کتابخانه مرکزی
پایان نامه های سال97: بررسی و ارائه راه حل ارتباطی کم مصرف جهت پایش پیوسته سلامت، توسط حسگرهای پوشیدنی


بررسی و ارائه راه حل ارتباطی کم مصرف جهت پایش پیوسته سلامت، توسط حسگرهای پوشیدنی​


چکيده

افزایش توجه به سلامت و تقاضا برای کاهش هزینه‌های درمان، نیاز به پایش پیوسته سلامت افراد در خانه یا محیط کاری را بیشتر و به طبع آن استفاده از دستگاه‌هایی مانند پوشیدنی‌های سلامت را مقرون به صرفه و حیاتی می‌کند. در این پروژه به بررسی و پیشنهاد یک راه‌ حل ارتباطی کم مصرف جهت استفاده در پوشیدنی‌ها پرداخته‌ایم که از نظر معیارهای مصرف انرژی، برد مخابراتی و مقاومت در برابر تداخل محیطی در محدوده قابل قبول برای پایش پیوسته علائم حیاتی باشد. انتخاب‌ این معیارهای کارایی بر این اساس است که در محیط‌های بسته بیشتر تداخل محیطی و در محیط‌های باز مصرف توان و عدم دسترسی به منبع تغذیه، چالش تکنولوژی‌های ارتباطی است. تحلیل‌های انجام شده در این پروژه بر روی پروتکل‌های مخابراتی موجود با توجه به مدل ترافیک سلامت واقعی و بر اساس میزان تداخل محیطی و تغییرات نرخ داده مورد بررسی قرار گرفته است. تلفیقی از رادیوی بیدارباش که در استاندارد IEEE 802.11ba (محیط‌های بسته) معرفی شده است، به همراه پروتکل ارتباطی LoRa (محیط‌های باز) به عنوان راه حل ارتباطی پیشنهادی برای استفاده در سامانه‌های ارتباطی پوشیدنی‌های سلامت جهت پایش پیوسته، معرفی و پیاده سازی شده است. بر این اساس شبیه‌سازی استانداردهای کوتاه برد و پیاده‌سازی استانداردهای و راه حل ارائه شده، انجام شده است. این راه حل از نظر مصرف توان و مقاومت در برابر تداخل محیطی جهت استفاده در محیط‌های باز و بسته سنجیده شده و نسبت به دیگر استاندارد‌های ارتباطی مانند  IEEE 802.15.4 و پروتکل‌های دسترسی به رسانه BMAC، RIMAC و XMAC حداقل 5 برابر انرژی کمتر مصرف کرده و به طور میانگین 10 درصد نرخ دریافت بسته بیشتری داشته است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که کاربرد رادیوی بیدارباش در کنار رادیوی LoRa، به طور میانگین توانی 20 برابر کمتر از استاندارد IEEE 802.15.4 و 100 برابر کمتر از استاندارد IEEE 802.11b معمولی در محیط‌های بسته مصرف کرده و در عین حال پایش پیوسته سلامت را برای یک پوشیدنی ممکن می‌سازد. کم مصرف بودن رادیوی بیدارباش به دلیل استفاده از مدولاسیون ساده OOK در گیرنده آن است و چنین نتیجه‌ای به علت استفاده از این رادیو درکنار ماژول دور برد و کم مصرف LoRa حاصل شده است.

 

کليد واژه ها: شبکه‌های حسگر بی سیم محدوده بدنی، کم مصرف، دور برد، سلامت، حسگر پوشیدنی، پایش پیوسته


Investigation on Low Power Communication Solutions for Health Continuous Monitoring Using Wearable Sensors


By: Mohammad Amin Mahmoudzadeh​


Abstract


Increasing demand for improved quality of care require continuous monitoring of individual’s health both in indoor and outdoor spaces. To facilitate this demand, using affordable and unobtrusive wearables become more popular. In this project, we investigate a low power communication solution to be used in wearables that for continuous healthcare monitoring with respect to performance metrics such as energy efficiency, communication range and interference. Since we look at both indoor and outdoor spaces for continuous monitoring, the role of interference level in indoor space and low power consumption in outdoor space are important to be considered. Reported analysis is based on a realistic traffic model and on the basis of environment interference and variation of data rate. Combination of Wake-up Radio (WuR) that is defined in IEEE 802.11ba standard with LoRa technology is presented as our proposed low power long range solution for health continuous monitoring wearables. To the extent, simulation and implementation analysis have been performed on existing short-range and long-range communication protocols and compared with the proposed solution. The proposed solution which benefits from a combination of LoRa and WuR has been performed efficiently with respect to power consumption, communication range and environment interference resistance in indoor and outdoor spaces where our results demonstrate atleast 5 times lower energy consumption as well as average 10% higher packet delivery ratio when comparing our proposed solution with IEEE 802.15.4 standard, BMAC, RIMAC and XMAC protocols. Our results show that combination of WuR and LoRa consumes 20 times lower power than IEEE 802.15.4 and 100 times lower than IEEE 802.11b in indoor spaces, which increases the usability of wearable health continuous monitoring devices. Usin OOK modulation in WuR significantly decreases the power consumption and consequently makes the combination of WuR and LoRa result in a low power communication module.

 

Key words: wireless body area network, low power, long range, health, wearable sensor, continuous monitoring.​

اداره کتابخانه مرکزی Top

Shahid Beheshti University,دانشگاه شهید بهشتی

دانشگاه شهید بهشتی

Shahid Beheshti University,دانشگاه شهید بهشتی

دانشگاه شهید بهشتی