一種基于超幀活躍期交叉的無線體域網(wǎng)共存方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及無線體域網(wǎng)共存的實現(xiàn)方法，具體為一種基于超 幀活躍期交叉的無線體域網(wǎng)共存方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線體域網(wǎng)是基于無線傳感網(wǎng)的，泛在網(wǎng)絡的一個重要組成部分，由可植入人體 內(nèi)的、穿戴在身體上的以及分布在人體周圍的傳感器和智能終端組成的通信網(wǎng)絡，主要通 過收集、傳送以及分析處理人體的生理數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能感知和遠程監(jiān)控等功能。 體域網(wǎng)在遠程診斷、醫(yī)療保健、社區(qū)醫(yī)療以及特殊人群監(jiān)護等領(lǐng)域的應用有著十分重要的 意義和巨大的需求，并日漸成為研究和應用的熱點。體域網(wǎng)除了應用于醫(yī)療保健、特殊人群 監(jiān)護和健康恢復等方面外，還可廣泛地應用于電子信息、娛樂業(yè)、體育運動、環(huán)境智能、軍事 安全和社會公共等領(lǐng)域。
[0003] 考慮能源消耗、成本、網(wǎng)絡帶寬、存儲和計算資源等方面的特征，設(shè)計高效的BAN 是一項非常復雜的任務。而且，網(wǎng)絡運行時出現(xiàn)的狀況如節(jié)點故障、網(wǎng)絡干擾等會影響B(tài)AN 的效率和可靠性。特別是，相鄰BANs之間的干擾會嚴重導致BAN的性能和效率下降。
[0004] 當體域網(wǎng)應用于醫(yī)院、社區(qū)等場合時用于健康醫(yī)療監(jiān)護時，在一定的范圍內(nèi)會存 在多個共存的BANs。當兩個或者更多的相鄰的BANs工作在同一信道時，會導致不同BANs 的活躍期發(fā)生重疊，相鄰BANs產(chǎn)生干擾，從而影響每一個BAN的正常通信。
[0005] 為了解決相鄰BANs之間的干擾問題需要預先分配給每個BAN-個單獨的信道， 把受干擾的BANs切換到正確的信道來實現(xiàn)，即采用信道切換技術(shù)。在2. 4GHz頻段，IEEE 802. 15.6非重疊的信道數(shù)量有限，且信道的中心頻率間隔為1MHz，在一定的范圍內(nèi)，除了 存在很多的BANs時，還要考慮到其它短距離無線通信技術(shù)如IEEE802. 11 (WiFi)或者藍牙 的影響，由于它們具有較大的信道頻寬，會減少無干擾信道的數(shù)量。所以當網(wǎng)絡中無干擾的 信道的數(shù)量小于存在的BANs的數(shù)量或者沒有空閑信道時，信道切換則不能使用。
[0006] 為了解決無線體域網(wǎng)共存的問題，應采用一種有效、靈活的方法。本文采用交錯相 鄰BANs的超幀活躍期的方法，一個BAN向另一個BAN發(fā)送超幀活躍期交叉請求，用于請求 交錯它的超幀活躍期；另一個BAN的hub在接收到請求后，結(jié)合自身網(wǎng)絡的信標周期（超 幀）長度和非活躍期以及待請求的BAN的優(yōu)先級決定發(fā)送超幀活躍期交叉響應幀決定是否 同意此請求；如果另一個BAN的hub接受了此請求，則請求超幀活躍期交叉的BAN的hub應 該調(diào)整它的信標周期（超幀）邊界和非活躍期，以獲得它所請求的超幀活躍期交，有效地解 決了無線體域網(wǎng)之間的干擾問題。
[0007] 在上海交通大學被受理的名為"無線傳感器網(wǎng)絡的自適應抗干擾方法"的專利 (申請?zhí)?：201110217632.X)中，提出了根據(jù)節(jié)點狀態(tài)、抗干擾代價，應用馬爾可夫決策過程 生成相應的策略，無線傳感器網(wǎng)絡自適應地選擇抗干擾方法，從而在保證通信質(zhì)量的同時， 最大程度地減少網(wǎng)絡的能耗，以優(yōu)化網(wǎng)絡性能。該方法包括增大網(wǎng)絡中節(jié)點的信號發(fā)射功 率、切換信道等，而無線體域網(wǎng)主要應用于醫(yī)療領(lǐng)域用做對人體健康信息的檢測和監(jiān)護，從 人體安全的角度，需要降低體域網(wǎng)節(jié)點的發(fā)射功率，使人體的電磁輻射吸收率SAR滿足相 關(guān)法規(guī)的限定值；并且切換信道用于解決相鄰體域網(wǎng)之間的干擾問題時會存在很大的局限 性。
[0008] 在上海交通大學被受理的名為"基于博弈論的無線傳感器網(wǎng)絡對抗干擾的方法" 的專利（申請?zhí)?201110087151. 1)中，從網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芎屯ㄐ殴?jié)點的能量出發(fā)， 結(jié)合博弈論的思想，實現(xiàn)減少惡意干擾對網(wǎng)絡所造成破壞，從而在一定程度上保證傳感器 網(wǎng)絡在干擾條件下的較高的數(shù)據(jù)傳輸性能。該方法需要在傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)均勻地 部署一定數(shù)量的無線傳感器監(jiān)測節(jié)點，還要求網(wǎng)絡中所有的節(jié)點都是靜止不動的，但是，使 用額外的監(jiān)測節(jié)點會相應地增加解決相鄰體域網(wǎng)之間干擾問題的復雜性；而且無線體域網(wǎng) 絡中大多數(shù)傳感器節(jié)點不是固定不動的。
[0009] 本發(fā)明針對工作在同一信道的相鄰BANs之間的干擾問題，為了確保BAN的性能和 可靠性，提出了一種基于超幀活躍期交叉技術(shù)的技術(shù)方法，解決了其他技術(shù)用于處理相鄰 BANs干擾時由于外界條件無法得到滿足不能使用或者帶來過高的能量消耗等問題；通過 交錯相鄰BANs的超幀活躍期，可以有效地避免它們活躍期的重疊，減少甚至消除相鄰BANs 之間的干擾，實現(xiàn)BAN可以和一個或者更多的其他BANs分享同一個運行信道；極大地增加 了對網(wǎng)絡信道的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種在保證網(wǎng)絡能量消耗增加可以接受的前提下， 通過交錯相鄰體域網(wǎng)的超幀活躍期，最大限度的減少，并可能消除單一信道相鄰體域網(wǎng)之 間的干擾問題，實現(xiàn)多網(wǎng)共存的基于超幀活躍期交叉的無線體域網(wǎng)共存方法，本發(fā)明的技 術(shù)方案如下：一種基于超幀活躍期交叉的無線體域網(wǎng)共存方法，其包括以下步驟：
[0011] 101、某區(qū)域內(nèi)存在一個體域網(wǎng)BAN1，體域網(wǎng)BAN2隨后加入該區(qū)域，且體域網(wǎng) BAN1和體域網(wǎng)BAN2處于相鄰位置并且工作在同一信道時，選定體域網(wǎng)BAN1作為主參考 網(wǎng)絡，選定第二個加入此區(qū)域的體域網(wǎng)BAN2作為副參考網(wǎng)絡，記體域網(wǎng)BAN2的身體主站 hub，記為hub2,偵聽并解析BAN1的獲取體域網(wǎng)BAN1當前的本地時間^和超幀結(jié)構(gòu)信 息，得到體域網(wǎng)BAN1的超幀符號（SO)i的值；
[0012] 102、讀取體域網(wǎng)BAN2當前的時間，計算當前超幀信標發(fā)送的時間t2，通過心和 t2計算出兩個網(wǎng)絡在同一信標周期發(fā)送信標幀的時間差值t，判斷時間差值t是否小于體 域網(wǎng)BAN1的身體主站hub1的活躍期結(jié)束的時間，若是，則跳轉(zhuǎn)至步驟104,否則跳轉(zhuǎn)至 步驟103,結(jié)束；并判斷體域網(wǎng)BAN2的身體主站hub2的活躍期結(jié)束的時間是否大于hub1 的非活躍期結(jié)束的時間，若是，則跳轉(zhuǎn)至步驟104,否則跳轉(zhuǎn)至步驟103,結(jié)束；
[0013] 103、體域網(wǎng)BAN2的hub2丟棄接收到的體域網(wǎng)BAN1的信標幀，繼續(xù)在體域網(wǎng) BAN2當前的信標周期長度和非活躍周期工作；
[0014] 104、當時間差值t小于體域網(wǎng)BAN1的hub1的活躍期結(jié)束的時間，并且同時體 域網(wǎng)BAN2的hub2的活躍期結(jié)束的時間大于hub1的非活躍期結(jié)束的時間時，體域網(wǎng)BAN 1和體域網(wǎng)BAN2的活躍期將發(fā)生重疊并產(chǎn)生干擾，體域網(wǎng)BAN2的hub2構(gòu)建超幀活躍期 交叉請求幀發(fā)送給hub1 ;
[0015] 105、體域網(wǎng)BAN1的hub1接收到hub2的超幀活躍期交叉請求幀后立即回復 確認幀，表示確認接收到請求，解析此請求幀的內(nèi)容，并記錄體域網(wǎng)BAN2的標識符和優(yōu)先 級；
[0016] 106、體域網(wǎng)BAN1的hub1根據(jù)自身當前的信標周期即超幀長度和非活躍期，判 斷是否可以提供可用的超幀活躍期交叉，即判I
蓋否成立， 其中，SDJPBIi分別代表節(jié)點i的超幀持續(xù)時間和信標間隔，GTS代表保護時隙，N表示工作 于同一信道的相鄰體域網(wǎng)網(wǎng)絡個數(shù)，若成立則跳轉(zhuǎn)至步驟107,不成立則跳轉(zhuǎn)至步驟108 ;
[0017] 107、體域網(wǎng)BAN1的hub1向體域網(wǎng)BAN2的hub2發(fā)送超幀活躍期交叉響應幀 告知接受hub2的請求，并跳轉(zhuǎn)至步驟109 ;
[0018] 108、不成立時則表明當前的信標周期長度和非活躍期不足以提供可用的超幀活 躍期交叉，體域網(wǎng)BAN1的hub1將體域網(wǎng)BAN2的優(yōu)先級和記錄的其他申請超幀活躍期 交叉的BANs的優(yōu)先級進行比較