Cross-layer designs for energy efficient wireless body area networks: a review

Abstract

RESUMEN: El diseño de capa cruzada se considera una poderosa alternativa para dar solución a las complejidades introducidas por las comunicaciones inalámbricas en redes de área corporal (WBAN), donde el modelo clásico de comunicaciones no ha exhibido un desempeño adecuado. Respecto al problema puntual de consumo de energía, hemos preparado la presente revisión de las publicaciones más relevantes que tratan la eficiencia energética para WBAN usando diseño de capa cruzada. En este artículo se proporciona una revisión exhaustiva de los avances en aproximaciones, protocolos y optimizaciones de capa cruzada cuyo objetivo es incrementar el tiempo de vida de las redes WBAN mediante el ahorro de energía. Luego, se discute los aspectos relevantes y deficiencias de las técnicas de capa cruzada energéticamente eficientes. Además, se introducen aspectos de investigación abiertos y retos en el diseño de capa cruzada para WBAN. En esta revisión proponemos una taxonomía de las aproximaciones de capa cruzada, de modo que las técnicas revisadas se ajustan en categorías de acuerdo a los protocolos involucrados en el diseño. Una clasificación novedosa se incluye para hacer claridad en los conceptos teóricos involucrados en cada esquema de capa cruzada y para luego agrupar aproximaciones similares evidenciando las diferencias con otras técnicas entre sí. Nuestras conclusiones consideran los aspectos de movilidad y modelamiento del canal en escenarios de WBAN como las direcciones para futura investigación en WBAN y en aplicaciones de telemedicina.

ABSTRACT: Cross-layer design is considered a powerful alternative to solve the complexities of wireless communication in wireless body area networks (WBAN), where the classical communication model has been shown to be inaccurate. Regarding the energy consumption problem, we have prepared a current survey of the most relevant scientific publications on energy-efficient cross-layer design for WBAN. In this paper, we provide a comprehensive review of the advances in cross-layer approaches, protocols and optimizations aimed at increasing the network lifetime by saving energy in WBANs. Subsequently, we discuss the relevant aspects and shortcomings of these energy-efficient cross-layer techniques and point out the open research issues and challenges in WBAN cross-layer design. In this survey, we propose a taxonomy for cross-layer approaches to fit them into categories based on the protocols involved in the cross-layer scheme. A novel classification is included to clarify the theoretical concepts behind each cross-layer scheme; and to group similar approaches by establishing their differences from the other strategies reviewed. Our conclusion considers the aspects of mobility and channel modeling in WBAN scenarios as the directions of future cross-layer research for WBAN and telemedicine applications.