[논문 리뷰] Behavior of Wireless Body-to-Body Networks Routing Strategies for Public Protection and Disaster Relief.

Dhafer Ben Arbia, Muhammad Mahtab Alam외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 19.

Mobile Ad Hoc Networks참고 문헌 10인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 실제 도시 이동성 모델을 기반으로 한 무선 바디투바디 네트워크(BBN)에서 공공 안전 및 재난 구호를 위한 다중 힙 라우팅 프rotocol를 평가한다. WiFi(802.11), WSN(802.15.4), WBAN(802.15.6) 기술을 사용하며, 지리 기반 라우팅이 위치 정보가 있는 경우에 가장 뛰어난 전달률과 에너지 효율성의 균형을 제공하는 것으로 나타났다. 반면 위치 정보가 없을 경우 WBAN과 기울기 기반 라우팅이 지연을 최소화한다.

ABSTRACT

Critical and public safety operations require real-time data transfer from the incident area(s) to the distant operations command center going through the evacuation and medical support areas. Any delay in communication may cause significant loss. In some cases, it is anticipated that the existing communication infrastructures can be damaged or out-of-service. It is thus required to deploy tactical ad-hoc networks to cover the operation zones. Routing data over the deployed network is a significant challenge with consideration to the operations conditions. In this paper we evaluate the performance of mutli-hop routing protocols while using different wireless technologies in an urban critical and emergency scenario. Using a realistic mobility model, Mobile Ad hoc, geographic based and data-centric routing protocols are evaluated with different communication technologies (i.e. WiFi IEEE 802.11; WSN IEEE 802.15.4; WBAN IEEE 802.15.6). It is concluded that, WiFi IEEE 802.11 is the best wireless technology with consideration to the packet reception rate and the energy consumption. Whereas, in terms of delay, WBAN IEEE 802.15.6 is the most efficient. With regards to the routing protocols, assuming that the location information is available, geographical based routing protocol with WiFi IEEE 802.11 performed much better compared to the others routing protocols. In case where the location information is unavailable, gradient based routing protocol with WBAN IEEE 802.15.6 seems the best combination.

연구 동기 및 목표

• 공공 안전 및 재난 구호 작전 중 바디투바디 네트워크의 라우팅 프rotocol 성능을 평가하기 위해.
• 실제 도시 환경의 이동 조건에서 다양한 무선 기술—WiFi(802.11), WSN(802.15.4), WBAN(802.15.6)—이 네트워크 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 주요 지표인 패킷 수신률, 에너지 소비, 종단 간 지연을 기반으로 최적의 라우팅 프rotocol와 무선 기술 조합을 규명하기 위해.
• 위치 정보가 가용한지 여부에 따라 두 가지 시나리오에서 가장 우수한 라우팅 전략을 식별하기 위해.

제안 방법

• 재난 상황에서 구조대원과 피해자를 시뮬레이션하기 위해 현실적인 도시 이동성 모델을 사용한다.
• 세 가지 무선 기술을 평가한다: IEEE 802.11(WiFi), IEEE 802.15.4(WSN), IEEE 802.15.6(WBAN)의 통신 범위와 데이터 전송 속도를 기준으로 한다.
• 세 가지 라우팅 프로토콜을 테스트한다: 모바일 애드혹 라우팅, 지리 기반 라우팅, 데이터 중심(기울기 기반) 라우팅.
• 여러 시뮬레이션 런 동안 전달 비율, 에너지 소비, 종단 간 지연 등의 지표를 사용해 성능을 측정한다.
• 두 가지 운영 조건을 고려한다: 위치 정보가 있는 경우(지리 기반 라우팅에 유리)와 없는 경우(기울기 기반 프로토콜에 유리함).
• 동적 노드 이동성과 재난 환경에서의 간헐적 연결을 모델링하기 위해 커스터마이징된 네트워크 시뮬레이터를 사용해 시뮬레이션을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재난 대응 중 바디투바디 네트워크에서 어떤 무선 기술(WiFi, WSN, WBAN)이 가장 높은 패킷 수신률을 제공하는가?
• RQ2 모바일 비상 상황에서 다양한 라우팅 프로토콜과 무선 기술 간 에너지 소비는 어떻게 달라지는가?
• RQ3 위치 정보 가용성이 바디투바디 네트워크에서 지리 기반 라우팅의 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 위치 데이터가 없는 상황에서 어떤 라우팅 프로토콜-기술 조합이 종단 간 지연을 최소화하는가?
• RQ5 도시 재난 환경에서의 이동 패턴은 바디투바디 네트워크에서의 다중 힙 라우팅의 신뢰성과 효율성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• WiFi(IEEE 802.11)는 평가된 무선 기술 중에서 가장 높은 패킷 수신률과 가장 낮은 에너지 소비를 기록한다.
• WBAN(IEEE 802.15.6)은 가장 낮은 종단 간 지연을 보이며, 시간 민감도가 높은 응용 분야에 가장 효율적이다.
• 위치 정보가 가용할 경우 지리 기반 라우팅과 WiFi 조합이 전달 비율과 에너지 효율성 측면에서 뛰어난 성능을 보인다.
• 위치 데이터가 없는 경우 기울기 기반 라우팅과 WBAN 조합이 가장 효과적이며, 낮은 지연과 적응형 포워딩 덕분이다.
• 위치 정보가 가용할 경우 라우팅 프로토콜 간 성능 격차가 가장 두드러지며, 고대역폭 기술인 WiFi와 지리 기반 라우팅 조합이 유리하다.
• 이 연구는 무선 기술 선택이 네트워크 성능에 상당한 영향을 미친다는 것을 확인하였으며, 현실적인 비상 상황 조건에서 WiFi가 WSN과 WBAN보다 전체적으로 뛰어난 신뢰성과 효율성을 보였다.