一种基于超帧活跃期交叉的无线体域网共存方法技术

本发明专利技术请求保护一种涉及无线体域网共存方法，选定两个优先存在的BANs(体域网)作为参考网络，第一个作为主参考网络，另一个为副参考网络，包括如下步骤：新加入的BAN接收并解析主参考网络信标帧，判断是否与主参考网络有超帧活跃期重叠；若有重叠则向主参考网络发送超帧活跃期交叉请求帧，主参考网络发送超帧活跃期交叉响应帧通知新加入BAN是否同意此请求，若主参考网络接受超帧活跃期交叉请求，新入网BAN应调整它的信标周期(超帧)边界和非活跃期，以实现它与主参考网络的超帧活跃期交叉；本发明专利技术采用交错相邻体域网的超帧活跃期的方式实现一个BAN可以与其他一个或者多个BANs分享同一个运行信道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，涉及无线体域网共存的实现方法，具体为一种基于超 帧活跃期交叉的无线体域网共存方法。
技术介绍
无线体域网是基于无线传感网的，泛在网络的一个重要组成部分，由可植入人体 内的、穿戴在身体上的以及分布在人体周围的传感器和智能终端组成的通信网络，主要通 过收集、传送以及分析处理人体的生理数据和环境数据，实现智能感知和远程监控等功能。 体域网在远程诊断、医疗保健、社区医疗以及特殊人群监护等领域的应用有着十分重要的 意义和巨大的需求，并日渐成为研究和应用的热点。体域网除了应用于医疗保健、特殊人群 监护和健康恢复等方面外，还可广泛地应用于电子信息、娱乐业、体育运动、环境智能、军事 安全和社会公共等领域。 考虑能源消耗、成本、网络带宽、存储和计算资源等方面的特征，设计高效的BAN 是一项非常复杂的任务。而且，网络运行时出现的状况如节点故障、网络干扰等会影响BAN 的效率和可靠性。特别是，相邻BANs之间的干扰会严重导致BAN的性能和效率下降。 当体域网应用于医院、社区等场合时用于健康医疗监护时，在一定的范围内会存 在多个共存的BANs。当两个或者更多的相邻的BANs工作在同一信道时，会导致不同BANs 的活跃期发生重叠，相邻BANs产生干扰，从而影响每一个BAN的正常通信。 为了解决相邻BANs之间的干扰问题需要预先分配给每个BAN-个单独的信道， 把受干扰的BANs切换到正确的信道来实现，即采用信道切换技术。在2. 4GHz频段，IEEE 802. 15.6非重叠的信道数量有限，且信道的中心频率间隔为1MHz，在一定的范围内，除了 存在很多的BANs时，还要考虑到其它短距离无线通信技术如IEEE802. 11 (WiFi)或者蓝牙 的影响，由于它们具有较大的信道频宽，会减少无干扰信道的数量。所以当网络中无干扰的 信道的数量小于存在的BANs的数量或者没有空闲信道时，信道切换则不能使用。 为了解决无线体域网共存的问题，应采用一种有效、灵活的方法。本文采用交错相 邻BANs的超帧活跃期的方法，一个BAN向另一个BAN发送超帧活跃期交叉请求，用于请求 交错它的超帧活跃期；另一个BAN的hub在接收到请求后，结合自身网络的信标周期（超 帧）长度和非活跃期以及待请求的BAN的优先级决定发送超帧活跃期交叉响应帧决定是否 同意此请求；如果另一个BAN的hub接受了此请求，则请求超帧活跃期交叉的BAN的hub应 该调整它的信标周期（超帧）边界和非活跃期，以获得它所请求的超帧活跃期交，有效地解 决了无线体域网之间的干扰问题。 在上海交通大学被受理的名为"无线传感器网络的自适应抗干扰方法"的专利 (申请号 ：201110217632.X)中，提出了根据节点状态、抗干扰代价，应用马尔可夫决策过程 生成相应的策略，无线传感器网络自适应地选择抗干扰方法，从而在保证通信质量的同时， 最大程度地减少网络的能耗，以优化网络性能。该方法包括增大网络中节点的信号发射功 率、切换信道等，而无线体域网主要应用于医疗领域用做对人体健康信息的检测和监护，从 人体安全的角度，需要降低体域网节点的发射功率，使人体的电磁辐射吸收率SAR满足相 关法规的限定值；并且切换信道用于解决相邻体域网之间的干扰问题时会存在很大的局限 性。 在上海交通大学被受理的名为"基于博弈论的无线传感器网络对抗干扰的方法" 的专利（申请号=201110087151. 1)中，从网络的数据传输的性能和通信节点的能量出发， 结合博弈论的思想，实现减少恶意干扰对网络所造成破坏，从而在一定程度上保证传感器 网络在干扰条件下的较高的数据传输性能。该方法需要在传感器网络的监测区域内均匀地 部署一定数量的无线传感器监测节点，还要求网络中所有的节点都是静止不动的，但是，使 用额外的监测节点会相应地增加解决相邻体域网之间干扰问题的复杂性；而且无线体域网 络中大多数传感器节点不是固定不动的。 本专利技术针对工作在同一信道的相邻BANs之间的干扰问题，为了确保BAN的性能和 可靠性，提出了一种基于超帧活跃期交叉技术的技术方法，解决了其他技术用于处理相邻 BANs干扰时由于外界条件无法得到满足不能使用或者带来过高的能量消耗等问题；通过 交错相邻BANs的超帧活跃期，可以有效地避免它们活跃期的重叠，减少甚至消除相邻BANs 之间的干扰，实现BAN可以和一个或者更多的其他BANs分享同一个运行信道；极大地增加 了对网络信道的利用率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，提出了一种在保证网络能量消耗增加可以接受的前提下， 通过交错相邻体域网的超帧活跃期，最大限度的减少，并可能消除单一信道相邻体域网之 间的干扰问题，实现多网共存的基于超帧活跃期交叉的无线体域网共存方法，本专利技术的技 术方案如下：，其包括以下步骤： 101、某区域内存在一个体域网BAN1，体域网BAN2随后加入该区域，且体域网 BAN1和体域网BAN2处于相邻位置并且工作在同一信道时，选定体域网BAN1作为主参考 网络，选定第二个加入此区域的体域网BAN2作为副参考网络，记体域网BAN2的身体主站 hub，记为hub2,侦听并解析BAN1的获取体域网BAN1当前的本地时间^和超帧结构信 息，得到体域网BAN1的超帧符号（SO)i的值； 102、读取体域网BAN2当前的时间，计算当前超帧信标发送的时间t2，通过心和 t2计算出两个网络在同一信标周期发送信标帧的时间差值t，判断时间差值t是否小于体 域网BAN1的身体主站hub1的活跃期结束的时间，若是，则跳转至步骤104,否则跳转至 步骤103,结束；并判断体域网BAN2的身体主站hub2的活跃期结束的时间是否大于hub1 的非活跃期结束的时间，若是，则跳转至步骤104,否则跳转至步骤103,结束； 103、体域网BAN2的hub2丢弃接收到的体域网BAN1的信标帧，继续在体域网 BAN2当前的信标周期长度和非活跃周期工作； 104、当时间差值t小于体域网BAN1的hub1的活跃期结束的时间，并且同时体 域网BAN2的hub2的活跃期结束的时间大于hub1的非活跃期结束的时间时，体域网BAN 1和体域网BAN2的活跃期将发生重叠并产生干扰，体域网BAN2的hub2构建超帧活跃期 交叉请求帧发送给hub1 ; 105、体域网BAN1的hub1接收到hub2的超帧活跃期交叉请求帧后立即回复 确认帧，表示确认接收到请求，解析此请求帧的内容，并记录体域网BAN2的标识符和优先 级； 106、体域网BAN1的hub1根据自身当前的信标周期即超帧长度和非活跃期，判 断是否可以提供可用的超帧活跃期交叉，即判I盖否成立， 其中，SDJPBIi分别代表节点i的超帧持续时间和信标间隔，GTS代表保护时隙，N表示工作 于同一信道的相邻体域网网络个数，若成立则跳转至步骤107,不成立则跳转至步骤108 ; 107、体域网BAN1的hub1向体域网BAN2的hub2发送超帧活跃期交叉响应帧 告知接受hub2的请求，并跳转至步骤109 ; 108、不成立时则表明当前的信标周期长度和非活跃期不足以提供可用的超帧活 跃期交叉，体域网BAN1的hub1将体域网BAN2的优先级和记录的其他申请超帧活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超帧活跃期交叉的无线体域网共存方法，其特征在于，包括以下步骤：101、某区域内存在一个体域网BAN 1，体域网BAN 2随后加入该区域，且体域网BAN 1和体域网BAN 2处于相邻位置并且工作在同一信道时，选定体域网BAN 1作为主参考网络，选定第二个加入此区域的体域网BAN 2作为副参考网络，记体域网BAN 2的身体主站hub，记为hub 2，侦听并解析BAN 1的获取体域网BAN 1当前的本地时间t1和超帧结构信息，得到体域网BAN 1的超帧符号(SO)1的值；102、读取体域网BAN 2当前的时间，计算当前超帧信标发送的时间t2，通过t1和t2计算出两个网络在同一信标周期发送信标帧的时间差值t，判断时间差值t是否小于体域网BAN 1的身体主站hub 1的活跃期结束的时间，若是，则跳转至步骤104，否则跳转至步骤103，结束；并判断体域网BAN 2的身体主站hub2的活跃期结束的时间是否大于hub 1的非活跃期结束的时间，若是，则跳转至步骤104，否则跳转至步骤103，结束；103、体域网BAN 2的hub2丢弃接收到的体域网BAN 1的信标帧，继续在体域网BAN 2当前的信标周期长度和非活跃周期工作；104、当时间差值t小于体域网BAN 1的hub 1的活跃期结束的时间，并且同时体域网BAN 2的hub2的活跃期结束的时间大于hub 1的非活跃期结束的时间时，体域网BAN 1和体域网BAN 2的活跃期将发生重叠并产生干扰，体域网BAN 2的hub 2构建超帧活跃期交叉请求帧发送给hub 1；105、体域网BAN 1的hub 1接收到hub 2的超帧活跃期交叉请求帧后立即回复确认帧，表示确认接收到请求，解析此请求帧的内容，并记录体域网BAN 2的标识符和优先级；106、体域网BAN 1的hub 1根据自身当前的信标周期即超帧长度和非活跃期，判断是否可以提供可用的超帧活跃期交叉，即判断是否成立，其中，SDi和BIi分别代表节点i的超帧持续时间和信标间隔，GTS代表保护时隙，N表示相邻的产生干扰的体域网网络个数，若成立则跳转至步骤107，不成立则跳转至步骤108；107、体域网BAN 1的hub 1向体域网BAN 2的hub 2发送超帧活跃期交叉响应帧告知接受hub 2的请求，并跳转至步骤109；108、不成立时则表明当前的信标周期长度和非活跃期不足以提供可用的超帧活跃期交叉，体域网BAN 1的hub 1将体域网BAN 2的优先级和记录的其他申请超帧活跃期交叉的BANs的优先级进行比较，若BAN 2的优先级较大，则跳转至步骤107；若优先级较小则体域网BAN 1的hub 1向hub 2发送超帧活跃期交叉响应帧告知拒绝hub 2的请求，hub 2在接收到hub 1的响应立即回复确认帧，表示确认接收到响应。解析响应帧的内容后，hub 2继续它当前信标周期长度和非活跃期正常运行；109、hub 2发送超帧活跃期交叉响应帧告知接受hub 2的请求。hub 2在接收到hub 1的响应立即回复确认帧，表示确认接收到响应。解析此响应帧的内容，然后，hub 2调整它的信标周期边界和非活跃期，以获得它所请求的超帧活跃期交叉，完成超帧活跃期交叉。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，覃伟，王平，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85