모바일 헬스케어란 정보 통신 기술과 바이오 기술을 융합한 신개념 의료서 비스로서 시간과 공간에 구애받지 않고 언제 어디서나 건강과 생활을 관리하 여 건강한 삶을 유지시키기 위한 건강관리 서비스이다. 모바일 헬스케어를 위 해서는 생체신호 계측 관련 기술인 WBAN(Wireless Body Area Network) 과 모바일 장치를 이용한 데이터 분석 및 모니터링 기술이 필수적이다. WBAN을 지원하기 위해서 IEEE 802.15 Task Group 6에서는 WBAN을 위한 PHY과 MAC의 기술적 요구사항을 정리한 표준화 문서를 발표하였다. IEEE 802.15.6 표준화 문서에서 WBAN을 위한 ...
모바일 헬스케어란 정보 통신 기술과 바이오 기술을 융합한 신개념 의료서 비스로서 시간과 공간에 구애받지 않고 언제 어디서나 건강과 생활을 관리하 여 건강한 삶을 유지시키기 위한 건강관리 서비스이다. 모바일 헬스케어를 위 해서는 생체신호 계측 관련 기술인 WBAN(Wireless Body Area Network) 과 모바일 장치를 이용한 데이터 분석 및 모니터링 기술이 필수적이다. WBAN을 지원하기 위해서 IEEE 802.15 Task Group 6에서는 WBAN을 위한 PHY과 MAC의 기술적 요구사항을 정리한 표준화 문서를 발표하였다. IEEE 802.15.6 표준화 문서에서 WBAN을 위한 MAC 프로토콜은 의료용 센서 노드의 주기적인 데이터를 효율적으로 처리하기 위해서 8단계로 나누어 진 트래픽 우선순위를 기준으로 응급 상황에서 발생하는 트래픽을 가장 높은 우선순위로 처리하는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 알고리즘을 수행하게 된다. 의료용 노드가 생체 정보 를 감시하는 상황에서 응급 상황이 발생하게 되면 인체는 특정 부위에서만 변화를 일으키는 것이 아니라 여러 신체부위에서 동시에 변화를 일으키게 되 며 이를 감지한 노드들이 동시에 전송을 시도하게 된다. 노드가 전송하는 응 급 메시지는 충돌이 발생하게 되고 응급 메시지 전송을 위한 전송 지연을 만 족하지 못하는 상황이 발생할 수 있으며 재전송으로 인한 에너지 낭비를 가 져올 수 있다. 또한 이용자의 모바일 장치를 중심으로 구성된 WBAN이 이동 중에 다른 WBAN을 만나게 되면 하나의 매체에 두 개의 WBAN이 동작하는 결과가 된다. 두 개 이상의 WBAN이 충돌하게 되면 노드들이 서로 부여 받은 슬롯에 보내는 데이터 프레임들의 충돌이 발생하며 이는 전송실패와 더불 어 데이터 재전송으로 인한 불필요한 에너지 소모를 가져오게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 다음과 같이 모바일 헬 스케어를 지원하는 프로토콜을 MAC 설계하였으며 데이터 종류와 전송률을 고려한 CSMA/CA 알고리즘 요소기술을 제안하였다. 요소기술로서는 첫째, WBAN을 위한 슈퍼프레임 구조를 제안하였다. 제안하는 슈퍼프레임은 노드 가 할당된 슬롯에서 데이터 전송을 보장받는 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 경쟁 구간과 제안한 CSMA/CA 알고리즘을 통해 데이터를 전송하는 경쟁 구간을 가진다. 둘째, 데이터의 종류와 데이터 전송 률을 고려한 CSMA/CA 알고리즘을 제안하였다. 응급 메시지와 노드로부터 전송되는 데이터의 전송률을 고려하여 백오프 파라미터를 다르게 적용하는 CSMA/CA 알고리즘을 제안하였다. 셋째, 제안하는 MAC 프로토콜을 기반으 로 하는 WBAN의 충돌을 감지하고 네트워크를 병합하는 알고리즘을 제안하 였다. 이동성을 가지는 WBAN이 다른 WBAN과 충돌하게 되면 네트워크를 재구성하여 노드가 전송하는 데이터 프레임 충돌을 줄이도록 하였다. 제안하는 슈퍼프레임 구조와 CSMA/CA 알고리즘의 성능평가를 위해서 OMNeT++ 네트워크 시뮬레이션프레임워크 기반의 Castalia를 사용하여 제안하는 MAC 프로토콜을 사용한 WBAN과 IEEE 802.15.6을 사용한 WBAN의 성능을 비교하였다. 성능평가 결과 제안한 MAC 프로토콜을 사용 했을 때가 IEEE 802.15.6을 사용했을 때 보다 충돌 확률이 감소하여 패킷 전송 성공률과 에너지 효율이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
모바일 헬스케어란 정보 통신 기술과 바이오 기술을 융합한 신개념 의료서 비스로서 시간과 공간에 구애받지 않고 언제 어디서나 건강과 생활을 관리하 여 건강한 삶을 유지시키기 위한 건강관리 서비스이다. 모바일 헬스케어를 위 해서는 생체신호 계측 관련 기술인 WBAN(Wireless Body Area Network) 과 모바일 장치를 이용한 데이터 분석 및 모니터링 기술이 필수적이다. WBAN을 지원하기 위해서 IEEE 802.15 Task Group 6에서는 WBAN을 위한 PHY과 MAC의 기술적 요구사항을 정리한 표준화 문서를 발표하였다. IEEE 802.15.6 표준화 문서에서 WBAN을 위한 MAC 프로토콜은 의료용 센서 노드의 주기적인 데이터를 효율적으로 처리하기 위해서 8단계로 나누어 진 트래픽 우선순위를 기준으로 응급 상황에서 발생하는 트래픽을 가장 높은 우선순위로 처리하는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 알고리즘을 수행하게 된다. 의료용 노드가 생체 정보 를 감시하는 상황에서 응급 상황이 발생하게 되면 인체는 특정 부위에서만 변화를 일으키는 것이 아니라 여러 신체부위에서 동시에 변화를 일으키게 되 며 이를 감지한 노드들이 동시에 전송을 시도하게 된다. 노드가 전송하는 응 급 메시지는 충돌이 발생하게 되고 응급 메시지 전송을 위한 전송 지연을 만 족하지 못하는 상황이 발생할 수 있으며 재전송으로 인한 에너지 낭비를 가 져올 수 있다. 또한 이용자의 모바일 장치를 중심으로 구성된 WBAN이 이동 중에 다른 WBAN을 만나게 되면 하나의 매체에 두 개의 WBAN이 동작하는 결과가 된다. 두 개 이상의 WBAN이 충돌하게 되면 노드들이 서로 부여 받은 슬롯에 보내는 데이터 프레임들의 충돌이 발생하며 이는 전송실패와 더불 어 데이터 재전송으로 인한 불필요한 에너지 소모를 가져오게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 다음과 같이 모바일 헬 스케어를 지원하는 프로토콜을 MAC 설계하였으며 데이터 종류와 전송률을 고려한 CSMA/CA 알고리즘 요소기술을 제안하였다. 요소기술로서는 첫째, WBAN을 위한 슈퍼프레임 구조를 제안하였다. 제안하는 슈퍼프레임은 노드 가 할당된 슬롯에서 데이터 전송을 보장받는 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 경쟁 구간과 제안한 CSMA/CA 알고리즘을 통해 데이터를 전송하는 경쟁 구간을 가진다. 둘째, 데이터의 종류와 데이터 전송 률을 고려한 CSMA/CA 알고리즘을 제안하였다. 응급 메시지와 노드로부터 전송되는 데이터의 전송률을 고려하여 백오프 파라미터를 다르게 적용하는 CSMA/CA 알고리즘을 제안하였다. 셋째, 제안하는 MAC 프로토콜을 기반으 로 하는 WBAN의 충돌을 감지하고 네트워크를 병합하는 알고리즘을 제안하 였다. 이동성을 가지는 WBAN이 다른 WBAN과 충돌하게 되면 네트워크를 재구성하여 노드가 전송하는 데이터 프레임 충돌을 줄이도록 하였다. 제안하는 슈퍼프레임 구조와 CSMA/CA 알고리즘의 성능평가를 위해서 OMNeT++ 네트워크 시뮬레이션 프레임워크 기반의 Castalia를 사용하여 제안하는 MAC 프로토콜을 사용한 WBAN과 IEEE 802.15.6을 사용한 WBAN의 성능을 비교하였다. 성능평가 결과 제안한 MAC 프로토콜을 사용 했을 때가 IEEE 802.15.6을 사용했을 때 보다 충돌 확률이 감소하여 패킷 전송 성공률과 에너지 효율이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
Mobile healthcare is a fusion of information technology and biotechnology and is a new type of health management service to keep people’s health at anytime and anywhere without regard to time and space. The WBAN(Wireless Body Area Network) technology that collects bio signals and the data analysis a...
Mobile healthcare is a fusion of information technology and biotechnology and is a new type of health management service to keep people’s health at anytime and anywhere without regard to time and space. The WBAN(Wireless Body Area Network) technology that collects bio signals and the data analysis and monitoring technology using mobile devices are essential for serving mobile healthcare. To support the WBAN, IEEE 802.15 Task Group 6 announced standardized documents on technical requirements of the PHY and MAC. In the IEEE 802.15.6 MAC protocol, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) algorithm is performed based on the eight-level priorities according to the type of traffics of the periodic data from medical sensor nodes. When an emergency situation with the highest priority occurs, changes of sensing data are sensed not only in the specific areas of the human body but also in the associated areas. Several nodes, which detected the changed bio signals, transmit emergency data at the same time, so latency could be higher than emergency latency and energy consumption will increase. Also when WBAN consisting of users with mobile devices meet another WBAN during movement, WBANs transmit data to the other media. Because of WBAN conflict, several nodes transmit data in same time slot so a collision will occur, resulting in the data transmission being failed and need more energy for re-transmission. In this thesis, we proposed a MAC protocol for WBAN with mobility to solve these problems. First, we proposed a superframe structure for WBAN. The proposed superframe consists of a TDMA(Time Division Muliple Access) based contention access phase with which a node can transmit data in its own time slot and a contention phase using proposed CSMA/CA algorithm. Second, we proposed a CSMA/CA algorithm considering a type of data and data rate. We proposed the CSMA/CA algorithm using different backoff parameter for emergency message and data rate. Third, we proposed a network merging algorithm for conflicting WBAN based on the proposed MAC protocol. When a WBAN with mobility conflicts with other WBAN, data frame collision is reduced through network reestablishment. Simulations are performed using a Castalia based on the OMNeT++ network simulation framework to estimate the performance of the proposed superframe and algorithms. We estimated the performance of WBAN based on the proposed MAC protocol by comparing the performance of the WBAN based on IEEE 802.15.6. Performance evaluation results show that the packet transmission success rate and energy efficiency are improved by reducing the probability of collision using the proposed MAC protocol.
Mobile healthcare is a fusion of information technology and biotechnology and is a new type of health management service to keep people’s health at anytime and anywhere without regard to time and space. The WBAN(Wireless Body Area Network) technology that collects bio signals and the data analysis and monitoring technology using mobile devices are essential for serving mobile healthcare. To support the WBAN, IEEE 802.15 Task Group 6 announced standardized documents on technical requirements of the PHY and MAC. In the IEEE 802.15.6 MAC protocol, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) algorithm is performed based on the eight-level priorities according to the type of traffics of the periodic data from medical sensor nodes. When an emergency situation with the highest priority occurs, changes of sensing data are sensed not only in the specific areas of the human body but also in the associated areas. Several nodes, which detected the changed bio signals, transmit emergency data at the same time, so latency could be higher than emergency latency and energy consumption will increase. Also when WBAN consisting of users with mobile devices meet another WBAN during movement, WBANs transmit data to the other media. Because of WBAN conflict, several nodes transmit data in same time slot so a collision will occur, resulting in the data transmission being failed and need more energy for re-transmission. In this thesis, we proposed a MAC protocol for WBAN with mobility to solve these problems. First, we proposed a superframe structure for WBAN. The proposed superframe consists of a TDMA(Time Division Muliple Access) based contention access phase with which a node can transmit data in its own time slot and a contention phase using proposed CSMA/CA algorithm. Second, we proposed a CSMA/CA algorithm considering a type of data and data rate. We proposed the CSMA/CA algorithm using different backoff parameter for emergency message and data rate. Third, we proposed a network merging algorithm for conflicting WBAN based on the proposed MAC protocol. When a WBAN with mobility conflicts with other WBAN, data frame collision is reduced through network reestablishment. Simulations are performed using a Castalia based on the OMNeT++ network simulation framework to estimate the performance of the proposed superframe and algorithms. We estimated the performance of WBAN based on the proposed MAC protocol by comparing the performance of the WBAN based on IEEE 802.15.6. Performance evaluation results show that the packet transmission success rate and energy efficiency are improved by reducing the probability of collision using the proposed MAC protocol.
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