模，给出了成本的定义，并提出了一种时隙分配以及传输功率和传输速率调整方案，以最小化所有节点的总成本。但协议交互过程中存在不足之处，导致节点的等待时延较长，系统的时延性能不高。

有研究者对传感器节点的优先级与效用函数进行建模，并根据为优先级较高的节点分配信道条件较好的传输时隙段以及更多的时隙个数，以最大化所有节点的总效用。虽然上述方法能够实现根据信道状态变化动态调整时隙分配，获得较大效用值，但是低优先级节点由于所处信道条件较差，往往需要耗费很多时隙才能将其数据帧传输成功，总体交付概率和时隙利用率不高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种体域网中高可靠低延时的数据传输方法解决了所有节点的总成本较高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种体域网中高可靠低延时的数据传输方法，包括以下步骤：

S1、根据节点新旧数据帧的个数及信道模型计算每个节点的节点采样时刻；

S2、根据节点当前分配的时隙段及信道模型计算每个节点的节点数据帧长度；

S3、在节点采样时刻按照节点数据帧长度将采样数据封装为数据帧，将数据帧发送给本地处理单元。

进一步地：所述步骤S1中节点采样时刻的计算方法为：