發(fā)布時間：2018-03-21 17:28

  本文選題：無線體域網(wǎng)　切入點：MAC協(xié)議　出處：《山東師范大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中,體域網(wǎng)是當(dāng)今發(fā)展的一大趨勢,無論是在遠程醫(yī)療還是健康監(jiān)護等領(lǐng)域,都有著廣闊的市場前景。無線體域網(wǎng)(WBAN,wireless Body Area network)是由一系列低功耗、微型化、輕量級、可置于人體表面的或植入人體內(nèi)、可提供實時數(shù)據(jù)、具備無線通信能力的傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)。在醫(yī)療、體育、國防和娛樂等領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。WBAN與我們傳統(tǒng)的傳感網(wǎng)有較大差異。WBAN的傳感器節(jié)點通常由電池來供能,其能量很是有限,尤其對植入人體內(nèi)部傳感器來說不易更換電池和充電。所以,如何降低節(jié)點功耗,延長網(wǎng)絡(luò)運行時間成為了WBAN首要的目標(biāo)。在無線體域網(wǎng)中,MAC(Media Access Control,MAC)協(xié)議控制傳感器節(jié)點使用無線信道的方式,為節(jié)點分配無線信道資源,對WBAN性能有巨大影響。設(shè)計一個節(jié)能MAC協(xié)議,對提高WBAN性能有巨大的現(xiàn)實意義。本文介紹了WBAN的研究背景、現(xiàn)狀、意義以及當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。解析了WBAN的系統(tǒng)架構(gòu)、特性及關(guān)鍵技術(shù),總結(jié)了WBAN的節(jié)能策略。重點對MAC層接入?yún)f(xié)議進行了分析,分析了引起MAC層能耗的主要原因。對現(xiàn)有的MAC協(xié)議進行了分類總結(jié),并對典型的MAC協(xié)議進行了剖析和比較。詳細闡述了IEEE 802.15.4 MAC層協(xié)議。在WBAN中傳感器產(chǎn)生的不同業(yè)務(wù)在傳輸中具有不同的QoS需求。無線體域網(wǎng)傳感器節(jié)點產(chǎn)生業(yè)務(wù)具有異構(gòu)性,根據(jù)這些異構(gòu)數(shù)據(jù)的特性,提出了一種基于優(yōu)先級的高能效節(jié)能MAC協(xié)議。為保證傳感器節(jié)點產(chǎn)生的緊急數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸,協(xié)議將數(shù)據(jù)分為5個不同的等級。該協(xié)議改進了超幀結(jié)構(gòu),首先在時隙的CFP階段引入了一個微時隙,該微時隙是保證緊急數(shù)據(jù)包的請求以高效的方式發(fā)送到協(xié)調(diào)器。其次,還開發(fā)了一個高效的算法來搶占時隙便于優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)包傳輸。本文詳細介紹了該協(xié)議的操作流程,優(yōu)先級退避策略,時隙的分配策略,緊急業(yè)務(wù)的處理方式及時隙搶占策略等。本文提出的P-MAC協(xié)議在優(yōu)先級分配、時隙分配和緊急業(yè)務(wù)的處理等方面進行了改進,滿足了無線體域網(wǎng)傳感器節(jié)點業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊�。本文主要借助OMNeT++仿真平臺,對本文所提出的一種基于優(yōu)先級的MAC協(xié)議進行仿真,選擇IEEE802.15.4 MAC協(xié)議及學(xué)者提出的McMAC協(xié)議進行對比。結(jié)果表明,本文所提出的一種基于優(yōu)先級的高能效MAC協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)能量消耗、數(shù)據(jù)傳輸延時性、協(xié)議操作開銷和數(shù)據(jù)發(fā)送效率等方面具有一定的優(yōu)勢。
[Abstract]:In the research of wireless sensor network (WSN), body area network (WLAN) is a trend of development. It has a broad market prospect in the field of telemedicine and health monitoring. WLAN (Wireless Body Area Network) is made up of a series of low power consumption, miniaturization, etc. Lightweight, can be placed on the surface of the human body or implanted in the human body, can provide real-time data, wireless communication capabilities of sensor nodes in the network. There are great differences between WBAN and our traditional sensor networks. WBAN sensor nodes are usually powered by batteries, and their energy is very limited. In particular, it is not easy to replace the battery and charge the sensor implanted in the body. So, how to reduce the power consumption of the node, Extending network running time has become the primary target of WBAN. In wireless body area network (WLAN), MACU Media Access Control (MAC) protocol controls the way sensor nodes use wireless channels, and assigns wireless channel resources to nodes. The design of an energy-saving MAC protocol is of great practical significance to improve the performance of WBAN. This paper introduces the research background, current situation, significance and challenges of WBAN, and analyzes the system architecture of WBAN. Characteristics and key technologies, summarized the energy-saving strategy of WBAN, analyzed the access protocol of MAC layer, analyzed the main causes of energy consumption in MAC layer, and summarized the existing MAC protocol. The typical MAC protocol is analyzed and compared. The IEEE 802.15.4 MAC layer protocol is described in detail. Different services generated by sensors in WBAN have different QoS requirements in transmission. According to the characteristics of these heterogeneous data, a priority-based energy-efficient and energy-saving MAC protocol is proposed to ensure the priority transmission of emergency data generated by sensor nodes. The protocol classifies the data into five different levels. The protocol improves the superframe structure by first introducing a micro slot in the CFP phase of the slot, which ensures that requests for emergency packets are sent to the coordinator in an efficient manner. In addition, an efficient algorithm is developed to preemptively occupy time slots for high priority packet transmissions. This paper introduces the operation flow of the protocol, priority Backoff strategy, slot allocation strategy in detail. The P-MAC protocol proposed in this paper has been improved in priority allocation, slot allocation and emergency service processing. It meets the requirement of wireless body area network sensor node service transmission. In this paper, a priority based MAC protocol is simulated with the help of OMNeT simulation platform. The IEEE802.15.4 MAC protocol and the McMAC protocol proposed by scholars are compared. The results show that a high energy efficiency MAC protocol based on priority is used in network energy consumption and data transmission delay. Protocol operation overhead and data transmission efficiency have some advantages.
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN92

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本文編號：1644840