[发明专利]基于多信道的无线体域网MAC协议、通信方法及系统

说明书

基于多信道的无线体域网MAC协议，超帧包括依次进行的活跃期和休眠期，活跃期中依次进行信标阶段、初始信道分配阶段、信道选择阶段和数据传输阶段；在信标阶段，协调器完成与无线传感器节点之间的网络同步；在初始信道分配阶段协调器将所有可用信道分类为一个管理信道和若干个数据信道，并且协调器为每个无线传感器节点分配一个数据信道作为初始信道，不同无线传感器节点的初始信道相互独立或者相互重合；在信道选择阶段，无线传感器节点基于初始信道状态和数据优先级选择一个数据信道用于进行数据传输；在数据传输阶段，无线传感器节点通过已选择的数据信道进行数据传输。本发明显著改善了网络在网络时延、平均能耗和归一化吞吐量方面的性能。

技术领域

本发明涉及无线体域网领域，具体的说是基于多信道的无线体域网MAC协议、通信方法及系统。

背景技术

随着全球老龄化现象的加剧以及科技水平的快速发展，人们生活水平得到很大提高，更加看重自身的健康问题，对于医疗服务的需求明显增加，远程医疗越来越得到人们的青睐。无线体域网通过一些置于人体表面或内部的传感器采集处理人体生理数据，来监测人体身体情况，对于远程医疗有很大的应用价值，此外也广泛应用于军事、娱乐、体育、智能家居等。

能耗和延时一直是设计无线体域网MAC协议关注的重要性能指标。由于单信道不适用于大数据流量的情况，且无法平衡能耗和时延的矛盾，因此专家学者们研究了一些多信道MAC协议，且已经验证了具有良好的网络性能。

文献“Shi Y,Sun H,Sheng M,et al.Constructing a Robust Topology forReliable Communications in Multi-Channel Cognitive Radio Ad Hoc Networks[J].IEEE Communications Magazine,2018,56(4),172-179.”在认知无线电网络中提出基于底层模式的分布式K信道连通性算法，能够在满足k通道连通性和无冲突特性的同时，最大限度地减少了所需信道数。

文献“ZhangR,MounglaH,YuJ,etal.MultichannelBroadcastinDuty-CyclingWBANs viaChannelHopping[J].IEEE InternetofThings Journal,2017,4(6):2351-2361.”中针对多信道轮休的无线体域网中的广播问题，即接收器需要将控制信息广播到人体上或植入人体内的所有传感器节点，设计了新的二维调度方案，详细说明了信道跳频和唤醒时隙的选择规律，在保证充分广播分集的同时，不考虑时钟漂移、不对称占空比和信道感知，实现了最坏情况下的广播延时。

文献“Zhang L,Gao S,Wei K,et al.Multi-channel allocation algorithmbased on congestion avoidance in wearable wireless sensor network[C].Wirelessand Optical CommunicationConference.IEEE,2018:1-5.”提出了基于拥塞避免(MACA)的多通道分配算法，以减少节点之间的干扰，延长可穿戴无线传感器网络的工作寿命。该算法通过比较不同信道上各节点的传输容量来感知不同信道的拥塞度，从而选择最合适的数据传输信道。该算法减少了信道选择冲突，并尽可能地提高了整个网络的吞吐量。

文献“[10]AlrajehNA,Khan S,Campbell C E,et al.Multi-channel frameworkforbody area network in health monitoring[J].Applied Mathematics InformationSciences,2013,7(5):1743-1747.”提出新颖的多无线电多通道框架，采用多频段的方式来提高网络吞吐量，减少端到端延迟。