無(wú)線體域網(wǎng)環(huán)境中的路由協(xié)議與數(shù)據(jù)融合研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在21 世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。WSN 在醫(yī)學(xué)人體生理特征監(jiān)控、無(wú)線智能位置定位等領(lǐng)域的應(yīng)用，逐漸引申出了無(wú)線體域網(wǎng)（WBAN）的研究。IEEE 802.15 工作組TG6 正在定義的無(wú)線體域網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處，但是由于人體介質(zhì)的引入，以及醫(yī)學(xué)應(yīng)用的特殊性，使得此種網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)又有顯著的區(qū)別。 由于醫(yī)學(xué)傳感器的節(jié)點(diǎn)能量受限，節(jié)

2、能問(wèn)題成為了WBAN 中首要考慮的問(wèn)題，因此本文的研究主要圍繞WBAN 中的能量有效性問(wèn)題展開(kāi)。 WBAN的通信過(guò)程消耗了大量的能量。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，通信過(guò)程涉及通信路徑和通信內(nèi)容兩方面，因此可以通過(guò)研究如何選擇高效的通信路徑和盡量減少不必要的通信內(nèi)容來(lái)有效的解決WBAN的能量受限問(wèn)題，這也就是本文的兩個(gè)研究方向：路由協(xié)議與數(shù)據(jù)融合。 首先，本文研究了WBAN 與其他自組織網(wǎng)絡(luò)的不同，重點(diǎn)分析了WBAN 在信道傳播模型、受

3、人體影響、業(yè)務(wù)類型以及特殊業(yè)務(wù)需求等方面的特點(diǎn)，提出了無(wú)線體域網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及研究方向。 其次，通過(guò)研究現(xiàn)有的路由協(xié)議算法，結(jié)合WBAN 受信道影響、節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)類型需求等特征，提出了能量有效的路由協(xié)議EE-DSR。通過(guò)NS-2的仿真結(jié)果表明，EE-DSR 在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)中等或較大的情況下，可以有效地選擇節(jié)省能量的路徑，提高了網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的死亡時(shí)間；通過(guò)對(duì)特殊業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的考慮，充分利用了網(wǎng)絡(luò)中的剩余能量，提高網(wǎng)絡(luò)的生存周期。仿真也

4、表明，這樣的方案帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延問(wèn)題，但最大的時(shí)延仍然符合應(yīng)用的需求。 再次，由于和信息處理相比，比特的發(fā)送（或接收）需要占據(jù)大量的能量消耗，因此本文的另一項(xiàng)工作是通過(guò)數(shù)據(jù)融合的方法，盡量減少冗余信息的發(fā)射，提高傳輸?shù)挠行?。本文分別就高速和低速兩種數(shù)據(jù)處理情況展開(kāi)討論。具體而言，文章針對(duì)以視頻為代表的高速碼率業(yè)務(wù)，利用信源信道聯(lián)合編碼的概念，通過(guò)H.264的數(shù)據(jù)分割功能，對(duì)不同重要性的數(shù)據(jù)采用不同的保護(hù)策略，并根據(jù)信道的反饋信

5、息，調(diào)整編碼策略、網(wǎng)絡(luò)打包器的打包方式以及發(fā)射功率和發(fā)射時(shí)間，從而最大限度地減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省能量消耗。此外，文章針對(duì)以常見(jiàn)的心電信號(hào)為代表的低速醫(yī)學(xué)業(yè)務(wù)，分析討論了心電信號(hào)的預(yù)處理、QRS 波檢測(cè)、特征參數(shù)提取等過(guò)程，然后根據(jù)現(xiàn)有的語(yǔ)音編碼中使用的代數(shù)碼本預(yù)測(cè)的思想，對(duì)心電信號(hào)的處理過(guò)程進(jìn)行了細(xì)節(jié)研究。 最后，本文根據(jù)這些業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件處理框架，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了業(yè)務(wù)模塊的硬件方案實(shí)現(xiàn)分析。根據(jù)所選方案設(shè)計(jì)