發(fā)布時(shí)間：2018-04-09 12:31

  本文選題：無線體域網(wǎng)　切入點(diǎn)：能量采集技術(shù)　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：無線體域網(wǎng)是以人體為中心,由若干低功耗、微型、智能的節(jié)點(diǎn)和一個(gè)協(xié)調(diào)器組成的人體范圍內(nèi)的無線通信系統(tǒng),它在多個(gè)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用,比如,醫(yī)療監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)檢測等。無線體域網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)電池容量小且部分電池難以充電,于是能量采集技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。能量采集技術(shù)通過從周圍環(huán)境采集能量,使得無線體域網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)可以擁有更長的生存周期。然而,由于能量采集過程的隨機(jī)性以及無線體域網(wǎng)中的信道遮蔽效應(yīng)的影響,在無線體域網(wǎng)中考慮能量采集技術(shù)并保證數(shù)據(jù)的有效傳輸和不同節(jié)點(diǎn)差異化的服務(wù)質(zhì)量需求仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的問題。為了在無線體域網(wǎng)中考慮能量采集技術(shù)的影響并且提升在基于能量采集技術(shù)的無線體域網(wǎng)的性能,本文著眼于無線體域網(wǎng)中的MAC(Media Access Control)協(xié)議,考慮能量采集和無線體域網(wǎng)的特點(diǎn)對MAC協(xié)議進(jìn)行分析和設(shè)計(jì):(1)本文建立相關(guān)的系統(tǒng)模型,包括能量到達(dá)模型、節(jié)點(diǎn)模型,在此系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,考慮在有能量采集的條件下的MAC協(xié)議分析。本文著重考慮的是進(jìn)行基于能量采集技術(shù)的 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)的協(xié)議分析,根據(jù)能量到達(dá)的過程和MAC協(xié)議過程建立相應(yīng)的馬爾科夫鏈分析模型,分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)概率,計(jì)算出相應(yīng)的系統(tǒng)性能表達(dá)公式。實(shí)驗(yàn)仿真將分析結(jié)果和理論結(jié)果對比,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。(2)進(jìn)一步考慮無線體域網(wǎng)和能量采集的特點(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)由于無線體域網(wǎng)中特有的動(dòng)態(tài)鏈路特性和節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性,以及能量采集的隨機(jī)性,使得前面單獨(dú)的CSMA/CA協(xié)議并不能很好的適應(yīng)于基于能量采集的無線體域網(wǎng)。于是本文在原有的協(xié)議中加入了 TDMA(Time Division Multiple Access)協(xié)議,設(shè)計(jì)了一個(gè)混合的MAC協(xié)議。設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是提高基于能量采集的無線體域網(wǎng)的性能,保證不同數(shù)據(jù)的差異化服務(wù)需求。仿真表明,設(shè)計(jì)后的協(xié)議相比于沒有設(shè)計(jì)的協(xié)議能夠有效提高數(shù)據(jù)的傳輸量,同時(shí)滿足了不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的差異化傳輸需求。
[Abstract]:Wireless body-area network (WSNs) is a human-body wireless communication system consisting of a number of low-power, micro-, intelligent nodes and a coordinator. It has important applications in many fields, such as medical monitoring, motion detection and so on.The node battery capacity in wireless body area network is small and some batteries are difficult to charge, so energy acquisition technology emerges as the times require.By collecting energy from surrounding environment, energy acquisition technology enables nodes in the wireless body area network to have a longer life cycle.However, due to the randomness of the energy acquisition process and the influence of the channel shadowing effect in the wireless body area network,It is still a serious problem to consider the energy acquisition technology and ensure the effective transmission of data and the different QoS requirements of different nodes in wireless body area networks.In order to consider the influence of energy acquisition technology in wireless body area network and improve the performance of wireless body area network based on energy acquisition technology, this paper focuses on the MAC(Media Access control protocol in wireless body area network.Considering the characteristics of energy acquisition and wireless body area network (WLAN), the MAC protocol is analyzed and designed. (1) in this paper, the related system models are established, including the energy arrival model, the node model, and the system model.The MAC protocol analysis under the condition of energy acquisition is considered.This paper focuses on the protocol analysis of CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision void based on energy acquisition technology. According to the process of energy arrival and MAC protocol, the corresponding Markov chain analysis model is established to analyze the steady-state probability of the system.The corresponding system performance expression formula is calculated.The experimental results are compared with the theoretical results to verify the accuracy of the model. (2) further considering the characteristics of wireless body area network and energy acquisition, we find that due to the unique dynamic link characteristics and node heterogeneity in wireless body area network,As well as the randomness of energy acquisition, the previous single CSMA/CA protocol is not very suitable for the wireless body area network based on energy acquisition.So this paper adds TDMA(Time Division Multiple access protocol to the original protocol and designs a hybrid MAC protocol.The main goal of the design is to improve the performance of the wireless body-area network based on energy acquisition, and to ensure the differential service requirements of different data.Simulation results show that the proposed protocol can effectively increase the amount of data transmission and meet the requirements of differential transmission of different priority data.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN92

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本文編號：1726461