CN112054855A - 基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，将个体的移动轨迹建模成移动轨迹序列来分析不同无线体域网之间的移动轨迹的相似度，从而获得无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率；根据无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，为各个无线体域网分配跳频序列以最小化网络中的干扰冲突。该方法充分分析个体的社会化移动规律，针对无中心控制的场景下多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。

Description

基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法
技术领域
本发明涉及电子健康领域，尤其涉及一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法。
背景技术
无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)是一种由多个无线传感器所组成的网络，其在人们生活的各个领域中均有广泛的应用，例如电子健康，娱乐和运动等方面。作为一种成本低、便捷高效的老年人健康监护系统的支撑技术，无线体域网能够有效缓解社会公共医疗资源紧张的现状。如今大部分的无线体域网技术一般工作在各国通用的工业科学与医学(Industrial Scientific Medical，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。此外，人作为一个社会中的个体，会频繁的参与到各种社会活动中，由此产生了个体的社会化移动。而无线体域网也会随着人体移动而发生整体偏移，虽然人体的移动具有一定的规律，但仍然具有较大的不确定性。这种不确定性造成了体域网间干扰的不确定性，为我们解决共存问题带来了挑战。因此，寻找一种合理有效的方法来给场景中各个WBAN分配合适的工作信道，可以大大降低WBAN之间发生相互干扰的概率，从而显著提高数据传输的可靠性。
现有的研究多关注于人群密集的场所中，通过中心控制器来统一分配信道，然而在一些个体密集度较低的区域，例如公园或者道路上，通常没有中心控制器完成各个WBAN的信道分配，一般通过WBAN协调器监听信道状态来选取空闲信道，或者直接根据跳频序列进行跳频来避免干扰。但是，持续地监听信道状态会带来巨大的能耗，而现有的基于无中心的频谱资源分配策略随机性较高，信道分配过程没有结合实际的应用场景，抗干扰效果还有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，针对无中心控制的情况下多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。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，包括：
将个体的移动轨迹建模成移动轨迹序列来分析不同无线体域网之间的移动轨迹的相似度，从而获得无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，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；
根据无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，为各个无线体域网分配跳频序列以最小化网络中的干扰冲突。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，充分分析个体的社会化移动属性，针对无中心控制的情况下多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。
附图说明
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。
图1为本发明实施例提供的适用场景的典型网络结构示意图；
图2为本发明实施例提供的无中心控制下信道分配策略流程图。
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、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。
本发明实施例提供一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，其主要包括：
将个体的移动轨迹建模成移动轨迹序列来分析不同无线体域网之间的移动轨迹的相似度，从而获得无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，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；
根据无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，为各个无线体域网分配跳频序列以最小化网络中的干扰冲突。
上述方案充分分析个体的社会化移动特性，针对无中心控制的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的介绍。
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，老年人社区中的食堂、娱乐中心等聚集点称为热点。每个热点都部署有接入点，可作为局部中心控制点记录用户信息并进行信道分配，而在热点之间，通常没有中心来控制各个无线体域网的信道分配，图1示出了适用场景的典型网络结构。在本发明实施例中，针对无中心控制的情况下设计相应的信道分配策略，下面是策略的具体介绍。
该场景下的信道分配策略流程图如图2所示。
通常老人的日常活动是固定的，例如早上晨练散步，下午下棋打牌，晚上休息。这种规律同样也可以拓展到一周、一个月、或者一天；因此，首先需要设定一个时间范围作为一个单位时间。
作为示例，以一天为一个时间单位。将人群聚集的地区定义为热点(例如超市、食堂等)，每个热点都部署接入点来记录每个无线体域网的位置。
将单位时间分为多个时间段，在每个时间段开始时热点记录无线体域网的位置，如果无线体域网不在热点区域内的话则记录无线体域网上一时间段的位置，每个热点都有各自的标号，从而得到无线体域网在一个单位时间内的移动轨迹序列；
通过计算两个无线体域网之间移动轨迹序列对应位置重合的次数并归一化即可获得无线体域网之间的移动轨迹相似度，移动轨迹相似度越大则无线体域网之间的移动相关性就越大，相遇并发生干扰的可能性越大。反之则越小。
每个无线体域网会被分配一个周期性信道跳频序列，可以通过多种生成方式生成跳频序列，例如随机生成方式和多项式生成方式等。当在同一个信道上工作的两个无线体域网彼此靠近时，它们会根据自己的跳频序列跳到下一个信道上；通过计算两个跳频序列在各自偏移下持续跳频到相同信道的次数之和，再对其进行归一化即可得到两个跳频序列的相似度；跳频序列的相似度越高的两个跳频序列之间同时占用同一个信道的可能性越大。
本发明实施例中，构建一种优化问题来进行信道跳频序列的分配，优化目标是最大化所有无线体域网跳频序列不相关值和移动轨迹相似度的乘积之和，即对于移动相似度越高的无线体域网，分配相似度越低的跳频序列。考虑到上述跳频序列的分配问题具有较高的复杂度，采用贪心算法进行分配以降低分配复杂度。
本发明实施例分析个体移动规律，挖掘个体之间移动轨迹的相似性，针对无中心控制的情况下多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。
本发明实施例上述方案，主要具有如下优点：
1)WBAN的协调器无需与中心控制器保持频繁的通信，仅需在热点区域内与中心控制器建立短暂通信即可，大大降低了能耗和时延。
2)WBAN数据传输受到干扰时直接根据各自的跳频序列跳频到其他信道上进行数据传输，无需多余的协商和监听过程，具有更高的能效和更短的时延。
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。
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。

Claims (3)

1.一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，其特征在于，包括：
将个体的移动轨迹建模成移动轨迹序列来分析不同无线体域网之间的移动轨迹的相似度，从而获得无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，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；
根据无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，为各个无线体域网分配跳频序列以最小化网络中的干扰冲突。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，其特征在于，所述将个体的移动轨迹建模成移动轨迹序列来分析不同无线体域网之间的移动轨迹的相似度，从而获得无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率包括：
设定一个时间范围作为一个单位时间；将人群聚集的地区定义为热点，每个热点都部署接入点来记录每个无线体域网的位置；
将单位时间分为多个时间段，在每个时间段开始时热点记录无线体域网的位置，如果无线体域网不在热点区域内的话则记录无线体域网上一时间段的位置，每个热点都有各自的标号，从而得到无线体域网在一个单位时间内的移动轨迹序列；
通过计算两个无线体域网之间移动轨迹序列对应位置重合的次数并归一化即可获得无线体域网之间的移动轨迹相似度，移动轨迹相似度越大则无线体域网之间的移动相关性就越大，相遇并发生干扰的可能性越大。
3.根据权利要求1所述的一种基于移动轨迹相似性的无线体域网间干扰减轻方法，其特征在于，所述根据无线体域网之间相遇并发生互相干扰的概率，为各个无线体域网分配跳频序列以最小化网络中的干扰冲突的方式包括：
每个无线体域网会被分配一个周期性信道跳频序列；当在同一个信道上工作的两个无线体域网彼此靠近时，它们会根据自己的跳频序列跳到下一个信道上；通过计算两个跳频序列在各自偏移下持续跳频到相同信道的次数之和，再对其进行归一化即可得到两个跳频序列的相似度；跳频序列的相似度越高的两个跳频序列之间同时占用同一个信道的可能性越大；
构建一种优化问题来进行信道跳频序列的分配，优化目标是最大化所有无线体域网跳频序列不相关值和移动轨迹相似度的乘积之和，即对于移动相似度越高的无线体域网，分配相似度越低的跳频序列。
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