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http://hdl.handle.net/1843/34855| Type: | Tese |
| Title: | Uma abordagem cross-layer para redes corporais sem fio considerando dispositivos com taxas de dados variáveis |
| Other Titles: | A cross-layer approach to wireless body networks with devices and variable data rates |
| Authors: | Rogério Santos Pozza |
| First Advisor: | Diógenes Cecilio da Silva Junior |
| First Referee: | José Marcos Nogueira da Silva |
| Second Referee: | Ricardo de Oliveira Duarte |
| Third Referee: | Eduardo Coelho Cerqueira |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Alair Dias Junior |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Luiz Henrique Andrade Correia |
| Abstract: | A pesquisa em redes corporais sem fio (Wireless Body Area Networks - WBAN) ganhou interesse e tornou-se um tema de serviços de saúde emergente devido ao seu potencial uso no monitoramento contínuo do bem-estar humano. Os movimentos naturais do corpo humano e a interferência ambiental impõem dificuldades ao desempenho de uma WBAN, como o tempo de vida e a confiabilidade na entrega de dados. Devido à complexidade das características das WBANS, um desafio é manter uma boa qualidade dos enlaces entre os nós sensores da rede enquanto o uso de suas baterias é prolongado. Diferentes trabalhos experimentais na literatura mostram que o uso de uma potência de transmissão fixa e com valor elevado pode não ser adequado, embora possibilite uma comunicação mais confiável, pode levar ao consumo de energia desnecessário. Por outro lado, a transmissão com potência baixa oferece maior economia de energia, mas pode reduzir a confiabilidade na entrega de pacotes. A pesquisa envolvendo a transmissão de dados nas WBANs tem importância como estratégia para economia de energia, uma vez que as técnicas de controle de potência permitem selecionar níveis de potência suficientes para obter bom desempenho e reduzir adicionalmente problemas de interferência. Esse trabalho propõe uma abordagem cross-layer, denominada CL, baseada no padrão IEEE 802.15.4 para garantir a qualidade do serviço em termos de entrega de pacotes e de tempo de vida da rede. A abordagem CL propõe compartilhar os valores de parâmetros entre as camadas da pilha de protocolos com o objetivo de melhorar a eficiência na entrega de pacotes ao sink e no consumo de energia. Os resultados desse trabalho foram obtidos através da implementação de WBANs no simulador Castalia. Três cenários foram usados, com diferentes taxas de dados e dois tipos de canal de comunicação, com e sem interferência. Os cenários foram comparados em termos da entrega de pacotes, consumo de energia e adaptabilidade ao meio de comunicação. A proposta é comprovada através de três abordagens cross-layer: CL-2, CL-4 e CL-Bin. CL-2 usa dois níveis de potência de Tx, CL-4 quatro níveis, onde a escolha é pela quantidade de pacotes recebidos pelo sink. CL-Bin é uma abordagem preditiva usando um modelo probabilístico para determinar a potência de Tx. Essas abordagens foram comparadas a uma WBAN convencional de camadas e os resultados mostram que a abordagem CL é mais eficiente ao considerar os cenários propostos. |
| Abstract: | Research on wireless body area networks (WBAN) has gained interest and has become an emerging theme of health services due to its potential use in the continuous monitoring of human well-being. The natural movements of the human body and environmental interference impose difficulties on the performance of a WBAN, such as a lifetime and reliability of data delivery. Due to the complexity of the WBANS characteristics, it is a challenge to maintain the quality of the links among the network sensor nodes while extending the battery life. Different experimental studies in the literature show that the use of fixed and high power transmission may not be adequate, although it allows a more reliable communication, it can lead to unnecessary energy consumption. On the other hand, low power transmission offers more energy savings but may reduce the reliability of packet delivery. Research on data transmission in WBANs is essential as an energy-saving strategy, as power control techniques allow sufficient power levels to be selected to achieve excellent performance and further reduce interference problems. This work proposes a cross-layer approach, called CL, based on the IEEE\-802.15.4 standard to ensure the quality of service (QoS) in terms of packet delivery and network lifetime. The CL approach proposes to share parameter values between protocol stack layers to improve efficiency in sink packet delivery and power consumption. The results from this work were obtained through the implementation of WBANs with the Castalia simulator. It was used three scenarios, with different data rates and two types of communication channels (with and without interference). The results comparison of the scenarios concerned packet delivery, power consumption, and communication media adaptability. Three cross-layer approaches proved this proposition: CL-2, CL-4, and CL-Bin. CL-2 uses two levels of Tx power, CL-4 four levels, where the choice is by the number of packets received by the sink. CL-Bin is a predictive approach using a probabilistic model to determine the power of Tx. The results of these approaches, compared to a conventional layered WBAN, show that the CL approach is more efficient when considering the proposed scenarios. |
| Subject: | Engenharia elétrica Postura humana |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/34855 |
| Issue Date: | 23-Sep-2019 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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