Phân tích thông lượng của mạng WBAN phân cụm khi có lỗi bít

Bài viết đề xuất phương pháp phân tích phương pháp phân cụm và điều khiển truy cập trong trường hợp có lỗi bít cho mạng WBAN. Các công thức tính lỗi bít được đưa vào để phân tích thông lượng của hệ thống và thông lượng của các phương pháp điều khiển được so sánh khi các tham số hệ thống thay đổi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích thông lượng của mạng WBAN phân cụm khi có lỗi bítNghiên cứu khoa học công nghệ PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG CỦA MẠNG WBAN PHÂN CỤM KHI CÓ LỖI BÍT Nguyễn Như Thắng1, Nguyễn Huy Hoàng2*, Phạm Thanh Hiệp2 Tóm tắt: Khái niệm về phân cụm cho mạng vô tuyến quanh cơ thể (WBAN) đã được chỉ ra trong một số nghiên cứu, theo đó phương pháp điều khiển truy cập cũng đã được đề xuất để tăng thông lượng của hệ thống. Tuy nhiên, kênh truyền giữa các cảm biến thành viên với cụm trưởng hay giữa cụm trưởng với bộ điều phối được giả định là không có lỗi, và việc giải mã các gói tin ở phía thu được xem như luôn thành công. Việc giả định này chưa sát với thực tế vì các cảm biến trong mạng WBAN luôn truyền tín hiệu với công suất thấp để kéo dài tuổi thọ của cảm biến và tránh ảnh hưởng tới cơ thể. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất phương pháp phân tích phương pháp phân cụm và điều khiển truy cập trong trường hợp có lỗi bít cho mạng WBAN. Các công thức tính lỗi bít được đưa vào để phân tích thông lượng của hệ thống và thông lượng của các phương pháp điều khiển được so sánh khi các tham số hệ thống thay đổi. Kết quả tính toán đã chỉ ra rằng phương pháp tái sử dụng siêu khung theo không gian cho thông lượng lớn hơn các phương pháp khác tại mọi giá trị của tỷ lệ tín trên tạp (SNR) hay các tham số hệ thống khác.Từ khóa: Mạng WBAN phân cụm, Tái sử dụng siêu khung theo không gian, Tỷ lệ lỗi bít, Thông lượng. 1. MỞ ĐẦU WBAN đầu tiên được đề xuất để ứng dụng trong lĩnh vực y tế nhằm giám sátbệnh nhân bị bệnh tim mạch, giám sát chăm sóc người cao tuổi, phát hiện ung thư,hệ thống y học từ xa [1]-[2]. Các bệnh viện sẽ quản lý và giám sát được toàn bộcác thông tin của bệnh nhân như: nhịp tim, huyết áp, các tham số của máu... mộtcách liên tục và tức thời, điều này sẽ thực sự có ý nghĩa trong việc điều trị bệnhnhân. Những người gặp các vấn đề về sức khỏe như các bệnh về huyết áp, bệnhtiểu đường, bệnh tim mạch... sẽ cảm thấy yên tâm hơn khi họ biết rằng họ đangđược liên tục giám sát y tế, bất kể là họ đang ở đâu và làm gì. Ở cấp độ cao hơn,WBAN không những chỉ dừng lại ở việc giám sát mà còn trực tiếp tham gia vàoviệc điều trị. Một ví dụ điển hình là các nhà khoa học đã thực hiện cấy cảm biếnvào võng mạc của bệnh nhân khiếm thị để trao cơ hội cho họ có được cảm nhận vềmột thế giới thực hoặc là phát hiện ung thư bằng các cảm biến có khả năng pháthiện oxit nitric tạo ra bởi tế bào ung thư mà không cần phải sinh khiết. Trongtương lai WBAN, hứa hẹn mang lại một nền tảng hạ tầng mới cho lĩnh vực y tế. Vìthế, nhiều nghiên cứu cho WBAN đã được tiến hành và công bố trong thời giangần đây. Nhiều nhà nghiên cứu đã phân tích, đánh giá hiệu năng mạng dựa trên giao thứcCSMA/CA với các chuẩn truyền thông vô tuyến khác nhau như: IEEE 802.11e [3];IEEE 802.11 [4]-[5]; IEEE 802.15.3 [6]; IEEE 802.15.4 [7] trong các nghiên cứu củahọ. Tuy nhiên, do cơ chế của CSMA/CA trong IEEE 802.15.6 khác với cơ chế củacác công nghệ vô tuyến khác, những mô hình phân tích này không đúng cho chuẩnIEEE 802.15.6 [8]. Trong [9], các tác giả phân tích những ảnh hưởng của độ dàikhoảng truy cập đến hiệu năng mạng. Họ kết luận rằng độ dài khoảng truy cập nhỏhay lớn ảnh hưởng đáng kể đến việc sử dụng tài nguyên mạng và giao thứcCSMA/CA trong IEEE 802.15.6 không hiệu quả khi lưu lượng tải cao. Trong [10],Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 48, 04 - 2017 51 Kỹ thuật điều khiển & Điện tửcác tác giả đã đề xuất mô hình giải tích để đánh giá hiệu năng mạng dưới điều kiệnkênh không bão hòa, kết quả chỉ ra rằng việc chọn độ dài các khoảng truy cập ngẫunhiên phù hợp sẽ cải thiện được thông lượng của mạng. Trong [11], các tác giảnghiên cứu hiệu năng của chuẩn IEEE 802.15.6 với giao thức CSMA/CA ở điềukiện bão hòa. Các kết quả chỉ ra rằng thiết bị được truy cập một cách dễ dàng bởi cáccảm biến có ưu tiên cao, trong khi các cảm biến khác thì không được phép truy cập. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ tập trung vào mô hình đơn chặng choWBAN mà chưa nghiên cứu tới mô hình mở rộng cho mạng WBAN. Mặt khác,các nghiên cứu này giả sử mô hình hệ thống là lý tưởng, không có tạp âm, vì thếkhông có lỗi bít do ảnh hưởng của tạp âm. Điều này chưa sát với thực tế. Nhómnghiên cứu của chúng tôi đã đề xuất mô hình phân cụm cho WBAN [12], và cónhững nghiên cứu cụ thể cho mô hình phân cụm dựa trên chuẩn IEEE 802.15.6[13]-[15]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiếp tục tập trung nghiên cứu hệ thốngphân cụm không điều khiển, phân cụm tái sử dụng siêu khung theo không gian vàphân cụm điều khiển hoàn toàn trong trường hợp không lý tưởng, xuất hiện lỗi bítở thiết bị thu do ảnh hưởng của tạp âm. Ở đây, tham số tỷ lệ tín trên tạp được đưavào để đánh giá ảnh hưởng của tạp âm lên thôn ...