基于能量采集的無線體域網(wǎng)AMC協(xié)議研究.pdf

1、無線體域網(wǎng)是一種以人體為中心的低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，比如軍事、醫(yī)療、運動和娛樂等。因為對無線體域網(wǎng)節(jié)點隱蔽性和便攜性的要求，節(jié)點有限的電池容量使得能量問題成為無線體域網(wǎng)一直面臨的重要挑戰(zhàn)。近年來，一種新興的為無線體域網(wǎng)節(jié)點供電技術(shù)——能量采集，成為無線體域網(wǎng)能量問題的有效解決方案。傳統(tǒng)的由電池供電的節(jié)點會因為電池耗盡而進(jìn)入永久的睡眠狀態(tài)，而基于能量采集的節(jié)點則只會短暫進(jìn)入睡眠狀態(tài)，能量充足后又會進(jìn)入工作狀態(tài)。因此基

2、于能量采集的無線體域網(wǎng)的核心問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)的無線體域網(wǎng)中媒體訪問控制層(MediumAccess Control，MAC)協(xié)議問題，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)點的角度考察WBA

3、N數(shù)據(jù)傳輸過程，以子節(jié)點為主對信道接入方式進(jìn)行分布式的決策。我們結(jié)合子節(jié)點的緩存區(qū)數(shù)據(jù)包數(shù)量和可用能量數(shù)，構(gòu)造了無限MDP決策模型，通過使收益函數(shù)代表子節(jié)點的數(shù)據(jù)包傳輸量并對子節(jié)點非競爭性時隙的使用進(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)點可以實現(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)行動態(tài)的信道接入。仿真表明我們這種分布式的動態(tài)MAC協(xié)議策略獲得了比傳統(tǒng)的時隙CSMA/CA更高的數(shù)據(jù)包傳輸量，減少了節(jié)點緩存區(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WBAN中所有子節(jié)點的數(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)建無限MDP決策模型，決策結(jié)果即為每一個子節(jié)點的信道接入方式。通過根據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸量設(shè)計收益函數(shù)，我們使用近似求解算法求解出最優(yōu)時隙分配策略，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)點根據(jù)自身狀態(tài)對信道接入方式進(jìn)行決策，因為數(shù)據(jù)包和能量狀態(tài)空間小，子節(jié)點可以快速地根據(jù)實時狀態(tài)獲得最佳信道接入方式。但是因為缺少其他WBAN節(jié)點的狀態(tài)和行為信息，節(jié)點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)點的狀態(tài)結(jié)合成聯(lián)合的系統(tǒng)狀態(tài)，以此對每個節(jié)點的信道接入方式進(jìn)行決策，因為是基于整個系統(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，因為集中式MAC協(xié)議的狀態(tài)空間很大