[논문 리뷰] Energy Efficient MAC Protocols in Wireless Body Area Sensor Networks -A Survey

Nadeem Javaid, Sarim Hayat외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 08.

Wireless Body Area Networks참고 문헌 16인용 수 32

한 줄 요약

이 종합적 리뷰는 무선 신체영역 센서망(WBASNs)에서 에너지 효율적인 MAC 프로토콜에 대한 포괄적인 분석을 제안하며, 저전력 듣기(LPL), 계획된 경쟁, TDMA와 같은 기법들을 평가한다. MATLAB 시뮬레이션을 통해 체내 통신은 조직 흡수로 인해 더 높은 경로 손실을 겪으며, 비콘 모드보다 CSMA/CA 모드가 더 적은 전력을 소비하고, 하이브리드 MAC 프로토콜이 WBASNs에서 뛰어난 에너지 효율성을 제공함을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 무선 신체영역 센서망(WBASNs)에서 MAC 프로토콜의 에너지 효율성을 분석하기 위해.
• 저전력 듣기(LPL), 계획된 경쟁, TDMA와 같은 에너지 최적화 기법을 평가하기 위해.
• 체내, 신체상, 외부 통신 시나리오에 대한 경로 손실 모델을 비교하기 위해.
• CSMA/CA 모드 및 비콘 모드 MAC 프로토콜의 전력 소비를 평가하기 위해.
• WBASNs에서 에너지 소비를 최소화하기 위한 하이브리드 MAC 프로토콜을 제안하기 위해.

제안 방법

• LPL, 계획된 경쟁, TDMA MAC 프로토콜 간의 에너지 효율성에 대한 분석적 평가를 수행하기 위해.
• MATLAB 시뮬레이션을 사용하여 체내, 신체상, 외부 통신에 대한 경로 손실을 모델링하기 위해.
• CSMA/CA 모드 및 비콘 모드 MAC 프로토콜의 전력 모델 개발하기 위해.
• 다양한 전파 시나리오에서의 경로 손실을 MATLAB에서 시뮬레이션하여 에너지 소비를 비교하기 위해.
• 시뮬레이션 결과를 바탕으로 CSMA/CA 모드와 비콘 모드의 전력 소비를 비교하기 위해.
• 다양한 기법의 장점을 결합하여 에너지 효율성을 최적화하는 하이브리드 MAC 프로토콜 제안하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LPL, 계획된 경쟁, TDMA와 같은 다양한 MAC 프로토콜은 WBASNs에서 에너지 효율성 측면에서 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ2 WBASNs에서 체내, 신체상, 외부 통신 시나리오의 경로 손실 특성은 무엇인가?
• RQ3 WBASN MAC 프로토콜에서 CSMA/CA 모드의 전력 소비는 비콘 모드보다 어떻게 다른가?
• RQ4 조직 및 장기 흡수의 영향은 체내 통신에서 경로 손실과 에너지 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 하이브리드 MAC 프로토콜은 WBASNs에서 개별 프로토콜보다 더 뛰어난 에너지 효율성을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 체내 통신은 생체 조직과 장기의 에너지 흡수로 인해 가장 높은 경로 손실을 보인다.
• MATLAB 시뮬레이션은 체내 시나리오에서의 경로 손실이 신체상 및 외부 링크보다 현저히 높음을 확인한다.
• CSMA/CA 모드는 WBASN MAC 프로토콜에서 비콘 모드보다 더 낮은 전력 소비를 보인다.
• 하이브리드 MAC 프로토콜은 WBASNs에서 에너지 소비를 최소화하는 데 가장 효과적인 해결책으로 확인된다.
• 특히 하이브리드화를 통해 여러 MAC 프로토콜의 장점을 결합할 경우 에너지 효율성이 최대화된다.