[論文レビュー] Energy Efficient MAC Protocols in Wireless Body Area Sensor Networks -A Survey

Nadeem Javaid, Sarim Hayat+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2013

Wireless Body Area Networks参考文献 16被引用数 32

ひとこと要約

本調査では、無線ボディエリアセンサネットワーク（WBASNs）におけるエネルギー効率の良いMACプロトコルについて包括的な分析を提案し、低消費電力リスニング（LPL）、スケジュールドコンテスト、TDMAなどの技術を評価している。MATLABシミュレーションを用いて、体内通信では組織の吸収により絶対的なパスロスが高くなること、CSMA/CAモードはビーコンモードよりも消費電力が少ないこと、ハイブリッドMACプロトコルがWBASNsにおける優れたエネルギー効率を実現できることを示している。

ABSTRACT

In this paper, we first presented an analytically discussion about energy efficiency of Medium Access Control (MAC) protocols for Wireless Body Area Sensor Networks (WBASNs). For this purpose, different energy efficient MAC protocols with their respective energy optimization techniques; Low Power Listening (LPL), Scheduled Contention and Time Division Multiple Access (TDMA), are elaborated. We also analytically compared path loss models for In-body, On-body and Off-body communications in WBASNs. These three path loss scenarios are simulated in MATLAB and results shown that path loss is more in In-body communication because of less energy level to take care of tissues and organs located inside human body. Secondly, power model for WBASNs of Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) and beacon mode is also presented. MATLAB simulations results shown that power of CSMA/CA mode is less as compared to beacon mode. Finally, we suggested that hybrid mode is more useful to achieve optimization in power consumption, which consequently results in high energy efficiency.

研究の動機と目的

• 無線ボディエリアセンサネットワーク（WBASNs）におけるMACプロトコルのエネルギー効率を分析すること。
• 低消費電力リスニング（LPL）、スケジュールドコンテスト、TDMAなどのエネルギー最適化技術を評価すること。
• 体内、体表、体外通信シナリオにおけるパスロスモデルを比較すること。
• CSMA/CAモードとビーコンモードのMACプロトコルにおける消費電力の評価。
• WBASNsにおけるエネルギー消費を最小限に抑えるためのハイブリッドMACプロトコルの提案。

提案手法

• LPL、スケジュールドコンテスト、TDMA MACプロトコルにおけるエネルギー効率の解析的評価。
• MATLABシミュレーションを用いた体内、体表、体外通信のパスロスモデルの構築。
• CSMA/CAモードとビーコンモードのMACプロトコルのための電力モデルの開発。
• MATLABを用いたパスロスのシミュレーションにより、異なる伝搬シナリオにおけるエネルギー消費の比較。
• シミュレーション結果を用いたCSMA/CAモードとビーコンモードの消費電力の比較。
• 複数の方式の利点を統合したハイブリッドMACプロトコルの提案により、エネルギー効率の最適化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LPL、スケジュールドコンテスト、TDMAなどの異なるMACプロトコルは、WBASNsにおけるエネルギー効率の観点からどのように比較されるか？
• RQ2 WBASNsにおける体内、体表、体外通信シナリオにおけるパスロス特性は何か？
• RQ3 WBASN MACプロトコルにおいて、CSMA/CAモードの消費電力はビーコンモードと比べてどの程度か？
• RQ4 組織および臓器の吸収が、体内通信におけるパスロスとエネルギー効率に与える影響は何か？
• RQ5 ハイブリッドMACプロトコルは、個別のプロトコルよりも優れたエネルギー効率を達成できるか？

主な発見

• 体内通信では、生物学的組織や臓器によるエネルギー吸収のため、最も高いパスロスを示す。
• MATLABシミュレーションにより、体内シナリオにおけるパスロスが体表および体外リンクと比較して顕著に高いことが確認された。
• CSMA/CAモードは、WBASN MACプロトコルにおいてビーコンモードよりも低い消費電力を示した。
• ハイブリッドMACプロトコルは、WBASNsにおけるエネルギー消費を最小限に抑えるために最も効果的な解決策であると特定された。
• 特にハイブリダイズーションを通じて複数のMACプロトコルの長所を統合することで、エネルギー効率が最大化される。