计算机论文哪里有？本文搭建了一个基于压电式悬臂梁 PPA1011 振动能量采集器的数据采集设备，通过蓝牙模块与上位机进行通信，采集并传输人体在不同运动状态下的能量收集数据信息。该设备同时集成了运动处理传感器来实时判断人体运动状态。采集的数据为 ELC 路由协议和基于动态调整接入机制与时隙的 D-MAC 协议的设计与实践提供了依据，相较于以往的动能收集无线体域网中相关研究有了切实有效的实测数据。
1 绪论
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无线体域网相关研究
近年来，无线体域网发展速度飞快。无线通信在短距离通信技术上的愈渐成熟，伴随着可穿戴传感器技术的商业化和工业化，给无线体域网带来了很多新的发展方向。国际上每年都有众多围绕着无线体域网而展开的会议，研究者们结合最新技术围绕着无线通信网络的各个方向进行论述。IEEE 802.15.6 工作小组专门为无线体域网制定有效的通信标准[5]，经过将近两年在细节上的完善和应用场景上的多元化发展，2012 年 2 月正式发布了面向无线体域网的 IEEE 802.15.6 标准。该标准特别考量了无线通信技术在人体附近或内部的应用，自此无线体域网的研究进入到另一个崭新的阶段[6]。
1.2.2 能量收集技术相关研究
在以往的无线体域网中，有限的储能电池在一定程度上限制了它的发展。由于无线体域网通常是由多种不同分工的传感器组成，这些传感设备不论是植入人体，还是放置在人体表面都要面对更换电池的问题。例如血糖传感器和血压传感器，若无法及时进行电池的更换，可能会导致数据传输失误或中断，在一些极端的情况下更有可能给患者带来严重的生命威胁。为了解决这一问题，研究人员尝试从周围环境中收集能量对传感设备进行供电。不断发展的能量收集技术结合传感器技术给无线体域网带来了新的研究动力。
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3 动能收集平台的搭建与使用
3.1 动能收集平台搭建
3.1.1 系统框架设计
动能收集平台的搭建主要分为上位机和下位机两部分，设计框架图如图 3-1所示。其中下位机是基于压电式能量采集器和运动处理传感器的可穿戴式能量采集设备，采集人体不同活动产生的电压数据和加速度数据，通过无线蓝牙模块与上位机的 PC 服务器进行通信，PC 服务器再将硬件设备发送的数据进行相应的收集和处理。硬件采集设备用于采集人体运动的数据信号以及进行数据的传输工作，其主要由微控制器、运动处理传感器、能量收集器和数据传输模块组成。微控制器用来控制模块间的读写时序及数据通信，运动处理传感器用来收集人体日常活动的加速度数据信号，压电式能量收集模块可以收集人体振动时产生的电压信号，该信号主要用来评估运动产生的能量，作为路由层算法和 MAC 层算法的输入。
图 3-1 人体运动动能收集系统框架图
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5 动能充电体域网中动态 MAC 协议：D-MAC
5.1 引言
在第四章中，通过设计动能充电体域网中路由层的数据传输协议，提高了网络性能。MAC 层也与数据传输息息相关，体域网中人体监测信号需要传输到汇聚节点来跟外界应用进行通信，而多个节点竞争会产生碰撞，基于时分的 TDMA接入机制被认为是无线体域网的最可靠的协议，因为它通过给节点分配不同时隙来解决问题避免碰撞。同时，基于竞争的 CSMA/CA 机制在网络变化较大时可以有效的降低数据传输的时延，提高数据传输的可靠性。在动能充电体域网中，能量水平和数据水平都在高度动态变化，固定的接入机制不能够很好的适应各种状态。因此，在 MAC 层同时运用这两种接入机制并通过动态调整 CSMA/CA 与TDMA 的时长，再通过 Sink 节点调配来动态分配 TDMA 阶段的时隙，从理论上来说可以设计出适合动能充电体域网的 MAC 协议，本文将此 MAC 协议称为D-MAC。
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5.2 动态调整接入机制长度
接入机制是指节点接入无线信道时为了保证传输可靠性、降低时延等网络性能所采取的策略。CSMA/CA 机制在节点接入前进行信道检测，在网络业务量较小时能有效避免节点冲突和外网干扰，提高传输可靠性，但在网络业务较大的情况下，大量的节点间的冲突会降低通信性能，网络的吞吐量降低，时延增加，且空闲监听和重传会带来能耗的问题。TDMA 机制由于节点只在自己的时隙中发送数据，能完全避免网内干扰，具有较高的可靠性，只在属于自己的时隙中处于活跃状态能减少能耗。但由于没有信道侦听，此种方式受外网的干扰较大。表5-1 总结并对比了 CSMA/CA 机制与 TDMA 机制的特点。
表 5-1 CSMA 与 TDMA 特点比较
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6 总结与展望
6.1 全文总结
无线体域网作为当下无线通信网络中一个热门的研究方向，网络中的各个传感器节点都是由储能有限的电池进行供能，由于电池供能有限，一些必须放置在人体体内的传感器，如血压传感器、血糖传感器便无法进行及时的更换，给使用人员带来了不便和巨大的安全隐患。这一问题将随着可穿戴技术与能量收集技术的发展进步，吸引越来越多研究人员的关注，给出解决方法来尽可能给人们的生活带来便捷。在目前的能量收集技术中，不同于太阳能供电受天气限制较大且不适用于室内环境，射频供电对天线大小要求严格且需要具有较高灵敏度的射频能量采集器较宽的频带，基于基于动能采集技术的无线体域网可以不受制于环境、天气，随时随地为无线体域网中的传感器提供工作所需电能。由于目前动能充电无线体域网中相关数据传输协议研究还不够全面，因此本文围绕着动能充电体域网中 MAC 协议设计和路由协议设计这两方面，以延长网络寿命和提高数据传输质量为目标，设计适合动能充电体域网数据传输协议。主要的研究内容及创新工作如下：
（1）本文搭建了一个基于压电式悬臂梁 PPA1011 振动能量采集器的数据采集设备，通过蓝牙模块与上位机进行通信，采集并传输人体在不同运动状态下的能量收集数据信息。该设备同时集成了运动处理传感器来实时判断人体运动状态。采集的数据为 ELC 路由协议和基于动态调整接入机制与时隙的 D-MAC 协议的设计与实践提供了依据，相较于以往的动能收集无线体域网中相关研究有了切实有效的实测数据。
（2）根据动能收集的特点，本文设计了一个针对动能充电无线体域网的能量分级路由协议 ELC。以提高网络生命周期和数据传输可靠性为目标，提出了一种由剩余能量、链路可靠性和传输距离所组成的多目标中继选择多目标优化模型，来最佳下一跳转发节点。将人体活动分为活跃状态和非活跃状态，考虑人体不同状态下动能收集设备采集的能量值的高低，利用熵值法确定多目标中继选择最优函数各项因子的权重，从而得到低能量采集下的最优函数 LEHOF 与高能量采集下的最优函数 HEHOF 来进行中继节点的选择。ELC 协议经过与 WEQ 协议和 iM-SIMPLE 协议进行对比，实验结果证明该协议从节点剩余能量、数据包传输率和网络寿命三方面都达到了较好的结果。
参考文献（略）
