半靜態(tài)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線體域網(wǎng)通信技術(shù)，特別是涉及一種無線體域網(wǎng)的半靜態(tài)調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化進(jìn)程與人口老齡化的加劇，老年病和慢性病越來越普遍，除了給患者和社會(huì)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)外，還嚴(yán)重影響了患者的生活品質(zhì)和家庭幸福。無線體域網(wǎng)(Wireless Body Area Network, WBAN)的出現(xiàn),為老年病和慢性病的居家健康監(jiān)測(cè)提供了一種簡(jiǎn)單、低成本的短距離通信手段?；赪BAN技術(shù)，通過在人體體表或者體內(nèi)布置相應(yīng)的感知設(shè)備自動(dòng)采集人體心電、腦電、肌電、體溫、血壓、血糖、血氧等生命體征參數(shù)，支持實(shí)時(shí)、方便、全天候的人體生命體征監(jiān)測(cè)。WBAN技術(shù)已經(jīng)成為提升醫(yī)療診斷效率、提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，開展新型遠(yuǎn)程醫(yī)療、居家健康監(jiān)護(hù)重要技術(shù)手段。
[0003]面對(duì)無線體域網(wǎng)技術(shù)的重要作用和龐大的市場(chǎng)需求，無線體域網(wǎng)技術(shù)迫切需要開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，實(shí)現(xiàn)人體體征健康信息規(guī)范化管理，推動(dòng)體域網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。作為“人體”傳感網(wǎng)，WBAN已經(jīng)成為國際醫(yī)療保健界和通信業(yè)界一個(gè)戰(zhàn)略合作科研攻關(guān)方向。IEEE802.15于2007年成立了 TG6小組，開展WBAN的標(biāo)準(zhǔn)化研究，并于2012年3發(fā)布了世界上首個(gè)WBAN標(biāo)準(zhǔn)一IEEE802.15.6，成為目前已經(jīng)發(fā)布的唯一的無線體域網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)定義了無線體域網(wǎng)傳輸?shù)奈锢?PHY)層和媒質(zhì)接入控制(MAC)層協(xié)議，基本滿足了無線體域網(wǎng)的要求。在國內(nèi)，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)也于2012年11月通過了研究立項(xiàng)“適用于醫(yī)療健康應(yīng)用的無線體域網(wǎng)通信技術(shù)要求”，目標(biāo)是制定適用于我國醫(yī)療健康應(yīng)用頻段、應(yīng)用需求的無線體域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。從國內(nèi)外的研究來看，目前WBAN還有很大的研究空間和價(jià)值，未來WBAN標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化的研究還有大量工作要做。
[0004]一種典型的無線體域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。無線體域網(wǎng)具有星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中有且只有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)管理多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的接入，協(xié)調(diào)無線資源的分配。無線體域網(wǎng)中終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)目可以是O個(gè)或多個(gè)，IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一個(gè)體域網(wǎng)中的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目的最大值是256。中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)之間以I跳(Ι-Hop)鏈路直接進(jìn)行幀傳輸。
[0005]無線體域網(wǎng)中的業(yè)務(wù)主要是上行業(yè)務(wù)，終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器采集人體生命體征數(shù)據(jù)，通過終端節(jié)點(diǎn)上的射頻單元發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)。并且，上行業(yè)務(wù)一般都呈現(xiàn)周期性的特點(diǎn)，例如體溫、脈搏、血氧飽和度等生理參數(shù)只需要間隔一段時(shí)間測(cè)量一次即可，并且每次的數(shù)據(jù)量大小恒定。為了適應(yīng)不同周期特性的業(yè)務(wù)，在超幀(Beacon Per1d)工作模式下，IEEE802.15.6協(xié)議定義了 I周期(1-per1dic)和m周期(m-per1dic,m Φ O兩種半靜態(tài)調(diào)度方式，這兩種調(diào)度方式的區(qū)別在于調(diào)度周期不同，前者的調(diào)度周期是I個(gè)超幀，后者的調(diào)度周期是m個(gè)超幀。
[0006]如圖2所示，在Ι-per1dic調(diào)度方式下，每個(gè)超幀中存在一個(gè)用于半靜態(tài)調(diào)度的時(shí)間資源(即調(diào)度時(shí)長(zhǎng))。如圖3所示，在m-per1dic調(diào)度方式下，每m個(gè)超幀中存在一個(gè)用于半靜態(tài)調(diào)度的時(shí)間資源。IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)中，不支持對(duì)一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行1-per1dic 調(diào)度和 m-per1dic (m ^ I)調(diào)度。
[0007]對(duì)于Ι-per1dic或m-per1dic (m古I)調(diào)度來說,如果在連續(xù)k (可配置,最大值是32)個(gè)半靜態(tài)調(diào)度內(nèi)都沒有幀傳輸，那么中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)會(huì)認(rèn)為該半靜態(tài)調(diào)度失效，雙方都不會(huì)再使用該半靜態(tài)調(diào)度資源。為了維持半靜態(tài)調(diào)度的有效性，終端節(jié)點(diǎn)或者中心節(jié)點(diǎn)需要在每個(gè)調(diào)度時(shí)長(zhǎng)內(nèi)發(fā)送至少I個(gè)數(shù)據(jù)幀，并且該數(shù)據(jù)幀需要接收端發(fā)送確認(rèn)。發(fā)送該數(shù)據(jù)幀的目的僅僅是為了使半靜態(tài)調(diào)度繼續(xù)有效，該數(shù)據(jù)幀中可以不包含任何有效載荷。
[0008]在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)上往往帶有多個(gè)傳感單元，分別用于采集不同的人體生命體征參數(shù)。例如，無線健康監(jiān)測(cè)腕表可以同時(shí)具有體表溫度、脈搏檢測(cè)功能。當(dāng)多個(gè)具有不同周期特性的業(yè)務(wù)混合在一起時(shí)，使得終端節(jié)點(diǎn)的混合業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出非周期的特性。
[0009]IEEE802.15.6中的半靜態(tài)調(diào)度是基于終端節(jié)點(diǎn)的，即每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)只有I個(gè)1-per1dic調(diào)度或m-per1dic (m ^ I)調(diào)度。當(dāng)一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)存在多個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)，目前的半靜態(tài)調(diào)度方法是選取所有業(yè)務(wù)的最小調(diào)度周期作為m-per1dic調(diào)度方式下的調(diào)度周期，每個(gè)調(diào)度周期內(nèi)所分配的調(diào)度資源大小是恒定的，將根據(jù)所有業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量確定，以滿足所有業(yè)務(wù)的調(diào)度需要。例如，對(duì)于圖4 (a)和(b)中兩個(gè)業(yè)務(wù)的場(chǎng)景,m值取2,半靜態(tài)調(diào)度過程見圖4 (C)。
[0010]根據(jù)IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn),調(diào)度信令將包含在連接分配(Connect1n Assignment)中貞中，利用該巾貞中的Connect1n Assignment巾貞的格式如圖5所示。這里只介紹與本發(fā)明相關(guān)的字段內(nèi)容。
[0011]喚醒周期(Assigned Wakeup Per1d)字段表示調(diào)度的類型:如果RequestedWakeup Per1d=I,表不 1-per1dic 調(diào)度；如果 Requested Wakeup Per1d 古 I,表不m-per1dic 調(diào)度。
[0012]喚醒時(shí)機(jī)(Assigned Wakeup Phase)字段用于指示終端節(jié)點(diǎn)下一個(gè)激活超巾貞的序列號(hào)。假設(shè)Assigned Wakeup Phase字段的值是D,那么下一個(gè)激活超巾貞編號(hào)的為:(S+D)模216,其中S是當(dāng)前超巾貞的編號(hào)，D表示終端節(jié)點(diǎn)在接收到Connect1n Assignment巾貞后的第D個(gè)超幀激活。
[0013]上行分配信元(Uplink Assignment IE)字段用于指示上行資源分配，其格式如圖6所不，其中J是Uplink Assignment IE中包含的Allocat1n Assignment字段的數(shù)量。每個(gè)Allocat1n Assignment字段對(duì)應(yīng)一項(xiàng)業(yè)務(wù)的半靜態(tài)資源分配。Interval Start表示這個(gè)半靜態(tài)資源的起始時(shí)隙編號(hào)，Interval End表示這個(gè)半靜態(tài)資源的結(jié)束時(shí)隙編號(hào)，起始編號(hào)和結(jié)束編號(hào)之間的時(shí)隙即為調(diào)度的資源。
[0014]Downlink Assignment IE字段用于指示下行資源分配，格式與UplinkAssignment IE完全相同，不同點(diǎn)是表示下行資源分配。
[0015]Bilink Assignment IE字段用于指示雙向資源分配,格式與Uplink AssignmentIE完全相同，不同點(diǎn)是表示雙向資源分配。
[0016]上述半靜態(tài)調(diào)度方法，無論是采用周期性特性的Ι-per1dic調(diào)度還是m-per1dic (m Φ I)調(diào)度,都無法適配混合業(yè)務(wù)特性。在這種情況下，中心節(jié)點(diǎn)強(qiáng)制對(duì)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性調(diào)度(Ι-per1dic調(diào)度或m-per1dic (m ^ I)調(diào)度),而終端節(jié)點(diǎn)的不同業(yè)務(wù)具有不同的業(yè)務(wù)特性，不同超幀內(nèi)實(shí)際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不同，由于半靜態(tài)調(diào)度中每次分配的資源量恒定，在業(yè)務(wù)量較少的超幀內(nèi)，中心節(jié)點(diǎn)所分配的調(diào)度資源將會(huì)有大量資源無法有效利用，從而造成資源被浪費(fèi)，影響其他終端節(jié)點(diǎn)的幀傳輸。同時(shí)，為了確定最佳的調(diào)度周期值和每個(gè)調(diào)度周期中所分配的調(diào)度資源，中心節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算過程，不利于降低無線體域網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。下面以圖4為例對(duì)此進(jìn)行說明。
[0017]在圖4 (C)所示的半靜態(tài)調(diào)度中，超幀n+2中實(shí)際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，因此會(huì)存在資源浪費(fèi)的問題(如圖4 (c)中的超幀n+2中無圖案標(biāo)識(shí)的調(diào)度資源部分)。另外，由于分配的資源無法與業(yè)務(wù)特性完全匹配，圖4 (c)中的調(diào)度方式還會(huì)導(dǎo)致傳輸時(shí)延，不利于業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障(如圖4 (c)中的超幀n+4中的黑色調(diào)度資源)。按照?qǐng)D4 (c)的調(diào)度方法，業(yè)務(wù)2在超幀n+3內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要等到超幀n+4才能發(fā)送，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延增加了一個(gè)超幀。
[0018]由此可見，對(duì)于存在混合業(yè)務(wù)的終端節(jié)點(diǎn)而言，目前的無線體域網(wǎng)的調(diào)度方法無法滿足各業(yè)務(wù)的QoS需要，并且會(huì)存在大量的資源浪費(fèi)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半靜態(tài)調(diào)度方法，該方法可以滿足無線體域網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)的各業(yè)務(wù)的QoS需要，并且可以有效避免調(diào)度資源的浪費(fèi)。
[0020]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
[0021]一種半靜態(tài)調(diào)度方法，包括:
[0022]當(dāng)需要對(duì)無線體域網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)為終端節(jié)點(diǎn)的每個(gè)業(yè)務(wù)分配獨(dú)立的調(diào)度周期和調(diào)度時(shí)長(zhǎng)，并利用連接配置幀將所述終端節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息通知給所述終端節(jié)點(diǎn)，其中，所述連接配置幀中的上行分配信元、下行分配信元和雙向分配信元里的每個(gè)資源配置字段攜帶對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)的所述調(diào)度周期和所述調(diào)度時(shí)長(zhǎng)；
[0023]對(duì)于每個(gè)所述業(yè)務(wù)，所述終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述調(diào)度信息，按照該業(yè)務(wù)的所述調(diào)度周期和所述調(diào)度時(shí)長(zhǎng)與所述