面向人体生物安全的无线体域网发射功率控制技术研究

Transmit power control can decrease the radialization level of human body in body area networks. The shadowing effect by the movement of limbs is one of the key factors to make the wireless link unstable, which brings new challenges to some traditional transmit power control algorithm to be used in body area networks. In this project, a propagation model according to relative locations and limb movement will be established, based on which a transmit power control algorithm is presented.According to the relative locations among the sensing nodes and hub node, a transmit power compensation method will be given to fit the movement requirement of body area networks. Based on numerical calculation and experiment, power control algorithm will be analyzed and evaluated to verify its availability. This research will provide important technical support to the application requirement of body area networks, such as biology security, low power design, and high reliability.

发射功率控制是体域网降低对人体辐射、保障人体生物安全的重要措施。由肢体移动对无线链路引起的动态变化，是体域网链路不稳定的主要因素之一，对传统的功率控制方法在体域网中应用提出了新的挑战。本项目将建立包含节点相对位置、肢体移动信息等体域网应用特征的近人体无线信道传输模型，研究节点按需发射功率控制算法；通过体域网内各体征检测节点与网关节点的相对位置信息，研究功率补偿方法，消除隐终端问题，减小链路冲突，提高网络可靠性；采用数值计算与实验测试结合的方式，对功率控制算法进行分析与评测，验证算法和协议的有效性。体域网功率控制算法的研究，将对体域网生物安全性保障、低功耗、高可靠传输等应用需求提供重要的技术支撑。

无线体域网可靠通信技术的研究建立在发射功率控制与可靠链路的权衡之上，本课题对发射功率控制算法、功率限制条件下的基带信号处理、MAC协议以及网络性能评估方法等进行了系统的研究，在通信学报、China Communications、IEICE Transaction on communications等国内外杂志上发表论文5篇，主持或参与制定标准3项，培养博士后1名、博士3名（毕业 1名，在读2名）、硕士5名。本课题的研究中，低复杂度重复码解扩频方案方法，信噪比增益损失0.1-0.8dB，计算复杂度最大可降低86%以上；基于分级统计最大平均功率的WBAN符号同步算法，在32个符号内完成符号同步，算法复杂度较常规的最大平均功率算法最多可降低近90%；搭建的无线体域网软件仿真系统和硬件测试平台，分别从理论和实验室条件上评估发射功率控制对系统功耗、及无线链路状态的影响，发表的相关成果都是基于上述平台仿真及实验得到。同时，项目组牵头制定无线体域网相关的CCSA 行业标准1项，《面向医疗健康应用的无线体域网通信技术要求》；参与制定相关的CCSA标准2项，《无线体域网技术研究》、《无线体域网网络管理技术要求》。上述工作已经圆满完成了项目既定的任务，目前正在进行体域网传输模型的仿真及实验工作，可以为后续无线体域网功率控制算法的研究提供可靠的理论支撑，也将丰富项目的成果输出。