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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

정필성 (광운대학교, 광운대학교 대학원)

지도교수
김화성
발행연도
2013
저작권
광운대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

모바일 헬스케어를 위한 MAC 프로토콜 설계에 관한 연구
정필성 ,  김현규 ,  조양현 한국정보통신학회논문지 2015.02 학술저널

2013

모바일 헬스케어를 위한 MAC 프로토콜 설계에 관한 연구
정필성 전자통신공학과 2013.01 학위논문

초록· 키워드

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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.

목차

제 1 장 서 론 1
제 2 장 관련 이론 7
2.1 모바일 헬스케어 7
2.2 WBAN 10
2.2.1 WBAN 개요 10
2.2.2 WBAN 표준화 동향 13
2.2.3 WBAN 응용 서비스 특성 14
2.3 IEEE 802.15.6 MAC 프로토콜 17
2.3.1 IEEE 802.15.6 MAC 프로토콜 요구사항 17
2.3.2 IEEE 802.15.6 MAC 프로토콜 구조 19
2.3.3 IEEE 802.15.6 트래픽 우선순위 20
2.4 CSMA/CA 알고리즘 22
2.5 우선순위를 적용한 CSMA/CA 알고리즘 25
2.5.1 우선순위 파라미터 26
2.5.2 백오프 과정 27
2.5.1 백오프 지연시간 30
제 3 장 제안 MAC 프로토콜 32
3.1 모바일 헬스케어 네트워크 구조 35
3.2 제안 슈퍼프레임 구조 37
3.2.1 SYNC Phase 39
3.2.2 Request Slot Phase 40
3.2.3 Beacon Phase 41
3.2.4 Owner Priority Phase 42
3.2.5 Contention Access Phase 44
3.3 데이터 종류와 전송률을 고려한 CSMA/CA 알고리즘 45
3.3.1 응급 메시지 처리를 위한 CSMA/CA 알고리즘 51
3.3.2 161~250kbps 전송률을 위한 CSMA/CA 알고리즘 53
3.3.3 81~160kbps 전송률을 위한 CSMA/CA 알고리즘 55
3.3.4 1~80kbps 전송률을 위한 CSMA/CA 알고리즘 57
3.4 WBAN 병합 알고리즘 59
3.4.1 허브가 네트워크 충돌을 감지한 경우 59
3.4.2 노드가 네트워크 충돌을 감지한 경우 61
3.4.3 허브가 수행하는 네트워크 병합 알고리즘 63
제 4 장 성능평가 65
4.1 성능평가 환경 66
4.1.1. 시뮬레이션 툴 66
4.1.2. 시뮬레이션 파라미터 68
4.2. 단일 WBAN 환경에서의 성능 평가 70
4.2.1 노드가 동일한 전송률을 가지는 경우 70
4.2.2 노드가 서로 다른 전송률을 가지는 경우 88
4.3. 다중 WBAN 환경에서의 성능 평가 92
4.3.1 노드가 동일한 전송률을 가지는 경우 93
4.3.2 노드가 서로 다른 전송률을 가지는 경우 102
제 5 장 결 론 107
참 고 문 헌 109

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