体域网节能MAC协议研究及在移动医疗中的应用

摘要

随着社会经济水平的不断进步和医疗信息技术的迅速发展，人们对健康问题变得越来越重视。现代社会人口老龄化加剧以及高血糖高血压等慢性病患者比例的增长，使得基于体域网的移动医疗的应用前景引起人们的关注。基于体域网的移动医疗越来越被证明是解决发展中国家医疗资源相对欠缺、医患比例失调的有效方式。无线体域网是以人体为中心，由分布在人体内、人体表面或者人体周围的无线传感器节点构成的小型网络，在医疗、军事、体育、娱乐等领域有着广泛的应用前景。无线体域网同传统的传感器网络相比有着明显区别，微型化的传感器节点具有有限的电池容量，尤其对于植入式传感器节点无法经常更换电池，因此我们需要一个高能效的网络，如何降低节点功耗成为无线体域网研究的一个重要问题。
　　首先，文中采用从介质接入控制（MAC）层入手，通过采用一种基于复超帧的时分复用（TDMA）MAC层协议，减少了中心节点唤醒传感器节点同步次数来减少能量消耗，这种复超帧让节点在信标同步期间保持睡眠，减少了在信标期间唤醒节点同步造成的能量浪费。
　　其次，针对无线体域网低能耗的特点，考虑到由于数据冲突重发和空闲侦听是造成的能量浪费主要来源，该协议在主从的星型网络架构下，采用一种基于 TDMA的接入控制策略，优化带时漂因子的可变保护带算法，利用时漂因子动态动态调节时隙的保护带宽度，使调整后的保护带宽度更加接近实际时漂，进一步减少能量浪费来延长整个无线体域网的生存周期。通过仿真可知，基于 TDMA时隙保护带算法相比能够进一步降低节点能耗。同时，该协议为突发的紧急数据提供保证时隙，在保持低能耗的同时，满足实时性和可靠性的要求。
　　最后，设计低功耗无线体域网移动医疗系统应用方案，在感知层通过穿戴式医学传感器采集人体血压、血氧、心电等生理参数，通过无线网关传输到智能终端，最后传输到云平台，在云服务层分析健康数据反馈给用户或者医生，达到健康监护的目的。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 相关研究现状

1.3 论文主要研究工作

1.4 论文组织结构

第二章 无线体域网MAC协议综述

2.1 无线体域网体系结构

2.2 MAC节能机制分析

2.3 IEEE 802.15.4标准

2.4 本章小结

第三章 基于TDMA的节能MAC协议设计

3.1信道接入机制概述

3.2节能MAC的协议的设计和研究

3.3 MAC协议仿真

3.4本章小结

第四章 低功耗移动医疗系统的设计

4.1移动医疗系统关键技术

4.2系统总体架构设计

4.3系统采集终端设计

4.4 Zigbee-Bluetooth无线网关设计

4.5视频通信模块设计

4.6移动医疗系统中数据库的设计

4.7本章小结

第五章 移动医疗系统的实现与测试

5.1 移动医疗系统智能终端测试

5.2云服务平台网站实现

5.3本章小结

第六章 总结和展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间的主要成果

致谢