超立方結(jié)構(gòu)體域網(wǎng)

1、基于超立方結(jié)構(gòu)建立的低功耗、彈性智能人體網(wǎng)絡(luò) Ahmad S.Almogren （沙特阿拉伯，利雅得11543，沙特國(guó)王大學(xué)，計(jì)算機(jī)與通信科學(xué)學(xué)計(jì)算機(jī)系希望和Ahmad S.Almogren合作，請(qǐng)郵件聯(lián)系；郵箱：.sa）摘要 目前在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的進(jìn)步，體域網(wǎng)(Body Sensor Networks,BSNs)的實(shí)現(xiàn)成為可能。體域網(wǎng)由分布和部署在人身體各個(gè)部位的傳感器節(jié)點(diǎn)組成。這些傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)收集身體不同部位的信息，然后把這些信息傳給各種智能系統(tǒng)。本文將提出一個(gè)基于虛擬的

2、超立方骨架結(jié)構(gòu)的智能身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的框架，可以稱之為智能人體網(wǎng)絡(luò)(Smart BodyNet,SBN)。該結(jié)構(gòu)的主要目的是提供一個(gè)低功耗，彈性操作的體域網(wǎng)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比最先進(jìn)的方法設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)去展示SBN的優(yōu)越性能。1. 引言目前，無(wú)線肢體傳感器網(wǎng)絡(luò)（WBSN）用于確保各類生理護(hù)理APP的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，比如為了人的健康治療、電子健身、突發(fā)情況、社交情緒識(shí)別、安全和高新交互游戲而控制人體生物物理/生物化學(xué)和進(jìn)行活動(dòng)監(jiān)測(cè)。因此，定義和設(shè)計(jì)支持WBSN應(yīng)用的原型設(shè)計(jì)的方法論和編程框架是很重要的。最近，在無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)步引領(lǐng)著B(niǎo)SNs的發(fā)展，特別是一系列無(wú)線肢體傳感器網(wǎng)絡(luò)。BSNs之所以要實(shí)時(shí)監(jiān)控

3、一個(gè)人的生理數(shù)據(jù)信號(hào)是為了管理長(zhǎng)期狀況和衛(wèi)生應(yīng)急。此外，BSNs包含安置在身體各部位和能夠和人交互的低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)；這些傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)連續(xù)的感覺(jué)足夠智能，同時(shí)從身體收集與健康相關(guān)的數(shù)據(jù)；它們能如預(yù)期的一樣利用有效的途徑交換這些數(shù)據(jù)1-9。基于WSNs的特性，BSNs在存儲(chǔ)、能量、計(jì)算和通信能力方面有一定限制。這些依附在傳感器上的電池的電量被極大的限制，這是因?yàn)榭紤]這些傳感器的可穿著特性，它們被設(shè)計(jì)的很小10。這片文章主要關(guān)注設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議必須確保這些節(jié)點(diǎn)能夠以最小的能量消耗在最大量的水平上無(wú)死角的遍歷數(shù)據(jù)1,3。該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D也是另一個(gè)影響性能屬性的一個(gè)主要因素；諸如能量利用、通信容量

4、和節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度性能。這些要求致使我們需要挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)上述功能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本文所提及了一個(gè)新穎的體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)可被稱為Smart BodyNet（SBN），它結(jié)合了增加了最小化傳感器轉(zhuǎn)換的需求和為了減少能量消耗能力而減少全部信息的傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。所計(jì)劃的結(jié)構(gòu)是基于虛擬的超立方骨架結(jié)構(gòu)，它包含一系列收控制的智能傳感器節(jié)點(diǎn)（ISNs）。ISNs的總數(shù)目大約在10個(gè)左右1,11，利用超立方拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以滿足基本功能。該結(jié)構(gòu)還可以提供可選擇的技術(shù)路線和維護(hù)被有效的執(zhí)行的規(guī)則12,13。此外，通過(guò)使用SBN，智能手機(jī)的協(xié)作性、可移植性、移動(dòng)性和智能傳感節(jié)點(diǎn)的能力可以得到擴(kuò)展3,8,11。SBN的應(yīng)用領(lǐng)域包括:健康護(hù)理、健身

5、指導(dǎo)、訓(xùn)練、智能游戲、智能軍事運(yùn)作、溫度傳感、智能工業(yè)、文件傳輸、社交網(wǎng)絡(luò)和智能機(jī)器人控制還可以廣泛的應(yīng)用于其他領(lǐng)域3,5。目前對(duì)WSNs有很多基于超立方路線方法的研究12,14-17。我們的方法把目標(biāo)放在超立方屬性的提高，它能在最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)確保SBN的操作而不會(huì)減少傳感器節(jié)點(diǎn)，減少空載節(jié)點(diǎn)和在傳感器出現(xiàn)錯(cuò)誤和發(fā)送信息失敗的確保濾波功能。做了數(shù)次實(shí)驗(yàn)顯示該SBN的性能，這些實(shí)驗(yàn)都是通過(guò)比較最先進(jìn)方法比如：就減少能耗、容錯(cuò)性、數(shù)據(jù)收集延遲等設(shè)計(jì)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文余下部分結(jié)構(gòu)安排如下:第二部分展示相關(guān)工作；第三部分介紹SBN的結(jié)構(gòu)；第四部分描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果；最后，第五部分包括文章總結(jié)和未來(lái)規(guī)劃。2.

6、相關(guān)工作文獻(xiàn)里的很多的工作都集中在BSNs的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。很多工作都放在融合一個(gè)獨(dú)立體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)或多個(gè)整合的體域網(wǎng)的整個(gè)健康護(hù)理網(wǎng)絡(luò)。通常來(lái)講，由于人本身的活動(dòng)導(dǎo)致大量的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎窂桨l(fā)生改變，BSN的傳感器節(jié)點(diǎn)要分布在身體必要的區(qū)域。尤其是，傳感器節(jié)點(diǎn)位置可分為兩類，一類是移植節(jié)點(diǎn)，它們被植入人體體內(nèi)11,18,19；另一類是體外節(jié)點(diǎn)，它們被安置在皮膚表面或者距皮膚兩厘米左右的地方9,20。這類節(jié)點(diǎn)的代表有PV，它能測(cè)量心脹的電流活動(dòng)并記錄這種活動(dòng)；EKG測(cè)量并記錄大腦不同區(qū)域的電流信號(hào)，EEG則是測(cè)量血液循環(huán)系統(tǒng)的壓力1。因此，研究者都想把WSN用到BSN的信息交流方面或者提供一個(gè)新穎的方法

7、去滿足期望的BSN信息交流3,21。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供除了確保傳感器節(jié)點(diǎn)消耗最少能量以交換最大信息量的數(shù)據(jù)的草案外，BSNs必須保證能量消耗管理和少數(shù)節(jié)點(diǎn)負(fù)載均衡的能量分配的一致性9。最為廣泛地拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)有：總線結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)22。結(jié)合環(huán)形結(jié)構(gòu)和總線結(jié)構(gòu)并不能成為復(fù)雜動(dòng)態(tài)的體域網(wǎng)的骨架結(jié)構(gòu)1。然而星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常普遍，并且它作為BSN的骨架結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用1,23,24。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的BS（base station）被頻繁地用于交換、收集、處理和發(fā)送數(shù)據(jù)給其他的ISNs，使它們做出決定和判斷。所有這些ISNs會(huì)立即向BS傳遞數(shù)據(jù)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)路線草案相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要數(shù)據(jù)交流的通信

8、草案。雖然如此，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的體域網(wǎng)也有不少缺點(diǎn)，其中一個(gè)就是ISNs和BS之間交換數(shù)據(jù)和能量的限制。此外，由于低的數(shù)據(jù)接收速率，分布在各表面區(qū)域的ISNs在建筑物內(nèi)外的聯(lián)系不會(huì)成功。因而，這各類表面的ISNs很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤由于增加的連接失敗。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在短波無(wú)線通信領(lǐng)域也不適合1。此外，文獻(xiàn)里提及一些關(guān)于研究BSN的通信結(jié)構(gòu)草案的工作。例如，朱*等建議的MB-star結(jié)構(gòu)，它是一種用于BSN的MAC方案。MB-Star是一種基于時(shí)分多址的MAC方案，它利用編碼來(lái)控制和劃分通信方式。這個(gè)工作的主要目標(biāo)是通過(guò)低功耗獲得高的數(shù)據(jù)傳輸速率25。陳某等提供了一種體系，它將BSN的通信結(jié)構(gòu)劃分位三層：

9、第一層叫做intra-BSN通信層，第二層稱為inter-BSN通信層，第三層叫做beyond-BSN通信層。這些部分可以捕捉大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于仔細(xì)研究高低兩個(gè)水平，用最小規(guī)模增加標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)場(chǎng)景去支持建筑26。該體系的目標(biāo)是提供一個(gè)比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)功耗更低的寬闊多樣的數(shù)據(jù)傳輸速率的體系。這種結(jié)構(gòu)可以最優(yōu)化大量的電池壽命和容錯(cuò)性的系統(tǒng)操作9。Raveendranathan等人建議了一個(gè)具有多層次功能的體系，它主要發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。展示的模型利用了可穿戴傳感器節(jié)點(diǎn)和先進(jìn)的邏輯式傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)估計(jì)。這個(gè)結(jié)果加強(qiáng)了觀念，這是一種超越支持遠(yuǎn)距離和簡(jiǎn)潔傳輸方式極其有效的結(jié)構(gòu)27。Mitra等人介紹了“

10、KNOWME”平臺(tái)，它是一種終端到終端的體域網(wǎng)方法，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)傳感器和智能手機(jī)去實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析一個(gè)問(wèn)題生理信號(hào)?！癒ONWME”是一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)展起來(lái)的。同時(shí)，它也在田間，就業(yè)審查方面得到發(fā)展，它還可以用作小兒肥胖癥的研究監(jiān)測(cè)和身體參數(shù)的觀測(cè)28。鐘等人建議了一個(gè)包括了一個(gè)智能手機(jī)和多個(gè)智能傳感器的平臺(tái)。這些節(jié)點(diǎn)直接通過(guò)藍(lán)牙和手機(jī)通信。這些智能傳感器給手機(jī)提供未處理的輸入。該平臺(tái)在智能手機(jī)終端為相應(yīng)的應(yīng)用提供一組API去控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和從傳感器節(jié)點(diǎn)收集信息。有一個(gè)移動(dòng)軟件可以獲得經(jīng)傳感器更新和改變的數(shù)據(jù)，之后它將節(jié)點(diǎn)設(shè)位睡眠模式。然后收集的數(shù)據(jù)將傳送到具有分析能力的專用服務(wù)器。除此

11、之外，智能手機(jī)也能去平臺(tái)自己分析29。 很多有效的應(yīng)用的發(fā)展框架被提出，因?yàn)榛趥鞲衅髌脚_(tái)為BSNs而設(shè)計(jì)的TinyOS。例如，CodeBlue，SPINE和Titan。這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都是基于BSN的典型星型。它是由一個(gè)協(xié)調(diào)器和兩個(gè)設(shè)定的傳感器節(jié)點(diǎn)組成。這兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分別是腰部和大腿處的生理輔助監(jiān)測(cè)器。特別地，協(xié)同器管理設(shè)置傳感器，接收數(shù)據(jù)和識(shí)別預(yù)定義的人的活動(dòng)。另一方面，每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行一個(gè)中介，該中介的主要作用是識(shí)出3軸加速度傳感器的數(shù)據(jù)并計(jì)算獲得的具有明顯特征的數(shù)據(jù)，集結(jié)特征并發(fā)送給協(xié)調(diào)器30。3. SBN結(jié)構(gòu)的提出 在這部分，將詳細(xì)地展示SBN結(jié)構(gòu)。我們將展示不同水平的通訊和路

12、線。 圖1：基礎(chǔ)的體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖1展示了一個(gè)典型的BSN結(jié)構(gòu)31。它有三級(jí) （1）第一級(jí)：智能傳感器節(jié)點(diǎn)（ISNs）或者如空白圈所示的生理傳感器8。它們主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，測(cè)量和收集敏感的人體生理數(shù)據(jù)。再用超立方管理器（黑色圓圈所示）和ISNs交換有用信息，發(fā)送它們到基站。 （2）第二級(jí)：基站（例：智能手機(jī)和可穿戴手表）主要負(fù)責(zé)接收和識(shí)別ISNs收集的有用的信息?；镜慕巧撬鳛橛行Ы粨Q關(guān)鍵信息的和第三級(jí)預(yù)期目的地的入口。預(yù)期的目的地將在圖2中展示11,32-34。 （3）第三級(jí)：通訊網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)將收集的信息傳播到正確的目的地。經(jīng)過(guò)加工，智能硬件能在SBN內(nèi)和戶外智能環(huán)境中整合兩種不同類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

13、7,8。這種通訊標(biāo)準(zhǔn)和戶外智慧地球有聯(lián)系，它尤其依賴本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)或者補(bǔ)加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)完成入口服務(wù)8,9。智能手機(jī)是能協(xié)同工作的硬件設(shè)備，因而，它不需要先進(jìn)的組態(tài)。同時(shí)它作為不同網(wǎng)絡(luò)的入口，它有能力連接不同類型的體域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)3,6-8,11,29,35,36。 圖2：體域網(wǎng)的分層一個(gè)有n立方體的圖解含有2n個(gè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)附一個(gè)獨(dú)一的二進(jìn)制地址（從0到2n）。每一對(duì)節(jié)點(diǎn)是由不受指導(dǎo)的端點(diǎn)連接，每個(gè)端點(diǎn)都僅有一個(gè)二進(jìn)制地址，使得它們標(biāo)記地址不同。超立方體的直徑是O（log2N）并有相同對(duì)稱度的規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)37。圖3展示了一個(gè)3維立方的連接網(wǎng)絡(luò)，該圖展示了直徑為3的有8個(gè)獨(dú)立的立方

14、體。 圖3:三維完整的超立方SBN3.1超立方的優(yōu)越性，超立方有如下重要說(shuō)明:（i）任意超立方網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集延遲時(shí)間：log2N37；（ii）每一個(gè)ISN每次都會(huì)大規(guī)模地傳輸收集的數(shù)據(jù)；（iii）ISNs被選出頭結(jié)點(diǎn)（管理者）有相同的確保能量分布更加平衡可能。（iv）在超立方內(nèi)每一對(duì)ISNs有很多連接和多條路徑12,38。（v）對(duì)稱、規(guī)則圖解：對(duì)稱、規(guī)則的超立方結(jié)構(gòu)可以方便把節(jié)點(diǎn)分類并附于地址38。（vi）小直徑：超立方的組態(tài)允許在超立方網(wǎng)絡(luò)里的節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)距離連接通過(guò)一系列跳躍節(jié)點(diǎn)38。3.2二進(jìn)制樹(shù)通訊方法；通過(guò)超立方分布方式收集數(shù)據(jù)，每個(gè)ISN要求一個(gè)直接的ISN去實(shí)施樹(shù)狀圖通信。如果節(jié)點(diǎn)相

15、鄰的區(qū)域沒(méi)有ISN，它會(huì)尋找更遠(yuǎn)區(qū)域的ISN并征求支持確保數(shù)據(jù)收集和額外的能量支持。為了提高這樣的能力，我們可以均衡二進(jìn)制樹(shù)的分布，這會(huì)使得ISN直線連接的節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)更為靈活。這種靈活會(huì)讓我們保存相當(dāng)多的能量在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中37。這種二進(jìn)制樹(shù)分布方法允許每個(gè)ISN至多有兩倍的直接連接的節(jié)點(diǎn)。建立二進(jìn)制樹(shù)，BS會(huì)選擇相鄰的ISN作為根節(jié)點(diǎn)。在每一個(gè)巡回，通過(guò)樹(shù)收集的數(shù)據(jù)最終傳給根節(jié)點(diǎn)，之后根節(jié)點(diǎn)和BS再交換數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)ISN死機(jī)（很可能是根節(jié)點(diǎn)，因?yàn)锽S的其他死機(jī)ISN后，相鄰節(jié)點(diǎn)還會(huì)工作）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)重建。每個(gè)ISN會(huì)傳遞直系節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)。在從直系節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，根節(jié)點(diǎn)會(huì)向BS傳遞融合的數(shù)據(jù)

16、。收集數(shù)據(jù)童一個(gè)超立方分布的方法，它總共會(huì)用log2N步。例如，在3維立方網(wǎng)絡(luò)中，要用3步去重建12。3.3SBN的信息傳送框架為了收集更為敏感的數(shù)據(jù)，我們需要一個(gè)總數(shù)為log2N維立方的超立方網(wǎng)絡(luò)連接。傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算數(shù)目為N。例如，在超立方網(wǎng)絡(luò)中樹(shù)的嵌入，3維立方的通信網(wǎng)絡(luò)如圖4所示39。 圖4:3維立方連接網(wǎng)絡(luò)通信樹(shù)示例這個(gè)樹(shù)狀圖里的根節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)。所有收集的數(shù)據(jù)都會(huì)傳到這里，最終它會(huì)給BS發(fā)送收集的數(shù)據(jù)。3.4通訊結(jié)構(gòu)舉例數(shù)據(jù)可以傳遍嵌入式通信樹(shù)。例如，如圖5所示的簡(jiǎn)單3維立方連接的通信結(jié)構(gòu)。 圖5：3維立方連接網(wǎng)絡(luò)智能傳感器節(jié)點(diǎn)路徑示例為了開(kāi)始傳輸信息，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)被選為

17、頭結(jié)點(diǎn)。在圖例中，根節(jié)點(diǎn)是（000），其它節(jié)點(diǎn)通過(guò)和根節(jié)點(diǎn)比較附上地址。地址從最低到最高排列：連續(xù)兩個(gè)地址之間相差一位。在我們的例子中，節(jié)點(diǎn)地址分別位（100,010,001），這些節(jié)點(diǎn)將向BS傳輸數(shù)據(jù)。完整的傳送時(shí)間為log2N，N就是智能傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。3.5SBN的路徑顯然SBN的智能傳感器節(jié)點(diǎn)有在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間按路徑傳遞和散播收集的數(shù)據(jù)的功能。這暗示在虛擬的超立方網(wǎng)絡(luò)中，任何智能傳感器節(jié)點(diǎn)彼此間都能發(fā)送和接收收集的數(shù)據(jù)。超立方網(wǎng)絡(luò)極其明顯的優(yōu)點(diǎn)是連接相鄰節(jié)點(diǎn)。在超立方網(wǎng)絡(luò)里還有一個(gè)重要的屬性，被給定的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間有多樣的虛擬聯(lián)系；這個(gè)特性有助于按路徑傳輸?shù)撵`活性；這也暗示如果一種連接失敗，

18、備份的連接將會(huì)接管并持續(xù)工作。按路徑傳輸機(jī)制通過(guò)比較源地址和目的地址并逐一移位來(lái)實(shí)現(xiàn)。源節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送收集的信息到最近的目的節(jié)點(diǎn)（喚醒一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它是地址有一位不同的相鄰節(jié)點(diǎn)）。最明顯的例子，如圖6所示是源地址為（011）智能傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)從低到高的比較地址向目的地址為（100）的節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。圖6:3維立方網(wǎng)絡(luò)中地址為（000）的智能傳感器節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)傳遞收集數(shù)據(jù)3.6SBN的傳播數(shù)據(jù)能夠在嵌入式的通信樹(shù)內(nèi)傳播。例如，地址為（000）的智能傳感器節(jié)點(diǎn)想向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳播收集的數(shù)據(jù)。因此，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在不同位上從低到高比較自己的地址和根節(jié)點(diǎn)的地址；在我們的例子中選取地址為（100,010,001）來(lái)傳輸

19、數(shù)據(jù)。4. 性能估計(jì)在這部分，我們將對(duì)比我們?cè)O(shè)計(jì)的SBN和常用的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體域網(wǎng)，如：CodeBlue、SPINE和Titan。首先表1展示它們各種特征的不同。表1：SBN和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體域網(wǎng)的性能比較除此之外，我們還比較了星型拓?fù)浜驮O(shè)計(jì)的SBN的能耗性能。預(yù)期的數(shù)據(jù)收集框架采用了流行的一階無(wú)線模型37。這能推導(dǎo)出能量消耗在功率公式規(guī)定范圍內(nèi)。結(jié)合 PTx(k,d)表示發(fā)送器發(fā)送k比特長(zhǎng)數(shù)據(jù)包到距離為d的地方所消耗的能量。 PRX(k)表示接收器接收k比特長(zhǎng)數(shù)據(jù)包所消耗的能量。對(duì)于我們所設(shè)計(jì)的SBN來(lái)說(shuō)，功率公式為：PQn(k,d)=(2n-1)T，這里的2n是智能傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。星型拓?fù)?/p>

20、結(jié)構(gòu)的功率公式為：Pstar(k,d)=(n+1)-1)T，這里（n+1）表示智能傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。圖7描述了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和我們?cè)O(shè)計(jì)的SBN的能耗，這里n是數(shù)據(jù)收集延遲時(shí)間，T是負(fù)載。除了SBN的彈性外，這里還有其他可能的路徑去探索。它能消耗更少的能量因?yàn)槁窂教剿骱椭悄軈f(xié)調(diào)相平行。 圖7:SBN和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能耗對(duì)比關(guān)于每一輪的各種方案所需的傳輸階段，基于超立方的方法需要O(log2N)延遲去收集數(shù)據(jù)，比星型結(jié)構(gòu)的O(N)延遲要小很多。如圖8所示， 圖8:數(shù)據(jù)收集延遲該圖展示了超立方結(jié)構(gòu)優(yōu)于星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是因?yàn)樗型ㄟ^(guò)很少步到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的性能。在圖9中展示了超立方網(wǎng)絡(luò)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重建所需要

21、的延遲。 圖9:重建延遲從圖中我們可以得到這樣的結(jié)論，在節(jié)點(diǎn)數(shù)相同是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重建比超立方網(wǎng)絡(luò)重建需要更多的巡回。結(jié)果顯示超立方和星型的一個(gè)節(jié)點(diǎn)出問(wèn)題，都會(huì)因此導(dǎo)致一個(gè)故障網(wǎng)絡(luò)。在超立方網(wǎng)絡(luò)中重建有延遲減少，特別是節(jié)點(diǎn)的數(shù)目增長(zhǎng)時(shí)。5. 總結(jié)和未來(lái)工作該研究提出了一個(gè)新穎的基于超立方網(wǎng)絡(luò)的體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)被命名為SBN。該架構(gòu)允許有效的數(shù)據(jù)收集方法來(lái)滿足一些BSNs網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。驗(yàn)證和比較SBN和星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性能。結(jié)果顯示SBN對(duì)能量的使用比星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更有效率。此外，SBN還繼承了智能手機(jī)的協(xié)同性、可移植性、便攜性和智能性，它很容易和周圍智能環(huán)境構(gòu)成整體。在之后，我們計(jì)劃發(fā)展下一個(gè)版本

22、的SBN即智能物聯(lián)網(wǎng)，它包括各種智能傳感器節(jié)點(diǎn)并使用了虛擬Graycube骨架結(jié)構(gòu)，Graycube有超立方直徑的一半。我們利用傳感器網(wǎng)絡(luò)從遍布計(jì)算單元的物體上收集瞬間數(shù)據(jù)，這些物體可以是汽車，卡車或者建筑物。他將成為自然災(zāi)害如地震、海嘯研究的關(guān)鍵。 聲明 作者聲明本論文的出版不存在利益沖突。致謝這項(xiàng)工作是由沙特國(guó)王大學(xué)的計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院研究中心的支持。作者非常感謝該中心給予的支持。References:1 X.Lai,Q.Liu,X.Wei,W.Wang,G.Zhou,andG.Han,"A survey of body sensornetworks,"Sensor,

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