Kablosuz vücut alan ağları için servis kalitesi destekli yeni bir ortam erişim kontrol protokolü
A new medium access control protocol with quality of service support for wireless body area networks
Yazar: ABDULLAH SEVİN
Danışman: DOÇ. DR. CÜNEYT BAYILMIŞ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Kablosuz Vücut Alan Ağları (KVAA) kişisel alanda kullanılan, kablosuz ortamda haberleşen, algılayıcı düğümlerin oluşturduğu ağ modeli olarak tanımlanmaktadır. KVAA'lar medikal uygulamalar başta olmak üzere çok yaygın kullanım alanına sahiptir. Özellikle medikal uygulamalardaki verilerin hayati önem taşımasından dolayı KVAA'larda servis kalitesini sağlamak önemli bir konu haline gelmiştir. Bu yüzden KVAA'larda servis kalitesi üzerine birçok çalışma gerçekleştirilmiştir. Literatürdeki yapılan çalışmaların en büyük eksikliği, bir standarda sahip olmadıklarından dolayı farklı çalışma parametrelerine sahip olmalarıdır. Değişik çalışmaların ortak bir standart ile düzenlenmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Bu probleme çözüm bulmak amacıyla, tez çalışmasında kişisel sağlık bilgisinin standardını tanımlayan, ISO (International Organisation for Standardisation) & IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) gibi dünyanın en önemli iki kurumunun desteklediği ISO/IEEE 11073 standardını esas alan bir Ortam Erişim Kontrol (OEK) protokolü geliştirilmiştir. 

Tez çalışmasında, önerilen OEK protokolünün tasarımında ISO/IEEE 11073 standartlarına göre servis kalitesi desteğini sağlamak amacıyla katmanlararası mimariden yararlanılmıştır. Önerilen tez çalışmasında servis kalitesi sağlamak amacıyla yeni bir zaman-dilimi tahsis şeması, öncelik mekanizması, kabul kontrol mekanizması ve katmanlararası yapı geliştirilmiştir. Geliştirilen OEK protokolünün modellenmesi ve benzetimi OPNET Modeler yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Önerilen OEK protokolü, IEEE 802.15.4 ve IEEE 802.15.6 gibi standart haline gelmiş protokoller ve yakın zamanda literatürde sunulan çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirmelere göre, geliştirilen OEK protokolünü diğer protokollerden uçtan-uca gecikmeye göre 5-6 kat daha az gecikme, 3-4 kata kadar daha yüksek iş çıkarma oranı elde edilmiştir ve %0.0001 paket kayıp oranı başarısı sağlanmıştır.

Abstract:
Wireless Body Area Networks (WBANs) are defined as network model that consisting of the sensor nodes, communicating wirelessly and used in personal area.   WBANs have a very widespread usage area in medical applications principally. Especially, supporting Quality of Service (QoS) has become an important issue in WBANs because of the vital importance of data in medical applications. Therefore, many studies were performed on the QoS in WBANs. The most lack of the studies in literature is having different operating parameters due to the absence of any standard.  The requirement of standardization for various studies has emerged. In order to find out a solution to this problem, we present a ISO/IEEE 11073-based Medium Access Control (MAC) protocol in this thesis that standard is supporting by two large associations as ISO (International Organisation for Standardisation) & IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) and defines standard of personal health information.

In this thesis, the proposed MAC protocol utilizes a cross-layer architecture due to support QoS according to ISO/IEEE 11073 standard. In order to provide QoS, a new slot allocation scheme, a priority mechanism, an admission control mechanism and a cross-layer architecture are developed in the proposed thesis. The developed MAC protocol has been modelled and simulated by OPNET Modeler software. The proposed MAC protocol is compared to the standard technologies of IEEE 802.15.4 and IEEE 802.15.6, and recent protocols that is presented in the literature. According to the evaluations, the developed MAC protocol has better results for end-to-end delay is about 5-6 times lower latency, 3-4 times higher throughput then other protocols and achieves %0.0001 packet loss ratio.