인체영역 네트워크에서 QoS 보장을 위한 인체통신 MAC 프로토콜 설계

Abstract

인체통신은 공기를 매질로 사용하는 무선통신과는 달리 높은 비율의 물과 일부 전해질로 이루어져 있어 도체로써 작용할 수 있는 사람의 신체를 매질로 사용하여 통신하는 기술이며, 신체 부착형 기기 간에 전자기파 혹은 초음파를 서로 전달하여 통신하는 기법이다. 인체통신은 매질의 특성 때문에 무선통신에 비해 path loss가 작고 네트워크를 구성하는 기기 간 거리가 짧아 저전력 통신에 용이하며, 신체 외부의 무선 통신에 큰 영향을 받지 않는 특성때문에 보안성을 요구하는 응용에도 사용될 수 있는 새로운 기술이다. 예를 들어, 최근 진보하고 있는 웨어러블 기술에 인체통신을 이용한다면, 저전력 통신을 지원하여 현재 웨어러블 기기들의 짧은 사용시간을 증대 시킬 수 있다.

하지만, 현재 인체통신의 기술 응용 잠재력에 비해, 인체통신 프로토콜의 수준은 현저히 낮은 성능을 가지며, 이에 대한 연구도 미비한 실정이다. IEEE 802.15.6 무선 BAN (Body Area Network) 표준에서 인체통신 용 물리 계층의 정의와 MAC (Media Access Control) 프로토콜이 기술되어 있으나, Slotted Aloha 기반으로 기술되어 있고, 이는 이론적 성능 또한 매우 낮은 실정이다.

이에 본 논문은 인체통신 프로토콜의 성능 향상을 위해 인체 매질의 특성을 채널 감쇠, 매질 내 전자기파 전달 시간 측면에서 분석하고, 이를 기반으로 인체 채널 특성에 맞는 중앙집중형 시분할 인체 통신 MAC 프로토콜을 설계하였다. 해당 프로토콜의 성능 분석은 이벤트 기반 인체 통신 시뮬레이터를 제작해 Goodput, 듀티 사이클, 지연시간의 세가지 기준에 따라 IEEE 802.15.6 표준 MAC 프로토콜과의 성능을 비교하였다. 성능분석 결과로, 본 논문에서 제안하는 MAC 프로토콜이 표준에 비해 고성능의 Goodput을 지원하며 듀티사이클 및 지연 시간 측면의 trade-off는 미약한 것으로 나타났다.