[论文解读] 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 32

一句话总结

本综述对无线体域传感器网络（WBASNs）中的节能MAC协议进行了全面分析，评估了低功耗监听（LPL）、时隙争用和TDMA等技术。通过MATLAB仿真表明，体内通信由于组织吸收导致路径损耗更高，CSMA/CA模式比信标模式功耗更低，混合MAC协议在WBASNs中表现出更优的能效。

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.

研究动机与目标

• 分析无线体域传感器网络（WBASNs）中MAC协议的能量效率。
• 评估低功耗监听（LPL）、时隙争用和TDMA等能量优化技术。
• 比较体内、体表和体外通信场景下的路径损耗模型。
• 评估CSMA/CA和信标模式MAC协议的功耗。
• 提出一种混合MAC协议，作为最小化WBASNs能耗的更优解决方案。

提出的方法

• 对LPL、时隙争用和TDMA MAC协议的能量效率进行分析评估。
• 使用MATLAB仿真对体内、体表和体外通信的路径损耗进行建模。
• 构建CSMA/CA和信标模式MAC协议的功耗模型。
• 通过MATLAB仿真比较不同传播场景下的路径损耗。
• 利用仿真结果对比CSMA/CA和信标模式的功耗。
• 提出一种结合多种方案优势的混合MAC协议，以优化能量效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在WBASNs中，不同MAC协议（LPL、时隙争用、TDMA）在能量效率方面如何比较？
• RQ2 WBASNs中体内、体表和体外通信场景下的路径损耗特性是什么？
• RQ3 在WBASN MAC协议中，CSMA/CA模式的功耗与信标模式相比如何？
• RQ4 组织和器官吸收对体内通信路径损耗和能量效率有何影响？
• RQ5 混合MAC协议能否在WBASNs中实现优于单一协议的能量效率？

主要发现

• 由于生物组织和器官的能量吸收，体内通信表现出最高的路径损耗。
• MATLAB仿真证实，与体表和体外链路相比，体内场景的路径损耗显著更高。
• 在WBASN MAC协议中，CSMA/CA模式表现出比信标模式更低的功耗。
• 混合MAC协议被确定为最小化WBASNs能耗的最有效解决方案。
• 通过混合多种MAC协议的优势，特别是采用混合化策略，可最大化能量效率。