【摘 要】
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无线体域网（Wireless Body Area Networks,WBANs）在医疗健康系统中发挥重要作用,其通常由若干个传感器和一个协调器构成。由于WBAN中传感器能量和服务要求等限制,提高数据传输的可靠性尤为重要。然而,信号会因人体形态阻挡、组织吸收等因素产生各种衰落,这会降低数据传输的可靠性。介质接入控制（Medium Access Control,MAC）协议作为通信协议的组成部分,对网
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无线体域网（Wireless Body Area Networks,WBANs）在医疗健康系统中发挥重要作用,其通常由若干个传感器和一个协调器构成。由于WBAN中传感器能量和服务要求等限制,提高数据传输的可靠性尤为重要。然而,信号会因人体形态阻挡、组织吸收等因素产生各种衰落,这会降低数据传输的可靠性。介质接入控制（Medium Access Control,MAC）协议作为通信协议的组成部分,对网络性能起关键作用,例如可靠性、能耗等。然而,现有MAC协议在选择传输方式和时机上存在一些不足。一方面,动态睡眠方式让节点在信道质量不好时直接进入睡眠,使节点长期无法发送数据,导致数据的丢失。另一方面,时间资源的盲目分配无法保证节点在传输时有良好的信道条件,导致可靠性降低,能耗增加。针对现有研究不足,本文根据人体运动模式的稳定状态将网络分为动态非稳定和动态稳定网络,然后基于各类网络特征设计MAC协议,主要内容如下:1)针对动态非稳定的体域网,提出一种基于节点失联时间的MAC（Medium Access Control Based on Sensor-disconnected Duration,SDMAC）协议。该协议根据失联时间的长短让节点自适应调整数据传输方式。对于短期失联,紧急节点预先检测信道质量,再灵活选择信道良好的时机与普通节点交换时隙来传输数据,能减少因盲目传输而浪费的能量,增加数据传输机会,提高传输可靠性。对于长期失联,节点选择具备高传输成功率及充足能量的两跳链路来传输数据。相比于现有固定链路的协议,SDMAC协议基于失联时间的自适应传输方式提高长期失联节点传输可靠性,同时节省短期失联节点的开销。仿真对比实验展示该协议在传输成功率、吞吐量和能耗方面的优点。2)针对动态稳定的体域网,提出一种基于信道状态变化特征的MAC（Medium Access Control Based on Channel State Shift Features,CSSF）协议。首先,该协议根据节点的基本传输时隙需求、网络提供的总传输时隙数、节点饥饿程度及其优先级确定节点时隙分配方案。其中,饥饿程度取决于节点成功传输数据量占比和成功通信的时间间隔,能更合理地衡量节点与协调器通信的迫切程度。其次,该协议根据马尔可夫信道模型的特征分配时隙区间并设计权重因子,再基于时隙区间和权重因子来确定节点传输顺序。该方式提高紧急数据传输的成功概率,减少时隙分配冲突,从而提高数据传输的可靠性。仿真对比实验显示该协议在丢帧率、吞吐量和能耗方面的有效性。
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