專利名稱：：基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及的是一種網(wǎng)絡傳輸
技術領域：
的方法，具體是一種基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法。
背景技術：
：無線人體局域網(wǎng)因其便攜性、智能化以及廣泛的應用范圍受到越來越多的關注。無線人體局域網(wǎng)以人為中心進行信息傳輸，無線人體局域網(wǎng)的傳輸信道分為體外的自由空間傳輸以及體內的電流傳輸，體內信道利用人體的導電性在體內進行傳輸，因此穩(wěn)定性好，但是傳輸距離短，因此若利用體內信道傳輸，由于轉發(fā)會造成不小的能量損耗；體外信道則利用自由空間進行無線傳輸，傳輸距離遠，但是嚴重受到人體運動的影響，因此在體外信道性能不好的情況下，由于得發(fā)會造成不小的能量損耗；根據(jù)無線人體局域網(wǎng)設備的便攜性以及使用安全性的要求，在整體功率設計上有著嚴格的要求，因此有必要在功率嚴格受限的前提下，充分比較并梳理體內體外傳輸信道特征，提出整體意義上功耗較小的傳輸方法及優(yōu)化思路。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利文獻號US7，171，177B2記載了“Communicationapparatusandmethodusinghumanbodyasmedium"(禾1JM入f本傳輸媒介的通信設備與方法)，該技術中關鍵數(shù)據(jù)信號在體內信道傳輸和一般數(shù)據(jù)在體外信道傳輸，由預先設定的參考值決定信道工作頻率，因此在保安全性的情況下，可以根據(jù)實際物理信道特性來提高數(shù)據(jù)傳輸速率。雖然該技術涉及了兩種信道，但是其未考慮到在體外無線信道不存在直射路徑，或者在使用者進行快速運動的情況下，體外無線信道衰落很大時無法進行傳輸?shù)那闆r，因此會造成數(shù)據(jù)丟失，或者造成數(shù)據(jù)反復重發(fā)而浪費大量的系統(tǒng)能量。進一步檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利文獻號US6，223，018B1記載了“Intra-bodyinformationtransferdevice"(通過人體體外信道傳輸信號的信息傳輸設備)，該技術給出了傳輸設備的具體組成，發(fā)射電極與接收電極之間通過自由空間進行耦合。該技術僅涉及了體外信道傳輸，但是其未給出體內信道傳輸?shù)那闆r，并且沒有考慮到人體實際情況，應用場景比較受限。美國專利文獻號US6,211，799B1"Methodandapparatusfortransbodytransmissionofpowerandinformation”(通過人體電容耦合進行數(shù)據(jù)和能量傳輸?shù)脑O備與方法)，應用于體內數(shù)字信息傳輸與交換。該技術僅涉及了體內信道傳輸，沒有考慮到體外信道及兩種信道的切換準則，未考慮到人體實際情況，應用場景比較受限。迄今為此的現(xiàn)有技術一般只涉及了無線人體局域網(wǎng)的信道，而且并未給出完善的結論或標準，大部分只是基于實驗測量加分析，因此不能實際應用。
發(fā)明內容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道3選擇切換方法，具有傳輸可靠性高與系統(tǒng)能量低的優(yōu)點和效果。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟步驟一，發(fā)射節(jié)點對目的節(jié)點進行數(shù)據(jù)發(fā)射前，發(fā)射節(jié)點檢測發(fā)射數(shù)據(jù)類型，當數(shù)據(jù)類型為控制信令則將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過發(fā)射電極直接發(fā)送到體內信道，否則執(zhí)行步驟二；所述的體內信道是指數(shù)據(jù)通過電極發(fā)送，利用人體組織的導電特征在人體表面或者肌肉組織內進行傳輸時的信道；所述的發(fā)射節(jié)點是指無線人體局域網(wǎng)兩節(jié)點通信過程中充當發(fā)射機的節(jié)點，其將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過天線或電極發(fā)射出去，等待目的節(jié)點接收；所述的目的節(jié)點是指無線人體局域網(wǎng)兩節(jié)點通信過程中充當接收機的節(jié)點，其通過天線或電極接收從發(fā)射節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)包。所述的待發(fā)射數(shù)據(jù)包括控制指令與常規(guī)數(shù)據(jù)，其中控制指令是指無線人體局域網(wǎng)通信過程中的關鍵信息，包括控制信息、交換與更新的路由信息；常規(guī)數(shù)據(jù)是指無線人體局域網(wǎng)節(jié)點通信的一般數(shù)據(jù)，其一般指傳感器所收集的數(shù)據(jù)。步驟二，根據(jù)路由表檢查目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點之間的體外信道質量，當體外信道質量小于60dB，則將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過發(fā)射天線發(fā)送到體外信道，同時將發(fā)射節(jié)點的路由表中該目的節(jié)點的體外信道質量標志位設為1，否則執(zhí)行步驟三；所述的體外信道質量是指目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點之間體外信道的路徑損耗，即目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點的均方根功率差的平均值。所述的體外信道是指數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送，利用人體周圍自由空間進行傳輸時的信道；步驟三，在優(yōu)化周期內檢查發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的信道穩(wěn)定性和體外信道質量，當體外信道質量大于等于60dB且信道穩(wěn)定性>0.15時，則將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過發(fā)射電極發(fā)送到體內信道，否則執(zhí)行步驟四；所述的信道穩(wěn)定性是指體外信道的信道變化因子，該信道變化因子P表示序列s=is0,Sl，...，sM_J標準差與均方根功率間的比率，其定義如下，其中M為序列長度，信道變化因子P與被測對象運動情況有如下關系1)當被測對象站立時，信道變化因子P接近于0；2)信道變化因子P越大，體外信道越不穩(wěn)定；3)在90%的情況下，當P<0.15時，體外信道穩(wěn)定；4)體外信道的時變特性與被測對象的物理運動情況相一致；因此步驟三中，在觀測時間間隔內對信道變化因子進行測量，當P>0.15時，認為信道在這段時間間隔內是不穩(wěn)定的，同時在下一段時間間隔也將是不穩(wěn)定的，因此將常規(guī)數(shù)據(jù)發(fā)送到體內信道進行傳輸或者轉發(fā)；而當p<0.15時，認為體外信道是穩(wěn)定的，但是此時也不能立刻將數(shù)據(jù)經(jīng)由體外信道進行傳輸，因為當發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間體外信道質量較差，即路徑損耗較大時，體外信道并不適合數(shù)據(jù)傳輸，因此轉入步驟四；步驟四，更新路由表中發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量信息，當發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量小于60dB，則執(zhí)行步驟五；否則發(fā)射節(jié)點通過發(fā)射電極將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過體內信道發(fā)射至目的節(jié)點并重復執(zhí)行步驟三，直到待發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)送結束；所述的更新路由表中發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量信息是指利用兩個優(yōu)化周期的時間，分別更新發(fā)射節(jié)點的路由信息和目的節(jié)點的路由信息，具體步驟如下在第一個優(yōu)化周期時間內，發(fā)射節(jié)點發(fā)送測量序列，目的節(jié)點測量與計算一個優(yōu)化周期時間內發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點間體外實時信道的路徑損耗，當平均路徑損耗小于60dB時，設置目的節(jié)點路由表中體外信道質量標志位為1；第二個優(yōu)化周期時間內，目的節(jié)點發(fā)送測量序列，更新發(fā)射節(jié)點路由表中體外信道質量位；所述測量序列是指自相關特性為沖激函數(shù)的偽隨機序列。步驟五，根據(jù)步驟三測量所得的信道穩(wěn)定性和體外信道質量判斷使用對象的運動情況，從而決定發(fā)射節(jié)點的發(fā)射時刻，然后重復執(zhí)行步驟三，直到待發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)送結束。所述的判斷使用對象的運動情況是指利用信道變化因子P判斷使用對象的物理運動情況當p接近于0時，使用對象處于站立情況，同時認為下一個觀測間隔內使用對象也將處于站立狀態(tài)，因此數(shù)據(jù)可以在下一個觀測間隔內都經(jīng)由體外信道傳輸；當p興0時，被測對象處于運動狀況；而根據(jù)步驟三中的判斷，P<0.15時，體外信道是穩(wěn)定的，因此也是適用于體外傳輸?shù)?。由于人體運動所引起的發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間相對位置的變化，從而導致路徑損耗不斷變化，而人體運動引起的路徑損耗變化與人體運動情況是一致的，當直射路徑被阻塞時，可以到路徑損耗的谷點；當發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點距離最近時，又能得到路徑損耗的峰值點，同時路徑損耗的波動與被測對象的運動速度一致，在一幀的時間內信道是平穩(wěn)的，以及下個周期內信道也將是平穩(wěn)的。因此在下個時間間隔內，將選擇路徑損耗的峰值點前沿傳輸一幀數(shù)據(jù)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中良好的體外信道特性。所述的發(fā)射時刻是指當信道變化因子P<0.15時，由人體引起的路徑損耗波動的峰值前沿點。本發(fā)明只需斷定該信道當前是否可用以及性能如何，該準則利用實時監(jiān)測結果，因此無需研究復雜的信道建模；本發(fā)明提出的針對常規(guī)數(shù)據(jù)的信道切換機制，根據(jù)一定準則，對當前體內體外信道進行衡量，切換到較優(yōu)信道傳輸，使得其在無線人體局域網(wǎng)的應用更為實用。圖1為實施例無線人體局域網(wǎng)中節(jié)點分布示意圖；其中圖la為人體局域網(wǎng)正面示意圖，圖lb為人體局域網(wǎng)備面示意圖。圖2為優(yōu)化周期流程示意圖。圖3為本發(fā)明流程流程圖。具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例中，人體上共設有8個節(jié)點，如圖1所示，分別為左右髖部各一個，兩手腕、兩腳踝各一個，胸部一個，后背一個；系統(tǒng)信道選擇與切換方法的流程示意圖如圖2與3所示。如圖3所示，本實施例的具體實施過程如下步驟一，在數(shù)據(jù)幀頭部設置數(shù)據(jù)類型標志位，1為控制信令，0為數(shù)據(jù)信令，數(shù)據(jù)發(fā)射前檢測發(fā)射數(shù)據(jù)類型，若為控制信令直接發(fā)送到體內信道，過程結束；若為常規(guī)數(shù)據(jù)，則進入步驟二；步驟二，檢查目的節(jié)點，根據(jù)路由表，檢測發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間體外信道質量位。若為1，表示存在體外信道質量良好，常規(guī)數(shù)據(jù)發(fā)送到體外信道；否則進入步驟三；本實例的節(jié)點1與節(jié)點2的節(jié)點路由表如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>對于其中的體外信道質量項，1表示體外信道質量良好，0表示體外信道質量較差，該項由測量發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間平均路徑損耗所得，當平均路徑損耗小于60dB時，設置該位為1；路由表在節(jié)點接入時建立，并間隔一定時間進行自動更新。步驟三，間隔一定時間間隔，測量與計算一幀時間內發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點間體外實時信道的變化因子P，其中P表示序列s=is0,Sl，...，&}標準差與均方根功率間的比率，其定義如下，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>當p>0.15時，認為信道在這段時間間隔內是不穩(wěn)定的，同時在下一段時間間隔也將是不穩(wěn)定的，因此將常規(guī)數(shù)據(jù)發(fā)送到體內信道進行傳輸或者轉發(fā)；當p<0.15時，認為體外信道是穩(wěn)定的，但是此時也不能立刻將數(shù)據(jù)經(jīng)由體外信道進行傳輸，因為當發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間不存在直射路徑時，路徑損耗較大，體外信道并不適合數(shù)據(jù)傳輸，因此轉入步驟四。步驟四，更新發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點的路由信息，第一幀時間內，發(fā)射節(jié)點發(fā)送測量序列，目的節(jié)點測量與計算一幀時間內發(fā)射節(jié)點與目的點間體外信道的平均路徑損耗，當平均路徑損耗小于60dB時，設置目的節(jié)點的路由信息(體外信道質量項設為1)；第二幀時間內，目的節(jié)點發(fā)送測量序列，更新發(fā)射節(jié)點路由信息表；發(fā)射節(jié)點檢測路由表，當與目的節(jié)點間體外信道質量為1時，進入步驟五；否則數(shù)據(jù)發(fā)送到體內信道，重復進入步驟三，直到數(shù)據(jù)發(fā)送結束。步驟五，常規(guī)數(shù)據(jù)發(fā)送到體外信道，指利用信道變化因子P判斷使用對象的物理運動情況。當p接近于0時，使用對象處于站立情況，同時認為下一個觀測間隔內使用對象也將處于站立狀態(tài)，因此在下一個觀測間隔內所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)由體外信道傳輸；當p興0時，被測對象處于運動狀況；而根據(jù)步驟三中的判斷，P<0.15時，體外信道是穩(wěn)定的，因此也是適用于體外傳輸?shù)摹Ｓ捎谌梭w運動所引起的發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間相對位置的變化，從而導致路徑損耗不斷變化。同時路徑損耗的波動與被測對象的運動速度致，特別的當直射路徑被阻塞時，可以觀測到路徑損耗的谷點。其中路徑損耗的計算時間間隔為幀周期，因此認為這段時間內信道是平穩(wěn)的，以及下個周期內信道也將是平穩(wěn)的。在下個時間間隔內，將選擇路徑損耗的峰值點前沿傳輸一幀數(shù)據(jù)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中良好的體外信道特性。重復進入步驟三，直到數(shù)據(jù)發(fā)送結束。權利要求一種基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，發(fā)射節(jié)點對目的節(jié)點進行數(shù)據(jù)發(fā)射前，發(fā)射節(jié)點檢測發(fā)射數(shù)據(jù)類型，當數(shù)據(jù)類型為控制信令則將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過發(fā)射電極直接發(fā)送到體內信道，否則執(zhí)行步驟二；步驟二，根據(jù)路由表檢查目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點之間的體外信道質量，當體外信道質量小于60dB，則將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過發(fā)射天線發(fā)送到體外信道，同時將發(fā)射節(jié)點的路由表中該目的節(jié)點的體外信道質量標志位設為1，否則執(zhí)行步驟三；步驟三，在優(yōu)化周期內檢查發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的信道穩(wěn)定性和體外信道質量，當體外信道質量大于等于60dB且信道穩(wěn)定性＞0.15時，則將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過發(fā)射電極發(fā)送到體內信道，否則執(zhí)行步驟四；步驟四，更新路由表中發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量信息，當發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量小于60dB，則執(zhí)行步驟五；否則發(fā)射節(jié)點通過發(fā)射電極將待發(fā)射數(shù)據(jù)通過體內信道發(fā)射至目的節(jié)點并重復執(zhí)行步驟三，直到待發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)送結束；步驟五，根據(jù)步驟三測量所得的信道穩(wěn)定性和體外信道質量判斷使用對象的運動情況，從而決定發(fā)射節(jié)點的發(fā)射時刻，然后重復執(zhí)行步驟三，直到待發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)送結束。2.根據(jù)權利要求1所述的基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，其特征是，所述的體外信道質量是指目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點之間體外信道的路徑損耗，即目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點的均方根功率差的平均值。3.根據(jù)權利要求1所述的基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，其特征是，所述的信道穩(wěn)定性是指體外信道的信道變化因子，該信道變化因子P表示序列s=Is。，Sl，...，sM_J標準差與均方根功率間的比率，其定義如下，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中M為序列長度。4.根據(jù)權利要求1所述的基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，其特征是，所述的更新路由表中發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量信息是指利用兩個優(yōu)化周期的時間，分別更新發(fā)射節(jié)點的路由信息和目的節(jié)點的路由信息。5.根據(jù)權利要求4所述的基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，其特征是，所述的分別更新發(fā)射節(jié)點的路由信息和目的節(jié)點的路由信息是指在第一個優(yōu)化周期時間內，發(fā)射節(jié)點發(fā)送測量序列，目的節(jié)點測量與計算一個優(yōu)化周期時間內發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點間體外實時信道的路徑損耗，當平均路徑損耗小于60dB時，設置目的節(jié)點路由表中體外信道質量標志位為1；第二個優(yōu)化周期時間內，目的節(jié)點發(fā)送測量序列，更新發(fā)射節(jié)點路由表中體外信道質量位。6.根據(jù)權利要求1所述的基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，其特征是，所述測量序列是指自相關特性為沖激函數(shù)的偽隨機序列。全文摘要一種網(wǎng)絡信息傳輸
技術領域：
的基于無線人體局域網(wǎng)的通信信道選擇切換方法，包括檢測發(fā)射數(shù)據(jù)類型；根據(jù)路由表檢查目的節(jié)點與發(fā)射節(jié)點之間的體外信道質量；在優(yōu)化周期內檢查發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的信道穩(wěn)定性和體外信道質量；更新路由表中發(fā)射節(jié)點與目的節(jié)點之間的體外信道質量信息，根據(jù)信道穩(wěn)定性和體外信道質量判斷使用對象的運動情況，決定發(fā)射節(jié)點的發(fā)射時刻并發(fā)送數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有傳輸可靠性高與系統(tǒng)能量低的優(yōu)點和效果。文檔編號H04W40/24GK101801056SQ201010300279公開日2010年8月11日申請日期2010年1月14日優(yōu)先權日2010年1月14日發(fā)明者馮晶凌,盛楠,蔡浩,邱方,錢良申請人:上海交通大學