無線體域網(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)和計算機技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在21 世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。WSN 在醫(yī)學(xué)人體生理特征監(jiān)控、無線智能位置定位等領(lǐng)域的應(yīng)用，逐漸引申出了無線體域網(wǎng)（WBAN）的研究。IEEE 802.15 工作組TG6 正在定義的無線體域網(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)點能量受限，節(jié)

2、能問題成為了WBAN 中首要考慮的問題，因此本文的研究主要圍繞WBAN 中的能量有效性問題展開。 WBAN的通信過程消耗了大量的能量。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，通信過程涉及通信路徑和通信內(nèi)容兩方面，因此可以通過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)容來有效的解決WBAN的能量受限問題，這也就是本文的兩個研究方向：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，提出了無線體域網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo)以及研究方向。 其次，通過研究現(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NS-2的仿真結(jié)果表明，EE-DSR 在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點個數(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)中第一個節(jié)點的死亡時間；通過對特殊業(yè)務(wù)節(jié)點的考慮，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，這樣的方案帶來了網(wǎng)絡(luò)的時延問題，但最大的時延仍然符合應(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，因此本文的另一項工作是通過數(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浴１疚姆謩e就高速和低速兩種數(shù)據(jù)處理情況展開討論。具體而言，文章針對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H.264的數(shù)據(jù)分割功能，對不同重要性的數(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，文章針對以常見的心電信號為代表的低速醫(yī)學(xué)業(yè)務(wù)，分析討論了心電信號的預(yù)處理、QRS 波檢測、特征參數(shù)提取等過程，然后根據(jù)現(xiàn)有的語音編碼中使用的代數(shù)碼本預(yù)測的思想，對心電信號的處理過程進(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)模塊的硬件方案實現(xiàn)分析。根據(jù)所選方案設(shè)計