Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 7

Hybrid Medium Access Control Protocol Based on IEEE 802.15.6 for Wireless Body Area Network

Hybrydowy protokół kontroli dostępu do nośnika oparty na IEEE 802.15.6 dla bezprzewodowej sieci komputerowej

10.15199/48.2024.07.52

nr katalogowy: 149553
10.15199/48.2024.07.52

Streszczenie

The reliability and efficiency of a Wireless Body Area Network (WBAN) rely on the Media Access Control (MAC) protocol design. This paper proposed an efficient method, namely, the Hybrid MAC (HB-MAC) protocol, to enhance the reliability and maximize the performance of WBAN using a hybrid superframe structure according to IEEE 802.15.6 standard requirements. The HB-MAC consists of a contention access period and a scheduled access period. The proposed protocol is compared to the C-MAC and IEEE 802.15.6 MAC protocols based on the performance metrics of Packet Delivery Ratio (PDR), throughput, energy consumption, and average delay. The simulation results show that the HB-MAC outperforms its competitors as it could achieve up to 95% PDR, 10% enhanced throughput, 20% energy optimization, and 30% improvement in average delay. Therefore, it can be concluded that the HB-MAC protocol is an efficient method for WBAN application.

Abstract

Niezawodność i wydajność bezprzewodowej sieci komputerowej (WBAN) opiera się na protokole Media Access Control (MAC). W artykule zaproponowano skuteczną metodę, a mianowicie protokół Hybrid MAC (HB-MAC), w celu zwiększenia niezawodności i maksymalizacji wydajności sieci WBAN przy użyciu hybrydowej struktury superramki zgodnie z wymaganiami normy IEEE 802.15.6. HB-MAC składa się z okresu rywalizacji i zaplanowanego okresu dostępu. Proponowany protokół porównuje się z protokołami C-MAC i IEEE 802.15.6 MAC w oparciu o metryki wydajności, takie jak współczynnik dostarczania pakietów (PDR), przepustowość, zużycie energii i średnie opóźnienie. Wyniki symulacji pokazują, że HB-MAC przewyższa swoich konkurentów, ponieważ może osiągnąć do 95% PDR, 10% większą przepustowość, 20% optymalizację zużycia energii i 30% poprawę średniego opóźnienia. Można zatem stwierdzić, że protokół HB-MAC jest efektywną metodą aplikacji sieci WBAN.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] T. Samal and M. R. Kabat, “A prioritized traffic scheduling with load balancing in wireless body area networks,” J. King Saud Univ. - Comput. Inf. Sci., vol. 34, no. 8, pp. 5448–5455, 2022, doi: 10.1016/j.jksuci.2020.12.023.
[2] M. M. Alam, S. Member, A. Kuusik, and Y. Le Moullec, “Dynamic slot allocation using non overlapping backoff algorithm in IEEE 802.15.6 WBAN,” vol. 20, no. 18, pp. 10862 10875, 2020.
[3] M. Ambigavathi and D. Sridharan, “Energy efficient and load balanced priority queue algorithm for Wireless Body Area Network,” Futur. Gener. Comput. Syst., vol. 88, pp. 586–593, Nov. 2018, doi: 10.1016/j.future.2018.05.044.
[4] F. Ullah, A. H. Abdullah, O. Kaiwartya, S. Kumar, and M. M. Arshad, “Medium Access Control (MAC) for Wireless Body Area Network (WBAN): Superframe structure, multiple access technique, taxonomy, and challenges,” Human-centric Computing and Information Sciences, vol. 7, no. 1. Springer Berlin Heidelberg, Dec. 01, 2017, doi: 10.1186/s13673-017 0115-4.
[5] L. A. N. Man, S. Committee, and I. Computer, IEEE Standard for Local and metropolitan area networks - Wireless Body Area Networks, no. February. 2012.
[6] M. Ambigavathi and D. Sridharan, “Traffic Priority Based Channel Assignment Technique for Critical Data Transmission in Wireless Body Area Network,” J. Med. Syst., vol. 42, no. 11, Nov. 2018, doi: 10.1007/s10916-018-1054-y.
[7] Y. Zia, F. Bashir, and K. N. Qureshi, “Dynamic superframe adaptation using group-based media access control for handling traffic heterogeneity in wireless body area networks,” Int. J. Distrib. Sens. Networks, vol. 16, no. 8, 2020, doi: 10.1177/1550147720949140.
[8] M. Boumaiz, M. El Ghazi, M. Fattah, A. Bouayad, and M. El Bekkali, “Energy consumption study of channel access modes and modulation schemes of the 2.4 GHz narrowband IEEE 802.15.6,” Indones. J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 22, no. 3, pp. 1505–1512, 2021, doi: 10.11591/ijeecs.v22.i3.pp1505 1512.
[9] R. Negra, I. Jemili, and A. Belghith, “Novel MAC protocol for handling correlation and dynamics of medical traffic in WBANs,” Ad Hoc Networks, vol. 151, no. June, 2023, doi: 10.1016/j.adhoc.2023.103236.
[10] T. Benmansour, T. Ahmed, S. Moussaoui, and Z. Doukha, “Performance analyses of the IEEE 802.15.6 Wireless Body Area Network with heterogeneous traffic,” J. Netw. Comput. Appl., vol. 163, 2020, doi: 10.1016/j.jnca.2020.102651.
[11] J. F. Herculano, W. D. P. Pereira, and A. S. De Sa, “An Adaptive TDMA Approach for Improving Reliability and Performance in WBAN under Heterogeneous Traffic and Interference,” Brazilian Symp. Comput. Syst. Eng. SBESC, vol. 2022-Novem, 2022, doi: 10.1109/SBESC56799.2022.9964592.
[12] M. B. Rasheed, N. Javaid, M. Imran, Z. A. Khan, U. Qasim, and A. Vasilakos, “Delay and energy consumption analysis of priority guaranteed MAC protocol for wireless body area networks,” Wirel. Networks, vol. 23, no. 4, pp. 1249–1266, 2017, doi: 10.1007/s11276-016-1199-x.
[13] F. Masud, A. H. Abdullah, A. Altameem, G. Abdul-Salaam, and F. Muchtar, “Traffic class prioritization-based slotted-CSMA/CA for IEEE 802.15.4 MAC in intra-WBANs,” Sensors (Switzerland), vol. 19, no. 3, 2019, doi: 10.3390/s19030466.
[14] S. Bhandari and S. Moh, “A priority-based adaptive MAC protocol for wireless body area networks,” Sensors (Switzerland), vol. 16, no. 3, 2016, doi: 10.3390/s16030401.
[15] B. S. Kim and J. Cho, “A novel priority-based channel access algorithm for contention-based MAC protocol in WBANs,” Proc. 6th Int. Conf. Ubiquitous Inf. Manag. Commun. ICUIMC’12, pp. 1–5, 2012, doi: 10.1145/2184751.2184753.
[16] R. Zhang, H. Moungla, J. Yu, and A. Mehaoua, “Medium Access for Concurrent Traffic in Wireless Body Area Networks: Protocol Design and Analysis,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 66, no. 3, 2017, doi: 10.1109/TVT.2016.2573718.
[17] A. Saboor et al., “Dynamic Slot Allocation Using Non Overlapping Backoff Algorithm in IEEE 802.15.6 WBAN,” IEEE Sens. J., vol. 20, no. 18, pp. 10862–10875, 2020, doi: 10.1109/JSEN.2020.2993795.
[18] Jun Wang, Yutian Xie, and Qiong Yi, “An all dynamic MAC protocol for wireless body area network,”, 2016, doi: 10.1049/cp.2015.0703.
[19] S. Moulik, “PBCR : Parameter-based Backoff Counter,” vol. 2061, pp. 565–571.
[20] E. Niewiadomska-Szynkiewicz and A. Sikora, “Energy-efficient and secure protocols for extending lifetime of sensor networks,” Prz. Elektrotechniczny, vol. 95, no. 4, pp. 189–195, 2019, doi: 10.15199/48.2019.04.35.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-7 , nr katalogowy 149553 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-7 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-7

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma