專利名稱：一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法及系統(tǒng)，是一種醫(yī)療植入設(shè)備組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作傳輸方案。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的醫(yī)療無線傳感器設(shè)備的平均采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，加之電池的容量有限，而且醫(yī)療植入設(shè)備的更換過程復(fù)雜、代價(jià)昂貴，因此如何提高能量的有效性至關(guān)重要。在無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域，以協(xié)作分集傳輸技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛?，F(xiàn)有的協(xié)作分集傳輸策略主要分為三類，放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward Methods)、檢測轉(zhuǎn)發(fā)(Detect-and-Forward Methods)和編碼協(xié)作(Coded Cooperation)。而編碼協(xié)作策略是目前協(xié)作MIMO (Multiple-1nput Multiple-Out-put,多輸入多輸出)研究的主流分集方法。協(xié)作MIMO策略的研究目的最終要?dú)w結(jié)于如何提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能效，降低網(wǎng)絡(luò)能耗，提高網(wǎng)絡(luò)壽命?，F(xiàn)階段對協(xié)作MMO的研究主要針對協(xié)作天線陣的選取、協(xié)作編碼方式的選擇、殘余能量節(jié)點(diǎn)選擇方案、協(xié)作節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率自適應(yīng)、協(xié)作節(jié)點(diǎn)調(diào)制方式選擇等各個(gè)方面。根據(jù)對目前研究成果的調(diào)研，協(xié)作MIMO傳輸策略研究中存在的最大不足是:主要成果集中于基礎(chǔ)研究和普適性協(xié)作方案研究，缺少針對具體應(yīng)用場景下的協(xié)作MMO傳輸策略研究。由于實(shí)際的應(yīng)用場景中存在小區(qū)間干擾，導(dǎo)致現(xiàn)有的協(xié)作MIMO傳輸系統(tǒng)的能耗仍然較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法及系統(tǒng)，能夠提高醫(yī)療植入無線傳感器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的能效，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。為此，本發(fā)明提出了如下的技術(shù)方案:一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法，包括以下步驟:根據(jù)個(gè)體分布密度標(biāo)準(zhǔn)選取單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)或選取個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)作為本地協(xié)作節(jié)點(diǎn)；根據(jù)實(shí)際設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和最大數(shù)據(jù)傳輸速率確定MQAM調(diào)制方式下不同調(diào)制級數(shù)b和協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Mt的范圍，采用預(yù)定方法對調(diào)制方式與協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，確定不同傳輸距離下的最優(yōu)化(b，Mt)；通過中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述最優(yōu)化(b，Mt)完成本地?cái)?shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)傳輸。一種傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括；本地體內(nèi)傳輸設(shè)備、中級轉(zhuǎn)發(fā)站、遠(yuǎn)距傳輸站和遠(yuǎn)端接收設(shè)備，所述本地體內(nèi)傳輸設(shè)備為人體體域網(wǎng)信道，所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)站為體域網(wǎng)與自由空間的混合信道，所述遠(yuǎn)距傳輸站為自由空間信道，所述遠(yuǎn)端接收設(shè)備采用多天線接收。本發(fā)明通過引入?yún)f(xié)作節(jié)點(diǎn)傳輸方案，使整個(gè)醫(yī)療植入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗大大降低，傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期得到大幅延長，有效地避免了單個(gè)節(jié)點(diǎn)能量耗盡帶來的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，同時(shí)減少了電池的頻繁更換帶來的病人的手術(shù)創(chuàng)傷和醫(yī)療費(fèi)用。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:圖1為本發(fā)明提供的人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法的流程不意圖；圖2為本發(fā)明提供的醫(yī)療植入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)圖；其中，患者個(gè)體體內(nèi)環(huán)境為本地信道，中繼協(xié)作為混合信道，中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)本地?cái)?shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)距傳輸醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心為遠(yuǎn)端接收者；圖3為本發(fā)明提供的兩種協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法示意圖；圖4為本發(fā)明提供的采用枚舉法進(jìn)行調(diào)制級數(shù)b和協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Mt的聯(lián)合優(yōu)化方法示意圖；圖5為本發(fā)明的協(xié)作傳輸方案對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效性和網(wǎng)絡(luò)壽命的比較圖，三條曲線分別為協(xié)作MIMO傳輸方案、非協(xié)作傳輸方案、傳統(tǒng)協(xié)作MIMO傳輸方案的網(wǎng)絡(luò)壽命；圖6為本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸系統(tǒng)的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法，包括以下步驟:步驟1，根據(jù)個(gè)體分布密度標(biāo)準(zhǔn)選取單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)或選取個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)作為本地協(xié)作節(jié)點(diǎn)。具體的，協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取以距離最近為準(zhǔn)則，選取其他個(gè)體體內(nèi)前Mt個(gè)節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)。其中，Mt為聯(lián)合優(yōu)化方法的枚舉法獲得的協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，dmd為9.95m的半徑。單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法為:以源節(jié)點(diǎn)為球心，半徑為15cm的球內(nèi)選取個(gè)體體內(nèi)離源節(jié)點(diǎn)最近的Mt個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)。個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法為:以源節(jié)點(diǎn)為球心，半徑為Clmd的球內(nèi)選取其他個(gè)體內(nèi)的Mt個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)為協(xié)作節(jié)點(diǎn)，dmd〈9.95m。個(gè)體分布密度滿足密度標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)距離源個(gè)體dmd的范圍內(nèi)沒有其他攜帶植入節(jié)點(diǎn)的個(gè)體存在時(shí)，采用單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法；當(dāng)距離源個(gè)體Clnid的范圍內(nèi)有其他攜帶植入節(jié)點(diǎn)的個(gè)體存在時(shí)，采用個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法。步驟2，根據(jù)實(shí)際設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和最大數(shù)據(jù)傳輸速率確定MQAM調(diào)制方式下不同調(diào)制級數(shù)b和協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Mt的范圍，采用預(yù)定方法對調(diào)制方式與協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，確定不同傳輸距離下的最優(yōu)化(b，Mt)。具體的，聯(lián)合優(yōu)化的過程包括:通過根據(jù)實(shí)際設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和最大數(shù)據(jù)傳輸速率確定MQAM調(diào)制方式下不同調(diào)制級數(shù)b和協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Mt的范圍，采用枚舉法或其他方法對調(diào)制方式與協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，確定不同傳輸距離下的最優(yōu)化(b，Mt)，使得總傳輸能耗最低。在帶有體內(nèi)植入傳感器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，未加入?yún)f(xié)作傳輸方案的系統(tǒng)能耗可表示為:
權(quán)利要求
1.一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)個(gè)體分布密度標(biāo)準(zhǔn)選取單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)或選取個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)作為本地協(xié)作節(jié)點(diǎn)； 根據(jù)實(shí)際設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和最大數(shù)據(jù)傳輸速率確定MQAM調(diào)制方式下不同調(diào)制級數(shù)b和協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Mt的范圍，采用預(yù)定方法對調(diào)制方式與協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，確定不同傳輸距離下的最優(yōu)化(b，Mt)； 通過中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述最優(yōu)化(b，Mt)完成本地?cái)?shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述選取單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)包括: 以源節(jié)點(diǎn)為球心、半徑為15cm的球內(nèi)選取個(gè)體體內(nèi)離源節(jié)點(diǎn)最近的Mt個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)，協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取時(shí)以距離最近為準(zhǔn)則，取前Mt個(gè)節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述選取個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)包括: 以源節(jié)點(diǎn)為球心，半徑為dmd的球內(nèi)選取其他個(gè)體內(nèi)的Mt個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)為協(xié)作節(jié)點(diǎn)，協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取仍以距離最近為準(zhǔn)則，選取其他個(gè)體體內(nèi)前Mt個(gè)節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)個(gè)體分布密度標(biāo)準(zhǔn)選取本地協(xié)作節(jié)點(diǎn)包括: 當(dāng)距離源個(gè)體dmd的范圍內(nèi)沒有其他攜帶植入節(jié)點(diǎn)的個(gè)體存在時(shí)，采用單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法；當(dāng)距離源個(gè)體dmd的范圍內(nèi)有其他攜帶植入節(jié)點(diǎn)的個(gè)體存在時(shí)，采用個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中繼節(jié)點(diǎn)的本地?cái)?shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)傳輸包括: 將所述中繼節(jié)點(diǎn)作為能量和體積不受限節(jié)點(diǎn)，距離所述本地協(xié)作節(jié)點(diǎn)距離較近，用于完成本地?cái)?shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)傳輸。
6.基于權(quán)利要求1-5所述的人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括；本地體內(nèi)傳輸設(shè)備、中級轉(zhuǎn)發(fā)站、遠(yuǎn)距傳輸站和遠(yuǎn)端接收設(shè)備，所述本地體內(nèi)傳輸設(shè)備為人體體域網(wǎng)信道，所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)站為體域網(wǎng)與自由空間的混合信道，所述遠(yuǎn)距傳輸站為自由空間信道，所述遠(yuǎn)端接收設(shè)備采用多天線接收。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種人體醫(yī)療植入信道下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方法及系統(tǒng)，所述包括根據(jù)個(gè)體分布密度標(biāo)準(zhǔn)選取單個(gè)個(gè)體內(nèi)協(xié)作節(jié)點(diǎn)或選取個(gè)體間協(xié)作節(jié)點(diǎn)作為本地協(xié)作節(jié)點(diǎn)；根據(jù)實(shí)際設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和最大數(shù)據(jù)傳輸速率確定MQAM調(diào)制方式下不同調(diào)制級數(shù)b和協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Mt的范圍，采用預(yù)定方法對調(diào)制方式與協(xié)作節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，確定不同傳輸距離下的最優(yōu)化(b，Mt)；通過中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述最優(yōu)化(b,Mt)完成本地?cái)?shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明能夠提高醫(yī)療植入無線傳感器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的能效，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
文檔編號H04W52/02GK103179646SQ20131006192
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者康桂霞, 李向一, 法布里·勞特, 林迪 申請人:北京郵電大學(xué)