一種基于超幀活躍期交叉的無線體域網共存方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于通信技術領域，涉及無線體域網共存的實現方法，具體為一種基于超 幀活躍期交叉的無線體域網共存方法。
【背景技術】
[0002] 無線體域網是基于無線傳感網的，泛在網絡的一個重要組成部分，由可植入人體 內的、穿戴在身體上的以及分布在人體周圍的傳感器和智能終端組成的通信網絡，主要通 過收集、傳送以及分析處理人體的生理數據和環境數據，實現智能感知和遠程監控等功能。 體域網在遠程診斷、醫療保健、社區醫療以及特殊人群監護等領域的應用有著十分重要的 意義和巨大的需求，并日漸成為研究和應用的熱點。體域網除了應用于醫療保健、特殊人群 監護和健康恢復等方面外，還可廣泛地應用于電子信息、娛樂業、體育運動、環境智能、軍事 安全和社會公共等領域。
[0003] 考慮能源消耗、成本、網絡帶寬、存儲和計算資源等方面的特征，設計高效的BAN 是一項非常復雜的任務。而且，網絡運行時出現的狀況如節點故障、網絡干擾等會影響BAN 的效率和可靠性。特別是，相鄰BANs之間的干擾會嚴重導致BAN的性能和效率下降。
[0004] 當體域網應用于醫院、社區等場合時用于健康醫療監護時，在一定的范圍內會存 在多個共存的BANs。當兩個或者更多的相鄰的BANs工作在同一信道時，會導致不同BANs 的活躍期發生重疊，相鄰BANs產生干擾，從而影響每一個BAN的正常通信。
[0005] 為了解決相鄰BANs之間的干擾問題需要預先分配給每個BAN-個單獨的信道， 把受干擾的BANs切換到正確的信道來實現，即采用信道切換技術。在2. 4GHz頻段，IEEE 802. 15.6非重疊的信道數量有限，且信道的中心頻率間隔為1MHz，在一定的范圍內，除了 存在很多的BANs時，還要考慮到其它短距離無線通信技術如IEEE802. 11 (WiFi)或者藍牙 的影響，由于它們具有較大的信道頻寬，會減少無干擾信道的數量。所以當網絡中無干擾的 信道的數量小于存在的BANs的數量或者沒有空閑信道時，信道切換則不能使用。
[0006] 為了解決無線體域網共存的問題，應采用一種有效、靈活的方法。本文采用交錯相 鄰BANs的超幀活躍期的方法，一個BAN向另一個BAN發送超幀活躍期交叉請求，用于請求 交錯它的超幀活躍期；另一個BAN的hub在接收到請求后，結合自身網絡的信標周期（超 幀）長度和非活躍期以及待請求的BAN的優先級決定發送超幀活躍期交叉響應幀決定是否 同意此請求；如果另一個BAN的hub接受了此請求，則請求超幀活躍期交叉的BAN的hub應 該調整它的信標周期（超幀）邊界和非活躍期，以獲得它所請求的超幀活躍期交，有效地解 決了無線體域網之間的干擾問題。
[0007] 在上海交通大學被受理的名為"無線傳感器網絡的自適應抗干擾方法"的專利 (申請號 ：201110217632.X)中，提出了根據節點狀態、抗干擾代價，應用馬爾可夫決策過程 生成相應的策略，無線傳感器網絡自適應地選擇抗干擾方法，從而在保證通信質量的同時， 最大程度地減少網絡的能耗，以優化網絡性能。該方法包括增大網絡中節點的信號發射功 率、切換信道等，而無線體域網主要應用于醫療領域用做對人體健康信息的檢測和監護，從 人體安全的角度，需要降低體域網節點的發射功率，使人體的電磁輻射吸收率SAR滿足相 關法規的限定值；并且切換信道用于解決相鄰體域網之間的干擾問題時會存在很大的局限 性。
[0008] 在上海交通大學被受理的名為"基于博弈論的無線傳感器網絡對抗干擾的方法" 的專利（申請號=201110087151. 1)中，從網絡的數據傳輸的性能和通信節點的能量出發， 結合博弈論的思想，實現減少惡意干擾對網絡所造成破壞，從而在一定程度上保證傳感器 網絡在干擾條件下的較高的數據傳輸性能。該方法需要在傳感器網絡的監測區域內均勻地 部署一定數量的無線傳感器監測節點，還要求網絡中所有的節點都是靜止不動的，但是，使 用額外的監測節點會相應地增加解決相鄰體域網之間干擾問題的復雜性；而且無線體域網 絡中大多數傳感器節點不是固定不動的。
[0009] 本發明針對工作在同一信道的相鄰BANs之間的干擾問題，為了確保BAN的性能和 可靠性，提出了一種基于超幀活躍期交叉技術的技術方法，解決了其他技術用于處理相鄰 BANs干擾時由于外界條件無法得到滿足不能使用或者帶來過高的能量消耗等問題；通過 交錯相鄰BANs的超幀活躍期，可以有效地避免它們活躍期的重疊，減少甚至消除相鄰BANs 之間的干擾，實現BAN可以和一個或者更多的其他BANs分享同一個運行信道；極大地增加 了對網絡信道的利用率。
【發明內容】
[0010] 針對現有技術的不足，提出了一種在保證網絡能量消耗增加可以接受的前提下， 通過交錯相鄰體域網的超幀活躍期，最大限度的減少，并可能消除單一信道相鄰體域網之 間的干擾問題，實現多網共存的基于超幀活躍期交叉的無線體域網共存方法，本發明的技 術方案如下：一種基于超幀活躍期交叉的無線體域網共存方法，其包括以下步驟：
[0011] 101、某區域內存在一個體域網BAN1，體域網BAN2隨后加入該區域，且體域網 BAN1和體域網BAN2處于相鄰位置并且工作在同一信道時，選定體域網BAN1作為主參考 網絡，選定第二個加入此區域的體域網BAN2作為副參考網絡，記體域網BAN2的身體主站 hub，記為hub2,偵聽并解析BAN1的獲取體域網BAN1當前的本地時間^和超幀結構信 息，得到體域網BAN1的超幀符號（SO)i的值；
[0012] 102、讀取體域網BAN2當前的時間，計算當前超幀信標發送的時間t2，通過心和 t2計算出兩個網絡在同一信標周期發送信標幀的時間差值t，判斷時間差值t是否小于體 域網BAN1的身體主站hub1的活躍期結束的時間，若是，則跳轉至步驟104,否則跳轉至 步驟103,結束；并判斷體域網BAN2的身體主站hub2的活躍期結束的時間是否大于hub1 的非活躍期結束的時間，若是，則跳轉至步驟104,否則跳轉至步驟103,結束；
[0013] 103、體域網BAN2的hub2丟棄接收到的體域網BAN1的信標幀，繼續在體域網 BAN2當前的信標周期長度和非活躍周期工作；
[0014] 104、當時間差值t小于體域網BAN1的hub1的活躍期結束的時間，并且同時體 域網BAN2的hub2的活躍期結束的時間大于hub1的非活躍期結束的時間時，體域網BAN 1和體域網BAN2的活躍期將發生重疊并產生干擾，體域網BAN2的hub2構建超幀活躍期 交叉請求幀發送給hub1 ;
[0015] 105、體域網BAN1的hub1接收到hub2的超幀活躍期交叉請求幀后立即回復 確認幀，表示確認接收到請求，解析此請求幀的內容，并記錄體域網BAN2的標識符和優先 級；
[0016] 106、體域網BAN1的hub1根據自身當前的信標周期即超幀長度和非活躍期，判 斷是否可以提供可用的超幀活躍期交叉，即判I
蓋否成立， 其中，SDJPBIi分別代表節點i的超幀持續時間和信標間隔，GTS代表保護時隙，N表示工作 于同一信道的相鄰體域網網絡個數，若成立則跳轉至步驟107,不成立則跳轉至步驟108 ;
[0017] 107、體域網BAN1的hub1向體域網BAN2的hub2發送超幀活躍期交叉響應幀 告知接受hub2的請求，并跳轉至步驟109 ;
[0018] 108、不成立時則表明當前的信標周期長度和非活躍期不足以提供可用的超幀活 躍期交叉，體域網BAN1的hub1將體域網BAN2的優先級和記錄的其他申請超幀活躍期 交叉的BANs的優先級進行比較