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无线体域网络及时可靠与安全传输协议的研究

无线体域网络及时可靠与安全传输协议的研究

作者：王艺静中国计量学院

学位级别：硕士

无线体域网络(BAN),作为无线医疗保健传感网络的重要组成部分,通过分布在人体上或人体内的传感器,用一跳或多跳的方式将感知到的数据传送到BAN网关节点,对被监护者提供生理数据实时监测。本文对BAN动态密钥产生与及时可靠安全传输协议... 详细信息

无线体域网络(BAN),作为无线医疗保健传感网络的重要组成部分,通过分布在人体上或人体内的传感器,用一跳或多跳的方式将感知到的数据传送到BAN网关节点,对被监护者提供生理数据实时监测。本文对BAN动态密钥产生与及时可靠安全传输协议相结合,实现了BAN可靠性传输、BAN数据安全传输且满足“即插即用”。另外,在数据传输率、端到端延迟、能量消耗以及安全分析和性能分析方面均取得了良好的结果,为无线体域网络从理论研究走向实际应用奠定应用理论基础和技术储备。本文的主要研究工作如下:1、针对BAN对数据传输可靠性和及时性的需求,结合传感器节点存储资源限制和数据优先级的考虑,提出了一种及时可靠的BAN传输协议AODV-RT。(1)将数据包按优先级分为Highest、High、Medium、Low和Lowest五个等级,其中Highest数据包属于警报信息,具有最高优先级。(2)首先在每个节点缓存Highest警报信息,提供HBH错误恢复;其次中间节点缓存接收信号强度RSSI较低的后一级节点中优先级较高的数据,提供E2E和HBH相结合的错误恢复;最后需要重传的数据包逐个向前一级请求数据。(3)性能分析与模拟实验表明:AODV-RT与相似协议MAODV-SIM相比,节省了大约4%的平均数据传输率、9.5%的平均延迟和14%左右的能耗。2、针对BAN数据安全传输的需求,提出了一种将节点时钟特性与BAN属性相结合的安全数据传输协议。(1)本研究协议主要分为:系统初始化、安全路由形成、加密数据传输三个阶段。利用节点时钟频率这个固有属性,使两节点间时钟偏移形成一组对称的动态密钥,在安全环境下对系统初始化,形成安全路由并实现加密传输。(2)安全分析表明该协议在密钥动态性、被动攻击、主动攻击、节点捕获、新节点加入等方面有很好的安全性能。(3)性能分析表明该协议在存储、计算、能量消耗三种开销都在BAN网络可接受的范围;在不需要增加硬件条件下,满足“即插即用”。

关键词：无线体域网络可靠性及时性安全

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无线体域网络中资源分配算法的研究

无线体域网络中资源分配算法的研究

作者：刘凯宁中国科学技术大学

学位级别：硕士

传统的由电池供电的无线体域网络,节点可能会由于长期的运行而耗尽电量,对于植入式节点或一些可穿戴设备而言,更换电池的代价是十分高昂的。无线能量传输技术为节点的能量受限问题提供了有效的解决方案,有利于节点的可持续运行。由于系... 详细信息

传统的由电池供电的无线体域网络,节点可能会由于长期的运行而耗尽电量,对于植入式节点或一些可穿戴设备而言,更换电池的代价是十分高昂的。无线能量传输技术为节点的能量受限问题提供了有效的解决方案,有利于节点的可持续运行。由于系统传输性能的优化和资源的分配(时间资源、功率资源和链路资源等)是密切相关的,因此,资源分配算法的研究具有重要的意义。因此,本文将主要研究无线体域网络中的资源分配算法。多层无线体域网络通常包括由可穿戴设备或植入设备到汇聚节点组成的体内无线体域网络以及由汇聚节点到基站或接入点组成的体外无线体域网络。汇聚节点可以看做是中继节点作为低功耗设备(源节点)与基站(目的节点)之间的衔接,协助信息的发送并为低功耗设备提供能量。多层单个无线体域网络和多个无线体域网络的相关工作中汇聚节点均是工作于半双工模式,存在资源利用率较低和时延较高的问题。为了合理的利用系统资源,提升数据传输性能,本文分别针对多层单个无线体域网络和多个无线体域网络,并结合全双工技术和无线能量传输技术,设计资源分配算法:(1)本文主要关注于多层单个无线体域网络场景的资源分配算法的设计:中继节点通过采用全双工工作模式,可以同时为源节点传输射频能量,接收源节点发送的信息以及发送信息至目的节点。在该场景中,本文提出了联合考虑链路调度和功率资源分配的资源分配算法,其中,链路调度策略决定了在每个时隙是哪个低功耗设备传输信息至中继节点以及中继节点在发送哪个源节点的信息至目的节点。功率资源分配则决定了每个时隙被调度节点的传输功率。(2)本文主要关注于多层多个无线体域网络场景的资源分配算法的设计:时间被划分为能量传输阶段和数据传输阶段。在能量传输阶段,汇聚节点向低功耗设备提供射频能量,在数据传输阶段,每个时隙同一个全双工中继节点的入链路和出链路可以同时调度来接收和发送信息,不同中继节点的链路也可以同时调度,提高了调度的灵活性和传输的数据量。并且,源节点可以采集每个时隙其他节点的数据传输产生的射频能量,即将干扰视作一种射频能量来源。该资源分配算法通过联合优化时间资源分配、功率资源分配、多条数据流的链路流量分配以及链路调度策略,最大化系统的加权吞吐量。

关键词：无线体域网络资源分配无线能量传输全双工

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无线体域网络可靠与能量有效协议研究

无线体域网络可靠与能量有效协议研究

作者：张玉娟中国计量大学

学位级别：硕士

无线体域网络是附于体表或植入体内的传感节点的集合,用于实时监测人体生理数据,广泛应用于医疗、体育训练和娱乐等领域。人体姿势变化对拓扑结构的影响和人体遮挡带来的阴影效应使得数据的传输可靠性得不到保障;同时,由于WBAN中节点能... 详细信息

无线体域网络是附于体表或植入体内的传感节点的集合,用于实时监测人体生理数据,广泛应用于医疗、体育训练和娱乐等领域。人体姿势变化对拓扑结构的影响和人体遮挡带来的阴影效应使得数据的传输可靠性得不到保障;同时,由于WBAN中节点能量受限,耗尽电量的节点不仅改变拓扑结构、缩短网络寿命还会影响网络的服务质量。为了延长网络寿命和保障数据传输的可靠性,本文根据WBAN的特征对低功耗、高可靠性协议进行了研究。主要工作有:1)提出了一种能量平衡的无线体域网络AODV多播路由发现协议。通过在节点广播的Hello消息中增加到Sink的最小跳数hops、到Sink的下一跳节点next和节点本身是否具备转发能力isforward 3个参数,只选择能到达Sink节点的邻居节点参与转发RREQ消息,变广播为多播,有效地降低了路由发现的能量开销,并通过能量平衡延长了WBAN的使用寿命。性能分析与模拟实验表明,该协议在RREQ数量、数据传输率和网络寿命与相似协议EAAODV相比分别提高了-20%、3.5%和20%。2)提出了一种能降低数据包碰撞概率的新协议。以混合轮询MAC协议为基础,将节点分为高或低优先级两类,每个节点向Sink发送数据前都进行信道空闲检测,有效地降低了信道碰撞的可能性,提高了WBAN的整体性能。仿真实验表明:该协议在能量利用率、吞吐量、丢包率和数据传输率方面分别比混合轮询MAC协议提高5%、3.5%、-20%和0.2%。

关键词：无线体域网络可靠性能量有效 AODV协议 MAC协议

基于PID神经网络的无线体域网功率控制算法研究

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计算机应用研究 2018年第9期35卷 2744-2747,2761页

作者：贾燕燕谢志军宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波315211

无线体域网络(wireless body sensor network,WBSN)在远程医疗保健、特殊人群监护等领域的应用已引起广泛关注。能量严格受限的场景使WBSN对节点的能耗要求非常高,因此能量消耗问题已经成为了对于无线体域网发展的主要挑战,而功率控制... 详细信息

无线体域网络(wireless body sensor network,WBSN)在远程医疗保健、特殊人群监护等领域的应用已引起广泛关注。能量严格受限的场景使WBSN对节点的能耗要求非常高,因此能量消耗问题已经成为了对于无线体域网发展的主要挑战,而功率控制可以有效节省能量的消耗。设计了一种基于比例、积分、微分的神经网络(single-out PID proportion integral derivative neural network,SPIDNN)自适应网络功率机制来动态调整无线体域网中传感器节点的发射功率控制方法,利用具有自学习的PID控制算法来动态调整发射功率的大小。通过实验将所提算法与体域网中网内经典功率控制算法乘增加减(multiplicative increase additive decrease,MIAD)算法以及传统基于偏差的比例、积分、微分(proportion integral derivative,PID)控制算法进行了对比。实验结果证明,该算法不仅提高了收包率,保证了链路的质量,而且在相同的实验环境下,发送2 000个数据包的总耗能分别降低了20%以及16.6%。该算法在性能上优于MIAD和PID控制算法,为无线体域网中传感器的控制节能问题提供了一个较好的解决方案。

关键词：无线体域网络功率控制 PID神经网络能耗

一种IEEE 802.15.6 Two-Hop拓扑扩展转发节点选择协议

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传感技术学报 2018年第1期31卷 97-102页

作者：谭劲蒋文斌中国计量大学信息工程学院杭州310018

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 802.15.6 2-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Rela... 详细信息

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 802.15.6 2-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Treq Lenk的Relay Node Discovery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Relay Info消息;Relay Info消息包含节点i自己的IDi,平均信噪比Avg SNRik和能提供转发的最长数据时间Tmax Lenik;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。

关键词： IEEE 802.15.6 无线体域网络转发节点能量有效

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基于多无线体域网的多节点传输策略优化研究

长春工业大学学报 2024年第5期45卷 406-411页

作者：胡封晔徐梓凯王铭阳吉林大学通信工程学院吉林长春130012 辽宁省重大技术装备战略基地建设工程中心辽宁沈阳110000

基于多人多点的无线体域网模型提出传输策略优化方案,并针对网络的能量受限问题构建基于射频能量收集技术的信息能量,同时传输模型。文中提出的算法以最大化系统总传输速率为优化目标,通过优化传感器的功率分配减少网络间干扰。仿真结... 详细信息

基于多人多点的无线体域网模型提出传输策略优化方案,并针对网络的能量受限问题构建基于射频能量收集技术的信息能量,同时传输模型。文中提出的算法以最大化系统总传输速率为优化目标,通过优化传感器的功率分配减少网络间干扰。仿真结果表明,所提算法在多体域网络共存情况能有效提高系统传输速率。

关键词：无线体域网络能量收集传输功率

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无线体域网的LBT混合轮询MAC协议

中国计量学院学报 2016年第2期27卷 197-203,227页

作者：谭劲张玉娟中国计量大学信息工程学院浙江杭州310018

在WBAN中,由于信道碰撞,多个处在活动状态的节点传输数据包给Sink节点将会造成很高的网络负载.设计具有避免碰撞的MAC协议是提高WBAN整体性能的关键所在.HEH-BMAC以能量收获作为能量来源,允许产生随机数xi 详细信息

在WBAN中,由于信道碰撞,多个处在活动状态的节点传输数据包给Sink节点将会造成很高的网络负载.设计具有避免碰撞的MAC协议是提高WBAN整体性能的关键所在.HEH-BMAC以能量收获作为能量来源,允许产生随机数xi无线体域网的LBT混合轮询MAC协议在HEHBMAC的基础上添加两类节点(高或低优先级)向Sink发送数据前的信道空闲检测,有效地降低了信道碰撞的可能性,提高了WBAN的整体性能.仿真实验表明,该协议在包丢失率、平均传输率、能量利用率和归一化吞吐量方面优于HEH-BMAC协议.

关键词：无线体域网络能量收获数据包碰撞混合轮询传输监听