c hallenges in b ody a rea n etworks for h ealthcare : t he mac athanassios boulis david smith and...
TRANSCRIPT
CHALLENGES IN BODY AREA NETWORKS FOR HEALTHCARE: THE MAC
Athanassios Boulis
David Smith and Dino Miniutti
Lavy Libman and Yuriy Tselishchev
Mathieu CastetsRéseaux Haut-Débit et Qualité de Service
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SOMMAIRE
Introduction
Body Area Networks
Défis
IEEE 802.15.6
Propositions d’amélioration
Conclusion
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INTRODUCTION
Soins de santé omniprésents Collecte d’informations continue Transmission
Système autonome sans fils Fiabilité Ponctualité
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BODY AREA NETWORKS
Technologie émergente Un ou plusieurs capteurs
Appareil (« hub ») sur ou très proche du patient (smart-phone)
Réseau à longue portée
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DÉFIS
Centrés sur les communications du réseau sans fils entre le capteur et le « hub »
Utilisation intelligente de l’énergie Taille des capteurs
Fiabilité Atténuation Interférences Faible latence
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PRÉSENTATION DE L’IEEE 802.15.6
Bluetooth et IEEE 802.15.4 (WPAN) non adaptés pour répondre aux défis précédents
Standard créé en 2007
Flexibilité Vaste champ d’application
Encore à l’état de brouillon
Multiple modes d’exploitation de la couche physique
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PRÉSENTATION DE L’IEEE 802.15.6 (2)
En fonction du mode, plusieurs bandes de fréquences sont disponibles
Certaines applications fonctionnent mieux sur certaines fréquences Basses fréquences radio : moins d’atténuation Hautes fréquences radio : meilleur débit
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L’IEEE 802.15.6 PLUS EN DÉTAILS
Plusieurs modes d’accès possibles Le temps est organisé en superframes
délimitées par des beacons, envoyés par un coordinateur/hub. Ces superframes contiennent des slots.
TDMA (Time-Division Multiple Access) basé sur des intervalles de temps régulier
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Improvised Access : propre à 802.15.6.
Système de « polling/posting »
Mécanisme de veille pour économiser l’énergie
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IEEE 802.15.6 N’EST PAS ENCORE COMPLET…
L’IEEE 802.15.6 précise seulement les bases pour l’interopérabilité entre les appareils : format des paquets, protocoles d’échange, …
Comment gérer l’allocation des slots ?
Quand faut-il utiliser des relais ?
Quand faut-il retransmettre un paquet qui n’a pas été reçu ?
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONALLOCATION DYNAMIQUE DE SLOT
Mauvais signal entre hub et capteur : Perte de paquets Gaspillage d’énergie et d’un slot
Il faut trouver mieux que l’allocation statistique ou aléatoire
Dans les réseaux cellulaires, technique efficace : « opportunistic scheduling » Requiert que le nœud soit constamment
disponible pour communiquer Contredit la philosophie d’économie d’énergie
Objectifs :-Améliorer la fiabilité- Economiser l’énergie
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONALLOCATION DYNAMIQUE DE SLOT (2)
Utilisation d’un algorithme « flipping »
Les mauvais liens de la superframe précédente sont ordonnancés à la fin de la prochaine superframe
Les bons liens sont ordonnancés au début de la prochaine superframe, en inversant l’ordre de leur observation
On donne plus de temps aux mauvais liens de se remettre en état
On donne plus de chance aux liens en bons états
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONALLOCATION DYNAMIQUE DE SLOT (GRAPHE)
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONORDONNANCEMENT DES RETRANSMISSIONS
La plupart des applications médicales requièrent un taux de réussite de transmission de paquet très proche de 100%
Nécessité de retransmettre certains paquets Consomme de l’énergie
Technique d’ordonnancement qui prend en compte le « budget » énergie et alloue des slots de retransmission dans la superframe en fonction de l’état du lien
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONORDONNANCEMENT DES RETRANSMISSIONS (GRAPHE)
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONUTILISATION DE RELAIS
Retransmissions impossibles si le hub est hors d’atteinte (ex : hub posé à côté de la tête du patient durant son sommeil)
Possibilité de router via un nœud relai Coûteux puisque le relai doit rester éveillé
Ne répond pas à tous les problèmes
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PROPOSITIONS D’AMÉLIORATIONGÉRER LA PUISSANCE DE TRANSMISSION
Ajuster la puissance de transmission en fonction de l’atténuation Trouver un juste équilibre entre fiabilité et
consommation d’énergie
« Sample-and-hold scheme » tiré de D. Smith et al., “Simple Prediction-Based Power Control for the On-Body Area Communications Channel”
Tests effectués sur des usages de tous les jours Amélioration de la fiabilité Economie de 15% d’énergie
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CONCLUSION
Améliorations générales pour l’IEEE 802.15.6
D’autres techniques pourraient améliorer ce standard pour des applications plus spécifiques
Aucun point concernant la sécurité et certaines parties « floues »
Futur radieux des BANs car il existe des applications dans tous les secteurs : médical, sport, militaire, sécurité, …
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RÉFÉRENCES
Challenges in Body Area Networks for Healthcare: The MAC (IEEE Comm. Mag. Mai 2012)
Medium Access Control in Wireless Sensor Networks & challenges - Congduc Pham
Wifinotes : http://www.wifinotes.com/computer-networks/body-area-network.html
A power efficient MAC protocol for wireless body area networks - Kyungsup Kwak (EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2012)
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AVEZ-VOUS DES QUESTIONS ?