无线体域网研究进展综述

欧阳峰，张 宇

(1.国家新闻出版广电总局 广播科学研究院，北京 100866；2.西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071)



无线体域网研究进展综述

欧阳峰1，张 宇2

(1.国家新闻出版广电总局 广播科学研究院，北京 100866；2.西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071)

无线体域网作为无线传感器网络的一个分支，在其研究与应用过程中，存在诸多问题与挑战。文中从无线体域网的应用与需求出发，简要介绍了无线体域网的标准化进程，重点阐述了当前无线体域网研究的3个重点问题：传输可靠性、节能问题和共存性问题，总结了现有的研究进展并提出建议和思路。

无线体域网；可靠性；节能；共存性

无线体域网(Wireless Body Area Network, WBAN)作为无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)的一个分支，是一种以人体为中心的短距离通信网络，由置于人体周围、体表以及体内的传感器节点和一个中心节点构成。遍布全身的传感器能够对人体的一些重要生理参数(如体温、血压、心率、血氧浓度等)或者人体周围的一些环境参数(如温度、湿度等)进行感知和采集，并通过无线传输的方式发送给中心节点。中心节点大多安置在胸部或者腰部等相对稳定的位置，在接收到这些信息后通过WiFi或者移动蜂窝网络将其发送到远程服务器(如医院、数据中心等)供专业人员进行后续处理，如图1所示。

随着传感器和通信技术的不断发展，WBAN在日常生活和工作中将发挥重要的作用。但是WBAN在研究与应用过程中依然存在很多问题与挑战。本文对WBAN的存在问题和研究热点进行调研和分析，介绍了WBAN的应用领域、性能需求及标准化进程，重点分析了当前WBAN研究的3个重点问题：传输可靠性、节能问题和共存性问题，总结了当前研究进展并提出了研究建议。

图1 无线体域网的应用场景

1 无线体域网的应用与需求

1.1 无线体域网的应用范围

WBAN可在以下领域发挥重要作用：(1)健康监护。这是WBAN最具前景应用和价值的领域。WBAN通过安置在人体体表或者体内的传感器节点，将人体健康相关的关键参数实时准确地呈现给医护人员与病患本身，帮助医护人员实施适当的医疗手段。另外，传感器节点还可以根据采集到的异常数据向医护人员发出报警信息，提高紧急情况的处理反应速度；(2)运动训练及娱乐。WBAN技术还可以应用到运动员的训练及比赛中。教练员可以根据采集的人体参数分析运动员目前身体状态，在训练或比赛中采取适当的调整策略，从而获得更好的效果。另外，利用布置于人体体表的加速器和陀螺仪，WBAN可以实现动作识别与捕捉，在互动式娱乐中增强游戏带入感和体验效果；(3)军事活动。通过WBAN采集的人体参数和环境参数，士兵可以及时了解身体状况和环境情况，做出正确的决策，避免危险发生。此外，指挥官可以实时掌握军队士兵的位置、健康状况以及战场环境变化，为下达军事命令提供重要参考信息。

1.2 无线体域网的性能要求

不同的应用对WBAN的性能指标有不同的要求，且这些性能要求在不同应用中差距可能很大。如在健康监护领域内，几百kbit·s-1的速度就能够满足各个传感器节点向中心节点发送采集的人体信息；而在互动式娱乐中，为了能够传输视频流，WBAN的传输速率需要达到10 Mbit·s-1以上。而对于误码率，健康监护要求<10-10，互动娱乐中的音频流只需<10-5，而视频流甚至只需<10-3。表1[1]给出了不同应用对WBAN的性能要求。

表1 部分主要应用对无线体域网的性能要求

2 无线体域网的标准化进程

通信领域的权威机构如蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group)、电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE)为WBAN制定了标准协议。与WBAN有关的3个重要协议是：IEEE 802.15.4[2]、IEEE 802.15.6[3]和低功耗蓝牙协议[4]。

2.1 IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4于2006年发布，定义一种低能耗、低传输速率的网络系统技术标准。网络拓扑结构为多跳树型结构或全互联结构。其最大传输范围为100 m，是目前传感器网络主要采用的标准协议。WBAN作为传感器网络的一个分支，最初实现大多采用此协议。IEEE 802.15.4的协议栈包含物理层和MAC层。紫蜂协议(ZigBee)与6lowPAN是IEEE 802.15.4可选择的两种上层协议选项。

IEEE 802.15.4物理层规定了可用的3个频率范围：(1)868 MHz频段，只包含一个20 kbit·s-1传输速率的信道；(2)915 MHz频段，包含10个40 kbit·s-1传输速率的信道；(3)ISM 2.4 GHz频段，包含16个250 kbit·s-1传输速率的信道。

IEEE 802.15.4的MAC层定义了两种信道接入模式：信标帧(Beacon)模式和非信标帧模式。在信标帧模式中，时间被分为等长的片段称为超帧(Superframe)。超帧由活跃期(Active Part)与休眠期(Inactive Part)组成。活跃期包括了基于CSMA/CA多址接入机制的竞争接入区间(Contention Access Period)和基于TDMA多址接入机制的竞争避免区间(Contention Free Period)。竞争避免区间由若干个保证时隙构成，这些保证时隙是由中心节点分配给指定的传感器节点用于传输采集信息。在每一个超帧的起始时刻都要发送一个信标帧，这些信标帧中包含了该超帧的长度、各个区间的长度以及保证时隙的分配结果。在非信标帧模式中，网络只采取非时隙CSMA/CA多址接入机制进行信道接入。

2.2 低功耗蓝牙

低功耗蓝牙协议的设计初衷是为了让无线传输取代传统的有线传输技术。它的主要特点是低功耗、低成本和强鲁棒性。拓扑结构只支持星型结构。其最大传输距离为30 m。协议栈定义了整个TCP/IP协议栈。其低功耗、强鲁棒性的特点适用于WBAN。工作于ISM 2.4 GHz频段，包含40个信道，每个信道带宽为2 MHz，最高支持1 Mbit·s-1的传输速率。

其链路层将无线信道分为控制物理信道(Advertising Physical Channel)和数据物理信道(Data Physical Channel)。控制物理信道负责设备发现、设备接纳以及广播传输；数据物理信道负责正常数据传输。所有的信道都被分成时间单元，所有的控制帧以及数据帧都在时间单元内进行传输。中心节点负责时间单元的分配以及其他控制操作。

2.3 IEEE 802.15.6

与上述2个标准不同，IEEE 802.15.6是IEEE专门为WBAN提出的标准化协议，在制定协议的过程中充分考虑了WBAN的特点和应用环境。协议栈只包含了物理层和MAC层。其典型传输距离为3 m，最多支持64个节点。拓扑结构支持星型结构与两跳树型结构。

IEEE 802.15.6的物理层有3种模式，包括：(1)窄带模式。主要应用频段为ISM段，最大传输速率支持1 Mbit·s-1；(2)超宽带模式。分为两个区间(3.25～4.75 GHz与6.6 Hz～10.25 GHz)，最高支持超过10 Mbit·s-1的传输速率；(3)人体通信模式。利用人体作为通信载体，信道中心频率为21 MHz，最高传输速率1 Mbit·s-1。

IEEE 802.15.6的MAC层定义了3种运行模式：(1)有信标的超帧模式；(2)没有信标的超帧模式；(3)没有信标的非超帧模式。在有信标的超帧模式中，时间轴被分为连续的超帧。与IEEE 802.15.4协议类似，IEEE 802.15.6协议的超帧由基于CSMA/CA或时隙ALOHA的竞争阶段与基于TDMA的非竞争阶段组成。竞争阶段又被细分为专用接入阶段(Exclusive Access Phase)、随机接入阶段(Random Access Phase)和竞争接入阶段(Contention Access Phase)。专用接入阶段中，只有紧急信息与报警信息才有权利竞争并接入信道；而在随机接入阶段和竞争接入阶段，只有传感器节点可以竞争并接入信道传输数据或者控制信息，中心节点不允许占用信道进行信息传输。在非竞争阶段，中心节点将传输时间分配给每一个有需求的传感器节点用于传输周期性信息。在该阶段，中心节点还可以使用轮询方式为某些传感器节点临时分配传输时隙。在每一个超帧起始时刻，中心节点会向网络广播信标帧。信标帧中包括了该超帧长度、超帧中各个阶段起始时刻与时长，以及非竞争阶段TDMA接入时段的时隙分配结果。此外，信标帧还被看作整个网络时间的基准点。图2为一个有信标的超帧模式下的超帧结构示例。在没有信标帧的超帧模式中，超帧只由非竞争阶段组成，中心节点利用轮询方式安排各传感器节点的传输时隙。在没有信标的非超帧模式中，网络采用CSMA/CA或时隙ALOHA多址接入方式进行数据传输和控制信息交互。

图2 IEEE 802.15.6协议超帧结构示例图

综上所述，相较于低能耗蓝牙和IEEE 802.15.4，IEEE 802.15.6提供了更加灵活和全面的物理层/MAC层机制，为满足WBAN多样的性能要求提供了协议框架和机制支持。

3 WBAN研究的主要问题与研究进展

上述的标准协议虽然为WBAN的设计提供了技术基础与协议框架，但是仍然存在一些亟需解决的技术问题和难点。

3.1 传输可靠性

传输可靠性是WBAN重要的性能之一。在健康监护中，人体一个重要参数的传输错误，很有可能会对医生的判断产生负面影响。若是传输错误发生在紧急报警信息上，病人的急救有可能被耽误。在WBAN中，由于人体的移动和肢体的摆动，安置在人体周围和体表上的传感器节点与中心节点的无线信道会发生变化。这些变化主要来自于人体造成的阴影效应、节点间相对位置的变化以及周围环境因素变化的影响。无线信道条件的变化，会引起节点间通信质量的变化并最终导致节点间传输可靠性的不稳定。因此，如何提高WBAN的传输可靠性就成为必须要解决的问题。

3.1.1 研究现状

目前对于保证传输可靠性的主要方法集中于两个方面：(1)功率控制；(2)中继传输。

利用功率控制来保证传输可靠性的这一类方法中，由于WBAN节点间信道条件变化频繁，设计者的基本思路都围绕着两点：在无线信道条件好时尽可能降低发送功率，在保证传输可靠性的同时降低能量消耗；在无线信道条件差时提高发送功率，通过更高的信号强度，克服信道衰落，从而保证传输可靠性。文献[5～7]是WSN中比较常用的3种功率控制方法，这3种方法都是基于接收信号强度指示(RSSI)的闭环反馈功率控制方法。WBAN虽然是WSN的一个分支，但把WSN的功率控制方法直接应用到WBAN中是不可行的。主要原因是由于WSN的功率控制方法中认为信道虽然是变化的，但是变化频率不大；WBAN由于人体的频繁活动导致信道的频繁变化。变化频率的不一致导致WSN中为了进行功率控制发送的大量控制开销被放大，大量消耗了本来就很稀缺的能量资源。为此，Muhannad等人提出一种专门为WBAN设计的基于人体姿势的动态功率控制方法[8]。他们首先通过实验证明了发送功率与RSSI基本符合线性拟合。然后利用两点拟合的手段估计人体当前姿势下发送功率与RSSI线性关系的斜率与截距，并基于该预测计算适合当前姿势下的最佳发送功率。文献[9]提出一种基于闭环反馈的功率控制方法。作者利用RSSI反馈信息设计了一种功率控制方法。该方法通过调节参数，对节能与可靠性做很好的折中。最后还通过实际平台测试该功率控制方法在实际应用中的性能。除了上述的反馈型闭环功率方法，Fabio等人还提出了一种基于预测的闭环功率控制方法[10]。该方法基于IEEE 802.15.6协议框架，利用接收信号的RSSI值预测下一次发送时刻的信道条件，并通过计算预测值与真实信道条件的均方误差(MSE)，调整功率控制参数。

利用中继传输提高传输可靠性的中心思想，就是将信息从一个处于深衰落信道的传感器节点通过一个信道条件良好的中间节点传输到中心节点。在文献[11]中，作者证明了适当使用中继可以显著提高传输可靠性。文献[12]中提出了一种基于预测的动态中继传输方法。在该方法中，通过上一次传输的信道条件，预估下一次发送时各个节点的信道条件，计算并决定发送节点是否需要中继，需要将信息传输给哪一个中继，在哪一个时隙发送信息给中继以及中继在哪一个时隙中转信息给中心节点。仿真结果表明，在人体走路模式下，相较于其他方法，该方法能够更好地保证传输可靠性。在文献[13]中，Jie Dong与David Smith设计了一个以发送功率、传输时隙以及中继选择为变量的优化问题，通过求解优化问题，获得中继传输的选择结果。仿真结果表明，通过优化问题求解的方案可以有效保证传输可靠性。

3.1.2 建议和思路

基于上述内容，在传输可靠性这个热点问题，有如下几方面思路值得关注：(1)目前而言，保证传输可靠性的主要目光都集中于功率控制与中继传输。除此以外，还应当利用其它手段和方法来保证传输可靠性，例如动态传输时隙分配机制；(2)在功率控制方法中，大多数方法都集中于反馈控制，作为控制论的另外一个方向，预测控制方法应当也予以足够的重视；(3)对于节点的功率控制，现存研究成果均假设节点可以收到反馈信息。但是现实中也存在收不到反馈信息的情况，应该考虑这种情况为节点设计相应的解决办法；(4)中继传输中，选择中继的方法多数利用复杂的数学计算和NP-hard的优化问题求解；而WBAN的节点不具备较强计算能力。因此，在设计中继选择方法时，应当考虑计算复杂度。

3.2 节能问题

节能是另一个在WBAN领域中需要被重视的问题。一方面，多数传感器的安置位置都附着在体表或植入体内。植入体内的传感器节点需要通过外科手术才能完成替换或者充电，这对于使用者来说十分不便；附着在体表的传感器节点虽然不需要通过手术完成替换或充电，但其替换或充电的过程仍然会对人体造成一定的不便。另一方面，为了增加使用者的舒适度，这些传感器的体积和重量不会很大，使得这些传感器节点应尽可能使用微小电池作为能量源。提高网络的节能性就是要求每一个传感器节点利用有限的能量最大限度地延长自身寿命，降低替换或者充电频率，减少手术可能性。

3.2.1 研究现状

WBAN的能耗主要在于两方面：(1)信息感知收集；(2)射频模块的发送与接收。文献[14]通过实际测试证明信息收集所消耗的能量相较于射频收发模块的能耗可以忽略不计。MAC层协议可以直接控制射频模块的发送与接收，所以目前对于WBAN节能策略的研究主要偏向于高能效MAC层机制的设计。文献[1]指出，射频模块除了正常数据收发消耗的能量之外，主要的浪费来源于数据帧碰撞、空闲监听和控制帧开销。BodyMAC[15]、MedMAC[16]、DQBAN-MAC[17]使用了TDMA来进行数据传输。这3种MAC协议通过超帧来规范网络中各个节点的传输，利用广播帧来发布超帧结构和传输时隙分配结果，不仅避免了数据传输时出现碰撞的可能，还大幅降低了数据传输过程中使用的控制帧，降低了能量浪费。DCAA-MAC[18]则优化了CSMA/CA技术，改良随机多址接入的相关机制来降低由于载波侦听和数据帧碰撞造成的能量损失。PG-MAC[19]将超帧分为控制帧传输时段和数据帧传输时段。在控制帧传输时段中，协议利用时隙ALOHA协议；而在数据帧传输时段中，则使用TDMA接入方式。数据帧在传输过程中又根据数据的优先级将传输时段分为若干个优先级区间，满足不同QoS的需求。文献[20～23]则通过增加节点休眠时间，降低节点空闲侦听，从而减少不必要的能量损耗。文献[20]利用一个信道侦听的辅助信道来帮助节点监听信道，降低节点的能量损失。文献[21]中，作者在现有的唤醒无线电的基础上提出一种VLPM机制，在增加射频模块休眠时间的基础上，解决了无法同时兼顾低能耗与低时延的问题[24]。文献[22～23]利用前导序列实现低能耗监听(Low Energy Listening)来降低唤醒节点时监听信道所需要的时间，尽可能延长节点的休眠时间，降低网络消耗，从而提高网络寿命。文献[22]使用一段长的前导序列唤醒休眠节点，而文献[23]则采用更为有效的多个短前导序列来实现节点唤醒工作。此外，文献[10]中通过理论推导与仿真测试表明，利用中继传输，距离中心节点较远的节点可以节省可观的发送能耗。Khoa等人在文献[25]中提出一种中继选择方案，通过建立最优化问题，求解使网络能量消耗总和最小的最优解来降低网络的消耗。文献[26]也通过建立最优化问题来解决功率控制和中继选择的问题；仿真结果表明，通过松弛条件求解NP-hard问题，获得的次优解能够有效降低网络能量消耗，提高网络寿命。

3.2.2 建议和思路

除了上述解决手段，还应注意以下几个方面：(1)现有解决方法更多将目标对准网络整体的能量消耗，但是，WBAN中每个节点因其功用不同而被部署在人体的不同位置且功能不可替代。若一个节点能量耗尽，则该节点承担的功能不能被其余节点实现，导致整个网络运行不正常。所以，应该将目光集中于节点级的能量消耗，将能量消耗与节点的自身参数结合在一起，设计提高网络节能性能的方法；(2)随着能量收集技术(Energy Harvesting)的快速发展，传感器节点的自我充电势必会成为未来延长WBAN寿命的关键技术。因此，在设计提高网络节能性能的方法时，可以结合节点的能量收集能力；(3)除了MAC层的相关机制，还可以考虑将网络层、物理层和MAC层机制联系在一起进行跨层设计，从整体上提高网络的节能性能。

3.3 共存性

这里所说的共存性分为两方面：(1)WBAN与其他无线通信技术的共存性问题(大共存)；(2)多个WBAN之间的共存性问题(小共存)。WBAN采用的一个主要频段是ISM2.4GHz，而在这个频段中已经存在的无线通信网络包括WiFi、蓝牙以及无线传感器网络。尤其是WiFi，已经普遍应用于生活工作中，而且相较于WBAN，其速率很高，发射功率很大。与这些技术共存在这一个频段内，如果不采取适当的手段和方法，WBAN的性能势必会受到极大的影响。在医疗监护中，一个病房内有可能住着多位病人，如果每一位病人构成一个WBAN系统，则在狭小的空间内，这些相互距离很近的多个WBAN就会相互干扰，使得传输性能下降。IEEE 802.15.6协议只规定了单个体域网内部的协调通信。针对多个体域网间的协调共存，协议提出了3种可能的解决方法，但并没有提供实质性的机制。

3.3.1 研究现状

共存性研究目前还较少。大共存方面的研究多采用实验手段测试在有其他无线通信技术干扰的情况下WBAN性能的变化情况。文献[27～29]中，作者都将注意力集中于WiFi对网络性能的影响。文献[27]中，作者将实验场景放在了医院；文献[28]中，实验场景被放在了公寓之中。而文献[29]则是通过理论分析的方法，从时间和功率两个方面分析WiFi对网络的影响。理论分析和实验结果表明，当WiFi存在时，WBAN的丢包率会有明显提升，严重影响网络的传输可靠性。Flavia等人在文献[30]中，通过仿真平台测试了当WiFi与WSN作为干扰源时WBAN性能的变化。除了对ISM2.4GHz频段共存性的研究，文献[31～32]还重点研究了使用超宽带物理层的WBAN在有其余超宽带无线通信干扰下的系统性能变化情况。对于解决小共存的问题，文献[33]利用随机几何的手段分析了多个WBAN之间的相互干扰情况，并通过优化方法得到载波侦听的最佳距离，在保证传输可靠性的同时获得最大的空间利用率。Shipeng等人提出一种跳频方法[34]，将频率分为多个信道，每一个初始化完成后的WBAN会检索信道的使用率和干扰强度，选择一个最合适信道进行通信。当通信的信道使用率变高时，中心节点会重新进行信道搜索，使得若干个WBAN能够同时工作并保持一定服务质量。Anagha等人提出一种基于IEEE 802.15.6的调度共存机制[35]。该机制分为网间调度与网内调度，网间调度机制将所有的数据帧按照其应用分为8个优先级，并将相互重合的传输时隙分配给各个WBAN中优先级较高的冲突节点，避免了冲突和干扰。在网内调度中，作者使用模糊推理机制解决单个WBAN内各个节点之间的协调通信问题。文献[36]提出一个最优化问题来解决动物健康监控时多个WBAN共存时的传输可靠性问题。作者使用一个两阶段启发式算法，简化了最优化问题的计算复杂度，使得多个WBAN能够共存可靠的工作。在文献[37]中，作者将相互干扰的传感器节点加入干扰集合，给这些干扰集合内的传感器节点分配正交传输时隙，从而将多个体域网间的干扰降低，提高空间利用率。另外，文献[38]还为共存性研究设计了一个基于Matlab的仿真平台，供研究者参考。

3.3.2 建议和思路

WBAN技术要想完全融入日常生活中，就需要与其他已经大规模使用的无线通信技术共存。以下几个方面值得关注：(1)在有WiFi、蓝牙、无线传感器网络的环境中，如何保证WBAN的服务质量；(2)IEEE802.15.6标准中提出3种解决小共存问题的方式，分别为Beacon帧平移技术、跳频技术和超帧活跃期交织技术。现有解决方法主要将注意力集中在跳频技术上，其余2种方式需要更深入研究；(3)由于WBAN的移动特性，依靠一个更高等级的中心节点来集中处理多个WBAN共存问题是不合适的，应更多考虑分布式共存机制。

4 结束语

作为一种新兴的短距离无线通信技术的出现和广泛的应用前景，WBAN获得了越来越多的关注。然而，众多应用领域对WBAN的性能要求存在较大的差距，这就给设计者带来了挑战。本文介绍了WBAN的基本特点、应用前景、性能要求以及标准化进程，重点分析了WBAN设计过程中的传输可靠性、节能以及共存性等3个热点问题，针对每一个问题，概述了现有的研究进展并分析了可能的研究思路，旨在为进一步的研究工作提供参考。

[1] Riccardo Cavallari,FlaviaMartelli,RamonaRosini,etal.A survey on wireless body area networks: technologies and design challenges[J].IEEE CommicationSurveys Tutorials,2014,16(3):1635-1657.

[2] IEEE Standard Association.IEEEStd 802.15.6TM-2006,IEEE standard for local and metropolitan area network-Part 15.4 wireless personal area networks[S].USA:IEEE Standard Association,2006.

[3] IEEE Standard Association.IEEEStd 802.15.6TM-2012,IEEE standard for local and metropolitan area network-Part 15.6 wireless body area networks[S].USA:IEEE Standard Association,2012.

[4] Bluetooth SIG.Specification of the Bluetooth system version 4.0 [S].USA:Bluetooth SIG ,2010.

[5] Kim M,Chang S,Kwon Y.ODTPC - On-demand transmission power control for wireless sensor networks[C].Okinawa:IEEE International Conference on Information Networking,2008.

[6] Lin S,Zhang J,Zhou G,et al. ATPC: adaptive transmission power control for wireless sensor networks[C].Beijing:ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems,2006.

[7] Masood M M Y, Ahmed G,Khan N M.Modifiedon demand transmission power control strategy for wireless sensor networks[C].Tokoyo:4th IEEE International Conference on Information and Communication Technologies,2011.

[8] Quwaider M,Rao J,Biswas S,et al.Body-posture-based dynamic linkpower control in wearable sensor networks[J].IEEE Communications Magazine,2010,48(7):134-142.

[9] Xiao S,Dhamdhere A,Sivaraman V,et al.Transmissionpower control in body area sensor networks for healthcare monitoring[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2009,27(1):37-48.

[10] Franco F D,Ge Y,Tinnirello I.On-body and off-body transmit power control in IEEE 802.15.6 scheduled access networks[C].Washington:IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications,2014.

[11] Franco F D,Ge Y,Tinnirello I.1 hop or 2 hops: topology analysis in body area network[C].London:European Conference on Networks &Communications,2014.

[12] Feng H,Liu B, Yan Z,et al. Prediction-based dynamic relay transmission scheme for wireless body area networks[C].London:IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications,2013.

[13] Dong J,Smith D.Jointrelay selection and transmit power control for wireless body area networks coexistence[C].Sydney: IEEE International Conference on Communications,2014.

[14] Welsh M.Exposing resource tradeoffs in region-based communication abstractions for sensor networks[J].Computer Communication Review,2004,34(1):119-124.

[15] Fang G, Dutkiewicz E.BodyMAC: energy efficient TDMA-based MAC protocol for wireless body area networks[C].Beijing:9thInternational Symposium on Communication and Information Technology,2009.

[16] Timmons N F,Scanlon W G.An adaptive energy efficient MAC protocol for the medical body area network[C].Boston:1stInternational Conference on Wireless Communication, Vehicular Technology, Information Theory and Aerospace & Electronic Systems Technology,2009.

[17] Otal B, Alonso L, Verikoukis C.Highly reliable energy-saving MAC for wireless body sensor networks in healthcare systems[J].Journal on Selected Areas in Communications,2009,27(4):553-565.

[18] Lee B,Yun J,Han K.Dynamic channel adjustable asynchronous cognitive radio MAC protocol for wireless medical body area sensor networks[J].Communications in Computer and Information Science,2011,266(1):338-345.

[19] Zhang Y,Dolmans G.Priority-guaranteed MAC protocol for emerging wireless body area networks[J].Annals of Telecommunications,2011,66(3):229-241.

[20] Zhang Xiaoyu,Jiang Hanjun,Chen Xinkai, et al.An energy efficient implementation of on-demand MAC protocol in medical wireless body sensor networks[C].Taipei:IEEE International Symposium on Circuits and Systems,2009.

[21] Ullah N,Khan P,Kwak K S.A very low power MAC(VPLM) protocol for wireless body area networks[J].Sensors,2011,11(4):3713-3737.

[22] El-Hoiydi A,Decotignie J D.Low power downlink mac protocols for infrastructure wireless sensor networks[J].Mobile Networks & Applications,2005,10(5):675-690.

[23] Buettner M,Yee G V,Anderson E,et al.X-mac:a short preamble mac protocol for duty-cycled wireless sensor networks[C].Boulder:ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys),2006.

[24] 卢先领,彭能明,陆胜男,等.无线体域网节能策略综述[J].计算机应用研究,2013,30(2):325-329.

[25] Khoa T Phan, Duy H N Nguyen,Tho Le-Ngoc.Jointpower allocation and relay selection in cooperative networks[C].Hawaii:Global Telecommunications Conference,2009.

[26] Chai R,Wang P,Huang Z,et al.Networklifetime maximization based joint resource optimization for wrelessbody area networks[C].Washington:IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications,2014.

[27] De Francisco R,Li H,Dolmans G.Coexistence of WBAN and WLAN in medical environments[C].Anchorage:IEEE Vehicular Technology Conference Fall,2009.

[28] Chen C,Pomalaza-Raez C.Design and evaluation of a wireless body sensor system for smart home health monitoring[C].Hawaii:Global Telecommunications Conference,2009.

[29] Yuan W,Wang X,Linnartz J P.A coexistence model of ieee 802.15.4 and ieee 802.11b/g[C].Benelux:IEEE Symposium on Communications & Vehicular Technology,2007.

[30] Martelli F,Verdone R.Coexistence issues for wireless body area networks at 2.45 GHz[C].Paris:EuropeanWireless,Ew European Wireless Conference,2012.

[31] Domenicali D,De Nardis L,Benedetto M D.UWB body area network coexistence by interference mitigation[C].Vancouver:IEEE International Conference on Ultra-wideband,2009.

[32] Hernandez M,Miura R.Coexistence of IEEEstd 802.15.6tm- 2012 uwb-phy with other uwb systems[C].New York:IEEE International Conference on Ultra-Wideband,2012.

[33] Sun W,Ge Y,Wong W C.A stochastic geometry analysis of inter-user interference in IEEE 802.15.6 body sensor networks[C].New Orleans:IEEEWireless Communications and Networking Conference,2015.

[34] Liang S,Ge Y,Jiang S,et al.Alightweight and robust interference mitigation scheme for wireless body sensor networks in realistic environments[C].Istanbul:IEEE Wireless Communications and Networking Conference,2014.

[35] Jamthe A,Mishra A,Agrawa l D P.Scheduling schemes for interference suppression in healthcare sensor networks[C].Sydney:IEEE International Conference on Communication,2014.

[36] Wang H,DaviesB,Fapojuwo A O.Inter-wireless body area network schedulingalgorithm for livestock health monitoring[C].New Orleans:IEEE Wireless Communications and Networking Conference,2015.

[37] Movassaghi S,Abolhasan M,Smith D.Smart spectrum allocation for interference mitigationin wireless body area networks[C].Istanbul:IEEE International Conference on Communication,2014.

[38] Sayrafian-Pour K,Hagedorn J,Barbi M,et al.Asimulation platform to study inter-BANinterference[C].Vietrisul Mare:IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications,2013.

Research Progress of Wireless Body Area Network

OUYANG Feng1, ZHANG Yu2

(1.Academy of Broadcasting Science,SAPPRFT,Beijing 100866,China; 2.The State Key Laboratory of Integrated Services Networks,Xidian University,Xi’an 710071,China)

As a branch of wireless sensor networks, wireless body area network has a lot of problems and challenges in its research and application. In this paper, from the demand and application of wireless LAN, briefly introduces the standardization process of wireless body area network, focuses on 3 key issues of wireless body area network research: transmission reliability, energy saving and coexistence, summarizes the research progress of the existing and proposed suggestions and ideas.

WBAN;reliability;energysaving;co-existing

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.12.048

2016- 10- 13

863计划基金资助项目(2011AA01A106)；国家科技支撑计划基金资助项目(2012BAH02B02)

欧阳峰(1979-)，男，高级工程师。研究方向：通信工程，网络信息安全技术。张宇(1990-)，男，博士研究生。研究方向：宽带接入网络，网络协议设计与优化。

TP393.04

A

1007-7820(2016)12-173-07