無線體域網(wǎng)技術(shù)與節(jié)能方案

摘 要在無線傳感器網(wǎng)絡研究中，體域網(wǎng)是當今發(fā)展的一大趨勢，無論是在遠程醫(yī)療還是健康監(jiān)護等領(lǐng)域，都有著非常廣闊的市場前景。無線體域網(wǎng)的應用，能夠有效緩解看病貴、看病難的問題，對醫(yī)學的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。本文主要以無線體域網(wǎng)技術(shù)分析作為出發(fā)點，進而探討其節(jié)能方案，希望給我國醫(yī)學領(lǐng)域帶來一定幫助。

【關(guān)鍵詞】無線體域網(wǎng) 節(jié)能方案 低耗

1 無線體域網(wǎng)技術(shù)

體域網(wǎng)是一項新技術(shù)，國際對體域網(wǎng)的研究還處于初級階段，當下國際上還沒有對體域網(wǎng)下達明確的定義?，F(xiàn)如今，獨立的無線體域網(wǎng)節(jié)點數(shù)量非常少，例如在病房看護中，通過多個BAN共同采用一個節(jié)點能夠極大的提高資源利用率，同時也能夠有效降低成本，方便管理。獨立無線體域網(wǎng)技術(shù)不需要再次組網(wǎng)向遠程終端傳輸總數(shù)據(jù)。目前體域網(wǎng)技術(shù)的研究局限在兩大點，即BAN合BSN，由于兩種技術(shù)都是以遠程醫(yī)療為主題，因此，也有人認為BAN和BSN都屬于體域網(wǎng)技術(shù)。但二者之間依舊所有差異：BAN是通過一系列的傳感器形成的網(wǎng)絡，實現(xiàn)不同傳感器資源共享；而BSN主要是通過遠程醫(yī)療的一種BAN，BSN中的每個節(jié)點都是由傳感器或其它器械組成，見圖1。

2 無線體域網(wǎng)的應用領(lǐng)域

2.1 醫(yī)療及保健

無線體域網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療保健領(lǐng)域應用最為廣泛，在醫(yī)療方面，通過該技術(shù)將人體各類信息傳遞計算機中，進而實現(xiàn)實時人體監(jiān)控功能，為醫(yī)生診斷提供有力依據(jù)。例如通過EEG傳感器能夠?qū)θ梭w心電、腦電實施無線監(jiān)測。同時，將傳感器安裝在人體中，能夠為病人提供疾病預警功能。再如當今的一種UWB監(jiān)測顫抖技術(shù)，通過量化、分析原型，能夠有效針對抖動疾病，例如癲癇、帕金森綜合癥等。

2.2 體育與軍事

由于無線體域網(wǎng)技術(shù)主要是監(jiān)測人體的各項機能，因此，該技術(shù)也能夠應用在體育與軍事中。無線體域網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)κ勘祻陀柧殠硪欢ǖ谋憬菪?，能夠有效檢測各項心理數(shù)據(jù)。例如在劃船運動時，將傳感器安放到人員的腰部及臀部，能夠有效監(jiān)測這兩個部分的動作標準，進而為教練員提供各項數(shù)據(jù)。

3 無線體域網(wǎng)技術(shù)的節(jié)能方案分析

3.1 臨時節(jié)點的WBAN高效節(jié)能路由算法

通常情況下，無線體域網(wǎng)技術(shù)的流程主要為：在體域網(wǎng)中設置臨時節(jié)點，并將節(jié)點加入網(wǎng)絡中，當完成所有監(jiān)測任務之后，還會存留諸多能量沒有完全使用，進而造成資源良妃。基于此，想要提高無線體域網(wǎng)技術(shù)的節(jié)能性，必須要從節(jié)點作為優(yōu)化重點，采用基于臨時節(jié)點的WBAN高效節(jié)能路由法——RSUTN。該技術(shù)主要通過將臨時節(jié)點加入到網(wǎng)絡后，能夠靈活調(diào)整網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與傳感器位置，使臨時節(jié)點能夠分擔數(shù)據(jù)傳輸任務，提高節(jié)點的利用率，進而降低固有節(jié)點的消耗量，進而降低第一個節(jié)點的消耗速度，起到提高網(wǎng)絡試用期的目的。

3.2 利用轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的分簇路由算法

在3.1中提到的RSUTN路由算法雖然能夠有效利用網(wǎng)絡臨時節(jié)點的剩余能量，延長網(wǎng)絡的使用時間，但并未完全解決多跳路由中存在的網(wǎng)絡熱點問題，也可以稱之為節(jié)點中樞問題?；诖耍P者建議采用轉(zhuǎn)變節(jié)點的分簇路由算法。該算法主要是通過分簇路由結(jié)構(gòu)的全網(wǎng)統(tǒng)一TDMA時隙調(diào)度算法，并在簇頭節(jié)點上建立一顆“路由樹”，從而平衡能量負載。通過該技術(shù)能夠有效延長網(wǎng)絡使用時間，同時也能夠延長每個節(jié)點的生存時間，有效解決了網(wǎng)絡熱點問題，極大的降低體域網(wǎng)設備的功耗，進而延長單個節(jié)點的使用壽命。

3.3 基于超頻道數(shù)的單無線電算法

對于無線體域網(wǎng)技術(shù)來說，提高數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性是至關(guān)重要的。為了能夠保障人體安全、降低功耗，無線體域網(wǎng)技術(shù)中的節(jié)點大多都是配備單一無線電接收器，并且實現(xiàn)了多重頻道。通過多重頻道能夠讓運營的節(jié)點按照不同的時間、規(guī)律進行數(shù)據(jù)傳輸，進而提高信息傳輸效率。

3.4 增強學習算法——智能體節(jié)點

增強學習算法是智能體節(jié)點通過外部環(huán)境的一個簡單的標量信號（也稱之為增強信號）來不斷演進，進而通過終端系統(tǒng)分析其動作后果中的一系列問題因素。其具備學習主動性、適應性等特點，在當今智能無線體域網(wǎng)技術(shù)中應用非常廣泛。智能體節(jié)點增強學習主要屬性有以下幾點：

3.4.1 自治性

智能體節(jié)點能夠在外力直接干預下完成自身的工作，對自身的行為與狀態(tài)有著自我控制能力。

3.4.2 社會能力

在同一系統(tǒng)中，不同智能體之間能夠以某種方式形成交互。

3.4.3 反映能力

智能體節(jié)點能夠從周邊環(huán)境中獲取信息并進行信息反饋，從而改變運行環(huán)境。

3.4.4 預動能力

在對環(huán)境做出反應之外，其還能夠接收某種啟示信息，進而體現(xiàn)出面向目標的行為。

4 結(jié)束語

隨著我國無線技術(shù)不斷發(fā)展，無線體域網(wǎng)作為無線技術(shù)發(fā)展的一大趨勢，對人們的生活、社會發(fā)展有著巨大推動力。由于無線體域網(wǎng)設備中的傳感器節(jié)點直接與人體接觸，必須要做好無線體域網(wǎng)設備的節(jié)能工作，降低傳感器對人體的輻射傷害，充分發(fā)揮無線體域網(wǎng)設備的積極作用，進而推動我國無線技術(shù)發(fā)展。

參考文獻

[1]劉鐵流，巫詠群.一種新的基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡多跳節(jié)能路由協(xié)議[J].信息與控制，2014，41（01）：22-23.

[2]尚鳳軍.無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

作者簡介

劉澤宇（1991-），男。在讀碩士研究生，研究方向為無線體域網(wǎng)。

作者單位

廣西大學計算機與電子信息學院 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530004