1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

随着人口老龄化的现象的日益严重，医疗费用持续增长，导致了世界范围内的医疗资源短缺。在我国，特别是一些偏远地区或者农村地区，老百姓看病难、看不起病已经成为了不可忽视的重大社会难题。要解决这场全球性的医疗危机，首要的是将医疗卫生的发展战略从“以治愈疾病为目的的高科技追求”转向“预防疾病和损伤，维持和提高健康”；加强在农村、社区的医疗卫生建设。无线体域网(wireless bodyarea network, WBAN)技术的不断发展给解决这一问题提供了新的思路。无线体域网主要以人体为应用载体，面向三类市场应用：医疗保健服务、人体交互应用、残疾人辅助。无线传感设备被穿戴在人体上，进行医学生命体征数据的采集和处理，然后上传到数据汇聚网关，最终传送到医疗数据监控中心。

无线体域网是一种特殊的无线传感器网络（WSN），由小型化或微型化无线传感器作为无线通信网络节点组成。它特别强调穿戴式或植入式生物传感器的尺寸以及它们之间的低功耗和高度可靠的无线通信。无线体域网的应用可以使家庭医疗监护更方便，更人性化，不影响人们的正常活动。WBAN网络可以包含多种类型的医疗感应设备，可以根据用户的需要进行个性化配置。例如，在一些监测的糖尿病患者中，如果血糖达到预警值，WBAN网络会自动发送消息给医生。它还可以随时检测患者的重要生命体征，如心脏波形，血压，脉搏和血氧饱和度。所有视频图像和数据通过网络同步传输到医院。 WBAN还可以通过无线方式集成健康平台，以实时监测关键人群的物理参数，并管理和调整治疗设备（如起搏器，药物输送设备）的工作状态。在无线体域网中，因能量严重受限，节点的能量消耗和使用寿命往往是至关重要的，如何均衡网络中节点的能量消耗，从而延迟其网络寿命，是一个值得深入研究的科学问题。

无论是国际还是国内，越来越多的研发人员参与了WBAN的研究。由于人体内无线通信环境的特殊性和WBAN中移动感知节点的数据异构性，高效无线路由协议的研究非常重要和具有现实意义。因此，本文旨在设计一种节能路由协议，用于实现平衡网络中节点的能耗，有效延长网络的工作周期。最后，使用MATLAB软件对相关算法进行仿真实验。

1.2 国内外研究现状

近年来国际上对WBAN进行广泛的研究，但目前WBAN技术的发展仍存在诸多问题和挑战。IEEE802.15工作组于1998年3月正式成立，致力于无线个域网(wirelesspersonal area network, WPAN)的物理层和媒体访问层的标准化。现已划分为6个任务组，其中第六个工作组TG6于2007年12月成立，并提出了一系列关于无线体域网的通信标准意见。经过几年的理论研究，IEEE于2012年正式批准了基于人体的IEEE 802.15.6标准的建设，并开展了一系列短距离无线通信网络研究。虽然有了一个新的国际标准，但仍有很多需要改进的地方。目前，对此研究最多的是电子医疗领域，即利用WBAN技术实现监测人体生理信号和协助医生早期诊断或发现疾病。同时，无线体域网也被视为无线个域网的延伸。它通过无线信道连接短距离的多个设备，使它们能够互联并可以接入到局域网或互联网。

当前WBAN的通信路由主要包括基于温度、基于节点簇和基于跨协议层：首先，基于温度的路由方法主要考虑了人体对于无线电的热效应，避免人体被灼伤，基于温度的改进路由算法有温度感知算法（Thermal Aware RoutingAlgorithm, TARA）、最低温度路由（Least TemperatureRouting, LTR）、自适应最低温度路由（Adaptive LeastTemperature Routing, ALTR）和最低全局路由温度（Least Total RouteTemperature , LTRT) 。这些基于温度的路由算法共性是将温度作为路由设计的核心因素。但它们共同的不足是缺乏对信息传输可靠性和系统整体能耗的考虑；其次，基于节点簇的路由方法的典型代表是 Anybody 数据汇聚算法，它通过建立节点簇的概念来减少与远程基站的直接数据传输；最后，跨层路由设计方法源于WSN，通过联合优化两个或多个层以提高协议的通信效率或能量效率等。然而，现有研究中跨层协议设计工作还比较少。一种经典的跨层路由算法是无线自治生成树协议（wireless autonomous spanningtree protocol , WASP)。它首先建立一个生成树，将时间轴分割成时间片断，并将这些时间片断以分布式的方式分配给各节点。然后，每个节点根据时间片断向其子节点发出专有的WASP报文，通知它们后续的发送层次。该算法实现了较高的数据报传输率，但能耗效率较低且不支持双工通信。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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无线体域网通常是利用传感器节点对人体生理信号进行持续监测，从而为医疗诊断和疾病早期预防提高科学依据。然而无线体域网节点有尺寸小、电池供电能力不足等缺点，针对无线体域网资源严重受限的特点，本文旨在提出一种高能效路由协议，均衡网络中节点的能耗，实现有效延长无线体域网寿命的目，最后通过MATLAB对该协议进行了仿真。

图1 节点分布图