This research proposes a methodology for the exploration of the design space (DSE) of a Human Intranet (HI), or a network architecture, consisting of a Wireless Body Area Network (WBAN). Leverage Mixed Integer Linear Programming (MILP) to generate possible network configurations based on energy estimates. In addition, an accurate simulation of discrete events is used to verify the feasibility of the proposed configurations based on reliability constraints.

1. Extended Summary of Optimized
Design of a Human Intranet Network
A. Moin, P. Nuzzo, A. L. Sangiovanni-Vincentelli and J. M. Rabaey, "Optimized design of a Human
Intranet network," 2017 54th ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference (DAC), 2017, pp. 1-
6, doi: 10.1145/3061639.3062296.
Università degli studi di Trieste
Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Laureando
Olesia Ronzon
Relatore
Chiar.mo Prof. Lorenzo Castelli

2. Scopo della ricerca
Proporre una metodologia per l’esplorazione del Design Space
Exploration di una Human Intranet
Tecniche utilizzate
 Programmazione lineare intera mista
 Simulazione di eventi discreti
Contributi della ricerca
 Formulazione del problema DSE
 Formulazione di un algoritmo per la risoluzione del problema
 Dimostrazione dell’efficacia dell’algoritmo tramite un esempio
Architettura di rete costituita da una Wireless Body
Area Network, ovvero un’interconnessione di sensori
e altri nodi di attuazioni e calcolo situati sopra, dentro
o intorno al corpo umano.
Introduzione

3. Importanza della ricerca
 Elemento chiave Internet of Things
 Vasta gamma di utilizzo in ambito:
 Medico
 Sportivo
 Della comunicazione
 Dell’intrattenimento
Cosa si vuole ottenere?
Un approccio generale aventi nodi multipli ed eterogenei
in modo da ridurre i tempi di progettazione e di
implementazione.
Introduzione

4. • Trasmettitore onde radio
Livello fisico
TDMA
CSMA
Livello data link
Stella
Mesh
Livello di rete
• Gestione risorse
Livello di applicazione
Human Intranet

5. Network Lifetime
Tempo impiegato dal primo nodo della
rete per esaurire l’energia
Packet Delivery Ratio
Probabilità che un pacchetto generato
raggiunga la sua destinazione finale
Human Intranet– metriche di prestazione

6. Problema di mappatura ottimale
Limite inferiore PDR
Vincoli topologici
Vincoli di configurazione
Funzione obiettivo
Obiettivo
Massimizzare la durate della rete sottostando ad un vincolo
di affidabilità, dato da un limite inferiore sul PDR e altri
vincoli topologici e di configurazione.
Osservazione
I vincoli topologici e di configurazione sono posti in termini
di vincoli lineari misti mentre la funzione obiettivo e il limite
sul PDR possono essere valutati solo tramite costose
simulazioni.

7. Algoritmo proposto– approccio utilizzato
Osservazione
Un passo chiave per utilizzare la funzione di costo nel risolutore
MILP è derivare una sua approssimazione lineare intera mista.
- Funzione di costo
- Limite PDR
- Vincoli di configurazione
- Vincoli topologici
Risolutore MILP
&
Simulatore di rete a
eventi discreti
Soluzione di design
ottimale

8. Algoritmo proposto

9. Esempio di design– scenario

10. Esempio di design– risultati ottimizzati
Osserviamo che lo spazio di
progettazione contiene, in totale,
12’288 potenziali configurazioni
derivanti da 10 potenziali posizioni
dei nodi, 3 livelli di potenza radio, 2
opzioni per il livello MAC e 2 schemi
di routing.

11. Conclusioni
 Valutazione quantitativa efficiente delle variabili di progettazione nell’interno spazio
problematico di una HI e per diverse tipologie
 Riduce sostanzialmente il tempo di esplorazione
 Aiuta a fornire una chiara identificazione delle configurazioni e delle topologie di rete ottimali
 Supporta un’ampia gamma di scenari applicativi

12. GRAZIE PER
L’ATTENZIONE