CN104219742A - 功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率控制方法，该方法包括：无线体域网的中心节点根据当前接收到的一终端节点发送的连续M个数据包的接收信号强度指示RSSI的平均值P_r，对当前用于对所述终端节点进行功率控制的RSSI平均值进行更新，得到更新后的RSSI平均值所述M大于等于1；所述中心节点将所述更新后的RSSI平均值与预设的RSSI目标值P_target进行比较，确定当前是否需要对所述终端节点进行功率调整；当确定需要进行功率调整时，所述中心节点按照确保满足并且最小的原则，从预设的功率调整步长集合中，选择出用于本次功率调整的功率调整步长ΔP，并触发所述终端节点根据所述ΔP进行功率调整；所述终端节点利用调整后的发射功率进行下一数据包的发送。

Description

功率控制方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种功率控制方法。

背景技术

随着我国城市化进程的快速发展与人口老龄化的加剧，人民对生活品质的要求不断提高与不断增加的医疗需求无法得到满足的矛盾不断激化。伴随着无线通信技术的发展，无线体域网（Wireless Body Area Network，WBAN）的提出为其提供了有效的解决方法，利用WBAN技术，通过在人体体表或者体内布置相应的传感器设备自动采集人体心电、脑电、肌电、体温、血压、血糖、血氧等生命体征参数，实现实时、方便、全天候的人体生命体征监测，从而实现了无处不在的健康监测。无线体域网技术已经成为提升医疗诊断效率和质量，为远程医疗、健康监护提供关键技术的重要手段。

面对无线体域网技术的重要作用和庞大的市场需求，无线体域网技术迫切需要开展标准化工作，实现人体体征健康信息规范化管理，推动体域网的大规模应用。作为“人体”传感网，WBAN已经成为国际医疗保健界和通信业界一个战略合作科研攻关方向。IEEE802.15于2007年成立了TG6小组，开展WBAN的标准化研究，并于2012年3发布了首个BAN标准——IEEE802.15.6，成为已经发布的唯一的无线体域网国际标准。IEEE802.15.6协议初步定义了无线体域网所使用的物理（PHY）层和媒质接入控制（MAC）层技术，基本满足了无线体域网的要求。在国内，中国通信标准化协会（CCSA）也于2012年11月通过了研究立项“适用于医疗健康应用的无线体域网通信技术要求”，目标是制定适用于我国医疗健康应用频段、应用需求的体域网标准。从国内外的研究来看，目前WBAN还有很大的研究空间和价值，未来WBAN标准的实用化和产业化的研究还有很多工作要做。

无线体域网的星型网络拓扑如图1所示。在一个无线体域网中，网络拓扑是星型结构的，其中有且只有一个中心节点，而终端节点的数目可以是0到最大值之间的任意值，IEEE802.15.6定义了一个体域网中的终端节点数目的最大值是256。中心节点和终端节点之间以1跳（1-Hop）链路直接进行帧传输。

在无线体域网中，终端节点或布置在人体表面（如穿戴式健康监测设备），或布置在人体内部（如植入式健康监测设备），由于人体的运动和遮挡的影响，中心节点和终端节点之间的无线信道质量随着时间推移不断变化的。在变化的信道环境中，如果采用恒定的发射功率，在信道条件好的时候会造成功率浪费，而在信道条件差的时候会造成信息无法可靠传输。而无线体域网中终端节点不同于传统的移动通信网络的终端节点，其部署于人体内部或表面。如此，将会导致无线体域网相对于传统的移动通信网络对功率控制有特殊的要求，即无线体域网中的终端节点对降低功率消耗的要求相对更高。因为，一方面考虑人体健康的需要，需要在保证通信质量的前提下尽可能地降低功率消耗，以降低功率辐射，另一方面还需要考虑穿戴式或植入式健康监测设备不便于频繁地或者根本无法更换电池的特点，需要最大可能的降低功率消耗，以尽可能的处长终端节点的工作寿命。而由于传统无线通信网络的网络架构以及终端节点的特点不同于无线体域网络，因此，传统无线通信网络的功率控制方法不能直接应用于无线体域网络中，以满足无线体域网络的上述特殊需要。

目前，IEEE802.15.6协议分别从宏观、微观角度定义了无线体域网的功率管理策略。宏观功率管理（Macroscopic power management）指的是“冬眠（Hibernation）”：当终端节点在非唤醒信标周期内处于非激活状态时，节点便进入“冬眠”。微观功率管理（Microscopic power management）指的是“休眠（Sleep）”，当节点在唤醒信标周期内，并且不需接收信标时，节点便在信标传输时间内处于非激活状态，即进入“休眠”；当节点无需传输管理类型帧或数据类型帧时，节点在超帧的EAP1、RAP1、EAP2、RAP2阶段处于非激活状态，即进入“休眠”。

“冬眠”和“休眠”机制可以在一定程度上节省终端节点的功率消耗，但是在激活的时间内，目前还没有提出一种适用于无线体域网的功率控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种功率控制方法，该方法适用于无线体域网中。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种功率控制方法，该方法包括：

a、无线体域网的中心节点根据当前接收到的一终端节点发送的连续M个数据包的接收信号强度指示RSSI的平均值P_r，对当前用于对所述终端节点进行功率控制的RSSI平均值进行更新，得到更新后的RSSI平均值所述M大于等于1；

b、所述中心节点将所述更新后的RSSI平均值与预设的RSSI目标值P_target进行比较，确定当前是否需要对所述终端节点进行功率调整；

c、当确定需要进行功率调整时，所述中心节点按照确保满足并且最小的原则，从预设的功率调整步长集合中，选择出用于本次功率调整的功率调整步长ΔP，并触发所述终端节点根据所述ΔP进行功率调整；所述终端节点利用调整后的发射功率进行下一数据包的发送。

综上所述，本发明提出的功率控制方法，通过使中心节点的接收功率大于且尽可能地接近目标接收功率，从而可以在确保信息可靠传输的前提条件下，使终端节点的发送功率尽可以地小，进而可以满足无线体域网中终端节点的节能和人体安全的需要。因此本发明适用于无线体域网中。

附图说明

图1为现有无线体域网的结构示意图；

图2为本发明实施例一的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是：在对终端节点进行功率控制时，使中心节点的接收功率大于且尽可能地接近目标接收功率，这样，可以在确保信息可靠传输的前提条件下，使终端节点的发送功率尽可以地小，从而可以满足无线体域网中终端节点的节能和人体安全的需要。

图2为本发明实施例一的流程示意图，如图2所示，该实施例主要包括：

步骤201、无线体域网的中心节点根据当前接收到的一终端节点发送的连续M个数据包的接收信号强度指示（RSSI）的平均值P_r，对当前用于对所述终端节点进行功率控制的RSSI平均值进行更新，得到更新后的RSSI平均值

本步骤中，用于根据当前最新接收到的M个数据包的RSSI平均值，对当前的RSSI平均值进行更新，以便此后利用新的RSSI平均值来确定是否需要进行功率控制。

较佳地，为了消除信道突变的影响，可以设置一滤波因子α（0≤α≤1），按照 ${\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{new}}=(1-\mathrm{\α}){\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{old}}+\mathrm{\α}{P}_r,$ 对进行更新。

这里，所述M大于等于1，当M为1时，将意味着功率控制是针对每个数据包的，当M为多个时，将意味着功率控制是针对连续的多个数据包的，可见通过设置M可以控制功率控制的间隔时间长短，M的具体值可由本领域技术人员根据实需要设置，只要确保实际应用中终端节点发送M个相邻数据包对应的时间段内信道环境差别不大即可。

步骤202、所述中心节点将所述更新后的RSSI平均值与预设的RSSI目标值P_target进行比较，确定当前是否需要对所述终端节点进行功率调整。

本步骤，用于利用当前最新的RSSI平均值来判断当前是否需要对终端节点的发射功率进行调整。

这里，和现有系统一样，目标接收功率P_target应该是能确保可靠通信的功率，因此通过将与P_target比较，根据比较结果的大小来判断出当前的传输功率是否过大、过小或正常，从而可以确定出是否需要进行功率调整。

较佳地，为了避免发生功率调整的乒乓现象，可以设置一偏移系数Offset（Offset≥0），在设置该偏移系数时需要确保当在[P_target-Offset,P_target+Offset]范围时终端节点的通信是可靠的。这样，如果则可以确定当前不需要对所述终端节点进行功率调整；否则，可以确定需要对终端节点进行功率调整，以满足其可靠的通信需要。

较佳地，为了较大程度降低发射功率，本领域技术人员在具体设置目标接收功率P_target时应结合Offset的设置，使得在[P_target-Offset,P_target+Offset]范围时，既使中心节点能准确接收到终端节点的信息，又能使终端节点的功率损耗尽可能的较小。

步骤203、当确定需要进行功率调整时，所述中心节点按照确保满足并且最小的原则，从预设的功率调整步长集合中，选择出用于本次功率调整的功率调整步长ΔP，并触发所述终端节点根据所述ΔP进行功率调整；所述终端节点利用调整后的发射功率进行下一数据包的发送。

这里，为了尽可能的降低功率损耗，引入了预设的功率调整步长集合这一概念，功率调整步长集合将包含多个功率调整步长，其中有若干取值为正数的功率调整步长和若干取值为负数的功率调整步长，这样，可以在功率过大时降低功率，在功率过小时增大功率。

这里需要说明的是，不同于现有的其他系统的功率控制方法，本发明设置了多个候选的功率调整步长，并按照确保满足并且最小的原则，从这些功率调整步长中，选择出用于本次功率调整的功率调整步长ΔP，如此，可以尽可能地使调整后的RSSI平均值大于并接近目标接收功率，从而可以一方面确保通信质量，另一方面尽可能地降低功率损耗，满足无线体域网的特殊需要。

较佳地，本步骤中中心节点可以采用下述两种方法触发终端节点根据ΔP进行功率调整：

方法一、采用MAC信令触发终端节点根据ΔP进行功率调整。其中，所述MAC信令的头部将携带功率控制指示信息，所述MAC信令的帧体将携带所述ΔP的指示信息，所述ΔP的指示信息可以为所述ΔP的索引号或者ΔP具体值。

这里，可以通过MAC信令头部中的帧类型字段，携带功率控制指示信息，即指示当前需要进行功率控制。

方法二、利用向所述终端节点发送的确认帧进行所述触发，其中，所述确认帧的控制帧子类型字段携带功率控制指示信息，所述确认帧的功率控制信息字段携带所述ΔP的指示信息，所述ΔP的指示信息为所述ΔP的索引号或具体值。

较佳地，本步骤中还可以考虑了终端节点的发射功率设置范围，采用下述方法根据所述ΔP进行功率调整：

计算P_t′＝P_t+ΔP；

如果P_t′＞P_max，则确定更新后的所述发射功率为P_max，其中，P_max为预设的所述终端节点的最大发射功率；

如果P_t′＜P_min，则确定更新后的所述发射功率为P_min，其中，P_min为预设的所述终端节点的最小发射功率；

如果P_min≤P_t′≤P_max，则确定更新后的所述发射功率为P_t′。

进一步地，考虑到实际应用中，协议版本不同或实际应用需求的差异，WBAN中的设备可能具有不同的媒质接入层/物理层（MAC/PHY）能力。通信双方必须同时具备某种MAC/PHY能力，才能在信息交互过程中使用该功能，对于本发明提出的功率控制功能来说也是如此。因此，为了提高本发明的兼容性，中心节点和终端节点在通信的过程中可以事先交互功率控制能力，只有支持功率控制功能，中心节点和终端节点之间才能进行功率控制过程。具体可采用下述方法实现该目的：

当所述终端节点接入网络时，根据所述中心节点的广播消息，获知所述中心节点是否具有功率控制能力，并在所述中心节点具有功率控制能力时，将所述终端节点是否具有功率控制能力通知给所述中心节点，所述中心节点在判定自身和所述终端节点同时具有功率控制能力时，启动对所述终端节点的功率控制。

这里，关于中心节点是否具有功率控制能力的信息，是由中心节点通过广播消息广播给相关的终端节点的。

较佳的，可以通过在MAC能力交互信令中添加支持功率控制能力（PowerControl）与否的信息，来将是否具有功率控制能力通知给中心节点。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率控制方法，其特征在于，该方法包括：

a、无线体域网的中心节点根据当前接收到的一终端节点发送的连续M个数据包的接收信号强度指示RSSI的平均值P_r，对当前用于对所述终端节点进行功率控制的RSSI平均值进行更新，得到更新后的RSSI平均值所述M大于等于1；

b、所述中心节点将所述更新后的RSSI平均值与预设的RSSI目标值P_target进行比较，确定当前是否需要对所述终端节点进行功率调整；

c、当确定需要进行功率调整时，所述中心节点按照确保满足并且最小的原则，从预设的功率调整步长集合中，选择出用于本次功率调整的功率调整步长ΔP，并触发所述终端节点根据所述ΔP进行功率调整；所述终端节点利用调整后的发射功率进行下一数据包的发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中按照进行所述更新，其中，α为预设的滤波因子，0≤α≤1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

如果则确定当前不需要对所述终端节点进行功率调整；否则，确定需要对所述终端节点进行功率调整，其中，Offset为预设的偏移系数，Offset≥0。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中根据所述ΔP进行功率调整包括：

计算P_t′＝P_t+ΔP；

如果P_t′＞P_max，则确定更新后的所述发射功率为P_max，其中，P_max为预设的所述终端节点的最大发射功率；

如果P_t′＜P_min，则确定更新后的所述发射功率为P_min，其中，P_min为预设的所述终端节点的最小发射功率；

如果P_min≤P_t′≤P_max，则确定更新后的所述发射功率为P_t′。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中所述中心节点采用媒质接入层MAC信令进行所述触发，其中，所述MAC信令的头部携带功率控制指示信息，所述MAC信令的帧体携带所述ΔP的指示信息，所述ΔP的指示信息为所述ΔP的索引号或具体值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中所述中心节点利用向所述终端节点发送的确认帧进行所述触发，其中，所述确认帧的控制帧子类型字段携带功率控制指示信息，所述确认帧的功率控制信息字段携带所述ΔP的指示信息，所述ΔP的指示信息为所述ΔP的索引号或具体值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述终端节点接入网络时，根据所述中心节点的广播消息，获知所述中心节点是否具有功率控制能力，并在所述中心节点具有功率控制能力时，将所述终端节点是否具有功率控制能力通知给所述中心节点，所述中心节点在判定自身和所述终端节点同时具有功率控制能力时，启动对所述终端节点的功率控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：所述终端节点通过MAC能力交互信令，将是否具有功率控制能力通知给所述中心节点。