一种信道优化与抑制WBAN间干扰的功率控制优化方法与流程

本方法涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种信道优化与抑制WBAN间干扰的功率控制的优化方法。

背景技术

无线体域网(WBAN)已经被研究很多年，因为它是许多智能系统的通信基础设施，例如智能健康。2007年11月，IEEE 802.15.6人体网络工作组正式成立，工作组旨在围绕人体制定低功耗短距离通信标准。标准组的建立从区别于无线传感器网络和PAN通信领域的正式网络出发。WBAN的应用已经从医疗领域跨越到体育、运动训练、电子娱乐、军事行动等领域。它有望在人们的日常生活中发挥越来越重要的作用。由于WBAN在日常生活和工业中的广泛应用，它具有重要的科学意义和应用价值。无线体域网作为一种新型的以人为中心的无线传感器网络，一般由多个和个体相关的无线通信节点以及一个协调器组成。传感器节点收集各种人体级环境信息，然后传输给个人终端进行处理或通过个人终端与其它诗句通信网络中的设备进行通信，将人体或物理参数传送到医院或检测中心。由于无线体域网便捷高效的特点和强大的用户友好性，可以对患者进行远程实时监控，保证使用者最大的自由移动性，并大幅降低医疗保健成本。

大部分的无线体域网技术采用的是各国通用的ISM频段，信道数量是有限的，不同的WBAN有很大的概率会工作在同一信道上，当WBAN植入体内，当人们之间相互靠近时，他们体内的WBAN之间会产生干扰，导致数据传输的可靠性降低，如果传输一些紧急信号时，则可能会危害影响病人的生命健康。抗干扰性有待提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种信道优化与抑制WBAN间干扰的功率控制的联合优化机制方法，是针对多个WBAN之间共存干扰提出的一种合理的解决方法。本发明通过以下技术实现的：

一种信道优化与抑制WBAN间干扰的功率控制的联合优化机制方法包括：

首先对于信道进行优化，然后将无线局域网中的不同传感器之间的使用情况通过效用函数表示出来，所求出的效用函数是满足纳什均衡的，可以通过数学方法求出最佳功率，从而为各个无线体域网进行信道分配，所述的无线体域网由设于置在个体上的若干传感器及协调器构成。

由于上述提供的技术方案可以看出，场景中的人移动是有特点的，针对无线体域网中的干扰问题提出了上述方案，提高了传输的可靠性。

首先进行在信道优化方面，先确定WBAN所需要传输的信息量，若传输的信息量大于信道容量，则只能按照最大信道可传输有效帧数进行传输，若不超过信道容量，则按照实际传输当前信息所需要的信息量进行传输，公式如下：

Xi,j,k＝1,当第i个用户可以获得第j个超帧中的第k帧时

Xi,j,k＝0,其他

约束条件：

Wi,j,k表示的是最大优先级，a表示每个超帧的可用帧数，s表示超帧数量，Mi表示的是第i个用户的基站所要求的总帧数。本发明假定以最大优先级为1进行说明。本发明实施例必须保证任意一个用户所获得的信息量不得大于最大信道容量，且总传输信息量也不能超过总可使用帧，用户获得的帧总数不能大于用户帧需求。多个用户不能同时赢得某一个帧。

其次，在信道优化后，假使每个WBAN采用的是时分多址机制进行无线体域网之间的通信，在一个WBAN内部没有冲突和干扰，但是在WBAN之间有干扰，因此用数学方法表示出此时效用函数为：

式子中的自变量为pi，ri为第i个传感器的信噪比，b为最佳传输速度，a表示最大满意度，wi为代价因子，pi第i个传感器的传输功率，ci为代价函数。表示为初的效用函数，p-i表示为除了第i个传感器外其他的传感器的传输功率，其中信道增益在WBAN中是关于距离的函数关系。在本发明下，采用TDMA进行传输，在这种情况下，可以忽略WBAN本身内部的干扰，在功率分配之前，要进行信道增益的评估，得出信噪比，则传输信噪比可以表示为：

qii表示的是第i个WBAN的发射机到第i个接收机之间的信道增益，pi表示为第i个WBAN的传输功率，B表示信道的带宽，qij表示第i个发射机到第j个接收机之间的信道增益，pj表示为第j个WBAN的传输功率，n0表示白噪声功率。

因为使用的效用函数是关于pi的函数表达式，然后对此函数进行拉格朗日函数法求导求出的极值则为最佳传输功率pi，表达式为：

本发明的有益效果：

1、通过对信道容量进行限制，提高传输的可靠性；

2、通过效用函数获得WBAN的最佳传输功率，再通过优化步骤对WBAN的传输功率进行优化，得到WBAN的最优传输功率，降低传输的能耗，提高吞吐量。

附图说明

图1WBAN体网络干扰示意图；

图2功率优化流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚且完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提出一种应用于抑制WBAN间干扰的功率控制机制方法，其主要包括：首先通过限制信道传输的信息量来优化信道，接着根据个体的移动模型来分析不同无线体域网之间的距离获得信噪比，从而获得效用函数，所述无线体域网由于设于置在个体上的若干传感器以及协调器构成。

根据无线体域网之间相互靠近会产生干扰，通过效用函数求得最小传输功率点从而最小化网络中的干扰冲突。

上述方案充分分析个体的社会移动特性，针对无中心控制情况下多无线体域网共存干扰问题提出相应的解决方案，大大提高了数据传输的可靠性。

为了便于理解，下面针对上述方案做进一步介绍。

本发明的实施例以老年人社区中基于无线体域网的健康监测系统为主要应用场景。每个个体身上部署无线体域网，其节点随着个体移动的移动而移动，无线体域网的协调器与中心控制器进行通讯，从而把人体的生理数据传输到医疗中心进行实时监控。由于个体的移动特征，无线体域网的位置不断发生变化，当多个WBAN相互靠近时，他们之间会发生干扰，如图1所示，导致数据的可靠性降低，如果涉及到一些紧急生理因素的传输，可能影响到老人的生命健康。因此，本发明针对该问题，提出了一种信道优化与抑制WBAN间干扰的功率控制的联合方法。

如图2所示，本发明的功率优化主要流程如下：

当老人开始走路时，则该人体内的WBAN会产生一个初始传输功率，此功率是随机产生的，作为初始化功率，通过上式求得节点最佳传输功率pi，最佳传输功率是对WBAN初始传输功率的优化，有利于提高链路的传输质量。当老人的每个肢体关节发生变化，则其距离也会发生变化，它的最佳传输功率也会随之改变。假设一个WBAN有k个位置节点，在每个节点都有一个初始功率，通过公式求得每个位置的最佳传输功率pi，在实现功率优化时，假定一个极其小的数θ，且θ>0，在确定WBAN最优功率时，需要对k个位置的最佳功率pi与第k-1个节点的最佳传输功率进行比较，式子如下：

|p(k)-p(k-1)|＜θ，

每求得两个位置的最佳功率都必须通过此式子进行比较，如果满足上式，该功率p(k)(即k位置节点的最佳功率)为需要确定WBAN的最优传输功率，如果不满足该式子，则继续通过求得各个位置节点的最佳功率进行比较。当每个WBAN通过上述求得各自在WBAN间的传输功率时，则场景中所有的WBAN功率优化完成。因此，每个WBAN在WBAN间传输的功率即为每个WBAN所求的最优传输功率。

每个WBAN都必须有一个最优传输功率，针对此所使用的效用函数是凸函数，满足纳什均衡，且纳什均衡是唯一的。

本发明实例基于功率控制的方法，充分分析WBAN移动时功率的变化，针对多WBAN共存干扰的问题提出的解决方案。大大提高了信道传输的可靠性，保障用户的生命安全。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。