基于能量采集的無(wú)線體域網(wǎng)AMC協(xié)議研究.pdf

1、無(wú)線體域網(wǎng)是一種以人體為中心的低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，比如軍事、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)和娛樂(lè)等。因?yàn)閷?duì)無(wú)線體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隱蔽性和便攜性的要求，節(jié)點(diǎn)有限的電池容量使得能量問(wèn)題成為無(wú)線體域網(wǎng)一直面臨的重要挑戰(zhàn)。近年來(lái)，一種新興的為無(wú)線體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供電技術(shù)——能量采集，成為無(wú)線體域網(wǎng)能量問(wèn)題的有效解決方案。傳統(tǒng)的由電池供電的節(jié)點(diǎn)會(huì)因?yàn)殡姵睾谋M而進(jìn)入永久的睡眠狀態(tài)，而基于能量采集的節(jié)點(diǎn)則只會(huì)短暫進(jìn)入睡眠狀態(tài)，能量充足后又會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)。因此基

2、于能量采集的無(wú)線體域網(wǎng)的核心問(wèn)題是如何利用采集到的能量提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率。
　　本文研究了基于能量采集技術(shù)的無(wú)線體域網(wǎng)中媒體訪問(wèn)控制層(MediumAccess Control，MAC)協(xié)議問(wèn)題，分別提出了分布式MAC協(xié)議策略和集中式MAC協(xié)議策略，目標(biāo)是提高基于能量采集技術(shù)的無(wú)線體域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，其中分別考慮的因素是時(shí)隙分配策略的決策速度和最優(yōu)化程度。
　　1.在分布式MAC協(xié)議策略中，我們從子節(jié)點(diǎn)的角度考察WBA

3、N數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，以子節(jié)點(diǎn)為主對(duì)信道接入方式進(jìn)行分布式的決策。我們結(jié)合子節(jié)點(diǎn)的緩存區(qū)數(shù)據(jù)包數(shù)量和可用能量數(shù)，構(gòu)造了無(wú)限MDP決策模型，通過(guò)使收益函數(shù)代表子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸量并對(duì)子節(jié)點(diǎn)非競(jìng)爭(zhēng)性時(shí)隙的使用進(jìn)行控制，我們求解出MDP模型最優(yōu)策略。以MDP最優(yōu)策略為根據(jù)，子節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)自身數(shù)據(jù)包數(shù)量和可用能量數(shù)進(jìn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)的信道接入。仿真表明我們這種分布式的動(dòng)態(tài)MAC協(xié)議策略獲得了比傳統(tǒng)的時(shí)隙CSMA/CA更高的數(shù)據(jù)包傳輸量，減少了節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)

4、的數(shù)據(jù)包溢出。
　　2.在集中式MAC協(xié)議策略中，我們將整個(gè)WBAN中所有子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包狀態(tài)和能量狀態(tài)結(jié)合成聯(lián)合的系統(tǒng)狀態(tài)，以此構(gòu)建無(wú)限MDP決策模型，決策結(jié)果即為每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)的信道接入方式。通過(guò)根據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸量設(shè)計(jì)收益函數(shù)，我們使用近似求解算法求解出最優(yōu)時(shí)隙分配策略，以獲得最大化的WBAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸量。仿真結(jié)果表明，集中式的MAC協(xié)議策略獲得了比分布式MAC協(xié)議策略和時(shí)隙CSMA/CA更高的數(shù)據(jù)傳輸量和數(shù)據(jù)傳輸率。
　

5、　分布式MAC協(xié)議中子節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身狀態(tài)對(duì)信道接入方式進(jìn)行決策，因?yàn)閿?shù)據(jù)包和能量狀態(tài)空間小，子節(jié)點(diǎn)可以快速地根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)獲得最佳信道接入方式。但是因?yàn)槿鄙倨渌鸚BAN節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和行為信息，節(jié)點(diǎn)得到的只是局部最優(yōu)的策略結(jié)果。而集中式MAC協(xié)議把所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)結(jié)合成聯(lián)合的系統(tǒng)狀態(tài)，以此對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道接入方式進(jìn)行決策，因?yàn)槭腔谡麄€(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息做的決策，所以集中式MAC協(xié)議可以得到全局最優(yōu)的決策結(jié)果。但是，因?yàn)榧惺組AC協(xié)議的狀態(tài)空間很大