基于TDMA的應用于WBAN的MAC設計.pdf

1、隨著傳感器技術,無線通信技術以及微電子制造技術的發(fā)展;低功耗無線技術在越來越多的領域廣泛應用。隨著人類周邊無線設備的增加,以人體為中心的網(wǎng)絡成為了可能。無線體域網(wǎng)絡(WBAN),這種由人體相關的網(wǎng)絡元素組成的通信網(wǎng)絡,被提了出來。其最基本的應用是在醫(yī)療領域。但是對于這種網(wǎng)絡,由于節(jié)點能量極度受限(特別是植入式設備),導致了節(jié)點的通信能力及計算能力都很有限,極大的限制了該網(wǎng)絡的應用。如何降低節(jié)點能耗,延長網(wǎng)絡生存期成為了WBAN網(wǎng)絡的首要

2、目標。
　　本文研究了無線體域網(wǎng)的主要場景,分析比較了其可能的網(wǎng)絡結構。又由于傳感器節(jié)點的主要能耗都源于收發(fā)機的工作,而MAC層則主要起著調(diào)度收發(fā)機的作用。所以一個好的MAC層協(xié)議可以很好的解決終端節(jié)點空閑偵聽,信息碰撞,過偵聽等現(xiàn)象,可以極大的節(jié)省節(jié)點功耗。本文研究了IEEE802.15.6草案中給出的物理層協(xié)議。分析了國內(nèi)外針對無線體域網(wǎng)提出的MAC層協(xié)議的優(yōu)缺點,重點分析了IEEE802.15.6草案中給出的MAC層協(xié)議及一

3、種基于TDMA的復超幀結構的MAC層協(xié)議。綜合分析說明了IEEE802.15.6草案中的MAC層協(xié)議可能導致的節(jié)點功耗的浪費。為了解決能量浪費的問題,本文研究了一種有復超幀結構的M-MAC協(xié)議。本文先初步分析了該協(xié)議在節(jié)能上的可行性。接著具體說明了該復超幀結構,并通過采用時漂調(diào)節(jié)因子的變保護帶算法,針對不同的情況加入時漂調(diào)節(jié)因子調(diào)整保護帶的寬度,從而減小了保護帶與實際時漂之間的誤差。在OPNET中建立了無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡模型,其中MAC層

4、采用M-MAC協(xié)議及IEEE802.15.4草案中的MAC協(xié)議進行了對比仿真。將仿真的結構導入MATLAB繪制了對比曲線。比較了不同節(jié)點狀態(tài)下,M-MAC相對于IEEE802.15.6草案中MAC層協(xié)議在終端節(jié)點能耗上的優(yōu)勢。
　　本論文根據(jù)無線體域網(wǎng)的具體應用,分析比較得出最適合的網(wǎng)絡拓撲結構為星形拓撲結構。而根據(jù)這種網(wǎng)絡結構,我所提出的M-MAC相對IEEE802.15.6草案給出的MAC層協(xié)議,可以有效節(jié)省終端節(jié)點能耗25％