Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks)
Η νέα επιστημονική εποχή έφερε στο προσκήνιο μία νέα πραγματικότητα για τα δίκτυα ανθρώπινου σώματος (Body Area Networks) και για τα ιατρικά εμφυτεύματα. Τα συγκεκριμένα συστήματα προσφέρουν μία πιο ασφαλή, ακριβή και λιγότερο επεμβατική μέθοδο για τη συνεχή παρακολούθηση σημαντικών ζωτικών επιπέδων...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2016
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/9573 |
| id |
nemertes-10889-9573 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Δίκτυα ανθρώπινου σώματος Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού In-body area networks Channel characterization Path loss Body area networks 004.68 |
| spellingShingle |
Δίκτυα ανθρώπινου σώματος Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού In-body area networks Channel characterization Path loss Body area networks 004.68 Ζήση, Ηλιάνα Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| description |
Η νέα επιστημονική εποχή έφερε στο προσκήνιο μία νέα πραγματικότητα για τα δίκτυα ανθρώπινου σώματος (Body Area Networks) και για τα ιατρικά εμφυτεύματα. Τα συγκεκριμένα συστήματα προσφέρουν μία πιο ασφαλή, ακριβή και λιγότερο επεμβατική μέθοδο για τη συνεχή παρακολούθηση σημαντικών ζωτικών επιπέδων σε ένα ανθρώπινο σώμα, όπως τα επίπεδα γλυκόζης. Μία μπάντα συχνοτήτων που είναι διαθέσιμη για τις συγκεκριμένες εφαρμογές είναι η μπάντα 402-405 ΜΗz MICS (Medical Implant Communications Service), η οποία έχει το σαφές πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιείται κυρίως για ιατρικές εφαρμογές. Επιπρόσθετα υπάρχει και η μπάντα 2.45 GHZ ISM (Industrial, Scientific, Medical), αλλά έχει το μειονέκτημα ότι χρησιμοποιείται από άλλες εφαρμογές, όπως τα ασύρματα δίκτυα υπολογιστών.
Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μία μελέτη της διάδοσης του σήματος μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό και παρέχει τον χαρακτηρισμό του ασύρματου καναλιού. Συγκεκριμένα, η πιθανή εφαρμογή της μελέτης αφορά ένα εμφύτευμα στο πάγκρεας που θα ελέγχει τα επίπεδα γλυκόζης και θα μεταβιβάζει το σήμα σε έναν εξωτερικό αποδέκτη που θα βρίσκεται στην επιφάνεια του δέρματος στο ύψος της ζώνης. Ο αποδέκτης θα λαμβάνει και θα αξιολογεί κατάλληλα τα επίπεδα και θα αποστέλλει νέα δεδομένα πίσω στο εμφύτευμα. Για να γίνει όμως κάτι τέτοιο εφικτό, πρέπει να πραγματοποιηθεί πλήρης μελέτη του ασύρματου καναλιού, ώστε να διασφαλιστεί η σωστή επικοινωνία και η μεταβίβαση των σημαντικών αυτών παραμέτρων. Η μελέτη μας βασίζεται σε προσομοιώσεις που χρησιμοποιούν την FDTD (Finite Difference Time Domain) τεχνική μοντελοποίησης για τις μπάντες συχνοτήτων 402.5MHz και 2.45GHz. Πιο αναλυτικά, μία κεραία δίπολο τοποθετείται στο πάγκρεας ενός γυναικείου και ενός ανδρικού phantom. Το phantom είναι μία αναπαράσταση του ανθρώπινου οργανισμού, η οποία περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά, όπως διηλεκτρικές σταθερές οργάνων, για ακριβή πειραματική μελέτη της συμπεριφοράς του σήματος που διαπερνά τα όργανα. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται ο υπολογισμός του ηλεκτρικού πεδίου και των διακυμάνσεων της πυκνότητας της ενέργειας, καθώς το σήμα ταξιδεύει μέσα από το ανθρώπινο σώμα. Ακόμη, εξετάζεται η μοντελοποίηση των απωλειών όδευσης και η απορρόφηση του σήματος από τα διάφορα ανθρώπινα όργανα.
Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την ιδιαίτερη συμπεριφορά της εξασθένησης του σήματος για ένα σενάριο μέσα στο ανθρώπινο σώμα , όπου η κεραία έχει εμφυτευθεί βαθύτερα από κάθε άλλη δημοσιευμένη εργασία. Τα υποσχόμενα αποτελέσματα μας παρέχουν την βάση για περαιτέρω έρευνα που επρόκειτο να πραγματοποιήσουμε στην μοντελοποίηση των καναλιών επικοινωνίας για εφαρμογές σε ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks).
H ανάλυση της διάδοσης του σήματος με την τεχνική που προτείνουμε και τα αποτελέσματα που λάβαμε από τη διπλωματική αυτή εργασία δημοσιεύτηκαν και παρουσιάστηκαν στο Wireless Telecommunications Symposium που πραγματοποιήθηκε στο Λονδίνο στις 18-20 Απριλίου 2016. |
| author2 |
Κωτσόπουλος, Σταύρος |
| author_facet |
Κωτσόπουλος, Σταύρος Ζήση, Ηλιάνα |
| format |
Thesis |
| author |
Ζήση, Ηλιάνα |
| author_sort |
Ζήση, Ηλιάνα |
| title |
Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| title_short |
Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| title_full |
Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| title_fullStr |
Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| title_full_unstemmed |
Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| title_sort |
χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/9573 |
| work_keys_str_mv |
AT zēsēēliana charaktērismosasyrmatoukanaliougiaepharmogesstaendosōmatikadiktyainbodyareanetworks AT zēsēēliana channelmodelingandpathlosscharacterizationforinbodyareanetworks |
| _version_ |
1771297310357061632 |
| spelling |
nemertes-10889-95732022-09-05T20:45:14Z Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού για εφαρμογές στα ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks) Channel modeling and path loss characterization for in-body area networks Ζήση, Ηλιάνα Κωτσόπουλος, Σταύρος Λυμπερόπουλος, Δημήτριος Zisi, Iliana Δίκτυα ανθρώπινου σώματος Χαρακτηρισμός ασύρματου καναλιού In-body area networks Channel characterization Path loss Body area networks 004.68 Η νέα επιστημονική εποχή έφερε στο προσκήνιο μία νέα πραγματικότητα για τα δίκτυα ανθρώπινου σώματος (Body Area Networks) και για τα ιατρικά εμφυτεύματα. Τα συγκεκριμένα συστήματα προσφέρουν μία πιο ασφαλή, ακριβή και λιγότερο επεμβατική μέθοδο για τη συνεχή παρακολούθηση σημαντικών ζωτικών επιπέδων σε ένα ανθρώπινο σώμα, όπως τα επίπεδα γλυκόζης. Μία μπάντα συχνοτήτων που είναι διαθέσιμη για τις συγκεκριμένες εφαρμογές είναι η μπάντα 402-405 ΜΗz MICS (Medical Implant Communications Service), η οποία έχει το σαφές πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιείται κυρίως για ιατρικές εφαρμογές. Επιπρόσθετα υπάρχει και η μπάντα 2.45 GHZ ISM (Industrial, Scientific, Medical), αλλά έχει το μειονέκτημα ότι χρησιμοποιείται από άλλες εφαρμογές, όπως τα ασύρματα δίκτυα υπολογιστών. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μία μελέτη της διάδοσης του σήματος μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό και παρέχει τον χαρακτηρισμό του ασύρματου καναλιού. Συγκεκριμένα, η πιθανή εφαρμογή της μελέτης αφορά ένα εμφύτευμα στο πάγκρεας που θα ελέγχει τα επίπεδα γλυκόζης και θα μεταβιβάζει το σήμα σε έναν εξωτερικό αποδέκτη που θα βρίσκεται στην επιφάνεια του δέρματος στο ύψος της ζώνης. Ο αποδέκτης θα λαμβάνει και θα αξιολογεί κατάλληλα τα επίπεδα και θα αποστέλλει νέα δεδομένα πίσω στο εμφύτευμα. Για να γίνει όμως κάτι τέτοιο εφικτό, πρέπει να πραγματοποιηθεί πλήρης μελέτη του ασύρματου καναλιού, ώστε να διασφαλιστεί η σωστή επικοινωνία και η μεταβίβαση των σημαντικών αυτών παραμέτρων. Η μελέτη μας βασίζεται σε προσομοιώσεις που χρησιμοποιούν την FDTD (Finite Difference Time Domain) τεχνική μοντελοποίησης για τις μπάντες συχνοτήτων 402.5MHz και 2.45GHz. Πιο αναλυτικά, μία κεραία δίπολο τοποθετείται στο πάγκρεας ενός γυναικείου και ενός ανδρικού phantom. Το phantom είναι μία αναπαράσταση του ανθρώπινου οργανισμού, η οποία περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά, όπως διηλεκτρικές σταθερές οργάνων, για ακριβή πειραματική μελέτη της συμπεριφοράς του σήματος που διαπερνά τα όργανα. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται ο υπολογισμός του ηλεκτρικού πεδίου και των διακυμάνσεων της πυκνότητας της ενέργειας, καθώς το σήμα ταξιδεύει μέσα από το ανθρώπινο σώμα. Ακόμη, εξετάζεται η μοντελοποίηση των απωλειών όδευσης και η απορρόφηση του σήματος από τα διάφορα ανθρώπινα όργανα. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την ιδιαίτερη συμπεριφορά της εξασθένησης του σήματος για ένα σενάριο μέσα στο ανθρώπινο σώμα , όπου η κεραία έχει εμφυτευθεί βαθύτερα από κάθε άλλη δημοσιευμένη εργασία. Τα υποσχόμενα αποτελέσματα μας παρέχουν την βάση για περαιτέρω έρευνα που επρόκειτο να πραγματοποιήσουμε στην μοντελοποίηση των καναλιών επικοινωνίας για εφαρμογές σε ενδοσωματικά δίκτυα (in-body area networks). H ανάλυση της διάδοσης του σήματος με την τεχνική που προτείνουμε και τα αποτελέσματα που λάβαμε από τη διπλωματική αυτή εργασία δημοσιεύτηκαν και παρουσιάστηκαν στο Wireless Telecommunications Symposium που πραγματοποιήθηκε στο Λονδίνο στις 18-20 Απριλίου 2016. The new scientific era brought forth a brand new reality for the human body area networks (BAN) and the medical implants. These systems offer a more secure, accurate and less invasive method for continuous monitoring of vital levels in a human body, such as glucose levels. A frequency band available for these applications is the 402-405 MHz MICS band (Medical Implant Communications Service), which has the clear advantage that it is mainly used for medical applications. Additionally, there is the 2.45 ISM (Industrial, Scientific, Medical) band, but has the disadvantage that it is used by other applications, such as the wireless computer networks. This dissertation presents a study of in-body signal propagation and subsequent channel characterization. More precisely, the potential application of this study relates to an implant placed in the pancreas tissue, that controls blood glucose levels and transmits the signal to an external receiver which is located on the skin surface. The receiver will receive and evaluate the appropriate levels and send new data back to the implant. However, in order to make this feasible, a complete study of the wireless channel must be performed so as to ensure proper communication and transfer of these important parameters. This study is mainly based on FDTD-modelling technique for both 402.5 MHz and 2.45 GHz bands. More specifically, a half-wave dipole has been considered to be located in the pancreas of a male and a female phantom respectively. The phantom is a representation of a human body, which includes all the necessary features, such as dielectric constants of the human organs for precise experimental study of the signal that travels through the different organs. Moreover, the computation of the electric field and the power density fluctuations as the signal traverses within the human body and the investigation of the path loss modelling and signal absorption have been carried out. Results demonstrate the particular behavior of signal attenuation for an in-body scenario where the antenna is planted deeper in the human phantom than in most published works. Our findings provide the basis for further research on the validation of channel modelling for body implants. The analysis technique of signal propagation that we recommended as well as the results we obtained from this dissertation were published and presented to the Wireless Telecommunications Symposium that was held in London on 18-20 of April 2016. 2016-09-20T10:53:36Z 2016-09-20T10:53:36Z 2016-06-15 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9573 gr 0 application/pdf |
