Priorização de alertas médicos em redes sem fio definidas por software: uma perspectiva experimental
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFJF |
Texto Completo: | https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2021/00434 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14049 |
Resumo: | Os avanços tecnológicos das Redes Corporais Sem Fio (WBANs) possibilitaram seu uso em diferentes cenários. Entre as áreas de aplicação possíveis, os sistemas de monitoramento de saúde são uma das mais notáveis, visto que essas redes possibilitam o monitoramento de pacientes em tempo real e o diagnóstico de muitas doenças fatais. Os dados sensíveis coletados servem de entrada para sistemas voltados à identificação antecipada de eventos críticos relacionados ao estado de saúde do paciente. Uma vez identificado um evento crítico, pacotes de alerta podem ser enviados com certa priorização para servidores médicos, viabilizando a rápida prestação de socorro e a redução dos riscos de morte ou sequelas graves para o paciente. Em um ambiente hospitalar, pacotes de alerta médico competem com diversos e variados fluxos de tráfego pelo uso dos recursos da rede local sem fio (WLAN), de modo que um dos maiores desafios nesse contexto encontra-se em reduzir latências e perdas para esses pacotes. Além disso, é desejável que a priorização de dados médicos cause o menor impacto possível no desempenho geral da rede, motivo pelo qual é importante que seja adotada uma abordagem sob demanda, que atue apenas quando são identificados fluxos de dados médicos, e apenas nos pontos de acesso (APs) participantes da comunicação. Nesse sentido, este trabalho propõe uma plataforma baseada em Redes Sem Fio Definidas por Software (SDWN) para priorização de acesso ao meio sem fio sob demanda para pacotes de alerta médico, com base na alteração programática de parâmetros da subcamada de acesso ao meio das redes sem fio IEEE 802.11. Esses parâmetros permitem definir, para cada uma das quatro categorias de tráfego WLAN, a quantidade de tempo que o canal sem fio deve ficar desocupado antes que uma transmissão de dados seja iniciada. Ao variar esses parâmetros entre as categorias, é possível dar a elas diferentes prioridades de acesso ao canal sem fio. A plataforma foi avaliada em um ambiente real de rede sem fio, com diferentes quantidades de clientes conectados. No cenário de maior densidade dentre os construídos para os testes, com 20 clientes sem fio, houve uma redução de 34,65% no atraso médio dos pacotes de alerta médico priorizados em relação aos não priorizados, além de uma redução de 58,62% na quantidade de pacotes perdidos. |
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Uma vez identificado um evento crítico, pacotes de alerta podem ser enviados com certa priorização para servidores médicos, viabilizando a rápida prestação de socorro e a redução dos riscos de morte ou sequelas graves para o paciente. Em um ambiente hospitalar, pacotes de alerta médico competem com diversos e variados fluxos de tráfego pelo uso dos recursos da rede local sem fio (WLAN), de modo que um dos maiores desafios nesse contexto encontra-se em reduzir latências e perdas para esses pacotes. Além disso, é desejável que a priorização de dados médicos cause o menor impacto possível no desempenho geral da rede, motivo pelo qual é importante que seja adotada uma abordagem sob demanda, que atue apenas quando são identificados fluxos de dados médicos, e apenas nos pontos de acesso (APs) participantes da comunicação. 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No cenário de maior densidade dentre os construídos para os testes, com 20 clientes sem fio, houve uma redução de 34,65% no atraso médio dos pacotes de alerta médico priorizados em relação aos não priorizados, além de uma redução de 58,62% na quantidade de pacotes perdidos.Technological advances in Wireless Body Area Networks (WBAN) have enabled their use in different scenarios. Among their many possible areas of application, health monitoring systems are one of the most notable ones, as these networks make it possible to monitor patients in real time and diagnose many fatal diseases. The collected sensitive data can be fed to systems capable of early detection of critical events related to the patient’s health status. Once a critical event is identified, medical alert packets can be sent with some level of prioritization to medical servers, enabling rapid relief provisioning and reducing the risk of death or serious sequelae for the patient. In a hospital environment, medical alert packets contend with multiple traffic flows, with varying characteristics, for the wireless local area network (WLAN) resources. Thus, one of the main challenges in this context is to ensure lower latencies and loss rates for medical data packets. Furthermore, it is desirable that the impact on the overall performance of the network be kept to a minimum, which is why it is important to adopt an on-demand approach, which acts only when medical data flows are identified, and only on the access points (APs) that participate in the communication. In this sense, this work proposes a platform based on Software Defined Wireless Networks (SDWN) for on-demand access prioritization to the wireless medium for medical alert packets, based on the programmatic configuration of medium access control sublayer parameters in IEEE 802.11 wireless networks. These parameters allow the definition, for each of the four WLAN traffic categories, of the amount of time that the wireless channel must be idle before a data transmission is initiated. By varying these parameters, it’s possible to give traffic categories different wireless channel access priorities. The platform was evaluated in a real wireless network environment, with different quantities of wireless stations connected to the AP. In the highest density scenario among the ones built for the tests, with 20 wireless clients, there was a 34.65% reduction in the average delay of prioritized medical alert packets compared to non-prioritized ones, in addition to a reduction of 58.62% in the amount of packets lost.porUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em Ciência da ComputaçãoUFJFBrasilICE – Instituto de Ciências ExatasAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAORedes corporais sem fioRedes sem fio definidas por softwareSistemas de monitoramento de saúdePriorização de acesso ao meioWireless body area networksSoftware defined wireless networksHealth monitoring systemsMedium access prioritizationPriorização de alertas médicos em redes sem fio definidas por software: uma perspectiva experimentalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFORIGINALgenilsonisraeldasilva.pdfgenilsonisraeldasilva.pdfPDF/Aapplication/pdf4951257https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14049/1/genilsonisraeldasilva.pdfbe6207b23ba95cf8758a324b05d73672MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14049/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14049/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53TEXTgenilsonisraeldasilva.pdf.txtgenilsonisraeldasilva.pdf.txtExtracted texttext/plain159478https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14049/4/genilsonisraeldasilva.pdf.txtea6eb1f059992e1c184d0b0401c7448eMD54THUMBNAILgenilsonisraeldasilva.pdf.jpggenilsonisraeldasilva.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1159https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14049/5/genilsonisraeldasilva.pdf.jpgf19eaac540b199c942084ff2e3752bf5MD55ufjf/140492022-11-01 13:29:57.98oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2022-11-01T15:29:57Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
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