[论文解读] Behavior of Wireless Body-to-Body Networks Routing Strategies for Public Protection and Disaster Relief.

Dhafer Ben Arbia, Muhammad Mahtab Alam+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2015

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 10被引用 6

一句话总结

本文评估了在公共安全与灾难救援场景下，无线体域间网络（BBNs）中多跳路由协议的性能，采用WiFi（802.11）、WSN（802.15.4）和WBAN（802.15.6）技术，并基于真实的都市移动性模型进行分析。研究发现，使用WiFi的地理路由在数据包交付率与能量效率之间实现了最佳平衡；而当缺乏位置信息时，基于梯度的路由协议在WBAN中能将延迟降至最低。

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.

研究动机与目标

• 评估在公共安全与灾难救援行动中体域间网络的路由协议性能。
• 评估不同无线技术（WiFi（802.11）、WSN（802.15.4）和WBAN（802.15.6））在真实世界移动性条件下的网络性能影响。
• 基于关键指标（数据包接收率、能耗和端到端延迟）确定最优的路由协议与无线技术组合。
• 在两种场景下识别出性能最佳的路由策略：位置信息可用与不可用。

提出的方法

• 本研究采用真实的都市移动性模型，模拟灾难场景中应急响应人员与受灾者的行为。
• 评估三种无线技术：IEEE 802.11（WiFi）、IEEE 802.15.4（WSN）和IEEE 802.15.6（WBAN），用于分析通信范围与数据速率。
• 测试三种路由协议：移动自组织网络路由、基于地理信息的路由以及数据为中心的（梯度为基础）路由。
• 通过多次仿真运行，使用包括数据包交付率、能耗和端到端延迟在内的指标衡量性能表现。
• 评估考虑两种运行条件：具备位置信息（适用于地理路由）与不具备位置信息（有利于梯度路由协议）。
• 使用自定义网络仿真器进行仿真，以模拟紧急环境中动态节点移动性与间歇性连接特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在灾难救援期间，体域间网络中哪种无线技术（WiFi、WSN或WBAN）能实现最高的数据包接收率？
• RQ2 在移动应急场景中，不同路由协议与无线技术的能耗表现如何变化？
• RQ3 位置信息的可用性对体域间网络中基于地理信息的路由性能有何影响？
• RQ4 在缺乏位置数据的情况下，哪种路由协议-技术组合能将端到端延迟降至最低？
• RQ5 城市灾难环境中移动性模式如何影响多跳路由在体域间网络中的可靠性与效率？

主要发现

• WiFi（IEEE 802.11）在所评估的无线技术中实现了最高的数据包接收率与最低的能耗。
• WBAN（IEEE 802.15.6）表现出最低的端到端延迟，因此在时间敏感型应用中最为高效。
• 当位置信息可用时，基于地理信息的WiFi路由在交付率与能量效率方面表现最优。
• 当位置数据不可用时，WBAN结合梯度路由是最有效的组合，因其延迟低且具备自适应转发能力。
• 当位置信息可用时，不同路由协议之间的性能差距最为显著，此时高吞吐量技术（如WiFi）配合地理路由更具优势。
• 本研究证实，无线技术的选择对网络性能具有显著影响，在真实应急条件下，WiFi在整体可靠性与效率方面优于WSN与WBAN。