بخشی از مقاله
چکیده
شبکه سنسور بی سیم بدن، مجموعه ای از میکرو یا نانو سنسورهای هوشمند با قابلیت پردازش و ارسال اطلاعات به ایستگاه پایه است که میتوانند به بدن انسان متصل یا درون آن کاشته شده و طی ارتباطات بیسم، به تبادل داده های حیاتی دریافت شده ار بدن بپردازند. از این نوع شبکه میتوان برای مراقبت پزشکی طولانی مدت، بدون ایجاد محدودیت روی فعالیت های نرمال روزانه بیمار، به عنوان بخشی از فرایند تشخیص یا نگهداری از بیمار مبتلا به بیماری مزمن یا تحت نظر قرار دادن بیمار پس از یک عمل جراحی با هدف مدیریت وضعیتهای اورژانسی استفاده کرد.
ریزحسگرهای هوشمند عملیات دریافت و ارسال پارامترهای حیاتی بیمار - از جمله فشارخون، ECG، دمای بدن، اکسیژن اشباع وغیره - از خارج یا داخل بدن و ارسال آنها به مرکز مراقبت بهداشتی ریموت را انجام میدهند. در نوع دیگری از کاربرد، این ریزحسگرهای میتوانند با بیمار تعامل برقرار کنند و به عنوان مثال مدیریت انسولین برای یک بیمار دیابتی را طی تعامل با وی انجام دهند. اطلاعات و علائم حیاتی پس از جمع آوری توسط ریزحسگرها، برای بررسی وضعیت سلامتی بیمار، از طریق اینترنت یا اینترانت در اختیار پزشک یا پرستار ریموت قرار میگیرد. بنابراین لازم است با اعمال نیازمندی های کیفیت سرویس مقتضی، سرویس های ارتباطی مطمئن جهت ارسال این داده های حیاتی فراهم گردد.
بنابراین یکی از اهداف عمومی این شبکه ها دست یابی به حداکثر گذردهی، حداقل تأخیر و حداکثر طول عمر شبکه بوسیله کنترل منابع اصلی اتلاف انرژی مثل تصادم، گوش کردن بیکار، استراق سمع و سربار بسته های کنترلی خواهد بود که برای نیل به این اهداف از پروتکل های MAC استفاده میکنیم.
در این تحقیق به مقایسه پروتکل های MAC موجود برای این شبکه ها پرداخته و پروتکل های موجود از جمله، IEEE802.15.4، H-MAC، PB-TDMA، BodyMAC و DTDMA را به صورت تئوریکال بررسی و مقایسه میکنیم. سپس بر اساس نتایج حاصل از دو مرحله شبیه سازی انجام شده با NS-2 نشان میدهیم از میان سه پروتکل IEEE802.11، SMAC و TDMA، بهترین استراتژی استفاده از پروتکل IEEE802.11 است و از میان سه پروتکل SMAC، TDMA و IEEE802.15.4، مناسب ترین پروتکل، IEEE802.15.4 با بیکن میباشد.
-1 مقدمه
شبکههای بیسیم حسگر بدن مبتنی بر استاندارد IEEE802.15.4 تکنولوژی چندان مناسبی برای برنامههای کاربردی مراقبت بهداشتی، نبوده و علی رغم پتانسیل بالای این استاندارد، IEEE 802.15.4 فعلی در تامین نیازمندیهای برنامههای کاربردی شبکههای بیسیم حسگر بدن، با کمبود مکانیزمهای کیفیت سرویس مواجه است که برای برنامههای کاربردی حساس به زمان، نقطه ضعفی اساسی به شمار میرود.
در اغلب برنامههای کاربردی شبکههای بیسیم حسگر بدن، بستههای داده بر حسب اطلاعاتی که حمل میکنند، از اولویتهای متفاوتی برخوردارند. مثلا یک پیغام هشدار باید نسبت به یک بسته حاوی اطلاعات غیر حیاتی، اولویت بیشتری داشته باشد. متاسفانه IEEE 802.15.4 با تمامی بسته ها به یک روش رفتار کرده و به همین دلیل معرفی یک مکانیزم جهت اولویت بندی ترافیک، علی الخصوص برای برنامههای کاربردی مرتبط با پزشکی، امری اجتناب ناپذیر است.
پروتکل IEEE 802.15.4 برای برنامههای کاربردی حساس به زمان از مکانیزم GTS استفاده میکند، اما این مکانیزم تنها در شبکههای با بیکن قابل استفاده بوده و فقط برای انتقال داده بین یک دستگاه - نود - و هماهنگ کننده شبکه استفاده میشود. بعلاوه با مشکلات شدید همزیستی روبرو است چراکه سایر شبکههای بیسیم که در یک کانال یکسان کار میکنند - به جز شبکههای مبتنی بر IEEE 802.15.4 یا تکنولوژیهایی از قبیل بلوتوث یا شبکه محلی بیسم - از اسلات های زمانی که توسط هماهنگ کننده IEEE 802.15.4 تخصیص داده شده بی اطلاع بوده و در نتیجه به آنها توجه نمیکنند.
در این مقاله مفاهیمی از کیفیت سرویس را مطرح میکنیم که میتوانند همزیستی مورد بحث را با تغییراتی اندک روی IEEE 802.15.4 لایه MAC فراهم آورند. هسته اصلی سیستم کیفیت سرویس پیشنهادی، یک مکانیزم تفکیک بسته میباشد. همچنین معیارهایی ارائه میشود که بر اساس آن، حسب اولویت بسته ها، با آنها رفتارهایی متمایز صورت پذیرد. کیفیت سرویس پیشنهادی در شبیه ساز NS-2 با رادیوی CC2420 که باپروتکل IEEE 802.15.4 سازگار است، شبیه سازی و کارایی آن بررسی میشود. نتایج نشان میدهد که با در نظر گرفتن فاکتورهای قابلیت اطمینان و تحویل به موقع، میتوان سطوح خاصی از کیفیت سرویس را در این استاندارد تامین کرد.
طی سالهای اخیر تحقیقاتی برای بهبود کارایی مکانیزمهای CSMA/CA در لایه MAC استاندارد IEEE 802.15.4 انجام شده که با هدف بهبود مکانیزم CSMA/CA اسلات بندی شده، سعی در ارائه کارایی بهتری هم از نظر قابلیت اطمینان و هم از لحاظ بهبود زمانی داشته اند
با تغییر الگوریتم CSMA/CA و استفاده از استراتژی سطوح اولویت، توانسته فریمهای با اولویت بالاتر را سریع تر تحویل دهد. در این روش از سیگنالهای تن استفاده شده تا به سایر نودها اعلام کند انتقال تا یک زمان مشخص تعویق افتاده و بدین ترتیب در آغاز دوره رقابت برای دسترسی به کانال، انتقال فریمهای با اولویت بالاتر در ارجحیت قرار میگیرد. با وجودی که این روش زمان پاسخ فریمهای با اولویت بالا را بهبود میدهد، اما نیازمند اعمال تغییرات عمده ای در پروتکل IEEE 802.15.4 بوده و به همین دلیل صلاحیت لازم را ندارد. در [4] مکانیزم جدیدی برای تنظیم سایز پنجره رقابت بصورت پویا ارائه شده است
