A Priority-based Reactive Routing Protocol for Wireless Body Area Networks

Abstract

전 세계적인 노인 인구의 급속한 증가와 건강 관리 비용의 상승으로 최근 건강 및 의료 분야가 크게 부각되고 있다. 무선 인체 네트워크(WBAN)는 인체 내부 및 주변에 장착된 소규모 센서로 구성되며, 인체 기능과 상태를 모니터링하는 것을 목적으로 한다. 생물학적 영향을 최소화하는 것이 WBAN의 가장 주요한 요소이므로, 온도 상승을 고려한 라우팅 프로토콜의 설계가 매우 중요하다. 온도 상승을 고려한 몇몇 라우팅 프로토콜들이 제안되었으나, 그들 모두는 프로액티브 라우팅 기법들이다. 본 논문에서는 리액티브 라우팅 기법에 기반을 두고 온도 상승을 고려한 라우팅 프로토콜을 제안한다. 주요 목표는 온도 상승을 억제하고 전송률을 증가시키기 위해 중요 노드에 우선순위를 두는 것이다. 본 논문에서는 두 단계의 연구 결과가 기술된다. 첫째, 온도 상승 측면에서 프로액티브 라우팅과 리액티브 라우팅을 비교한다. 비교 분석 결과에 따르면, 리액티브 라우팅이 프로액티브 라우팅보다 우수한 성능을 나타내며, 최대 온도 상승은 27.87% 감소시키고 평균 온도 상승은 43.75% 감소시킨다. 둘째, 비교 분석 결과를 반영하여, 온도 상승을 고려한 새로운 리액티브 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안 프로토콜은 노드의 패킷 전송률을 제어하기 위하여 라우팅 계층과 응용 계층 사이의 크로스 레이어 설계로 이루어진다. 기존의 온도 상승을 고려한 프로토콜인 TARA와 비교하여, 제안 프로토콜은 온도 상승률이 50% 감소한다. 또한, 중요 노드에 우선순위를 부여하면 중요 노드의 전송률이 약 35% 향상된다.|The rapid growth of the elderly population in the world and the rising cost of health care impose big issues in healthcare and medical monitoring. A wireless body area network (WBAN) is comprised of small sensor nodes attached inside, on, or around a human body, the main purpose of which is to monitor the functions and surroundings of the human body. Since the reduction of bioeffects is one of the top priorities in WBANs, the temperature-aware design of a routing protocol is very important. There are already several temperature-aware routing protocols have been proposed for WBANs. However, all of them are using proactive routing approach. In this thesis, we propose a routing protocol for WBANs which is based on the reactive protocol approach. It aims to lower the temperature rise of the network and to give priority to vital nodes so that they are able to increase their throughput. There are two steps taken in this thesis. First, we compare the generic proactive and reactive routing protocols in terms of temperature rise. We prove that the reactive protocol achieves a better performance than the proactive one. The reactive protocol achieves 27.87 % lower maximum temperature rise and 43.75 % lower average temperature rise compared to those of the proactive one. Based on this result, we propose a new routing protocol for WBANs which is based on reactive approach, temperature-awareness, and cross-layer design between routing and application layers to control node’s packet rate. The proposed protocol is compared to the existing temperature-aware routing protocol called TARA and it achieves around 50 % lower temperature rise rate. The throughput of vital nodes in the network is compared before and after the priority mode is enabled. The result shows that, after the priority mode is enabled, the throughput of vital nodes increases by around 35 %.