IEEE 802.15.6 tabanlı kablosuz vücut alan ağları arasında coğrafi yönlendirme algoritması tasarımı ve benzetimi
Design and simulation of geographical routing algorithm between IEEE 802.15.6 based wireless body area networks
Yazar: SEDA SAVAŞÇI ŞEN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ ÇALHAN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Uzaktan sağlık izleme sistemlerine olan ihtiyaç özellikle pandemi süreçlerinde daha da artmaktadır. İnsan vücudu üzerine ya da çevresine konumlandırılacak algılayıcı özelliğe sahip kablolu/kablosuz elektronik aygıtlar sayesinde anlık olarak bireylerin sağlık bilgilerinin uzak bilgisayarlara veya kişilere taşınması sağlanmaktadır. Bu sayede
özellikle karantinada olan insanların sağlıkları hakkındaki bilgiler toplanıp teşhis ve tedavi süreçlerinde kullanılabilmektedir. Algılayıcı/eyleyici düğümlerden gelen veriler bir koordinatör düğüm tarafından toplanarak kontrol edilmektedir. Bu haberleşme protokolü IEEE 802.15.6 standardıyla anılmaktadır ve Endüstriyel Bilimsel Tıbbi (ISM) bandında kullanılabilmektedir. Kablosuz Vücut Alan Ağları (KVAA) olarak bilinen bu ağlar aslında hastalıkların erken tespiti, yaşlıların gerçek zamanlı hasta takibi vb. için kullanılabilen geleneksel Kablosuz Algılayıcı Ağlarının (KAA) bir alt dalıdır. Sağlık alanında kullanılan KVAA'lar bireyden toplanan hayati verilerin en kısa sürede ve en az gecikme ile gerekli birimlere yönlendirecek şekilde tasarlanmaktadırlar. Bu tez
çalışmasında KVAA-içi haberleşme için IEEE 802.15.6 protokolü kullanılmıştır. Ayrıca KVAA-arası haberleşme için coğrafi tabanlı bir yönlendirme algoritması tasarlanmıştır. Coğrafi yönlendirme, coğrafi konum bilgisine dayanan bir yönlendirme şeklidir. Kablosuz ağlar için önerilen bu yaklaşım kaynağın ağ adresini kullanmak yerine hedefin
coğrafi konumuna bir mesaj göndermesi fikrine dayanmaktadır. Bu çalışmada, tüm protokoller ve algoritmalar Riverbed (OPNET) Modeler benzetim programında geliştirilmiştir. Çalışmada farklı yoğunluk ve önceliklere sahip senaryolar için gecikme ve iş çıkarım oranları incelenmiş ve tasarlanan algoritma iç mekanda olması durumu için
de AODV algoritması ile iletim sağlanan bir yapı tasarlanmıştır. Toplanan veriler soket programlama yardımıyla nesnelerin interneti yazılımları olan InfluxDB veri tabanına Node-RED ile kaydedilerek Grafana arayüzünde görselleştirilmiştir. Bu sayede pandemi gibi olağanüstü durumlarında kontrol altında tutulması gereken maske takma durumu, en yakın kişiye uzaklık, kan basıncı, kalp atış hızı, oksijenlenme miktarı, vücut sıcaklığı ve solunum sayısı gibi önemli parametrelerin gerçek zamanlı olarak takip edilebilmesi sağlanmıştır. IEEE/ISO 11073 kişisel sağlık veri standardının tanımladığı servis kalite gereksinimleri temel alındığında, KVAA için tasarlanan coğrafi yönlendirme algoritmasında iki farklı yoğunluğa sahip senaryo için elde edilen sonuçlara göre, kullanıcı yoğunluğu arttığı için gecikme sürelerinin arttığı ve iş çıkarım oranının bir miktar düştüğü saptanmıştır.

Abstract:
The need for remote health monitoring systems is rising especially in pandemic pandemic conditions. Thanks to the wired / wireless electronic devices with the sensor feature to be positioned on or around the human body, it is ensured that individuals' health information is transmitted to remote computers or people instantly. In this way, information about the health of people in quarantine can be collected and used in diagnosis and treatment
processes. Data from sensor / actuator nodes are collected and controlled by a coordinator node. This communication protocol is referred to as the IEEE 802.15.6 standard and can be used in the ISM band. Networks known as Wireless Body Area Networks (WBANs) are actually a sub-branch of traditional Wireless Sensor Networks (WSNs) that can be used for early detection of various diseases, real-time patient monitoring of the elderly,
etc. WBANs used in the field of health are designed to transmit the collected vital data collected from the individual to the necessary units as soon as possible and with the least delay. In this thesis, IEEE 802.15.6 protocol is used and geographical based routing algorithm is designed for inter-WBAN communications. Geographical routing is a form of routing based on geolocation information. It is mainly recommended for wireless networks and is based on the idea that the source sends a message to the geographic location of the destination rather than using the network address. According to our study, all protocols and algorithms are developed in Riverbed (OPNET) Modeler simulation program. In the study, latency and throughput rates for scenarios with different intensity
and priorities were examined and the designed algorithm was compared with the AODV algorithm. The collected data was recorded with Node-RED in the InfluxDB database, with socket programming interfaces, and visualized in the Grafana interface as Internet of Things software. The surveillance system interface designed in Grafana provide an
opportunity to simultaneous control of parameters such as wearing a mask, distance to the nearest person, blood pressure, heart rate, oxygen saturation, body temperature and respiratory rate, which should be kept under control especially in pandemic situations. According to the results, based on the service quality requirements defined by the IEEE / ISO 11073 personal health data standard, it was determined that the geographic routing algorithm designed for WBAN increased the latency times and slightly decreased throughput rate due to increase in user density.