Systematic Network Coding for Computational Efficiency and Energy Efficiency in Wireless Body Area Networks

Recently, wireless body area network (WBAN) has received much attention as an application for the ubiquitous healthcare system. In WBAN, each sensor nodes and a personal base station such as PDA have an energy constraint and computation overhead should be minimized due to node's limited computing power and memory constraint. The reliable data transmission also must be guaranteed because it handles vital signals. In this paper, we propose a systematic network coding scheme for WBAN to reduce the network coding overhead as well as total energy consumption for completion the transmission. We model the proposed scheme using Markov chain. To minimize the total energy consumption for completing the data transmission, we made the problem as a minimization problem and find an optimal solution. Our simulation result shows that large amount of energy reduction is achieved by proposed systematic network coding. Also, the proposed scheme reduces the computational overhead of network coding imposed on each node by simplify the decoding process.

무선 인체 네트워크에서의 계산 효율과 에너지 효율 향상을 위한 시스테매틱 네트워크 코딩

최근 무선 인체 네트워크 (WBAN)는 유비쿼터스 헬스케어 시스템에의 활용으로 주목 받고 있다. WBAN에서는 인체에 부착 되거나 이식되는 센서 노드와 PDA와 같은 휴대용 개인 베이스 스테이션 (BS)의 에너지 제약이 있고, 이 장치들의 제한된 계산 능력과 메모리 때문에 노드들이 수행하는 계산의 복잡도를 최대한 줄여야만 한다. 또한 생체 신호를 다루기 때문에 신뢰성 있는 데이터 전송이 필수적이다. 본 논문에서는 네트워크 코딩 오버헤드를 줄이고 에너지 효율을 높이기 위해 WBAN을 위한 시스테매틱 (systematic) 네트워크 코딩 기법을 제안한다. 제안하는 시스템을 마코프 체인 (Markov chain)을 이용해 모델링 하고 모든 노드가 BS로의 데이터 패킷 전송을 완료하는데 까지 소모되는 에너지를 최소화 하는 것을 최적화 문제로 정의 하였다. 다양한 환경에서 시뮬레이션을 수행 한 결과 기존의 전송 방법과 비교 했을 때 에너지 효율을 얻는 것을 보였다. 또한 기존의 WBAN에서의 네트워크 코딩의 디코딩 과정 보다 계산 복잡도가 낮아 네트워크 코딩으로 인한 계산 오버헤드를 줄였다.