无线体域网高能效竞争接入机制研究

低能耗是无线体域网WBAN通信最重要的指标.构建了IEEE 802.15.6无线体域网CSMA/CA竞争接入的功耗模型,分析了用户优先级、MAC帧负荷尺寸和数据到达量对信道接入能耗的影响,提出了一种通过数据汇聚传输提高能量效率的增强型信道接入方法.仿真结果表明,在低业务量及混合业务场景下,所提方法能够显著减少信道接入的能量消耗.     

无线体域网MAC层IEEE802.15.6协议研究

在无线体域网中,IEEE 802.15.6协议可以满足不同的体域网应用要求。控制无线信道和能量消耗的MAC层协议在保障高服务质量,低功耗和高数据传输率方面有更好的保障。通过与IEEE 802.15.4协议进行实验对比,表明区分业务优先级的IEEE 802.15.6协议在低能耗的前提下,保证了高优先级业务传输的可靠性,具备更低的数据丢包率,适用于各种要求高数据传输率,高服务质量和高安全性的医疗和非医疗应用。     

基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议

针对无线体域网MAC协议自适应性不高且能效低的问题,提出一种基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议（A-MAC）。对IEEE 802.15.6的超帧结构进行改进,竞争接入阶段和非竞争接入阶段的长度根据产生各优先级数据的节点所占的比例进行调整。竞争接入阶段又被划分为三个子阶段,子阶段的长度根据数据优先级情况进行动态调整。所有节点在竞争接入阶段按照信道接入策略竞争接入信道。最后仿真结果表明,在吞吐量、能耗和网络时延方面,使用A-MAC协议的网络性能明显优于使用IEEE 802.15.6 MAC和CA-MAC协议的网络性能。     

基于802.11b的服务质量保证及性能分析

提出了基于802.11b的双优先级队列和分布式带宽分配机制,在现有的IEEE 802.11协议无线局域网中提高时间敏感业务的性能。该方法可以通过升级设备驱动,在已经大量铺设的无线接入点中设置优先级队列和分布式带宽分配,对时间敏感业务提供高优先级的服务,提高业务性能,避免升级硬件需要的大量成本。为了计算不同业务的延迟,把IEEE 802.11局域网节点模型化为一个M/G/1队列,建立一个无线局域网系统模型,推导出系统延迟时间。性能分析结果表明,该方案可以明显提高时间敏感业务的性能。     

高效低时延的LR-WPANMesh地址分配算法

针对IEEE 802.15.5标准中低速率无线个域网(LR-WPAN)Mesh的地址分配算法在地址分配通信开销和时间方面存在冗余的问题,提出一种高效低时延的地址分配(HLAA)算法。该算法通过使用入网申请消息替代专门的地址申请消息和删除地址分配消息中的冗余字段,减少了通信开销并降低了组网时延。仿真结果表明:与现有的低速率无线个域网地址分配算法相比,HLAA算法的通信开销减小了22.15%,组网时延则降低了7.68%。     

高效低时延的LR-WPAN Mesh地址分配算法

针对IEEE 802.15.5标准中低速率无线个域网(LR-WPAN) Mesh的地址分配算法在地址分配通信开销和时间方面存在冗余的问题,提出一种高效低时延的地址分配(HLAA)算法。该算法通过使用入网申请消息替代专门的地址申请消息和删除地址分配消息中的冗余字段,减少了通信开销并降低了组网时延。仿真结果表明:与现有的低速率无线个域网地址分配算法相比,HLAA算法的通信开销减小了22.15%,组网时延则降低了7.68%。     

一种饱和状态下EDCA机制新的性能分析模型

针对支持QoS的IEEE 802.11e协议的优先级区分信道接入特性,提出了一种新的性能分析模型方法。考虑在饱和状态下,该模型分析包含了EDCA主要三个方面:AIFS(arbitribution inter-frame space)区分机制,信道和帧拥塞机制以及不同的竞争窗口大小。在不同的传输负荷,节点数和网络结构条件下。模型分析的值与仿真值在各个优先级接入的传输吞吐量,信道接入延迟和数据丢失率等性能有很好的一致性。     

一种用于提高802. 15. 4网络性能的区分服务模型

IEEE802. 15. 4作为低速率、低功耗的无线传感器网络标准,其媒体接入控制(MAC)协议的竟争接入时段(CAP)对所有数据帧和节点都采用相同的竞争参数,不能为某些需要服务区分的应用提供很好的服务。针对这一问题,提出了一种基于区分服务的改进IEEE802. 15. 4机制以支持高QoS要求。该机制的主要思想是根据服务质量要求(时延及吞吐量)为不同的数据流分配不同的优先级,对不同优先级数据设置不同的数据帧长度和竟争参数来达到区分服务的目的。与此同时提出一种区分服务的不饱和马尔科夫链模型来分析所提出的机制。该模型评佑了采用此简单但有效的区分服务机制后两种优先级数据的信道接入概率、吞吐量、时延及能耗等性能。分析结果表明,此模型对区分服务起到了很好的效果。     

高时隙利用率太赫兹无线个域网MAC协议

针对现有的IEEE802.15.3c及高效公平(High Efficient Fairness MAC protocol,HEF-MAC)等相关接入协议涉及的标准聚合帧机制及时隙申请方式应用到太赫兹无线个域网尚不完善的问题,提出了一种高时隙利用率太赫兹无线个域网MAC协议(HTSU-MAC)。HTSU-MAC通过采用帧聚合内容按需重传以及无确认时隙利用等新机制,使得信道时隙资源得以高效利用,网络吞吐量得以极大提升。理论分析验证了该协议的优越性,仿真结果表明,HTSU-MAC协议较其他协议具有更好的网络性能。     

基于IEEE802.15.6BAN的MAC协议研究

本文在简要概述了无线体域网BAN的定义、关键技术和IEEE 802.15.6标准基础上,利用文献统计法说明BAN中MAC协议研究的重要性,重点系统分析了从传统网络到无线传感网WSN、再到以IEEE 802.15.4和IEEE 802.15.6为基础的BAN的各种MAC协议主要机制和改进方案,阐述了BAN网络的特点,为今后的能进一步提出MAC模型及相关研究奠定基础。     

Effects of access phases lengths on performance of IEEE 802.15.6 CSMA/CA

In this paper, we study interplay of prioritizing mechanisms in recently released IEEE 802.15.6 standard for Wireless Body Area Networks (WBANs). Among eight User Priorities (UPs) we study the impact of access phases lengths and CSMA/CA mechanism on the network performance. We consider a star-topology single-hop WBAN in which the hub operates in beacon mode with superframe boundaries. Our study is conducted in saturation regime and an error prone channel in order to indicate performance bounds for all UPs. We have developed an analytical model for the CSMA/CA-based Medium Access Control (MAC) layer of IEEE 802.15.6 which includes Markov chain and probabilistic models for all UPs. In order to validate the analytical model we have developed a simulation model in OPNET. We investigate the effectiveness of deploying exclusive access phases and second random access phase on the network performance. We also examine the medium utilization and normalized throughputs of all UPs. Obtained performance bounds indicate potential tradeoff between the prioritizing parameters which affect the saturation throughputs.     

一种IEEE 802.15.6 Two-Hop 拓扑扩展转发节点选择协议

IEEE 802.15.6标准提供了一种2-Hop的星形拓扑扩展结构用于节省单跳长距离通信带来的能量消耗,但该标准没有指明如何选择转发节点的机制.本文提出了一种IEEE 802.15.62-Hop的星形拓扑扩展结构转发节点选择协议ORR,通过请求转发的Relayed节点k广播包含自己的IDk、数据产生的频率FDatak和请求转发的持续时间TreqLenk的RelayNodeDiscovery消息,请求转发节点为自己转发数据;候选Relaying节点根据自己和已为转发的其他节点数据的能量消耗,在保留自己能量阈值EThreshi的情况下,单播发出响应RelayInfo消息;RelayInfo消息包含节点i自己的IDi,平均信噪比AvgSNRik和能提供转发的最长数据时间TmaxLenik;节点k根据这些参数选择最优或重新选择转发节点,提高了网络可靠性.性能分析与模拟实验表明:该协议在网络寿命和网络吞吐量方面优于传统的IEEE 802.15.6策略.     

IEEE 802.15.4区分服务协议性能分析与建模

针对IEEE 802.15.4协议的无线传感网络不能提供数据流优先级区分的问题,提出一种基于区分服务的马尔可夫链模型以支持实时多媒体应用。该机制的主要思想是根据服务质量要求（时延敏感与否）为不同的数据流分配不同的优先级。不同优先级的数据采用不同的增长因子来更好地减少冲突。此外,为了弥补低优先级数据流,高优先级的数据流在第二次空闲信道评估发现信道空闲时并不立即接入信道而是以一定的概率竞争信道。数学分析表明,对不同数据流设置合理的增长因子和竞争概率能够显著提高高优先级数据流的性能并对低优先级数据影响较少。     

自适应调度的增强QoS保证机制

针对IEEE802.11的媒体接入控制层QoS支持技术进行了研究.基于无线局域网MAC层DCF和EDCF两种退避机制,提出了一种增强型自适应慢速递减的EASDCF方案,并在此基础上的结合IEEE802.11e的业务分级的思想,通过最大竞争窗口和重传次数的不同来区分不同的优先级,并对每个优先级进行区分服务.仿真结果表明,EASDCF机制所采用的分级策略提高了时延敏感业务的吞吐量,并使丢包率敏感的数据业务得到可靠保障,该算法能够有效地增强网络的QoS,提高整个网络的性能.     

WiMAX Mesh网络混合调度下的QoS保障

在WiMAX Mesh网络中,资源分配可由集中式和分布式2种调度机制完成,但多数QoS研究只针对一种调度机制。针对上述情况,提出结合2种调度机制的QoS保障机制CDCSQ,针对不同的服务采用不同的调度机制以改进QoS,其中,集中式调度用于保证实时服务,分布式调度确保Mesh内部节点的直接通信。模拟结果表明,该机制比IEEE 802.16标准中的服务延迟小。     

Channel time allocation scheme based on feedback information in IEEE 802.11e wireless LANs

The IEEE 802.11e standard defines a set of quality of service (QoS) enhancements for wireless local area network (WLAN) applications such as voice and streaming multimedia traffic. In the standard, a new medium access control (MAC) protocol is called the hybrid coordinator function (HCF), and also a channel access scheme to transmit multimedia traffic is called the HCF controlled channel access (HCCA). In the IEEE 802.11e WLANs, to satisfy the stringent real-time constraints of multimedia services it is very important to provide an efficient method of allocating network resources. In this regard, we propose a feedback-assisted dynamic channel time allocation scheme considering the application layer information in order to achieve better performance of multimedia traffic over IEEE 802.11e HCCA under the constrained QoS requirements. Performance of the proposed scheme is investigated by simulation. Our results show that under typical channel error conditions, the proposed scheme is very effective regardless of the variation of station numbers and service intervals. Also, it yields high performances while guaranteeing the delay bound.     

基于改进人工神经网络的人体姿态识别方法在人机交互医疗设备中的应用

为提升人机交互医疗设备对久坐不动、常年卧床等状态下人体的监测效果,在利用无线体域网(Wireless Body Area Network, WBAN)建立人体姿态识别系统的基础上,设计了相应的改进人工神经网络与WBAN系统进行融合,并将其应用于人机交互医疗设备中。结果表明,在HiEve数据集中,该方法于20次迭代时开始收敛,损失函数值为0.0112。在患者不同姿势的识别验证中,该方法下的人机交互医疗设备识别准确率均显著高于90%,并且耗时最短仅为23.16s,具有较高的识别准确率和效率,为人体姿态识别及相关医疗设备的应用提供了更为可靠的技术参考。