Medium Access Control for Wireless Body Area Networks with QoS Provisioning and Energy Efficient Design

计算机科学 计算机网络 服务质量 时分多址 人体区域网 高效能源利用 能源消耗 无线网络 供应 无线 分布式计算 无线传感器网络 电信 生物 生态学 电气工程 工程类
作者
Bin Liu,Zhisheng Yan,Chang Wen Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:16 (2): 422-434 被引量:133
标识
DOI:10.1109/tmc.2016.2549008
摘要

With the promising applications in e-Health and entertainment services, wireless body area network (WBAN) has attracted significant interest. One critical challenge for WBAN is to track and maintain the quality of service (QoS), e.g., delivery probability and latency, under the dynamic environment dictated by human mobility. Another important issue is to ensure the energy efficiency within such a resource-constrained network. In this paper, a new medium access control (MAC) protocol is proposed to tackle these two important challenges. We adopt a TDMA-based protocol and dynamically adjust the transmission order and transmission duration of the nodes based on channel status and application context of WBAN. The slot allocation is optimized by minimizing energy consumption of the nodes, subject to the delivery probability and throughput constraints. Moreover, we design a new synchronization scheme to reduce the synchronization overhead. Through developing an analytical model, we analyze how the protocol can adapt to different latency requirements in the healthcare monitoring service. Simulations results show that the proposed protocol outperforms CA-MAC and IEEE 802.15.6 MAC in terms of QoS and energy efficiency under extensive conditions. It also demonstrates more effective performance in highly heterogeneous WBAN.
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