Dinamik lider düğüm ve çakışma önleme temelli kablosuz vücut alan ağı oek protokolü tasarımı ve gerçeklemesi
Design and implementation of a wireless body area mac protocol based on dynamic leader node and collision prevention
Yazar: İSMAİL KIRBAŞ
Danışman: DOÇ. DR. CÜNEYT BAYILMIŞ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kablosuz ağlar = Wireless networks ; Kablosuz iletişim = Wireless communication ; Kablosuz uygulama protokolü = Wireless application protocol

Özet:
Günümüzde yaşam süresinin ve kalitesinin artırılması amacıyla tıbbi parametrelerin kişisel konforu azaltmadan her zaman ve her yerde ölçülmesi bir gereklilik haline gelmiştir. Hareketli bireylere ait tıbbi sinyalleri toplamak için genellikle çok sayıda kablosuz algılayıcı düğümden meydana gelen Kablosuz Vücut Alan Ağları (KVAA) kullanılır. Bir algılayıcı düğümün en büyük problemi enerji kaynağının çok kısıtlı olmasıdır. Ağ ömrünü uzatmak ve enerji verimliliğini artırmak için düğüm atlama, enerji toplama, düğümde sinyal işleme gibi pek çok yöntem geliştirilmiştir. Ancak verimlilik açısından en etkili çözümlerden biri, enerji etkin bir Ortam Erişim Kontrol (OEK) protokolü geliştirmektir.

Hazırlanan tez çalışmasında, KVAAlardaki ağ ömrü, enerji verimliliği, paket gecikmesi ve sinyal çakışmaları gibi problemleri çözmek amacıyla;

- Çok kanallı haberleşmeyi destekleyen, enerji etkin yeni bir OEK katmanı (isMAC) tasarımı yapılmıştır. 

- Önerilen OEK protokolü OPNET Modeler benzetim yazılımı kullanılarak modellenmiş ve standart olarak kabul edilen IEEE 802.15.4 protokolü ile ağ çıkışı, uçtan uca gecikme ve enerji tüketimi bakımından karşılaştırılmıştır. 

- Önerilen protokolün gerçek hayat başarımını tespit etmek amacıyla hem yeni bir kablosuz algılayıcı düğüm (isMOTE) geliştirilmiş hem de toplanacak verilerin takip edilebilmesi için bir bilgisayar yazılımı hazırlanmıştır. 

- Çeşitli haberleşme tekniklerini kıyaslamak amacıyla üç farklı haberleşme senaryosu belirlenmiş ve düğüm enerji tüketim değerleri isMOTE algılayıcı düğümleri temel alınarak karşılaştırılmıştır.

Benzetim yoluyla elde edilen sonuçlar dikkate alındığında, önerilen OEK protokolünün benzerlerinden daha başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Bununla birlikte, uygulamadan elde edilen sonuçlar da, tasarlanan protokolün başarılı ve uygulanabilir olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Nowadays, in order to increase life expectancy and quality; ubiquitous medical monitoring without limiting the personal comfort has become a necessity. Wireless Body Area Networks (WBAN) are generally used to collect medical signals from mobile individuals. WBANs consist of a large number of sensor nodes and the biggest problem of a sensor node is the limited energy source. To extend the life of the network nodes and maintain energy efficiency, many methods have been developed such as using relay node, energy harvesting and signal processing in node. However, in terms of energy efficiency, one of the most effective solution is developing an energy-efficient Medium Access Control (MAC) protocol.

In this thesis, in order to bring solutions to the mentioned problems in WBANs, considering the criteria such as network lifetime, energy efficiency, latency and signal interferences, following transactions are performed:

- A new energy efficient MAC layer (isMAC) has been designed to support multi-channel communication.

- The proposed MAC protocol has been modeled by using OPNET Modeler simulation software and it is compared with IEEE 802.15.4 protocol in terms of network throughput, end-to-end delay and energy consumption.

- In order to determine the real-life performance of the proposed protocol, a new wireless sensor node (isMOTE) has been designed and produced, as well as a dedicated software is developed to monitor collected data.

- To compare the various communication techniques, three different scenarios are prepared and energy consumption values were compared using isMOTE sensor nodes.

Considering the results obtained by the simulation, it can be said that the suggested protocol is more successful than similar ones. Furthermore, the implementation results show that the designed protocol is feasible and performs well