WBAN 을위한 MAC 프로토콜기술동향 서영선, 조진성, 김윤희, 이민수 요약 WBAN은 IEEE BAN Task Group을중심으로현재활발하게주파수, 통신프로토콜 (WBAN PHY, WBAN MAC), 응용등의요구사항을정의하고기술규격정의및표준개발을진행

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수혁 환
4 years ago
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1 WBAN 을위한 MAC 프로토콜기술동향 서영선, 조진성, 김윤희, 이민수 요약 WBAN은 IEEE BAN Task Group을중심으로현재활발하게주파수, 통신프로토콜 (WBAN PHY, WBAN MAC), 응용등의요구사항을정의하고기술규격정의및표준개발을진행하고있다. WBAN을위한 MAC 프로토콜은현재여러기고문을통해다각도로제안및논의중에있으며, 요구사항을만족하는 MAC 프로토콜표준을위해서는앞으로도더욱활발하게논의되어야한다. 대부분의 WBAN을위한 MAC 프로토콜은저속, 저전력요구사항을위해제안되었던기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜에 WBAN 요구사항을반영하여제안되고있다. 따라서본고에서는 WBAN이적용된차세대의료서비스플랫폼과플랫폼에적합한네트워크스택개발을위해무선센서네트워크요구사항을만족하는기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜을정리하고, 기고문을통해제안되는 WBAN을위한 MAC 프로토콜의 WBAN 요구사항해결방법을살펴보고자한다. 1. 서론 무선통신기술의발달과통신기기의소형화, 저가화는 WLAN, 무선센서네트워크 (wireless sensor network), WPAN 기술에이어최근대두되고있는 Wireless Body Area Network (WBAN) 기술의주목을이끌어냈다. 유비쿼터스사회로나아가는사회적 인관심의고조와지속적인연구속에서앞서언급된무선통신기술들은유비쿼터스네트 워킹분야의한축을담당할것으로기대되고있다. 특히 WBAN 은복지및건강관리 (health-care) 에대한관심이높아지고, 고령화사회로의진입이가속화되는사회적현상에 따라건강관리, 원격의료서비스, 진단, 치료등을위하여의료기술과 IT 기술을결합하려는 시도와함께나타났다 [1]. 이와같은 IT 기술과의료기술의결합에대한관심과요구는 IEEE BAN Task Group 을중심으로빠르게활발한표준화작업이진행되는원동 력이되고있다 [2]. WBAN 은인체영역을중심으로인체내외부에위치한다양한종류의이식형 (implant) 과 장착형 (wearable) 센서디바이스들로네트워크를구성하여인간의생체신호를수집하고 근거리무선통신을통해데이터를통합하여응용에따라데이터분석및원격의료진단 등을수행할수있는네트워크이다. 또한 WBAN 은의료용 (medical) / 비의료용 (non-medical) 응용분야로구분하여의료용응용분야를주요관심분야로두고, 비의료용 엔터테인먼트응용분야까지고려하여표준화작업을진행중에있다. 따라서인체영역범 위에서의료용과비의료용응용분야를모두포괄하는다양한 WBAN 응용시나리오가가 능하며, 응용의다양성에따라 [ 그림 1] 과같이 WBAN 의전송속도와소비전력의요구사 항이광범위하게나타나게된다. * 이논문은 2008 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국과학재단의지원을받아수행된연구임 (No. R ).

WBAN은애드혹, 무선센서네트워크의특징과유사하게네트워크를구성하는각노드들이인프라없이무선링크를통해스스로네트워크를구성하는특징을가진다. 따라서언제어느장소에서든지인프라구축없이노드간에스스로네트워크를구축하여원활한통신을하기위해서 WBAN의요구사항이반영된잘정의된통신프로토콜의역할이중요하게부각되고있다.

2 WBAN은애드혹, 무선센서네트워크의특징과유사하게네트워크를구성하는각노드들이인프라없이무선링크를통해스스로네트워크를구성하는특징을가진다. 따라서언제어느장소에서든지인프라구축없이노드간에스스로네트워크를구축하여원활한통신을하기위해서 WBAN의요구사항이반영된잘정의된통신프로토콜의역할이중요하게부각되고있다. 특히다수의노드들이제한된인체영역범위에서무선자원을공유하여통신하므로노드의무선자원획득과 peer-to-peer 노드간의링크, 데이터제어, 에러제어, 흐름제어등을담당하는 MAC계층의역할이매우중요하다. [ 그림 1] 과같이전송속도와소비전력의범위는기존의최대 Wireless USB부터최소 ZigBee의전송속도요구사항을만족하면서 ZigBee보다초저전력과저속으로구현되어야한다. 따라서광범위한전송속도와초저전력의전력소비요구를만족할수있는 WBAN을위한 MAC 프로토콜이제안되어야한다. [ 그림 1] WBAN 의전송속도와전력요구사항 WBAN은수년간 BAN(body area network), BSN(body sensor network) 등의이름으로관련연구가진행되어왔다. 그러나현재까지제안되는 WBAN 관련연구는 WBAN 응용시나리오와시스템아키텍처측면에서어플리케이션구현이대부분이며, 인체라는매질을통해데이터손실없이생체신호를송수신할수있는디바이스개발이연구의주요주제였다. 따라서대부분의 MAC 계층은간단한 TDMA 기법, 무선센서네트워크 MAC 또는 PHY/MAC과 ZigBee를이용해구현되어왔다. WBAN이생체신호를수집하는센서노드를사용함에따라서무선센서네트워크의특징을이어받고있기때문에대체로무선센서네트워크의 MAC을사용하여구현되어왔으나 WBAN의광범위한요구사항을모두만족하기위해서는 WBAN을위한 MAC 프로토콜에대한연구가필요하다. 본고에서는 2절에서기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜을살펴보고, 3절에서 WBAN 기술동향과요구사항을정리한다. 4절에서 WBAN을위한 MAC 프로토콜표준화작업에제안된 MAC 프로토콜을살펴보며, 5절에서결론을맺고자한다. 2. 무선센서네트워크 MAC 프로토콜 WBAN은인체영역에서센서노드를이용하여인체의데이터를수집하므로무선센서네트워크의특징을상속받은특수한센서네트워크에속한다. 따라서수년간 WBAN 관련연구는기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜또는 TDMA 기법을응용에적합하게수정하여연구가진행되어왔다.

3 저속, 저전력을요구하는무선센서네트워크 MAC 프로토콜은저속의생체신호수집센서노드만으로구성된 WBAN에서도부분적으로동일하게적용되는요구사항이다. 따라서표준화작업에제안되는여러기고문은기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜에 WBAN 요구사항을만족할수있도록초저전력과다양한전송속도에서도 MAC 프로토콜의요구사항이반영되도록확장및수정하여제안되고있다. 그러므로기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜의이해와무선센서네트워크와 WBAN 요구사항의차이점분석을통해새로운 MAC 프로토콜설계를고려하는방법이요구된다. 본절에서는무선센서네트워크의 MAC 프로토콜정리를통해기존의무선센서네트워크를위한 MAC 프로토콜이저속, 저전력의요구사항을위해제안하는방안들을살펴본다. 무선센서네트워크의구성요소인센서노드는일반적으로한번배치되면쉽게배터리를교환하거나충전할수가없다. 따라서센서노드의수명이네트워크의수명에치명적인영향을미치게되므로에너지낭비를최소로설계하는것이무선센서네트워크의주요한이슈이다. 본절에서정리된무선센서네트워크를위한 MAC 계층의프로토콜들도기본적으로저전력이고려되어설계되어있다. 무선센서네트워크에서의 MAC 프로토콜은무선통신에서에너지낭비를발생시키는 4가지주요요소인 collision, overhearing, control packet overhead, idle listening을고려하여설계함으로써저전력을실현할수있다 [3]. [ 그림 2] 는무선센서네트워크의주요한 MAC 프로토콜들을제안하는특징에따라경쟁기반, 스케쥴기반, 하이브리드방식으로분류한것이다. [ 그림 2] 무선센서네트워크 MAC 프로토콜분류 2.1. 경쟁기반 (contention-based) 방식 CSMA/CA를활용한경쟁기반방식은 S-MAC을시작으로활발한연구가진행되고있다. 경쟁기반방식의 MAC 프로토콜은네트워크를구성하는노드들의동기화여부에따라동기식 (synchronous) 과비동기식 (asynchronous) 방법으로분류할수있다. 경쟁기반방식에서동기식 MAC 프로토콜은 [ 그림 3] 과같이제안되어왔으며, 비동기식 MAC 프로토콜은 [ 그림 4] 와같이제안되어왔다.

4 [ 그림 3] 경쟁기반의동기식 MAC 프로토콜발전과정 [ 그림 4] 경쟁기반의비동기식 MAC 프로토콜발전과정 [ 그림 5] [ 그림 3] 의진행 (1) MAC 프로토콜 [ 그림 3] 에서 S-MAC[3], T-MAC[4], DS-MAC[5] 으로제안된진행 (1) 의무선센서네트워크 MAC 프로토콜은사이클주기조정을통해 idle listening을줄이는것을주요목표로제안되었다. idle listening을줄이기위해 Listen 시간을줄이는것을제안하는 S-MAC, T-MAC의방식에 DS-MAC은 idle listening뿐만아니라트래픽부하에따른전송지연도고려되어제안되었다. [ 그림 5] 와같이 S-MAC은고정적인 active 구간과 sleep 구간을통

5 해전력소모를줄이며, T-MAC은타이머를두어일정시간동안전송시도가없으면계획보다빠르게 sleep구간으로진입한다. DS-MAC은트래픽이많을경우 duty cycle doubling 기법을통해 listen 구간을 2배로늘린다. 반대로트래픽양이적을경우 Listen 구간은 1/2 배로줄어든다. [ 그림 3] 의진행 (2) Adaptive S-MAC[6], D-MAC[7] 은멀티홉전송지원과낮은전송지연을고려하여제안되었다. Adaptive S-MAC은 2홉번째노드가 CTS를수신하고적절한수신시간에깨어나데이터를수신하도록제안하여 1개의오퍼레이션사이클동안 2홉의전송이가능하도록하였다. D-MAC은 Data gathering tree라는특수한네트워크환경을이용하여단일방향전송을통한멀티홉을제안했다. [ 그림 3] 의진행 (3) 으로제안되는 MAC 프로토콜은특수한네트워크환경을요구하는 D-MAC과다르게라우팅정보를가진제어패킷을사용하여멀티홉전송을제안한다. [ 그림 4] 의비동기식 MAC 프로토콜은 preamble sampling 기법을기반으로사용한다. 짧은시간동안라디오채널의상태를확인함으로써 preamble을전송하는노드가있는지무선매체를 sampling한다. preamble sampling 기법은수신노드가고정된주기에따라깨어나서 preamble sampling을하기때문에수신노드의 idle listening을줄일수있다. 채널이 idle일때수신노드측에서에너지소비를최소화할수있다는점이 preamble sampling 기법의장점이며, preamble을지속적으로송신할경우송신노드측에서에너지낭비가발생할수있는단점이있다. 비동기식 MAC 프로토콜은동기식 MAC 프로토콜과다르게모든노드들이동기를맞추지않으므로비교적구현이쉽다는장점을가지고있다. 때문에모든노드의 duty cycle 주기는같지만, 각노드의 wakeup 시점은독립적이다 [8]. 비동기식 MAC 프로토콜은 WiseMAC[8], B-MAC[9], X-MAC[10] 등으로제안되어왔다. WiseMAC의송신노드는수신노드가깨어나서 preamble sampling을통해무선매체의 idle, busy 여부를확인하려는시점까지기다렸다가수신노드가깨어나기바로이전에 preamble 전송을시작한다. B-MAC은송신노드가긴 (long) preamble을전송하고, 수신노드는긴 sleep 구간을가지는 LPL(low power listening) duty cycle 기법을제안한다. X-MAC은 LPL 기법의문제점을해결하기위해짧은 preamble과 early ACK 메시지를사용한다 스케쥴기반 (schedule-based) 방식스케쥴기반방식은 TDMA 방식을기반으로노드들이할당된 slot에깨어나전송을시도하는방법이며, 스케쥴기반방식의무선센서네트워크 MAC 프로토콜은 LEACH[11], SMACS[12], TRAMA[13] 등이있다. LEACH 프로토콜은클러스터링과라우팅프로토콜이통합된 TDMA 기반의 MAC 프로토콜이다. 밀집된무선센서네트워크에서각노드들이싱크노드에데이터를보고하는환경에적합한프로토콜이다. SMACS는 neighbor discovery 기법과 TDMA를결합한 MAC 프로토콜로 LEACH MAC 프로토콜의 cluster hierarchy 형태와는다르게 flat 형태의토폴로지로구현된다. 멀티홉라우팅을지원하며, 노드간에단방향링크를설정하여충돌없이송신이가능하도록한다. hidden node에의한충돌을피하기위해많은라디오채널을필요로한다. TRAMA는 2홉이웃노드의정보와스케쥴정보의교환을통해얻은이웃노드의정보를해쉬함수를사용하여우선순위가높은노드가송신을하는프로토콜이다.

6 2.3. 하이브리드 (hybrid) 방식경쟁기반방식과스케쥴기반방식을모두가지는 MAC 프로토콜이다. 각방식의장점을살리고, 단점을상대기반의장점으로부터보완하는형태이다. 대표적으로 IEEE MAC 프로토콜 [14] 과 Z-MAC[15] 등이있다. IEEE MAC 프로토콜은 Low-Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN) 을위한표준프로토콜이며, 하이브리드방식으로구분된다. 전송주기는슈퍼프레임단위로구성되며, 데이터송수신이이루어지는 active 구간과노드들이 sleep하는 inactive 구간으로구분된다. active 구간은다시 CSMA/CA 방식으로채널에접근하는경쟁구간 (contention access period) 과 TDMA 와같이일부특정디바이스전용으로슬롯을할당해주는 Guaranteed Time Slots (GTS) 구간으로구분된다. Z-MAC은임의의지연 (backoff), CCA(clear channel assessment), LPL(low power listening) 등의 B-MAC의인터페이스통신기반위에서경쟁노드가많을경우 TDMA 방식이혼합되어동작하는하이브리드방식의프로토콜이다. 경쟁이적을경우에는 CSMA 방식을그대로사용하며, 경쟁노드가많을경우에는분산알고리즘인 DRAND 알고리즘을통해 2홉떨어진노드들과의충돌을방지하는스케쥴을생성하여할당된슬롯에서전송을시도한다. 따라서경쟁이적은경우에는슬롯에상관없이경쟁을통해채널을획득할수있으며, 경쟁이많은경우에는할당된슬롯에서경쟁을통해채널을획득한다. 본절에서무선센서네트워크를위한 MAC 프로토콜을경쟁기반, 스케쥴기반, 하이브리드방식으로분류하여정리하였다. 각각의방식은장단점을가지고있으며, 제안된무선센서네트워크를위한 MAC 프로토콜은네트워크환경과조건에따라성능이다르게나타난다. 본고에서는이러한무선센서네트워크를위한 MAC 프로토콜의특징과오퍼레이션을정확하게분석하고, 3절과 4절의 WBAN 요구사항과제안되는기고문정리를통해새로운 WBAN을위한 MAC 프로토콜을설계하고자본절에서무선센서네트워크를위한 MAC 프로토콜살펴보았다. 이와같은방법은 WBAN을위한 MAC 프로토콜설계시에기존의저속, 저전력의무선센서네트워크를위한 MAC 프로토콜아이디어로부터발전된형태의초저전력 MAC 프로토콜을개발할수있을것으로기대하며, 각각의아이디어에서꾸준히제기되었던저전력, 멀티홉, 전송지연, 브로드캐스팅문제등의단점을통해 WBAN은미리이러한단점들을고려하여설계할수있을것이라생각된다. WBAN은인간의건강과생명에직결되는인체센서통신이므로인체에유해하지않은주파수대역에서어느상황에서도통신을유지할수있는견고함과응급상황에유연한통신프로토콜이요구된다. 본절의정리는 WBAN 통신에서발생가능한문제점고려에도활용이가능할것이라생각된다. 3. WBAN 기술동향과요구사항 IEEE BAN Task Group은현재활발하게 WBAN 통신프로토콜 (WBAN PHY, WBAN MAC) 의기술규격정의및표준개발을진행하고있다. WBAN PHY 기술은변복조기술, 채널할당및선택기술, 채널모델링기술, 초저전력통신기술등을세부적인표준화항목으로진행하고있으며, PHY 상위계층의매체접근제어프로토콜로서의 WBAN MAC 기술은엑세스제어기술, 무선링크제어및 QoS 기술, 초저전력프로토콜스택기술을세부표준화항목으로진행하고있다. 의료용응용분야와비의료용응용분야의구분을고려하여표준화를진행하고있고, 디바이스를장착형태에따라이식형 (implant) 과장착

형 (wearable) 으로구분하고있기때문에 WBAN PHY 기술은의료용 implant 디바이스를위한주파수대역과비의료용디바이스의통신을위한주파수대역을고려하여주파수분배및 PHY 계층표준화를진행한다. 주파수대역에따라 PHY 계층을 2가지로구분하여표준개발을하고있으며, 2종류의 PHY 계층을수용할수있는확장된단일 MAC 프로토콜이요구되어진다.

7 형 (wearable) 으로구분하고있기때문에 WBAN PHY 기술은의료용 implant 디바이스를위한주파수대역과비의료용디바이스의통신을위한주파수대역을고려하여주파수분배및 PHY 계층표준화를진행한다. 주파수대역에따라 PHY 계층을 2가지로구분하여표준개발을하고있으며, 2종류의 PHY 계층을수용할수있는확장된단일 MAC 프로토콜이요구되어진다. 의료용서비스를위한주파수대역은현재미국, 일본등의국가에서 MICS (medical implant communication service) 대역이가장유력하게논의되고있다 WBAN 채널특성에따른채널모델 (channel model) 인체는주파수를이용한전송을하기에는이상적인매체가아니다. 혈액, 근육, 지방, 피부등다양하고복잡한인체의조직구조는유전율과도전율특징을지니며, 무선매체를주로사용하는기존의무선네트워크통신과는달리인체매체를포함하는영역에서 implant 디바이스등을사용하는통신이므로인체를가장많이고려해야하는네트워크이기도하다. WBAN은노드간의채널특성에따라서채널모델 (channel model) 이고려되어야한다. [ 그림 6] 은 device의장착위치에따른채널모델을나타낸다. 디바이스의장착위치에따라 4가지종류의채널모델로구분하여제안하고있다 [16]. [ 그림 6] 4 가지종류의채널모델 < 표 1> WBAN 응용구분에따른요구사항 1 Medical Non-medical (consumer) 저속 / 제어중속 / 소리고속 / 비디오 원격진단모니터링당뇨병모니터링지능적인약품배달병원환자이식형장치제어스포츠 / 휘트니스휴대용 CE 제어게임제어 ( 손동작 ) 게임제어 ( 몸동작 ) 애드혹 (ad-hoc) 게임스마트키 심장병모니터링태아모니터링 EEG (24 lead) 보청기이식형장치제어헤드폰헤드셋 echarm 모션캡쳐데이터저장장치 비디오내시경 (LowRes) 비디오내시경 (HighRes) 기타비디오 원격 RGB 디스플레이비디오헤드셋무선고속저장장치

8 < 표 2> WBAN 응용구분에따른요구사항 2 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Low data rate / Temporarily occasional Low traffic Low data rate / Regularly generated every day, every time High data rate / Temporarily occasional High traffic High data rate / Regularly generated High traffic CE control Game control Implant devices Periodic monitoring Periodic health check Multimedia services Video streaming Gaming service Life video recording 3.2. WBAN 응용구분에따른요구사항 WBAN은응용구분에따라요구사항이 < 표 1>[17] 과 < 표 2>[18] 등으로제안되고있다. 응용구분에따른요구사항은전송속도, 데이터타입, 사용빈도, 디바이스장착형태등을기준으로분류할수있다. 특히저속의제어데이터부터중속, 고속의소리와비디오송수신까지고려된응용구분은 WBAN의광범위한응용영역을잘나타내고있다. < 표 1> 은 medical 과 non-medical 응용을속도와전송데이터타입에따라저속-제어 / 중속-소리 / 고속-비디오로응용을구분하고있다. 저속-제어와중속-소리의응용은대체로상시적으로운용되는헬스모니터링과같은시스템을구성하는센서디바이스들이될것으로생각되며, 고속-비디오의응용은내시경과같은의료용동영상을위한디바이스가될것으로예상된다. 캡슐내시경등의의료용동영상수집장치는 WBAN 고속-비디오응용을이용한서비스의하나가될것으로기대되며, 보청기와같이일상생활에사용되는일반의료용장비도 WBAN 네트워크를구성하는하나의노드가될것이다. < 표 2> 는데이터전송속도와사용빈도및주기 / 비주기성응용사용에따라서클래스를 4가지로구분하고있으며, 제어부터동영상까지의범위를모두포함하고있는것을알수있다. 응용구분에따른요구사항과채널모델은서로관련되어디바이스의장착위치와의료용 / 비의료용구분에따라주파수대역을선택하는기준이될것으로생각된다 의료용대역과비의료용대역 [ 그림 6] 의 WBAN 채널모델중 CM1과 CM2는 implant 디바이스간의통신과 implant 디바이스와 outbody 디바이스간의통신이며, CM3와 CM4는인체외부에위치한디바이스간의통신이다. 데이터를송수신하는 peer-to-peer 노드의장착위치에따라채널모델이결정되고, 채널모델에따라대역이다르게제안된다. 특히 implant 디바이스는인체내부의통신이므로의료용으로할당된의료서비스주파수인 400MHz 대역의 MICS 대역을사용한다. 인체외부디바이스간의통신은 2.4GHz 대역의 ISM 대역을사용한다. [ 그림 7] 은 MICS 대역과 ISM 대역에서한개의채널을제어채널로사용하고, 나머지채널을데이터채널로사용하는방안이다 [22]. WBAN MAC 프로토콜은 MICS 대역과 ISM 대역을위한두개의 PHY를모두다룰수있는확장된 MAC 프로토콜이며, implant 디바이스는 MICS 대역을인체외부에위치한디바이스는 implant 디바이스와의통신을위해

일반적인 ISM 대역과의료용서비스대역인 MICS 대역을모두사용할수있는방법을제 안하고있다. [ 그림 7] WBAN 의의료용대역과비의료용대역사용예 4. WBAN 을위한 MAC 프로토콜동향 IEEE 802.15.

9 일반적인 ISM 대역과의료용서비스대역인 MICS 대역을모두사용할수있는방법을제 안하고있다. [ 그림 7] WBAN 의의료용대역과비의료용대역사용예 4. WBAN 을위한 MAC 프로토콜동향 IEEE TG BAN에서는 WBAN의 MAC 프로토콜표준화항목인엑세스제어기술, 무선링크제어및 QoS 기술, 초저전력프로토콜스택기술표준개발을위해다양하게 WBAN을위한 MAC 프로톨콜이제안되고있으며, 꾸준한논의가이루어지고있다 [19]. PHY 상위계층으로서채널모델, 응용에따른요구사항, 서비스와디바이스장착위치에따른주파수대역선택등을기반으로 WBAN MAC 프로토콜은기존무선센서네트워크의링크관리기법, 멀티홉전송, 에러정정기법에서인체통신의특성을고려하여전송신뢰성을보장해야한다. 따라서인체매체를통해통신을하는 WBAN은사람의행동이나자세등다양한조건에따라발생하는 shadowing, path loss 현상등을고려하여노드간의링크가관리되어야한다 [16]. 또한, 멀티홉전송은 implant 디바이스를통한멀티홉전송보다인체외부에위치한 wearable 디바이스를통하여멀티홉이전송되도록고려하여 MAC 프로토콜이설계되어야한다. [ 그림 7] 과같이 WBAN은의료용서비스주파수대역과비의료용서비스주파수대역을구분하고있으며, MAC 프로토콜은 2종류의 PHY계층을관리할수있는확장형 MAC 프로토콜이어야한다. 따라서 2개의주파수대역과멀티채널을고려한 MAC 프로토콜이설계되어야하며, 컨트롤채널을통하여데이터를전송할채널을선택하고연속된채널을함께사용하여고속의전송이가능하도록하는방안이제안되고있다 [22]. QoS보장을위한방안으로기존의 IEEE 프로토콜과같은하이브리드방식을통해자원을예약하는기법과 IEEE e EDCF를의료용으로변형시켜우선순위를기반으로 QoS보장를보장하는방안이제안되고있다 [20]. 대체로기존의무선센서네트워크 MAC 프로토콜에 WBAN MAC 프로토콜의요구사항을반영하여제안하고있다. WiseMAC-HA[21] 는대표적인경쟁기반의비동기식프로토콜인 WiseMAC[8] 을 WBAN에서요구하는주파수대역과멀티채널을이용하여 WBAN을위한 MAC 프로토콜을제안한다.

10 [ 그림 8] 무선센서네트워크 WiseMAC( 좌측 ) 과 WBAN 을위한 WiseMAC-HA( 우측 ) 5. 결론 WLAN과 WPAN이상업적으로성장했던현대의무선네트워크기술에이어가까운미래사회에는 WBAN이하나의주요한상업적모델이될것으로예상된다. 특히개개인이최소무선네트워크단위로 WBAN을상시적으로구성하고삶을영위해나갈것이라기대하고있다. 건강관리에대한관심과웰빙문화는앞으로도꾸준하게지속될것이라예상되며, IT 기술의지속적인발전은 WBAN 기술을더욱유용하게만들고, 생활에필요성을증대시켜많은수요가창출될것이다. 병원과같은의료기관은 WBAN을통해지속적으로축적된건강데이터를기반으로더욱정확한검진및치료가가능하게될것이며, 건강한 WBAN 소유자는건강관리및질병발생시에빠르게대처가가능할것이다. 현재국내외의 WBAN을위한연구는 WBAN이라는무선네트워크의완성을목표로진행중에있으며, 외부와의통신은 PDA와같은중앙디바이스가담당하도록제안되고있다. 하지만, 미래사회의 WBAN은단일무선네트워크가아니며, 수많은 WBAN이수없이중첩및분할 (composition / decomposition) 될것이다. 또한 WBAN은그자체로하나의이동성을지닌네트워크가될것이며, 비의료용엔터테인먼트서비스분야에서도 WBAN은주요한아이템이될것으로기대된다. 본고에서는 WBAN MAC 프로토콜설계를위한기초작업으로무선센서네트워크의 MAC 프로토콜을정리하고, IEEE BAN TG에기고된 WBAN MAC 프로토콜을살펴보았다. 차후연구될 WBAN을이용한의료서비스플랫폼개발을위한통신프로토콜설계및구현에서 WBAN MAC 프로토콜설계시본고의정리가유용하게사용될것으로기대한다. 참고문헌 [1] 이성협, 윤양문, 김도현, IEEE 중심의 WBAN 국내외표준화동향. 한국통신학회지 25권 2호, 2008년 2월 [2] IEEE WPAN WG homepage, [3] W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, "An energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks", in Proceedings of INFOCOM 2002, Jun. 2002, pp.

11 [4] T. van Dam and K. Langendoen. An adaptive energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks., In Proceedings of the First ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys), Los Angeles, CA, November [5] P. Lin, C. Qiao, and X. Wang, Medium access control with a dynamic duty cycle for sensor networks, IEEE Wireless Communications and Networking Conference, Volume: 3, Pages: , March [6] Wei Ye, John Heidemann, and Deborah Estrin. Medium Access Control with Coordinated Adaptive Sleeping for Wireless Sensor Networks., IEEE/ACM Transactions on Networking, 12(3): , [7] Gang Lu, Bhaskar Krishnamachari, and Cauligi S. Raghavendra. An Adaptive Energy-Efficient and Low-Latency MAC for Data Gathering in Wireless Sensor Networks., In Proceedings of the 18th International Parallel and Distributed Processing Symposium, Apr [8] A. El-Hoiydi, J.-D. Decotignie, C. Enz, and E. Le Roux. Poster Abstract: WiseMAC, An Ultra Low Power MAC Protocol for the WiseNET Wireless Sensor Network., In Proc. 1st ACM SenSys Conf., pages , November 2003 [9] J. Polastre, J. Hill, and D. Culler. Versatile low power media access for wireless sensor networks., In The Second ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys), pages , November [10] M. Buettner, G. V. Yee, E. Anderson, and R. Han, X-MAC: A Short Preamble MAC Protocol for Duty-Cycled Wireless Sensor Networks., in Proc. SenSys 06, Nov [11] W. R. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, Energy-efficient communication protocols for wireless microsensor networks, in Proc. Hawaii Int. Conf. Systems Sciences, Jan. 2000, pp [12] K. Sohrabi, J. Gao, Ailawadhi, and G.J. Pottie, Protocols for Self-organization of a Wireless Sensor Network., IEEE Personal Communications, Vol.7, Oct. 2000, pp [13] V. Rajendran, K. Obraczka, J.J. Garcia-Luna-Aceves, Energy-Efficient, Collision-Free Medium Access Control for Wireless Sensor Networks, Proc. ACM SenSys 03, Pages: , Los Angeles, California, 5-7 November [14] IEEE Standard-2003, Part 15.4: Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs), 2003 [15] Injong Rhee, Ajit Warrier, Mahesh Aia and Jeongki Min, Z-MAC : a Hybrid MAC for Wireless Sensor Networks, In Sensys 2005 [16] Channel Model for Body Area Network (BAN), IEEE

[17] Application Class Structure, IEEE 802.

15-15-08-0435-00-0006 [19] TG6 Jacksonville Plenary Meeting Minutes, IEEE 802.

12 [17] Application Class Structure, IEEE [18] Low power consumption considerations for BAN, IEEE [19] TG6 Jacksonville Plenary Meeting Minutes, IEEE [20] Priority QoS Facility in the MAC layer for WBAN, IEEE [21] IEEE WiseMAC HA : A Flexible, Scalable, Robust and Ultra Low Power, IEEE [22] Distributed and beacon-enabled multiple access control for WBAN, IEEE ~ ~

13 ~ ~ ~

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¼º´Ü±Ù Ãâ·Â-1 Review and Analysis of Energy-Efficient MAC Protocols in Wireless Sensor Networks A wireless sensor network consists of sensor nodes which are expected to be battery-powered and hard to replace or recharge.