Программно-аппаратный комплекс для исследования и оптимизации параметров системы беспроводной передачи данных через тело человека

• Автор: Павлов, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление

Список и обозначение аббревиатур

Введение

Цель работы.

Научная новизна.

Практическая значимость работы

Основные результаты работы

Достоверность полученных результатов

Апробации работы.

Глава 1. Персональные беспроводные сети связи

1.1. Способы реализации .

1.1.1. Оптическая связь
1.1.2. Связь с помощью магнитного поля.
1.1.3. Квазиэлсктростатическая связь.
1.1.4. Связь с помощью электромагнитного поля
1.2. Использование тела человека в качестве передающей среды
1.2.1. Предпосылки к созданию технологии .
1.2.2. Развитие технологии .
1.2.3. Состояние и перспективы технологии
1.3. Технологии ближней радиосвязи
1.3.1. Технология
1.3.2. Технология с низким энергопотреблением
1.3.3. Технология i.
1.3.4. Технология
1.3.5. Другие технологии.
1.4. Моделирование канала связи между устройствами
1.4.1. Моделирование канала связи НЧсистемы .
1.4.2. Моделирование канала связи ВЧснстемы .
1.5. Диэлектрические свойства биологических тканей при взаимодействии с электрическим полем
Глава 2. Моделирование распределения электромагнитных полей в системе
2.1. Методика расчта электромагнитных полей методом .
2.2. Граничные условия
2.3. Математическая модель системы
2.4. Результаты моделирования системы .
2.5. Моделирование распределения электрического поля при выполнении человеком действий
2.6. Оценка параметров системы для последующей разработки.
2.7. Оценка удельной поглощнной мощности .
Глава 3. Реализация программноаппаратного комплекса .
3.1. Функциональное назначение программноаппаратного комплекса
3.1.1. Описание НЧ программноаппаратого комплекса
3.1.2. Описание ВЧ программноаппаратного комплекса.
3.2. Описание прототипа беспроводной аудиогарпитуры на основе системы
3.3. Пример реализации системы связи через тело человека для телсмониторига функциональных показателей организма
3.4. Физический уровень системы связи
3.5. Протокол связи
3.6. Основные проблемы и задачи технологии .
Глава 4. Экспериментальное исследование параметров программноаппаратного комплекса .
4.1. Результаты экспериментального исследования 4 системы
4.2. Результаты экспериментального исследования ВЧ системы .
Заключение.
Список литературы


При- использовании частоты 5 кГц характерно быстрое затухание сигнала при удалении от тела человека, такая система связи подходит для приложений с требованием конфиденциальности передаваемой информации. Для приложений с требованием высокой скорости передачи данных подходит система связи с частотой несущей 3 МГц. Экспериментально исследованы особенности распределения электрического потенциала вблизи тела человека на частотах 5 кГц и 3 МГц. Установлено, что^ при частоте сигнала передающего устройства 5 кГц электрический потенциал более равномерно-распределен по поверхности тела человека и экспоненциально затухает при удалении от тела человека. При частоте сигнала передающего устройства 3 МГц достигается малое затухание электрического потенциала: вблизи тела человека:. Экспериментальные данные коррелируют с результатами компьютерного моделирования. Определены параметры; системы беспроводной связи между портативными электронными устройствами через тело человека, позволяющие повысить эффективность её функционирования. Выработаны рекомендации по разработке систем* беспроводной передачи данных через тело человека для различных областей применения. II окружной Научно-технической конференции молодых учёных и специалистов, Москва, . Глава 1. Главной задачей данной работы являлось создание программно-аппаратных средств, способных передавать цифровые данные с использованием тела человека в качестве передающей среды. В последнее десятилетие всё большей популярностью пользуются портативные электронные устройства (ноутбуки, сотовые телефоны, карманные компьютеры (PDA), МРЗ-плееры и др. Задача беспроводного обмена данными между этими устройствами в настоящее время решается с помощью технологии Bluetooth и других технологий ближней беспроводной радиосвязи. Однако существуют альтернативные способы создания персональных беспроводных сетей связи PAN. Персональные сети обеспечивают связь мобильного устройства пользователя с другими мобильными или стационарными устройствами. Дальность связи ограничивается объёмом пространственного взаимодействия, человека (т. Эта дальность, совпадает с ограничениями энергопотребления миниатюрных портативных устройств и позволяет отдельным сетям (пикосетям) функционировать без помех, используя тот же частотный ресурс. Беспроводная связь в PAN сетях может осуществляться по оптическим, магнитным, электрическим, электромагнитным и акустическим [1] каналам. Связь с помощью инфракрасного излучения широко используется для дистанционного управления как недорогой метод низкоскоростной передачи данных на небольшие расстояния. ИК приёмопередатчики, обеспечивающие обмен данными со скоростью до 4 Мб/с. Основной проблемой связи через ИК излучение является блокирование сигнала непрозрачными объектами. Возможно использовать канал с диффузным рассеянием, но при этом потребляемая мощность возрастает в десятки и сотни раз, а надёжность канала связи будет зависеть от окружающей среды [2]. Использование ИК связи не практично в применении к носимым устройствам, которые могут быть расположены в бумажнике, сумке или кармане. В [3] описана сеть PAN с использованием магнитного поля для передачи данных со скоростью 4 кб/с. Несущая частота системы составляет 5 МГц, дальность связи - 6 м. Также связь с помощью магнитного поля применяется в технологиях RuBee [4] и RFID [5]. В работе [6] представлена сеть PAN, использующая тело человека в качестве канала для передачи информации. Электронные устройства, размещённые на теле или вблизи тела человека, формируют модулированное электрическое поле, которое генерирует малые токи по всей поверхности тела. В таких системах используются несущие частоты до 1 МГц, скорости передачи данных - несколько десятков кб/с. Связь между устройствами устанавливается при контакте с поверхностью тела человека или на малом расстоянии (до 2 м). Передача данных происходит за счёт емкостной связи в ближней волновой зоне, излучение сигнала в пространство - минимально, поэтому лицензия на используемые частоты для данной технологии не требуется.