基于ieee802.15.6的wbanmac協(xié)議研究與應(yīng)用

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（全日制專業(yè)學(xué)位碩士）（全日制專業(yè)學(xué)位碩士）題目基于IEEE802.15.6的WBANMAC協(xié)議研究與應(yīng)用（英文）（英文）ResearchApplicationonMACProtocolfWBANBasedonIEEE802.15.6研究生學(xué)號(hào):1208520305研究生姓名:王曉輝指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):莫太平副教授申請(qǐng)學(xué)位門類:工程碩士學(xué)科、?？啤I(yè)名稱:儀器儀表工程提交論文日期:20

2、15年4月論文答辯日期:2015年6月摘要I摘要無線體域網(wǎng)，一種以人體為中心的低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、娛樂、軍事、體育鍛煉等領(lǐng)域。目前，WBAN技術(shù)發(fā)展尙不成熟，且面臨著一系列難題。由于體域網(wǎng)的通信信道易受人體姿態(tài)及姿態(tài)變化快慢的影響，造成一定程度的陰影效應(yīng)。因此，WBAN的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量無法得到有效保障；同時(shí)，體域網(wǎng)中傳感器節(jié)點(diǎn)尺寸受限，且僅能依靠能量有限的電池供電，因此在針對(duì)WBAN的研究中，必須保證節(jié)點(diǎn)較高的能量利用

3、效率?？紤]到以上對(duì)體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)特性的分析，設(shè)計(jì)高能效的MAC協(xié)議來改善WBAN中節(jié)點(diǎn)的生存狀況至關(guān)重要，而且選擇何種類型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信方式，也會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)生存期產(chǎn)生一定的影響。本文針對(duì)WBAN中節(jié)點(diǎn)的傳輸特性，對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸策略展開了深入地研究：（1）首先介紹了IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)MAC層、物理層及通信信道的特征描述，并討論了IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)中定義的數(shù)據(jù)速率、距離、頻率等。此外，對(duì)IEEE802.15.4和15.6

4、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析、對(duì)比，并提出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中訪問機(jī)制及MAC幀格式的差異性。IEEE802.15.4是針對(duì)個(gè)域網(wǎng)提出的，主要應(yīng)用于低數(shù)據(jù)速率、低能耗、及低成本場(chǎng)合；而IEEE802.15.6則是首個(gè)針對(duì)WBAN提出的國(guó)際共用標(biāo)準(zhǔn)。（2）針對(duì)WBAN中節(jié)點(diǎn)類型的差異，導(dǎo)致流量需求的不同，提出一種可以應(yīng)對(duì)WBAN中不同類型的流量需求的柔性MAC協(xié)議EMAC。在EMAC協(xié)議中，依據(jù)QoS要求進(jìn)行了流量的分類，并且介紹了一種新穎的超幀結(jié)構(gòu)來避免包

5、沖突，空閑偵聽和過偵聽等。此外，提出了一種獨(dú)特的緊急事件處理機(jī)制來確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)以最低的時(shí)延和最高可靠性進(jìn)行傳輸。并利用公式對(duì)協(xié)議的性能作了分析對(duì)比。（3）在WBAN網(wǎng)絡(luò)中，由于體內(nèi)節(jié)點(diǎn)更換困難的特殊性，解決其能耗需求至關(guān)重要。本文提出一種針對(duì)體內(nèi)節(jié)點(diǎn)的新型WBAN技術(shù)方案—將HBC技術(shù)與MICS頻段結(jié)合應(yīng)用到了WBAN中；并提出了一種應(yīng)用于WBAN的新型網(wǎng)絡(luò)—即具有自適應(yīng)性的基于中繼的兩跳星型網(wǎng)絡(luò)及基于TDMA的中繼MAC協(xié)議。仿真結(jié)果

6、較好地體現(xiàn)了該方案對(duì)體內(nèi)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)生存期的改善。（4）考慮到穿戴式設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了人體通信場(chǎng)景中的MAC協(xié)議，并定制了針對(duì)該系統(tǒng)的信息幀結(jié)構(gòu)；為了降低系統(tǒng)功耗，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三種工作模型。結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠快速完成信息交互，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)率達(dá)到200Kbps，誤碼率亦趨近108，為IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)MAC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)奠定了良好基礎(chǔ)，進(jìn)一步推動(dòng)WBAN技術(shù)趨向成熟。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：無線體域網(wǎng)；無線體域信道；能量效率；中繼傳輸；人體通信