专利名称：：基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法
技术领域：
：本发明涉及的是一种网络传输
技术领域：
的方法，具体是一种基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法。
背景技术：
：无线人体局域网因其便携性、智能化以及广泛的应用范围受到越来越多的关注。无线人体局域网以人为中心进行信息传输，无线人体局域网的传输信道分为体外的自由空间传输以及体内的电流传输，体内信道利用人体的导电性在体内进行传输，因此稳定性好，但是传输距离短，因此若利用体内信道传输，由于转发会造成不小的能量损耗；体外信道则利用自由空间进行无线传输，传输距离远，但是严重受到人体运动的影响，因此在体外信道性能不好的情况下，由于得发会造成不小的能量损耗；根据无线人体局域网设备的便携性以及使用安全性的要求，在整体功率设计上有着严格的要求，因此有必要在功率严格受限的前提下，充分比较并梳理体内体外传输信道特征，提出整体意义上功耗较小的传输方法及优化思路。经对现有技术的文献检索发现，美国专利文献号US7，171，177B2记载了“Communicationapparatusandmethodusinghumanbodyasmedium"(禾1JM入f本传输媒介的通信设备与方法)，该技术中关键数据信号在体内信道传输和一般数据在体外信道传输，由预先设定的参考值决定信道工作频率，因此在保安全性的情况下，可以根据实际物理信道特性来提高数据传输速率。虽然该技术涉及了两种信道，但是其未考虑到在体外无线信道不存在直射路径，或者在使用者进行快速运动的情况下，体外无线信道衰落很大时无法进行传输的情况，因此会造成数据丢失，或者造成数据反复重发而浪费大量的系统能量。进一步检索发现，美国专利文献号US6，223，018B1记载了“Intra-bodyinformationtransferdevice"(通过人体体外信道传输信号的信息传输设备)，该技术给出了传输设备的具体组成，发射电极与接收电极之间通过自由空间进行耦合。该技术仅涉及了体外信道传输，但是其未给出体内信道传输的情况，并且没有考虑到人体实际情况，应用场景比较受限。美国专利文献号US6,211，799B1"Methodandapparatusfortransbodytransmissionofpowerandinformation”(通过人体电容耦合进行数据和能量传输的设备与方法)，应用于体内数字信息传输与交换。该技术仅涉及了体内信道传输，没有考虑到体外信道及两种信道的切换准则，未考虑到人体实际情况，应用场景比较受限。迄今为此的现有技术一般只涉及了无线人体局域网的信道，而且并未给出完善的结论或标准，大部分只是基于实验测量加分析，因此不能实际应用。
发明内容本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于无线人体局域网的通信信道3选择切换方法，具有传输可靠性高与系统能量低的优点和效果。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤步骤一，发射节点对目的节点进行数据发射前，发射节点检测发射数据类型，当数据类型为控制信令则将待发射数据通过发射电极直接发送到体内信道，否则执行步骤二；所述的体内信道是指数据通过电极发送，利用人体组织的导电特征在人体表面或者肌肉组织内进行传输时的信道；所述的发射节点是指无线人体局域网两节点通信过程中充当发射机的节点，其将待发射数据通过天线或电极发射出去，等待目的节点接收；所述的目的节点是指无线人体局域网两节点通信过程中充当接收机的节点，其通过天线或电极接收从发射节点发送来的数据包。所述的待发射数据包括控制指令与常规数据，其中控制指令是指无线人体局域网通信过程中的关键信息，包括控制信息、交换与更新的路由信息；常规数据是指无线人体局域网节点通信的一般数据，其一般指传感器所收集的数据。步骤二，根据路由表检查目的节点与发射节点之间的体外信道质量，当体外信道质量小于60dB，则将待发射数据通过发射天线发送到体外信道，同时将发射节点的路由表中该目的节点的体外信道质量标志位设为1，否则执行步骤三；所述的体外信道质量是指目的节点与发射节点之间体外信道的路径损耗，即目的节点与发射节点的均方根功率差的平均值。所述的体外信道是指数据通过天线发送，利用人体周围自由空间进行传输时的信道；步骤三，在优化周期内检查发射节点与目的节点之间的信道稳定性和体外信道质量，当体外信道质量大于等于60dB且信道稳定性>0.15时，则将待发射数据通过发射电极发送到体内信道，否则执行步骤四；所述的信道稳定性是指体外信道的信道变化因子，该信道变化因子P表示序列s=is0,Sl，...，sM_J标准差与均方根功率间的比率，其定义如下，其中M为序列长度，信道变化因子P与被测对象运动情况有如下关系1)当被测对象站立时，信道变化因子P接近于0；2)信道变化因子P越大，体外信道越不稳定；3)在90%的情况下，当P<0.15时，体外信道稳定；4)体外信道的时变特性与被测对象的物理运动情况相一致；因此步骤三中，在观测时间间隔内对信道变化因子进行测量，当P>0.15时，认为信道在这段时间间隔内是不稳定的，同时在下一段时间间隔也将是不稳定的，因此将常规数据发送到体内信道进行传输或者转发；而当p<0.15时，认为体外信道是稳定的，但是此时也不能立刻将数据经由体外信道进行传输，因为当发射节点与目的节点之间体外信道质量较差，即路径损耗较大时，体外信道并不适合数据传输，因此转入步骤四；步骤四，更新路由表中发射节点与目的节点之间的体外信道质量信息，当发射节点与目的节点之间的体外信道质量小于60dB，则执行步骤五；否则发射节点通过发射电极将待发射数据通过体内信道发射至目的节点并重复执行步骤三，直到待发射数据发送结束；所述的更新路由表中发射节点与目的节点之间的体外信道质量信息是指利用两个优化周期的时间，分别更新发射节点的路由信息和目的节点的路由信息，具体步骤如下在第一个优化周期时间内，发射节点发送测量序列，目的节点测量与计算一个优化周期时间内发射节点与目的节点间体外实时信道的路径损耗，当平均路径损耗小于60dB时，设置目的节点路由表中体外信道质量标志位为1；第二个优化周期时间内，目的节点发送测量序列，更新发射节点路由表中体外信道质量位；所述测量序列是指自相关特性为冲激函数的伪随机序列。步骤五，根据步骤三测量所得的信道稳定性和体外信道质量判断使用对象的运动情况，从而决定发射节点的发射时刻，然后重复执行步骤三，直到待发射数据发送结束。所述的判断使用对象的运动情况是指利用信道变化因子P判断使用对象的物理运动情况当p接近于0时，使用对象处于站立情况，同时认为下一个观测间隔内使用对象也将处于站立状态，因此数据可以在下一个观测间隔内都经由体外信道传输；当p兴0时，被测对象处于运动状况；而根据步骤三中的判断，P<0.15时，体外信道是稳定的，因此也是适用于体外传输的。由于人体运动所引起的发射节点与目的节点之间相对位置的变化，从而导致路径损耗不断变化，而人体运动引起的路径损耗变化与人体运动情况是一致的，当直射路径被阻塞时，可以到路径损耗的谷点；当发射节点与目的节点距离最近时，又能得到路径损耗的峰值点，同时路径损耗的波动与被测对象的运动速度一致，在一帧的时间内信道是平稳的，以及下个周期内信道也将是平稳的。因此在下个时间间隔内，将选择路径损耗的峰值点前沿传输一帧数据，可以保证数据传输的过程中良好的体外信道特性。所述的发射时刻是指当信道变化因子P<0.15时，由人体引起的路径损耗波动的峰值前沿点。本发明只需断定该信道当前是否可用以及性能如何，该准则利用实时监测结果，因此无需研究复杂的信道建模；本发明提出的针对常规数据的信道切换机制，根据一定准则，对当前体内体外信道进行衡量，切换到较优信道传输，使得其在无线人体局域网的应用更为实用。图1为实施例无线人体局域网中节点分布示意图；其中图la为人体局域网正面示意图，图lb为人体局域网备面示意图。图2为优化周期流程示意图。图3为本发明流程流程图。具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例中，人体上共设有8个节点，如图1所示，分别为左右髋部各一个，两手腕、两脚踝各一个，胸部一个，后背一个；系统信道选择与切换方法的流程示意图如图2与3所示。如图3所示，本实施例的具体实施过程如下步骤一，在数据帧头部设置数据类型标志位，1为控制信令，0为数据信令，数据发射前检测发射数据类型，若为控制信令直接发送到体内信道，过程结束；若为常规数据，则进入步骤二；步骤二，检查目的节点，根据路由表，检测发射节点与目的节点之间体外信道质量位。若为1，表示存在体外信道质量良好，常规数据发送到体外信道；否则进入步骤三；本实例的节点1与节点2的节点路由表如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>对于其中的体外信道质量项，1表示体外信道质量良好，0表示体外信道质量较差，该项由测量发射节点与目的节点之间平均路径损耗所得，当平均路径损耗小于60dB时，设置该位为1；路由表在节点接入时建立，并间隔一定时间进行自动更新。步骤三，间隔一定时间间隔，测量与计算一帧时间内发射节点与目的节点间体外实时信道的变化因子P，其中P表示序列s=is0,Sl，...，&}标准差与均方根功率间的比率，其定义如下，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>当p>0.15时，认为信道在这段时间间隔内是不稳定的，同时在下一段时间间隔也将是不稳定的，因此将常规数据发送到体内信道进行传输或者转发；当p<0.15时，认为体外信道是稳定的，但是此时也不能立刻将数据经由体外信道进行传输，因为当发射节点与目的节点之间不存在直射路径时，路径损耗较大，体外信道并不适合数据传输，因此转入步骤四。步骤四，更新发射节点与目的节点的路由信息，第一帧时间内，发射节点发送测量序列，目的节点测量与计算一帧时间内发射节点与目的点间体外信道的平均路径损耗，当平均路径损耗小于60dB时，设置目的节点的路由信息(体外信道质量项设为1)；第二帧时间内，目的节点发送测量序列，更新发射节点路由信息表；发射节点检测路由表，当与目的节点间体外信道质量为1时，进入步骤五；否则数据发送到体内信道，重复进入步骤三，直到数据发送结束。步骤五，常规数据发送到体外信道，指利用信道变化因子P判断使用对象的物理运动情况。当p接近于0时，使用对象处于站立情况，同时认为下一个观测间隔内使用对象也将处于站立状态，因此在下一个观测间隔内所有的数据都经由体外信道传输；当p兴0时，被测对象处于运动状况；而根据步骤三中的判断，P<0.15时，体外信道是稳定的，因此也是适用于体外传输的。由于人体运动所引起的发射节点与目的节点之间相对位置的变化，从而导致路径损耗不断变化。同时路径损耗的波动与被测对象的运动速度致，特别的当直射路径被阻塞时，可以观测到路径损耗的谷点。其中路径损耗的计算时间间隔为帧周期，因此认为这段时间内信道是平稳的，以及下个周期内信道也将是平稳的。在下个时间间隔内，将选择路径损耗的峰值点前沿传输一帧数据，可以保证数据传输的过程中良好的体外信道特性。重复进入步骤三，直到数据发送结束。权利要求一种基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，发射节点对目的节点进行数据发射前，发射节点检测发射数据类型，当数据类型为控制信令则将待发射数据通过发射电极直接发送到体内信道，否则执行步骤二；步骤二，根据路由表检查目的节点与发射节点之间的体外信道质量，当体外信道质量小于60dB，则将待发射数据通过发射天线发送到体外信道，同时将发射节点的路由表中该目的节点的体外信道质量标志位设为1，否则执行步骤三；步骤三，在优化周期内检查发射节点与目的节点之间的信道稳定性和体外信道质量，当体外信道质量大于等于60dB且信道稳定性＞0.15时，则将待发射数据通过发射电极发送到体内信道，否则执行步骤四；步骤四，更新路由表中发射节点与目的节点之间的体外信道质量信息，当发射节点与目的节点之间的体外信道质量小于60dB，则执行步骤五；否则发射节点通过发射电极将待发射数据通过体内信道发射至目的节点并重复执行步骤三，直到待发射数据发送结束；步骤五，根据步骤三测量所得的信道稳定性和体外信道质量判断使用对象的运动情况，从而决定发射节点的发射时刻，然后重复执行步骤三，直到待发射数据发送结束。2.根据权利要求1所述的基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，其特征是，所述的体外信道质量是指目的节点与发射节点之间体外信道的路径损耗，即目的节点与发射节点的均方根功率差的平均值。3.根据权利要求1所述的基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，其特征是，所述的信道稳定性是指体外信道的信道变化因子，该信道变化因子P表示序列s=Is。，Sl，...，sM_J标准差与均方根功率间的比率，其定义如下，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中M为序列长度。4.根据权利要求1所述的基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，其特征是，所述的更新路由表中发射节点与目的节点之间的体外信道质量信息是指利用两个优化周期的时间，分别更新发射节点的路由信息和目的节点的路由信息。5.根据权利要求4所述的基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，其特征是，所述的分别更新发射节点的路由信息和目的节点的路由信息是指在第一个优化周期时间内，发射节点发送测量序列，目的节点测量与计算一个优化周期时间内发射节点与目的节点间体外实时信道的路径损耗，当平均路径损耗小于60dB时，设置目的节点路由表中体外信道质量标志位为1；第二个优化周期时间内，目的节点发送测量序列，更新发射节点路由表中体外信道质量位。6.根据权利要求1所述的基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，其特征是，所述测量序列是指自相关特性为冲激函数的伪随机序列。全文摘要一种网络信息传输
技术领域：
的基于无线人体局域网的通信信道选择切换方法，包括检测发射数据类型；根据路由表检查目的节点与发射节点之间的体外信道质量；在优化周期内检查发射节点与目的节点之间的信道稳定性和体外信道质量；更新路由表中发射节点与目的节点之间的体外信道质量信息，根据信道稳定性和体外信道质量判断使用对象的运动情况，决定发射节点的发射时刻并发送数据。本发明具有传输可靠性高与系统能量低的优点和效果。文档编号H04W40/24GK101801056SQ201010300279公开日2010年8月11日申请日期2010年1月14日优先权日2010年1月14日发明者冯晶凌,盛楠,蔡浩,邱方,钱良申请人:上海交通大学