모바일 헬스케어를 위한 MAC 프로토콜 설계에 관한 연구

정필성; 김현규; 조양현; Pil-Seong Jeong; Hyeon-Gyu Kim; Yang-Hyun Cho

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한국정보통신학회 논문지 (Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering)

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한글제목(Korean Title)	모바일 헬스케어를 위한 MAC 프로토콜 설계에 관한 연구
영문제목(English Title)	A Study on MAC Protocol Design for Mobile Healthcare
저자(Author)	정필성 김현규 조양현 Pil-Seong Jeong Hyeon-Gyu Kim Yang-Hyun Cho
원문수록처(Citation)	VOL 19 NO. 02 PP. 0323 ~ 0335 (2015. 02)
한글내용 (Korean Abstract)	모바일 헬스케어란 정보 통신 기술과 바이오 기술을 융합한 신개념 의료서비스로서 시간과 공간에 구애받지 않고 언제 어디서나 건강과 생활을 관리하여 건강한 삶을 유지시키기 위한 건강관리 서비스이다. 모바일 헬스케어를 위해서는 생체신호 계측 관련 기술인 WBAN(Wireless Body Area Network)과 모바일 장치를 이용한 데이터 분석 및 모니터링 기술이 필수적이다. 모바일 헬스케어 환경에서는 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 더불어 데이터 재전송으로 인한 불필요한 에너지 소모를 가져오게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 다음과 같이 모바일 헬스케어를 지원하는 MAC 프로토콜 요소기술을 제안하였다. 첫째, 제안하는 슈퍼프레임은 노드가 할당된 슬롯에서 데이터 전송을 보장받는 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 경쟁 구간과 CSMA/CA 알고리즘을 통해 데이터를 전송하는 경쟁 구간을 가진다. 둘째, 제안하는 MAC 프로토콜을 기반으로 하는 WBAN의 충돌을 감지하고 네트워크를 병합하는 알고리즘을 제안하였다. 이동성을 가지는 WBAN이 다른 WBAN과 충돌하게 되면 네트워크를 재구성하여 노드가 전송하는 데이터 프레임 충돌을 줄이도록 하였다. 제안하는 슈퍼프레임 구조와 네트워크 병합 알고리즘의 성능평가를 위해서 OMNeT 네트워크 시뮬레이션 프레임워크 기반의 Castalia를 사용하였다. 성능평가 결과 제안한 MAC 프로토콜을 사용했을 때가 IEEE 802.15.6을 사용했을 때 보다 충돌 확률이 감소하여 패킷 전송 성공률과 에너지 효율이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
영문내용 (English Abstract)	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. 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 CSMA/CA algorithm. Second, 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.
키워드(Keyword)	모바일 헬스케어 맥 프토토콜 슈퍼프레임 WBAN Mobile Healthcare MAC Protocol Superframe WBAN
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