Abstract
Wireless body area network is a collection of wearable wireless sensors placed around or in a human body that are used to monitor important information from a human body. A receiver (i.e. control unit) is required to connect these sensors to remote locations (i.e. hospital database and call centres). In this work an ultra-wideband (UWB) body sensor node has been designed and tested to analyze the realistic performance of a UWB-based wireless body area network. The results indicate that the locations of sensors and the control unit on a human body play an important role on the performance of the wireless body area network system. The work herein also investigates optimal receiver positions for different sensor configurations. The results are evaluated in both static and dynamic channel conditions based on data transmission from the UWB sensor node developed for wireless body area network applications. Four common sensor positions, namely the chest, head, wrist and waist and three receiver positions-chest, waist and arm are considered. The experiment is conducted in an Anechoic chamber to minimize the effects of the environment. In the static experiment, the subject under test remains motionless for the entire test duration. Under static channel conditions, it was seen that the transmission power can be reduced by 26 dB, when the receiver is positioned at the optimum point on the body. The evaluation of the dynamic channel condition is also performed by allowing the test subject to move the body as in a walking motion. Due to the body movements, the transmission power should be increased by 7 dB to maintain the same bit error rate as that of the static experiment
چکیده
شبکه های بی سیم حسگر بدن، مجموعه ای از سنسورهای پوشیدنی بی سیم هستند که اطراف یا درون بدن انسان قرار داده می شوند تا به مانیتورینگ و نظارت اطلاعات مهم از بدن انسان بپردازند. یک گیرنده (یعنی واحد کنترل) مورد نیاز است تا این سنسورها به مکان های از راه دور (یعنی پایگاههای داده ای بیمارستان ها و مراکز تلفن) متصل شوند. در اینجا یک نود (node) سنسور بدنی با پهنای باند بسیار وسیع (UWB) طراحی و آزمایش شده تا عملکرد واقعی یک شبکه بی سیم حسگر بدنی مبتنی بر UWB مورد آنالیز و تحلیل قرار گیرد. یافته ها نشان می دهد که مکان سنسورها و واحد کنترل در بدن انسان نقش مهمی بر روی عملکرد سیستم شبکه های بی سیم حسگر بدنی دارند. این کار همچنین به بررسی وضعیت بهینه مکانی گیرنده برای انواع متفاوت پیکربندی های سنسور می پردازد. یافته ها در دو شرایط کانال استاتیک (ساکن) و دینامیک و بر اساس انتقال داده از نود یا گره سنسور UWB که برای کاربردهای شبکه بی سیم حسگر بدنی ایجاد شده اند، مورد ارزیابی قرار گرفته اند. چهار موقعیت معمول سنسور، یعنی قفسه سینه، سر، مچ دست، و کمر و سه موقعیت برای دریافت کننده، یعنی قفسه سینه، کمر و بازو مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات در اتاق بدون پژواک Anechoic chamber)) انجام شده اند تا افکت و عوامل محیطی به حداقل برسد. در آزمایش استاتیک، فرد مورد آزمایش در تمام مدت آزمایش، بی حرکت باقی می ماند. در شرایط کانال استاتیک، هنگامیکه گیرنده در نقطه بهینه ای روی بدن قرار داده بودند، دیده شد که توان انتقال (transmission power) می تواند تا 26 dB کاهش یابد. ارزیابی شرایط کانال دینامیک نیز انجام گرفت که از طریق امکان حرکت فرد آزمودنی بود تا هنگام حرکت بدن در پیاده روی صورت گیرد. به دلیل حرکت بدن، توان انتقال باید تا 7 dB افزایش یابد تا همان نرخ خطای بیتی (bit error rate) در آزمایش استاتیک حفظ شود.
1-مقدمه
شبکه بی سیم حسگر بدنی (WBAN) مجموعه ای از سنسورهای بی سیم هستند که در اطراف یا درون بدن انسان قرار داده شده اند تا به شیوه بی سیم به جمع آوری اطلاعات مهم بپردازند [1],[2]. در سال های اخیر، شاهد افزایش علاقه به کاربرد تکنولوژی بی سیم پهنای باند وسیع (UWB) برای استفاده در شبکه های بی سیم حسگر بدنی (WBAN) می باشیم [3], [4] که به دلیل برخی مزایای مهمّ آن، مانند انتقال با توان – پایین (Low-power)، فرکانس رادیویی (RF) پایین، و اثرات تداخل الکترومغناطیسی (EMI) در محیط پزشکی، آنتن با اندازه کوچک، [5] و میزان یا نرخ بالای داده (high data rate) می باشد [6]. ارتباطات UWB در مانیتورینگ و نظارت سیگنال های پزشکی پیوسته، مانیتورینگ پزشکی با سرعت بالا مانند قرص های الکترونیکی، بعنوان یک سیستم ویدئویی بی سیم در محیط های بیمارستانی، و یک ثبت عصبی چند – کانالی برای به دست آوردن میزان بالا داده 100Mbps برای سطح مشترک مغز – کامیپوتر به کار رفته است. همچنین UWB برای آنالیز و ردیابی گیت یا قدم های پزشکی جالب است زیرا عملکرد بسیار دقیقی دارد...