文摘

一致的性能、能效和可靠的数据传输是至关重要的因素的实时监控病人的数据,特别是在医院环境。本文提出了一种路由协议通过考虑身体的QoS要求区域网络(禁止)的数据包。对延迟敏感的机制处理数据包是由该协议提供的。此外,基于线性规划建模和图形分析也做了。广泛使用OMNeT + +基于模拟器模拟卡斯塔利亚泉3.2说明,该算法提供了更好的性能比其他QoS-aware路由协议的成功传播率高(吞吐量),降低整体网络流量,没有包下降由于MAC缓冲区溢出,和更少的数据包数量超时的移动病人和静态场景。协议的可伸缩性是通过模拟24-bed真正的医院环境与49个节点。表明,即使是在大医院真实场景与严格的要求对延迟敏感数据的传输数据包延迟需求,QPRD优于同类协议。

1。介绍

病人的实时健康监测数据的帮助下是可能的一个新兴领域,身体区域网络(禁止)。身体区域网是一个小的无线网络由传感器将人体的内部或外部。人体植入物或可穿戴传感器传输数据中心设备称为体区域网络协调员(银)。然后在计算上更强大的银装置身体传感器。银负责将传感器的数据传输到下一个节点可靠地或目的地。

禁止数据传输的一些重要问题,以确保高可靠性、低延迟、兼容性与可移动的传感器,和低能源消耗。禁令的具体需要沟通是没有履行现有的个人区域网络(PAN)标准(1]。IEEE任务组6被分配一个工作在2007年11月建议禁止通信标准的考虑802.15.6短距离传输可靠性和延迟需求的QoS和更少的能源消耗(2]。病人的实时监控需要的传播对延迟敏感数据,如视频成像,运动传感,肌电图(EMG)使用禁令。一些项目,比如智能3],CareNet [4],AID-N [5],警报网(6提供不同的方法来监测患者的数据。在这些方法中,禁止数据体传感器的传输到中央数据库被认为是然后禁止下载数据和监控中心数据库。然而,这些技术不监控或显示实时数据在医院环境的禁令。使用一个集中的系统的优点,更好的控制和维护病人的数据隐私。然而,交通拥堵,服务器故障,或链接失败会导致相当大的延迟监控会严重影响治疗的患者数据。另一方面,分布式数据方法有助于减少交通负荷,可以更好地适应病人流动。ZK-BAN对等框架提出了(7]表明semicentralized系统可靠地监测数据的禁令。混合ZK-BAN使用集中式和分布式技术。

EPR的路由协议,提出并讨论了在7),解决了普通数据包处理的问题。QoS-aware透过reliability-sensitive数据的路由协议(QPRR) [8,9)提供了一种机制处理reliability-sensitive包除了普通的数据包。实时显示的要求,对延迟敏感包不同于普通和reliability-sensitive包。因此,一个新的QoS-aware路由协议是需要处理对延迟敏感包。一种新的路由协议地址的问题处理对延迟敏感数据和实时显示对延迟敏感数据在本文提出的禁令。提出了对延迟敏感QoS-aware对等路由协议数据包(QPRD)是专为ZK-BAN凝视框架中讨论(7]。QPRD的可靠传输提供了一个创新的方法(OPs)和普通包对延迟敏感包(dsp)。QPRD的初步结果和建筑在IEEE会议论文集(10]。

本文的组织结构如下:部分2提供了相关工作;部分3论述了问题制定和建模;部分4提供了建议QoS-aware凝视对延迟敏感数据的路由协议(QPRD);部分5描述了绩效评估;部分6论述了QPRD的可伸缩性测试和部分7给出了结论。

2。相关工作

禁止在医院数据环境的智能监控系统能解决的挑战有关病人的医疗信息的管理(11]。可伸缩的医疗警报和反应技术(智能)(3)旨在监测医院急诊的病人的数据区域。传感器的数据转移到PDA掌上电脑,然后将其发送到下一层,使用无线标准802.11 b。CareNet [4]提供了一个集成的基于无线传感器解决方案监控病人的数据从远程医院。两层的无线通信中使用的项目(3,4]。使用GPS系统在5)监测病人的数据只有在室外禁止通信。辅助生活和住宅的无线传感器网络监测系统中提供了一个基于查询的协议警报网(6]。一个三层的沟通方法是用于(12)禁令数据存储在服务器上,然后让这些数据供医生分析病人的数据。项目(3- - - - - -6,12)使用一个集中的方法来监测患者的数据。然而,数据的实时显示通过考虑对延迟敏感的数据包的延迟需求不考虑。访问数据从一个集中的服务器可能会导致延误,甚至一个简单的链接失败可以完全断开医疗体系从中央服务器。

在[7),提出了一个节能意识凝视路由协议(EPR)认为的能级和地理信息选择最佳的下一跳邻居节点。EPR只考虑普通的包。结果表明:EPR已经全面降低能源消耗比协议(11,13- - - - - -16),并提供更好的结果而言,降低整体网络流量,减少了中间节点的转发的数据包数量,数据传输速率和更高的成功。然而,EPR并不提供一种机制来处理对延迟敏感包(dsp)。本文对延迟敏感的数据包被认为是由提出QoS-aware凝视路由协议对延迟敏感数据(QPRD)及其性能研究通过比较它现有DMQoS协议(13]。在[13),DMQoS数据包分类分为四种类型:普通包(OPs),关键的数据包(CPs), reliability-driven数据包(RPs),和delay-driven数据包(DPs)。DMQoS [13)为delay-driven包提供了更好的结果比之前几个调查方法(11,14- - - - - -16)的端到端路径延迟。然而,DMQoS雇佣了敌手方法来确定下一跳。DMQoS认为邻居设备最低的延迟,然后下一个跳决定最好的上游下跳至少延迟。这个的缺点敌手受雇于DMQoS delay-driven方法是,只有邻近节点延迟被源节点的信息。源节点将数据包转发到一个特定的邻居节点的节点延迟低于所需的延迟。邻居节点发送成功的确认收到数据包的源节点。现在,包收到邻居节点决定最好的上游节点的延迟要求,将数据包转发到上游节点如果上游节点的节点延迟小于所需的延迟。以防你的邻居节点没有发现任何上游节点与节点延迟小于所需的延迟,那么就将数据包丢弃。在这种情况下,数据包没有到达目的地,但是,源节点假设包已成功接收的目的地。此外,敌手方法用于DMQoS导致整体网络流量的增加,和所需的端到端延时可能无法保证。本文提出QPRD地址这些缺点通过选择和选择下一跳设备基于最低的端到端路径延迟从源节点到目标。

3所示。问题公式化和建模

禁令的动机由相互连接的节点通过无线链接让我们为一个有向图模型。本节关注两点:(i)最大化吞吐量和(2)减少端到端延迟。这两个问题都通过线性规划建模(17,18因为要求这些问题可以很容易地表示为线性关系。

3.1。吞吐量最大化

我们认为禁止是一个有向图,,;组节点和吗是定向图的集合(链接)。如果网络运营分为几轮,每一轮是持续时间从网络建立直到所有节点的死亡;然后基于线性规划的数学公式吞吐量最大化如下: 在哪里 这样 目标函数(1)旨在最大化吞吐量在每一轮这样,(2从源代码)的同事包交付到目的地与链接标志。方程(3)提供的状态的详细信息提出()如果数据包交付通过其他链接是保证()。约束(4)提供了分配带宽的上限作为。同样,约束(4 b)处理有限能源约束;也就是说,每个节点配备了一种能源这样上有界的。节点停止传输时其电池耗尽,因此,能源有效利用是非常重要的(路由和MAC层协议)起到了关键的作用。约束(4摄氏度)考虑当且仅当;总路径(年代)满足给定的服务质量在DL_路径端到端延迟和吗超时期间。这意味着,首先,QoS需要满足。之后,如果有一个以上的QoS路径,然后检查作为第二优先级的端到端延迟。传播范围约束(4 d)表明,包交付成功,如果一个源节点传输数据在一个范围内的目的地节点源和目的地之间的距离。对数据产生率,(4 e)约束需要流保护,传入的数据流加上时间期间生成的数据不应超过即将离任的数据流。违反了(4摄氏度),(4 d)和(4 e)导致数据包被丢弃在最终结果降低吞吐量。

3.2。延迟最小化

延迟最小化问题,动态路由路径选择为每个请求,以防止路由延迟为未来的要求,是解决。线性规划问题是制定如下: 在哪里 这样 目标函数(5)旨在减少端到端路径延迟,(6)描述了两种可能的情况:通过中间节点通信,没有中间节点,(7)定义了节点延迟计算在网络层的数据包由于传输延迟排队DL_队列、通道捕捉DL_通道、加工DL_proc。约束(8)显然说的链接数据路由必须建立在那里国旗是链接。约束(8 b)提供了数据率的上界作为这样成反比根据(15在后面的小节中解释4.4。约束(8 c)说,传输数据包的数量在秒(sec)不应超过数据包处理能力因为,在载荷可以忽略不计,有常数小的延迟。然而,在每个节点上排队延迟添加当网络负载增加时超过没有绑定延误增加。同样,约束(8 d)处理队列稳定性意味着数据包到达率应该永远小于包离职率。违反了(8 d)导致nonavailability导致队列的缓冲区空间不稳定进而导致交通堵塞,从而导致增加延迟。约束(8 e)状态的节点总数在给定的网络是有限的,这样有一个逆与DL_通道。换句话说,增加节点的数量意味着有更多的机会的一个noncapturing节点可能有一个较低的补偿时间的捕获节点相比,从而增加了空闲时间由于noncapturing节点的后退。约束(8 f与DL)交易_proc。很明显,总有些错误不应超过某个阈值;否则增加错误比特会增加DL_proc和网络的性能会降低节点的处理延迟。

3.3。图形化分析

考虑简化路径在哪里可以直接发送数据以及通过(参考图3节4.4)。此外,也可以发送数据本身。通常认为延迟值,路径延迟是最大的时候参与转发的数据吗针对目标(例如,女士),和路径延迟是最低的时候直接与(例如,女士)。让,,。目标函数(5)可以新配方 在哪里 这样 目标函数(9)旨在减少端到端延迟对于所选择的路径,而(10)说明了目标函数的性质,也就是说,二维线性规划问题。约束(11个)和(11 b)提供所选路径的上下边界,分别,而约束(11 c)处理类似的界限以及。在计算为简单起见,我们把不平等(11个),(11 b)和(11 c分别与平等。在给定的约束条件,图1显示了一系列可行的解决方案,获得由线的交点,,,,,是由彩色显示区域,每个点的可行域满足每个约束。我们可以找到的最小值通过测试的每个顶点(参考,,,在图1)如下:在:女士,在:女士,在:女士,在:ms。

的最小值是女士在和。然而,这个值表示自我传播或交流。下一个最小值女士之间的直接沟通的情况下和。同样的,当女士直接与。另一方面,端到端路径延迟是最大的时候与通过一个中间;ms。

4所示。QoS-Aware凝视路由协议对延迟敏感数据(QPRD)

基于数学分析的部分3,提出QoS-aware路由协议用于室内医院ZK-BAN凝视框架(7在这一节中讨论)。拟议中的QPRD提供了一种机制计算节点的所有可能路径的延迟和路径延迟从源节点到目的地,确定最佳路径选择最佳的下一跳基于数据包的延迟需求。每个目的地的路由表包含下一跳信息最少的设备连接到路径的端到端延迟。对于任何DSP,如果路径延迟()是小于或等于延迟要求,源节点发送的DSP通过路径。

QPRD提出的体系结构,基于端到端路径延迟问题的数学公式,如图2。它包括七个模块:MAC接收机,延迟模块(DM),包分类器(PC),你好协议模块(HPM),路由服务模块(RSM) QoS-aware队列模块(QQM)和MAC发射机。下面讨论的模块。

4.1。MAC接收机

MAC接收机接收到的数据或从其他节点你好数据包(禁止、MDC或安全委员会)。它检查数据包的MAC地址。只转发广播包或包的目的地址相同的节点的MAC地址到网络层。

4.2。延迟模块(DM)

延迟模块监视器捕获通道(所需的时间),MAC层排队延迟()和传输时间()的一个包。延迟模块将这些信息发送到网络层。网络层使用这些信息来计算节点的延迟()。

4.3。数据包分类器(PC)

数据包分类器(PC)接收到的所有数据包MAC接收器。数据包和你好数据包分化的电脑。个人电脑将数据和你好数据包转发到路由服务模块和你好协议模块,分别。

4.4。你好协议模块(HPM)

你的邻居表构造函数和邻居表是你好协议的两个子模块。收到的信息延迟模块使用的MAC层和喂包是你的邻居表构造函数构造邻居表。最初,你好数据包广播由每个1型(NSC)和2型(MDC)设备。的节点接收你好包。节点的邻居表的构造函数计算自己的基于你好数据包中的信息。你好更新包和转发节点其他节点。你好数据包的节点如下所示。

你好,包结构。考虑 摘要常用的符号及其描述符号部分中进行了总结。

邻居表包含字段的敌手延迟()和端到端路径延迟()。邻居表构造函数更新邻居表定期在收到每个新你好包。节点的邻居表结构如下所示。

你的邻居表结构。考虑 节点延迟()可以发现通过添加包延迟由于传输、排队、加工、和渠道获取: 节点定期更新其你好数据包;4秒在QPRD用于仿真的目的。4秒的时间间隔使用,因为延迟模块发送MAC队列和通道的延迟捕获后每4秒。平均传输延迟()之前发送你好计算数据包通过 在哪里数据率和按禁令要求使用250 kbps的模拟。在每个数据包的总数位。传输的数据包数量在4秒。

延迟由于MAC和网络层的队列和捕获通道可以计算通过使用指数加权移动平均(EWMA)公式,给出 在队列都是网络和MAC层的队列。

初始值的是第一个数据包的延迟发送的节点。平均权重因子满足吗。的选择值是启发式和选择是基于模拟体验。推荐值。最适合的价值发现QPRD模拟是0.2。

节点之间的路径延迟和目标节点()是通过使用计算 的初始值是零,当。

寻找节点的路径延迟的一个例子()(NSC)如图3。两条路径的延迟计算(1)路径(路径2)是用于演示目的。典型的假定值选择用于说明目的。在这个例子中使用的单个节点的延迟是下面: 目的地的路径延迟()大约是零,因为接收数据包所需的时间从MAC到网络层可以忽略不计。所以,在这个例子中初始路径延迟如下所示: 计算每个节点的路径延迟从自己国家安全委员会。首先,计算路径的路径延迟1 ()被认为是。

争取民主变革运动的路径延迟₂()通过计算(17): 使用的值(18一个)和(19在上面的方程,我们得到 的路径延迟的禁令计算如下: 的节点决定了路径延迟使用值(18 d)和(22): 以同样的方式,路径延迟路径2 ()可以计算如下: 方程(23)和(24)表明,该路径的延迟路径1和路径2 90毫秒,80毫秒,分别。很有可能用更少的路径延迟较长(有更多的啤酒花)比其他路径。从上面的例子中,观察到路径2包括5个设备和路径1有四个设备。然而,路径延迟路径2低于路径延迟路径1。

4.5。路由服务模块(RSM)

路由服务模块负责构建路由表,分类数据数据包到对延迟敏感包(dsp)和普通包(OPs)。它还为每个类别选择最佳路径(s) (dsp或行动)的流量。QoS分类器,路由表的构造函数、路径选择和路由表路由服务的子模块。节点的路由表结构如下所示。

QPRD路由表结构。考虑 符号和符号部分中列出它们的描述。两个下一跳条目和给出对每一个目的地在路由表。路由表的构造函数包含节能意识和延迟算法。(讨论的节能意识算法7)是用来寻找下一跳运维。邻居节点的剩余能量和地理位置考虑选择。对于需求方来说,新的算法发现最好的路径,以确保最低要求路径延迟。路由表由使用邻居表条目。邻居表包含每个目的地的多条记录。例如,图3表明,有许多路径国家安全委员会。这些路径,,等等。每个目的地的路由表存储下一跳(构造函数),最低的延迟。

算法1显示节点确定下一跳的候选人通过搜索的记录相同的ID_Dst在邻居表中。路径延迟已经被使用的邻居表的构造函数计算并存储在每个下一跳邻居表的候选人,使用(17)。节点存储的邻居节点的id变量NH(第2行)。如果NH只有一个条目,这意味着只有一个可用的路径。节点存储这个条目(4号线)。

否则,节点的NH条目按升序排序延迟,然后商店第一项最低的路径延迟(第6 - 7行)。下一跳的候选人然后存储在它的路径延迟值(路由表中)。数据包从上层和数据包分类器都是收到的QoS分类器。QoS分类器将数据包分为DSP和OP数据。对于每一个数据包,路径选择器(PS)检查QoS要求,选择最合适的下一跳(s)通过使用算法2。

路径选择器比较延迟需求(DL_{要求的事情})和路径延迟()这是存储在路由表中。如果路径延迟()低于所需的延迟(DL_{要求的事情}),包被发送到(3 - 4行)。否则,就将数据包丢弃(第6行)。

对于普通的数据包,PS返回下一跳这是讨论了EPR(8 - 9行);否则就将数据包丢弃。

4.6。QoS-Aware排队模块(QQM)

路由服务模块将数据包传递给QoS-aware排队模块(QQM)后选择合适的下一跳(s)。QQM接收数据包,并将这些数据包在两个类中(DSP和凤凰社)。一个单独的队列用于每个类的包。QQM函数(讨论的一样13]。DSP队列的优先级高于OP队列。默认情况下,DSP与较高优先级队列发送数据包。从低优先级数据包OP队列将只有当DSP发送队列是空的。然而,对于公平对待OP数据,使用一个超时的所有队列。队列将数据包发送到指定的时期内MAC层的超时队列。QQM改变控制从较高优先级队列后低优先级队列的队列超时或更高的优先级队列是空的哪个。

4.7。MAC发射机

MAC发射机接收数据和你好数据包的网络层,并将其存储在队列中。队列先进先出(FIFO)的方式工作。它传输的数据包捕获通道后使用CSMA / CA算法。

5。绩效评估

模拟执行基于OMNeT + + 3.2模拟器神泉(19]。在本节中,提出QPRD算法相比DMQoS [13)和noRouting协议。在noRouting,对延迟敏感数据包转发下跳设备代替随机算法基于端到端路径延迟路径的下一跳。模拟中使用的网络参数如表所示1。

对三个场景模拟。场景1中使用的所有节点是静态的,而源节点在场景2移动。场景3使用的可伸缩性测试协议。模拟中使用的传输能量−25 dBm。QPRD的性能是衡量计算吞吐量,中间节点转发的数据包数量,整体网络流量包超时由于不履行所需的延迟情况,和包下降由于缓冲区溢出。QPRD提供的更好的结果是按照方程中使用的部分4。更高的吞吐量是由于使用目标函数在QPRD中描述(1),至少违反(4摄氏度),(4 d)和(4 e)。仿真结果表明,端到端路径延迟机制,作为讨论的部分3所示。2和4.4,用于QPRD有助于减少中间节点和数据包转发的数据包下降由于缓冲区溢出,导致更高的吞吐量和更低的整体网络流量。实现说明结果的97%置信区间,三分是模拟在每个实验的平均值可能引入的最大误差基于误差计算由神泉3.2模拟器(20.]。前两种情况的结果是下面讨论。

5.1。场景1:静态节点

图4显示了实验网络的部署场景1。这个场景中的所有节点是静态的。1型设备(银:,,,)被认为是作为源节点,和2型设备(NSC和MDCs)目的地节点。将数据包发送给争取民主变革运动₁,将数据包发送给争取民主变革运动₂,将数据包发送给争取民主变革运动₃,将数据包发送给安全委员会。的数据都要通过其他设备达到国家安全委员会。20 k对延迟敏感的源节点发送一个总包。吞吐量,中间节点转发的数据包,整体网络流量,超时的数据包数量,包下降由于MAC缓冲区溢出,和整体能源消耗计算每1000包后直到4000年4 k,然后每一个数据包发送的所有银。

从图5(一个),看到QPRD始终提供高吞吐量的94%或更多。相比之下,noRouting提供74%的平均传输速率,而DMQoS吞吐量从49%到57%不等。提供数据加载低1 k, DMQoS吞吐量的57%,继续减少特别是高20 k数据加载,当吞吐量的49%。DMQoS低吞吐量的解释可能是,它使用节能意识地理选择下一跳转发方案。因为最好的下一个跃点并不能保证它有最小的延迟连接到目的地,包可以发送超时时使用“最好”的下一跳。此外,节能意识地理转发方案用于DMQoS喜欢最近的下一个跃点跳数和忽略了候选人的下一跳节点有一个较低的延迟。因此,网络流量增加和数据包在到达目的地之前下降是由于超时。QPRD解决这些问题通过使用端到端路径延迟。

是最接近的节点到目标节点(即。,NSC或MDCs)如图4。在DMQoS [13),负责从其他节点转发数据包到NSC或MDCs。这导致更多的能源消耗和增加交通拥堵。EPR解决这些问题通过选择最合适的下一跳。QPRD提出方案,禁止协调员不发送数据到另一个禁令协调员,除非它是绝对必要的。图5 (b)显示了由中间节点转发的数据包数量。从图5 (b)这一数字数据包转发的中间节点在到达目的地之前QPRD平均0.5倍和3倍低于DMQoS noRouting,分别。

较低的中间节点转发数据包的数量有助于减少网络流量。图5 (c)显示总QPRD所产生的网络流量,DMQoS, noRouting提供交通负荷的函数。从这个图中,看到QPRD少产生大约平均26%和99%相比,网络流量DMQoS noRouting,分别。路径计算QPRD考虑所有节点的延迟和使用最好的路径延迟信息来选择下一跳发送数据从源到目的地。

形成鲜明对比的方法用于DMQoS决定直接下一个跃点下跳延迟,而不是仅仅基于总体路径延迟,每个上游跳DMQoS发送数据包的下一跳和合成路径DMQoS可能不是最优的。

从图5 (d)可以看出QPRD和noRouting没有包超时为所有人提供交通负荷(由源节点发送的数据包数量范围从0 k 20 k)。QPRD具有更好性能的降低整体网络流量和减少丢失的数据包数量由于超时,因为明显的端到端路径延迟信息帮助请求延迟内的数据包到达目的地的要求。此外,路径计算QPRD考虑网络中所有节点的延迟,只选择那些路径可以保证交付数据包到目的地之前超时。

图5 (e)显示没有包下降由于QPRD协议的MAC缓冲区溢出。这是由于没有违反约束模型的部分将对此进行说明4.1和4.2。源节点选择提供最大吞吐量和最小的路径的端到端路径延迟中描述(16,18]。只有少数在DMQoS数据包被丢弃,而7.5 K noRouting数据包被丢弃。

从图5 (f)端到端路径延迟机制用于QPRD并不影响整体的能源消耗与DMQoS相比。QPRD和DMQoS消耗相同的18焦耳275焦耳的能量在1 K 20 K源节点发送的数据包。另一方面,noRouting协议的能耗是2.6焦耳47.7焦耳在1 K 20 K源节点发送的数据包。noRouting是随机的数据包转发到三个邻居节点而不考虑延迟需求。延迟的额外计算QPRD消耗的能量要比noRouting平均6倍。然而,必须指出noRouting导致整体网络流量平均高出99%。这可能是由于中间节点的数据包转发3倍noRouting导致吞吐量QPRD相比低20%。

总之,QPRD优于DMQoS noRouting当源节点是静态的。

5.2。场景2:移动源节点

在第二个场景中,源节点移动1米每秒的速度垂直如图6。假设的速度快走病人1米每秒。

再一次,可以看出QPRD提供了更好的结果比DMQoS和noRouting移动源节点的场景。图7(一)显示,超过80%的吞吐量是QPRD数据包提供利率小于8 K。吞吐量降低略高提供数据包8 K和越来越减少71%总提供源发送的数据包20 K。与DMQoS相比,可以看出当提供数据包负载增加,DMQoS患有低得多成功的数据传输速度,降低了合成的低吞吐量从50%降至32%。由于节点的移动性,源节点远离其邻居节点的连接损失导致更多的数据包被丢失。QPRD比DMQoS更优雅地处理这种情况。在QPRD,移动节点恢复更快连接一旦节点回到邻居节点的范围。整体较低的吞吐量在这种情况下是由于包丢失时,移动节点的范围。方程(4 d节)3所示。1也支持这种行为。根据(4 d),包交付成功只有一个源节点传输数据到一个范围内的目的地节点。数据包被丢弃时,移动节点的范围。noRouting提供低吞吐量平均为64%。

图7 (b)显示,中间节点的转发的数据包数量QPRD平均低0.75倍和9倍相比,中间节点的转发的数据包数量DMQoS noRouting协议,分别。QPRD协议中使用的路由机制有助于将数据直接发送到目的地没有中间节点的数据包传输情况下,目的地是在范围内。可以看出在部分3所示。3使用中间节点的结果在更大的延迟和部分3所示。2其他noncapturing节点的补偿也会导致加剧这一问题。noRouting的性能为这个参数是最差的,因为它转发到26 K数据包从而增加整个网络流量。

它是观察从图7 (c)整个网络流量在QPRD约25%和50%小于DMQoS noRouting协议,分别对所有提供网络数据加载。这是由于用于QPRD端到端路径计算机制。所有节点的延迟被认为是和QPRD算法选择最佳的下一跳,端到端路径延迟信息的基础上,将数据从源到目的地。

从图7 (d),看到QPRD没有数据包,数据包传输超时的8 k或更少。选择最低的端到端路径延迟,因为在18),帮助QPRD通过路径发送数据,降低数据包的时间发生。高数据包(8 k以上),源节点移动的邻居的无线范围造成更多的数据包超时。另一方面,DMQoS比QPRD超时数据包。最初低利率低于4 k提供数据包,数据包是超时的40%左右,和更高的数据包(上图4 k) 40%的数据包超时(大约)增加到50%。这是因为数据包穿越不同的节点通过敌手延迟计算场景1中详细讨论。方程(9节)4.2表明,在每个节点上延迟四个不同的延迟(即的总和。、传输((DL), MAC和网络队列_队列),通道(DL_通道),处理(DL_proc)。在每个节点上的计算由DMQoS增加处理延迟导致整体节点的增加延迟。较高的节点延迟导致包超时。源节点移动性使包时间比场景1的图5 (d)。

图7 (e)显示没有包下降由于QPRD MAC缓冲区溢出和DMQoS协议,而9 k noRouting数据包被丢弃。DMQoS的性能类似于QPRD MAC的缓冲区溢出;然而,DMQoS平均吞吐量和平均低39%的整体网络流量高出25%。

从图7 (f),它是观察到的整体能源消耗QPRD和DMQoS 18.9焦耳275.7焦耳1 k 20 k源节点发送的数据包。noRouting消耗2.6焦耳47焦耳在1 k 20 k源节点发送的数据包。延迟的计算QPRD几乎类似于DMQoS但是QPRD提供整体网络流量平均减少25%,减少73%的中间节点转发的数据包,而且,更重要的是,一个成功的数据传输率高40%(吞吐量)DMQoS相比。

总之,QPRD比DMQoS整体性能和noRouting当源节点是可移动的。

6。可伸缩性测试:真正的医院环境24床(49个节点)

一个真正24-patient-bed医院被认为是可伸缩性测试的QPRD路由协议,如图8。覆盖面积大约16 m×21米,类似于Hematology-Oncology儿童医院命名为单位实现IWK健康中心哈利法克斯,加拿大。两张床之间的距离是3米,按照推荐的传播范围,禁止在医院环境中交流。总节点用于部署地区49(24禁令,24 mdc和1 NSC)。每个禁止把这些数据传送给它的同伴争取民主变革运动。发送或接收所有禁令和mdc你好协议/从其他节点和国家安全委员会。

MDCs和禁令都是可移动的。一般来说,禁令可以自由移动任何地方,争取民主变革运动的运动只是在房间内放置的地方。假设一个房间的MDC的MDC隔壁房间的连接。

仿真结果表明,QPRD执行比DMQoS和noRouting即使节点的数量增加到49。从图9(一个)看到QPRD提供的吞吐量是超过91%,而noRouting和DMQoS协议的吞吐量是平均74%和52%,分别。从图9 (b),它是观察到的整体网络流量QPRD 50%和25%小于noRouting DMQoS协议,分别。图9 (c)显示包下降由于QPRD MAC缓冲区溢出和DMQoS协议可以忽略不计,而9 k noRouting数据包被丢弃。图9 (d)显示没有包超时由于不履行QPRD和noRouting延迟需求。另一方面25 k数据包在DMQoS超时。从这些结果表明QPRD部署时同样有效面积大,和节点的数量已经增加到医院模拟一个真实的场景和24个病人床位。

7所示。结论

本文模型无线禁止是一个有向图,条件最大化吞吐量和端到端延迟最小化。结果表明,有效的能源利用是至关重要的适当的路由和MAC层协议的设计。同样,延迟是由制定禁止端到端路径最小化延迟作为一个具有多个约束的线性规划问题同时得到满足。

数学分析的基础上,一种新的模块化QoS-aware为医院禁止通信路由协议提出了。新协议的体系结构包括七个模块:MAC接收机,延迟模块(DM),包分类器(PC),你好协议模块(HPM),路由服务模块(RSM) QoS-aware排队模块(QQM)和MAC发射机。提出的路由协议提供了一种机制,对所有可能的路径的端到端路径延迟计算从源到目的地,然后决定最好的路径通过考虑路径延迟的要求对延迟敏感包。

OMNeT + +基于模拟器神泉3.2是用来测试的性能提出的协议(QPRD)和DMQoS和noRouting进行比较。模拟执行的可移动源和静止的场景。可伸缩性测试都是用大部署区域和通过使用更多的节点。结果表明,QPRD提供94%成功的数据传输速率对延迟敏感包在一个静止的病人情况。QPRD更好的结果提供了约35%的成功传输速度比DMQoS移动病人的场景。仿真结果表明,QPRD改善身体区域网络的可靠性40%平均每个场景通过减少数据包的数量与零超时,平均729包对于静态和移动病人场景,分别。此外,QPRD导致平均低25%病人整体为每个移动网络流量和静态场景比类似的协议。可伸缩性测试结果证明QPRD优于DMQoS和noRouting即使更高数量的节点用于禁令。QPRD提供平均吞吐量93%没有任何包超时和包被删除由于MAC缓冲区溢出。

该算法的符号

节点:	源节点
节点:	源节点的邻居节点
节点Dst:	目标节点(即。NSC MDC,禁令)
IDDst:	目的地ID
:	目标位置
:	邻居节点ID
:	邻居节点位置
:	邻居节点之间的距离和目的地
:	剩余能量的节点
:	设备类型的节点
:	节点之间的距离邻居节点
:	下一跳节点之间和目的地
:	节能意识下一跳
:	对延迟敏感包下一跳
:	从节点路径延迟到目的地
:	节点内的时间延迟
:	所需的路径延迟对延迟敏感的数据包。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。