基于情境感知的无线体域网QoS保障机制研究

According to the features and requirements of wireless body area network (WBAN), we study the QoS assurance mechanisms in WBAN. Specifically, based on the study of the traffic and channel model in WBAN, we first propose an adaptive MAC protocol with high quality of service (QoS). The proposed protocol with context-aware and channel aware functions could change the channel access approaches based on the context information and channel history. The protocol ensures efficient and reliable data transmission, and high performance of delay, throughput, and packet drop rate under the energy restriction in WBAN. Furthermore, we formulate a multi-scale and dynamic resource allocation model based on the whole process from data acquisition to data reception in WBAN and the requirements of energy, throughput, delay and packet drop rate. We also obtain the optimal resource allocation from the analytical model in order to guarantee the QoS, which laid a theoretical and practical foundation for applications of WBAN.

根据无线体域网的特性和需求，对无线体域网中的QoS保障机制展开研究。具体来说，首先基于对无线体域网数据特征和信道模型的分析和研究，提出自适应的高服务质量MAC协议，该协议具有情境感知和信道感知的功能，即MAC协议利用情境信息和信道历史信息对信道接入进行调整。该协议在传感器节点能量受限的前提下，保证无线体域网中数据的高效可靠传输，在时延、吞吐量和丢包率等QoS要求上都有良好的性能。其次，充分考虑无线体域网从数据采集到数据接收等多个过程，针对无线体域网在能量损耗、吞吐量、时延和丢包率等通信方面的要求，建立多层次的、动态的无线体域网资源分配模型，从而获得最优资源分配方案，保障各项QoS需求，为无线体域网在各领域的广泛应用，提供理论和方法上的支持。

根据无线体域网的特性和需求，对无线体域网中的QoS 保障机制展开了研究。具体来说，基于对无线体域网数据特征和信道模型的分析和研究，提出了自适应的高服务质量MAC 协议以及基于信道预测的中继传输策略。该MAC协议具有情境感知和信道感知的功能，利用情境信息和信道历史信息对信道接入进行调整，从而在传感器节点能量受限的前提下，保证无线体域网中数据的高效可靠传输，在时延、吞吐量和丢包率等QoS 要求上都有良好的性能；中继传输策略可以有效减轻人体运动产生的阴影效应的影响，同时基于所构建的时间和空间相关信道模型，对未来信道进行预测，能够确定是否需要进行中继并选择最优中继，从而在保证传输可靠性的同时大大提高中继传输的能效。其次，充分考虑无线体域网从数据采集到数据接收等多个过程，针对无线体域网在能量损耗、吞吐量、时延和丢包率等通信方面的要求，我们设计了一种适合无线体域网复杂物理环境和变化应用情境的资源最优调度方案，保证在资源受限的情况下，系统能够满足高QoS的需求。我们还在进一步充分考虑无线体域网中的动态链路特点和高服务质量的要求后，提出了一个统一的框架来对资源进行优化分配以提高系统能效。针对由具有能量采集功能节点组成的无线体域网，我们也设计了相应的资源分配策略，通过联合优化传输功率分配和传输时隙分配，从而实现了一个在可持续性能指标要求下最大化系统的服务质量的功能。