Hybrid medium access control protocol based on IEEE 802.15.6 for wireless body area network

• Autorzy: Wan Hassan Wan Haszerila , Mohd Ali Darmawaty , Mohd Sultan Juwita , Kassim Murizah

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.07.52

Warianty tytułu

PL

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

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

PL

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

EN

reliability; efficiency; hybrid; scheduled access

PL

niezawodność; wydajność; hybryda; dostęp zaplanowany

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 7
• Strony: 267--270
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Wan Hassan Wan Haszerila

• Wireless Communication Technology Group, School of Electrical Engineering, College of Engineering, Universiti Teknologi MARA, Shah Alam, Selangor, Malaysia and Fakulti Teknologi dan Kejuruteraan Elektronik dan Komputer, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Melaka, Malaysia

autor

Mohd Ali Darmawaty

• Wireless Communication Technology Group, School of Electrical Engineering, College of Engineering, Universiti Teknologi MARA, Shah Alam, Selangor, Malaysia

autor

Mohd Sultan Juwita

• Fakulti Teknologi dan Kejuruteraan Elektronik dan Komputer, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Melaka, Malaysia

autor

Kassim Murizah

• Institute for Big Data Analytics and Artificial Intelligence, Universiti Teknologi MARA, Shah Alam, Selangor, Malaysia

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.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).