基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010962387.4 (22)申请日 2020.09.14 (71)申请人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 刘斌张晓屿 (74)专利代理机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 11260 代理人 郑立明韩珂 (51)Int.Cl. H04B 13/00(2006.01) H04W 4/38(2018.01) H04W 24/02(2009.01) H04W 72/04(2009.01) (54)发明名称 基于图着色方。

2、法的无线体域网间干扰减轻 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于图着色方法的无线 体域网间干扰减轻方法， 根据单个个体的移动模 型， 获得无线体域网内传感器节点的位置分布概 率； 利用路径损失模型构建出各个传感器节点对 于每个无线体域网的干扰权值， 并构建出所有无 线体域网之间的干扰关系图， 从而为各个无线体 域网进行信道分配。 该方法充分分析个体的移动 性特征， 针对多WBAN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。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 112054854 A 2020.12.08 CN 112054854 A 1.一种基于图着色方法的无线体。

3、域网间干扰减轻方法， 其特征在于， 包括： 根据单个个体的移动模型， 获得无线体域网内传感器节点的位置分布概率； 利用路径 损失模型构建出各个传感器节点对于每个无线体域网的干扰权值， 并构建出所有无线体域 网之间的干扰关系图， 从而为各个无线体域网进行信道分配； 所述无线体域网由设于个体 上的若干传感器节点及协调器构成。 2.根据权利要求1所述的一种基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法， 其特征 在于， 所述根据单个个体的移动模型， 获得无线体域网内节点的位置分布概率包括： 根据参考点组移动模型， 传感器节点围绕各自参考点移动， 从而获得传感器节点的位 置分布概率； 所述参考点是指个体上的。

4、位置点。 3.根据权利要求1所述的一种基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法， 其特征 在于， 所述利用路径损失模型构建出各个传感器节点对于每个无线体域网的干扰权值， 并 构建出所有无线体域网之间的干扰关系图包括： 根据传感器节点的位置分布概率和路径损失模型， 生成无线体域网之间的带权干扰关 系图G , ,， 带权干扰关系图中的三项分别为顶点集合、 边集合、 权重集合； 每一个顶 点v ， 代表一个无线体域网； 每个边v,v ， 都有一个非负权值v,v， 权值v,v即为 顶点v对应的无线体域网内所有传感器节点相对于顶点v对应的无线体域网， 归一化后的 信道增益， 表征无线体域网之间发生干扰的。

5、概率。 4.根据权利要求3所述的一种基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法， 其特征 在于， 采用两阶段的贪心算法为各个无线体域网进行信道分配， 方式如下： 第一阶段： 求和每个无线体域网与其他所有无线体域网的干扰权值： 其中， N表示无线体域网的数量； 将可用信道数目记为K， (v)代表在未分配信道下顶点v对应的无线体域网受其他无 线体域网干扰的程度， 矩阵是一个1N的矩阵， 从中选择前K个干扰最严重无线体域网依 次分配一个信道； 若NK， 即无线体域网的数量小于等于可用信道数量， 则每个无线体域网占用一个信 道即可， 各个无线体域网互不干扰地进行数据传输； 第二阶段： 若NK， 则基于当。

6、前已经分配好的无线体域网， 循环依次分配信道给剩余无 线体域网； 在每一次循环中， 已经分配的无线体域网数目记为n， 从剩余未分配无线体域网 中， 依次计算顶点i对应的无线体域网依次被分配第k个信道后相对于已经分配的n个无线 体域网的干扰情况： 其中， Ck,1kK表示第k个信道所包含的无线体域网对应的顶点集合， 从而得到一个 二维矩阵， 横行对应无线体域网， 纵列对应信道； 从二维矩阵中选择最大值对应的无线 体域网x， 在无线体域网x所对应的行中选择值最小的信道分配给该无线体域网x； 每轮循环 依次分配一个无线体域网， 循环结束后， 所有无线体域网分配完毕。 权利要求书 1/1 页 2 CN。

7、 112054854 A 2 基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法 技术领域 0001 本发明涉及电子健康领域， 尤其涉及一种基于图着色方法的无线体域网间干扰减 轻方法。 背景技术 0002 随着我国经济的不断发展和人民生活水平的普遍提高， 人口老龄化问题已经逐渐 受到越来越多人的关注， 因此寻求经济有效的方法来实现中老年人医疗监测和健康护理显 得尤为重要。 无线体域网(Wireless Body Area Network， WBAN)作为一种新型的以人为中 心的无线传感器网络， 通常由多个和人体相关的无线通信节点以及一个协调器组成。 这些 无线通信节点包括个人终端(如手机、 PDA等)，。

8、 以及分布在人身体上、 衣物上或者是身体内 的无线传感器等。 传感器节点收集各种人体及环境信息(如体温、 血压、 心电图ECG等)， 然后 传输给个人终端进行处理或通过个人终端与其它数据通信网络(如互联网、 移动通信网等) 中的设备进行通信， 将人体生理或物理参数传送到医院或监测中心。 无线体域网便捷高效 的特点和强大的用户友好性， 可以在对患者进行远程实时监护的同时， 保证使用者最大的 自由移动性， 并大幅度降低医疗保健成本。 0003 目前大部分的无线体域网技术采用的是各国通用的ISM频段， 然而该频段中相互 正交的信道数量非常有限， 不同WBAN会有很大的概率工作在同一个信道上， 当多个。

9、工作在 同一个信道上的WBAN彼此靠近时， 它们之间会发生干扰， 导致数据传输的可靠性降低， 如果 涉及到一些紧急生理数据的传输， 可能会危害到病人的生命健康。 0004 现有WBAN间干扰的解决方案多关注于将WBAN视作一个点来分析， 但是实际中传感 器节点分布在人体的不同位置， WBAN之间节点的距离是不同的， 每个节点都有自己的干扰 范围， 将WBAN内所有节点看成一个受干扰均匀的点是不合理的， 并且方案中没有很好地考 虑个体的移动性特征， 忽略了无线体域网的拓扑结构随着人体移动发生改变所造成的影 响， 抗干扰效果还有待提高。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种基于图着色方法的无。

10、线体域网间干扰减轻方法， 针对多 WBAN共存干扰问题提出一种合理的解决方案， 大大提高信道传输的可靠性。 0006 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 0007 一种基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法， 包括： 0008 根据单个个体的移动模型， 获得无线体域网内传感器节点的位置分布概率； 利用 路径损失模型构建出各个传感器节点对于每个无线体域网的干扰权值， 并构建出所有无线 体域网之间的干扰关系图， 从而为各个无线体域网进行信道分配； 所述无线体域网由设于 个体上的若干传感器节点及协调器构成。 0009 由上述本发明提供的技术方案可以看出， 结合场景中个体的移动性特征， 分析个 。

11、体中无线体域网的拓扑结构变化， 针对多WBAN共存干扰问题提出相应的解决方案， 大大提 说明书 1/4 页 3 CN 112054854 A 3 高了数据传输的可靠性。 附图说明 0010 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本 领域的普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他 附图。 0011 图1为本发明实施例提供的社会化健康监测系统结构示意图； 0012 图2为本发明实施例提供的基于图着色方法的信道分配策略流程图。 具体实施方式 00。

12、13 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、 完整 地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 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所有其他实施 例， 都属于本发明的保护范围。 0014 本发明实施例提供一种基于图着色方法的无线体域网间干扰减轻方法， 其主要包 括： 0015 根据单个个体的移动模型， 获得无线体域网内传感器节点的位置分布概率； 利用 路径损失模型构建出各个传感器节点对于每个无线体域网的干扰权值， 并构建出所有无线 体域网之间的干扰关系图， 从而为各个无线体域网进行信道分。

13、配； 所述无线体域网由设于 个体上的若干传感器节点及协调器构成。 0016 上述方案充分考虑个体的移动性特征， 针对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。 0017 为了便于理解， 下面针对上述方案做进一步的介绍。 0018 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， 如图1所示， 每个个体身上部署无线体域网， 其节点随着个体的移动而各自移动， 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送到医疗中心进行实时监 控。 由于个体的移动性特征， 无线体域网的位置在不断发生变化， 当多个工作在同一个信道 上的。

14、WBAN彼此靠近时， 它们之间会发生干扰， 导致数据传输的可靠性降低， 如果涉及到一些 紧急生理数据的传输， 可能会危害到老人的生命健康。 因此， 本发明针对该问题， 提出了一 种基于图着色方法的信道分配策略， 可以有效减少干扰发生。 如图1中(a)部分表示运动检 测， (b)部分表示各个无线体域网与中心控制器通信， (c)部分表示不同个体的运动方向， (d)表示表示两个无线体域网存在干扰； (e)部分为云服务端的示例， 应用场景不同云服务 器的具体形式可以适应性调整。 0019 该场景下的信道分配策略流程图如图2所示。 0020 目前一些常用的室内定位技术都能达到很高的精确度， 例如目前比较。

15、成熟的超宽 带定位技术， 协调器通过脉冲的方式与提前布置的锚节点和桥节点通信， 采用三角定位的 技术来获得自身位置， 其定位精度可以达到亚米级， 并且不会受到很强的干扰， 因此中心控 制器可以比较容易地获得各个无线体域网在二维平面下的当前位置。 说明书 2/4 页 4 CN 112054854 A 4 0021 各个参考点一般是身体躯干的某一点， 其位置相对于中心的距离也是固定的。 本 发明实施例中， 根据参考点组移动模型(Reference Point Group Mobility,RPGM)， 传感器 节点围绕各自参考点移动， 从而获得传感器节点的位置分布概率。 0022 之后， 根据传感。

16、器节点的位置分布概率和路径损失模型， 生成无线体域网之间的 带权干扰关系图G , ,， 带权干扰关系图中的三项分别为顶点集合、 边集合、 权重集 合； 每一个顶点v ， 代表一个无线体域网； 每个边v,v ， 都有一个非负权值v,v， 权 值v,v即为顶点v对应的无线体域网内所有传感器节点相对于顶点v对应的无线体域网 归一化后的信道增益， 表征无线体域网之间发生干扰的概率。 通过给相互干扰可能性比较 高的无线体域网分配相互正交的信道， 以最小化无线体域网间发生干扰的概率。 0023 由于传统的图着色方法时间复杂度过高， 会带来较高的时延， 降低无线体域网的 有效数据传输时间， 本发明实施例中，。

17、 采用两阶段的贪心算法为各个无线体域网进行信道 分配， 大大降低了时间复杂度。 0024 第一阶段： 求和每个无线体域网与其他所有无线体域网的干扰权值： 0025 0026 其中， N表示无线体域网的数量； 0027 将可用信道数目记为K， (v)代表在未分配信道下顶点v对应的无线体域网受其 他无线体域网干扰的程度， 矩阵是一个1N的矩阵， 从中选择前K个干扰最严重无线体域 网依次分配一个信道， 这样每个信道集合中均包含一个无线体域网。 0028 若NK， 即无线体域网的数量小于等于可用信道数量， 说明频谱资源充足， 则每个 无线体域网占用一个信道即可， 各个无线体域网互不干扰地进行数据传输。。

18、 0029 第二阶段： 若NK， 说明信道资源不够充足， 网络中不可避免地会发生相互干扰， 则基于当前已经分配好的无线体域网， 循环依次分配信道给剩余无线体域网； 0030 在每一次循环中， 已经分配的无线体域网数目记为n， 从剩余未分配无线体域网 中， 依次计算顶点i对应的无线体域网依次被分配第k个信道后相对于已经分配的n个无线 体域网的干扰情况： 0031 0032 其中， i,v为顶点i对应的无线体域网内所有传感器节点相对于顶点v对应的无线 体域网归一化后的信道增益； v,i为顶点v对应的无线体域网内所有传感器节点相对于顶 点i对应的无线体域网归一化后的信道增益； Ck,1kK表示第k个。

19、信道所包含的无线体域 网对应的顶点集合， 从而得到一个二维矩阵， 横行对应无线体域网， 纵列对应信道； 从二 维矩阵中选择最大值对应的无线体域网x， 在无线体域网x所对应的行中选择值最小的信 道分配给该无线体域网x； 每轮循环依次分配一个无线体域网， 循环结束后， 所有无线体域 网分配完毕。 0033 本发明实施例基于图着色方法， 充分分析无线体域网的移动性特征， 针对多WBAN 共存干扰问题提出相应的解决方案， 大大提高了信道传输的可靠性， 保障用户的生命安全。 0034 本发明实施例上述方案， 主要具有如下优点： 0035 1)基于定位的信道分配策略具有更高的精确度， 相比传统的基于协商的。

20、信道分配 说明书 3/4 页 5 CN 112054854 A 5 策略具有更高的可靠性。 此外， 中心控制器可以充分分析场景总体干扰情况， 寻求最优分配 结果。 0036 2)两阶段的贪心算法可以有效降低计算复杂度， 降低时延， 提高网络吞吐量。 0037 通过以上的实施方式的描述， 本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可 以通过软件实现， 也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。 基于这样的理解， 上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来， 该软件产品可以存储在一个非易 失性存储介质(可以是CD-ROM， U盘， 移动硬盘等)中， 包括若干指令用以使得一台计算机设 备(可以是个人计算机， 服务器， 或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。 0038 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。 说明书 4/4 页 6 CN 112054854 A 6 图1 说明书附图 1/2 页 7 CN 112054854 A 7 图2 说明书附图 2/2 页 8 CN 112054854 A 8 。