基于TDMA的应用于WBAN的MAC设计-集成电路工程专业论文.docxVIP

独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文 不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保 密□，在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 摘要 随着传感器技术，无线通信技术以及微电子制造技术的发展；低功耗无线技术 在越来越多的领域广泛应用。随着人类周边无线设备的增加，以人体为中心的网络 成为了可能。无线体域网络（WBAN），这种由人体相关的网络元素组成的通信网络， 被提了出来。其最基本的应用是在医疗领域。但是对于这种网络，由于节点能量极 度受限（特别是植入式设备），导致了节点的通信能力及计算能力都很有限，极大的 限制了该网络的应用。如何降低节点能耗，延长网络生存期成为了 WBAN 网络的首 要目标。 本文研究了无线体域网的主要场景，分析比较了其可能的网络结构。又由于传 感器节点的主要能耗都源于收发机的工作，而 MAC 层则主要起着调度收发机的作 用。所以一个好的 MAC 层协议可以很好的解决终端节点空闲侦听，信息碰撞，过侦 听等现象，可以极大的节省节点功耗。本文研究了 IEEE802.15.6 草案中给出的物理 层协议。分析了国内外针对无线体域网提出的 MAC 层协议的优缺点，重点分析了 IEEE802.15.6 草案中给出的 MAC 层协议及一种基于 TDMA 的复超帧结构的 MAC 层协议。综合分析说明了 IEEE802.15.6 草案中的 MAC 层协议可能导致的节点功耗 的浪费。为了解决能量浪费的问题，本文研究了一种有复超帧结构的 M-MAC 协议。 本文先初步分析了该协议在节能上的可行性。接着具体说明了该复超帧结构，并通 过采用时漂调节因子的变保护带算法，针对不同的情况加入时漂调节因子调整保护 带的宽度，从而减小了保护带与实际时漂之间的误差。在 OPNET 中建立了无线体域 网的网络模型，其中 MAC 层采用 M-MAC 协议及 IEEE802.15.4 草案中的 MAC 协议 进行了对比仿真。将仿真的结构导入 MATLAB 绘制了对比曲线。比较了不同节点状 态下，M-MAC 相对于 IEEE802.15.6 草案中 MAC 层协议在终端节点能耗上的优势。 本论文根据无线体域网的具体应用，分析比较得出最适合的网络拓扑结构为星 形拓扑结构。而根据这种网络结构，我所提出的 M-MAC 相对 IEEE802.15.6 草案给 出的 MAC 层协议，可以有效节省终端节点能耗 25%——87%。 关键词：无线体域网 MAC 协议 能耗 M-MAC Abstract With the development of sensor technology, wireless communication and Microelectronics manufacturing technology; low cost wireless communication has widely applied in many application. With more and more wireless device working around the human body, a network based on human will be possible. Wireless body area network (WBAN) which is made up of human related network elements has been put forward. The elementary application is medical application. But due to the energy consumption of the sensor nodes is so strictly constrained, particularly the implanted device, the power of communication and computing is limit