新无线体域网 (2)

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1、11绪论1.1研究背景及意义近年来，随着经济的发展，人们对生活品质的需求不断提升。随着传感器技术的成熟，无线通信技术的不断发展，无线体域网的应用逐步进入人们的日常生活。以远程医疗监护为例，无线穿戴式医疗监护已成为了可能。根据需求，人们可通过将各种传感器置于身体各部位，组建所需要的无线体域网结构，通过传感器端的检测和发送数据来获到人体健康、运动等状况。对比传统医疗存在的不足，远程无线医疗监控通过在患者身体上布置无线体域网，将医护人员所需要的各种生理参数通过无线的方式传送至监控仪器，这样可以避免仪器线路的影响，也解决了仪器对病人活动空间

2、的影响，也减轻医护人员24小时监护病患的工作量，工作数据记录也可完整无误。此外，无线监护系统的长期监控状态，在病理数据累积的过程中，起到了预防疾病的作用。对于正常的健康人，也可以通过这样便携的监护体系进行健康保健。同时，在一些特定的人群中，比如运动员，可以通过监测心律、体温以及运动速度强度等信息，来提示运动员控制训练强度，在无形之中监护系统也起到了健康体能教练的作用。同时，无线体域网也能帮助残疾人定位，进行行动导航。随着技术的成熟和发展，无线体域网在日常生活、医疗、娱乐、军事等领域也将有着重要的地位和应用。也就是说，无线体域网所涉及

3、到的范围可以大致分为医疗应用和非医疗应用这两大类。无线体域网在多方面的应用都将发挥着显著的意义，因此对无线体域网的深入研究有着深远的意义。目前，越来越多的学者专家投入到无线体域网的研究领域，而随着应用当中越来越多的需要以及限制，对无线体域网的系统和架构的思考有了新的要求和挑战。例如，能量限制、数据传输速率的可变范围、可靠性和服务质量、针对医疗专业人士的易用性、互操作性、防干扰、安全性等。IEEE802.15.1是第一个将短距离作为重点的个域网标准，而IEEE802.15.4则将重点放在了低功耗的操作上。之前的研究表明，IEEE802

4、.15.4只满足了低速率的医疗应用寿命要求，而事实上IEEE802.15.4标准却为医疗应用提供了一个解决方案[3]。2004年起，国际届每年会召开BSN（BodySensorNetwork）会议来交流探讨无线通信领域相关体系的技术细节。2007年11月，IEEE组织成立了IEEE802.15.6工作小组，该小组旨在制订专门用于无线体域网的通信标准。2010年5月，IEEE802.15.6工作小组创建了标准的初稿，并正在继续对其进行完整和发展。相关的文件中总结改进了各专家探讨提出相关的技术细节，旨在推动无线体域网这一交叉技术领域的进

5、一步发展。然而，目前针对于无线体域网所提出的媒体接入方法还不能完全满足网络在应用过程中低功耗、可靠性等方面的需求，所以对无线体域网MAC层的深入研究对改善网络及系统性能很有必要。1.2.1无线体域网主要特征（1）低功耗无线体域网对于植入体内的传感器节点很难替换和充电，即便对于穿戴的体外传感器节点也便于经常更换电池和充电。所以，在能耗的利用上无线体域网的要求更加严格，对于无线体域网的网络协议设计，首要目标是保证能量的高效利用[5]。（2）可扩展性无线体域网不同于传统意义上的无线网络，无线体域网规模比较小，由人体体表或体内植入的几个到十

6、几个传感器节点构成。可以这样理解，无线体域网是以人体为载体的无线传感器网络。另外，由于人体四肢的运动，网络拓扑在一定程度上会有相对的变化。所以无线体域网是一个动态的随人体活动变化的无线传感器网络。（3）可靠性基于人体为载体的无线体域网信号传输中的衰减也比较大。人体环境结构的特异性和阴影效应会造成信号传输过程中的极大路径损耗，也就是说无线体域网在通信过程中所需要的能量也比同规模的其它网络要大很大。与传统的以数据为中心无线传感器网络(wirelesssensornetwork，WSN)相比，WBAN有着如下特点:a)网络规模小。研究表明

7、，人体体表或体内大约可以部署10～20个各类传感器节点［3］，因此它不可能像WSN那样，向目标区域随机部署大量的传感器节点，让它们以协作的方式完成对某一参数的采集任务，这样就增加了对单个节点数据处理能力和能耗的要求。b)能量高度受限。对于植入体内的传感器节点很难替换和充电，即便是对可穿戴式的传感节点进行替换也是对人体有侵害性的，而且影响人体的舒适度［1］，这就要求每个传感器节点利用有限的能量最大限度地延长自身的生命周期。c)信号传输的衰减快，由于人体组织结构的特异性和阴影效应，信号传输过程中会造成极大的路径损耗［4，5］，这也就意味

8、着WBAN中通信所需要的能量要比同等规模的其他网络多得多。d)网络的异构性。WBAN中的每个节点因其功用不同而被部署在人体的特定位置，每个节点都以不同的频率和数据速率完成对不同目标参数的采集和发送，因此对单个节点的能耗要求更高。e)无