Red de área corporal

La red de área corporal ( BAN ) es un inalámbrica tecnología de red basado en frecuencias de radio que consta de interconexión sobre, alrededor o en el cuerpo humano diminutos dispositivos que pueden tomar mediciones (sensores) o actuar de una manera activa (actuadores).. Estos sensores muy miniaturizados, que tienen una gran autonomía y utilizan corrientes de muy baja potencia, pueden comunicarse con un centro de servicio remoto, para alertar a un servicio de urgencias de un hospital, por ejemplo. Las principales aplicaciones se encuentran en los campos de la salud , primeros auxilios , militares., entretenimiento , deporte , inteligencia ambiental o interacciones hombre-máquina .

Presentación

La NAO está definida por IEEE 802.15.6 como "estándar de comunicación optimizado para dispositivos de baja potencia y que operan en, dentro o alrededor del cuerpo humano (pero no limitado a humanos) para servir una variedad de aplicaciones (incluyendo médicas), electrónica de consumo, entretenimiento y más ”. El grupo de trabajo estándar IEEE 802.15.6 es responsable de diseñar dispositivos energéticamente eficientes y desarrollar aplicaciones para BAN . En 1996, los laboratorios de investigación de IBM desarrollaron una nueva tecnología tipo PAN ( aún no se utiliza el término BAN ) que utiliza la conductividad del cuerpo humano para transmitir datos. Esta tecnología, que utiliza las propiedades conductoras del cuerpo humano, se basa en intensidades muy bajas, del orden de Nano amperios . Las aplicaciones entonces consideradas son:

• El intercambio de datos entre dispositivos portátiles que utilizan el cuerpo de los usuarios como medio de transmisión;
• Identificación automática de la persona (sustitución de la tarjeta de pago , reconocimiento de la persona para fines médicos).

Ya en 1997, el término BAN se puede encontrar en "Un enfoque de sistemas para lograr CarerNet: un sistema de teleasistencia integrado e inteligente" y en el prefacio del libro de Robert Metcalfe y Peter J. Denning  (en) "Más allá del cálculo: el Próximos cincuenta años de informática ". En 2007, IEEE creó el "Grupo de tareas 6" dentro del grupo de trabajo IEEE 802.15 con la misión de centrarse en tecnologías inalámbricas que pueden operar cerca o dentro del cuerpo humano. Hoy en día, la miniaturización cada vez más avanzada de los componentes, los avances en las tecnologías inalámbricas y su desarrollo están fortaleciendo el desarrollo de redes del tipo “Body Area Network”.

El BAN está compuesto por un conjunto de sensores móviles y compactos que monitorean los parámetros vitales del cuerpo. Estos dispositivos portátiles (o incluso implantados) comunican los datos recopilados a una estación base mediante tecnología inalámbrica. Luego, los datos se pueden enviar de regreso en tiempo real a un hospital , clínica u otro lugar. Este tipo de red encuentra aplicaciones en el ámbito de la salud pero también en el deporte, la defensa y el ocio. La creciente demanda de sensores para el público en general de electrónica , particularmente en el ámbito médico y del juego, reduce el costo de los componentes de BAN.

Terminología

Los términos BAN (Body Area Network) y BSN (Body Sensor Network) se utilizan a menudo para describir la implementación de dispositivos informáticos portátiles en las proximidades del cuerpo humano. Estos acrónimos son equivalentes. Hay variaciones que incluyen las palabras "Inalámbrico" y / o "Sensor", por lo que las abreviaturas WBAN (Wireless Body Area Network) y WBASN (Wireless Body Area Sensor Network) se utilizan con el mismo significado que el término BAN . Algunos investigadores también utilizan la abreviatura BASN (Body Area Sensor Network). Se observará que algunas publicaciones utilizan los términos WBAN y BAN de forma alternativa y sin distinción .

Arquitectura

La arquitectura de comunicación de una red BAN se puede dividir en 3 niveles (a veces se utiliza el anglicismo de "  niveles  ").

• El primer nivel representa las comunicaciones Intra-BAN. Las comunicaciones intra-BAN se refieren a los intercambios de radio que tienen lugar en las inmediaciones del cuerpo humano . Se hará una distinción entre las comunicaciones entre los sensores y las comunicaciones de los sensores a un asistente personal ( PDA ).
• El segundo nivel representa las comunicaciones Inter-BAN. Una red BAN rara vez funciona de forma autónoma. El Inter-BAN cubre las comunicaciones entre el Asistente personal y un punto de acceso a la red.
• El tercer nivel representa las comunicaciones fuera de BAN . Aquí es donde se brinda el servicio. En el campo de la salud, este nivel representará el servicio de telemedicina de un hospital.

Sensores y actuadores

Los sensores (y actuadores) están en el corazón del primer nivel funcional, que corresponde a la comunicación intra-BAN. El propósito de la familia de estándares IEEE 1451 es permitir el acceso a los datos a través de un conjunto común de interfaces, ya sea que los sensores estén conectados a sistemas o redes a través de medios alámbricos o inalámbricos. La función de los sensores corporales es recopilar señales analógicas que corresponden a actividades fisiológicas humanas o acciones corporales. A continuación, esta señal analógica se digitaliza. Finalmente, la señal digital es transmitida por un transceptor de radio. Los sensores a veces se denominan sensores. Este componente está formado por varios elementos: la propia parte del sensor, un convertidor analógico-digital, una fuente de alimentación, un procesador, una memoria y un transmisor (o transceptor) .El actuador tiene un papel activo frente a con respecto a su transportista, puede, por ejemplo, administrar una sustancia farmacéutica cuando se le solicite. Esta acción puede tener lugar en un momento predeterminado o bajo la influencia de una fuente externa (por ejemplo, un médico que analiza los datos). Incluso se puede realizar en tiempo real si el sensor detecta algún problema. Un actuador consta de un receptor (o transceptor), una unidad de fuente de alimentación, memoria, pero el componente principal es el equipo de control (un depósito destinado a contener el fármaco y el equipo para gestionar el fármaco).

Sensores de uso común en BAN

Sensor	Usar
Acelerómetro	Este dispositivo se utiliza para reconocer y controlar la postura corporal (de pie, sentado, arrodillado, caminando, corriendo ...). Esta información es fundamental para muchas aplicaciones relacionadas con la realidad virtual, la salud, los deportes y los juegos electrónicos. Su uso se puede combinar con el de un giroscopio .
Azúcar en la sangre	Tradicionalmente, las mediciones de azúcar en sangre se realizan pinchando un dedo para extraer una gota de sangre que se aplica a una tira reactiva hecha de una sustancia sensible a la glucosa. Luego se usa un glucómetro para analizar la muestra de sangre. El BAN utiliza un sistema de control de glucosa en sangre no invasivo que utiliza tecnología infrarroja y detección óptica.
Presión arterial	El sensor de presión arterial es un sensor no invasivo diseñado para medir la presión diastólica y sistólica mediante la técnica oscilométrica o midiendo los tiempos de tránsito del pulso.
Detección de CO2	Mide los niveles de dióxido de carbono para monitorear los cambios en los niveles de CO2, así como para controlar la concentración de oxígeno durante la respiración humana.
Electrocardiograma	El electrocardiograma ( ECG ) es un registro de la actividad eléctrica del corazón. Los electrodos se adhieren a la piel en lugares específicos (brazos y pecho en particular) y se miden las diferencias de potencial entre estos electrodos. Se pueden usar para diagnosticar enfermedades cardíacas o la influencia de un medicamento en la actividad del corazón.
Electroencefalograma	El electroencefalograma ( EEG ) mide la actividad eléctrica en el cerebro colocando pequeños electrodos en varios lugares del cuero cabelludo. La información recopilada por los electrodos se transmite a un amplificador para obtener un rastro.
Electromiograma	El electromiograma ( EMG ) mide las señales eléctricas producidas por los músculos durante las contracciones y en reposo. Los estudios de conducción nerviosa a menudo se realizan juntos, ya que los nervios controlan los músculos con impulsos eléctricos. Los trastornos musculares y nerviosos pueden hacer que los músculos reaccionen de manera anormal. El EMG puede diagnosticar anomalías del control postural ( PCS ).
Oxímetro	Mida la saturación de oxígeno con una sonda no invasiva. Se coloca un pequeño clip con un sensor en el dedo, el lóbulo de la oreja o el dedo del pie de la persona. El sensor emite una señal de luz que atraviesa la piel y mide la luz absorbida por la hemoglobina oxigenada ( oxihemoglobina ).
Sensores de temperatura y humedad	Se utiliza para medir la temperatura del cuerpo humano y / o la humedad del entorno inmediato de una persona. Se puede emitir una señal de alarma si se miden varias variaciones.

La naturaleza y la cantidad de sensores dependerán del uso esperado.

Los sensores de una red corporal son componentes extremadamente compactos y complejos. Su discreción debe permitir al usuario olvidar su presencia.

Aspectos de la red

Comparación de estándares (relación potencia / flujo)

Topología de una red BAN

La topología de una red BAN es una topología en estrella y solo debe haber un concentrador. Las tramas se intercambian entre el concentrador y los nodos.

Zigbee, IEEE 802.15.4 y Bluetooth Low Energy: de PAN a BAN

Zigbee e IEEE 802.15.4 son dos tecnologías complementarias utilizadas para la implementación de aplicaciones BAN. Zigbee es un estándar que se aplica a las capas superiores de la red, mientras que IEEE 802.15.4 se aplica por el contrario a las capas físicas y MAC. Estos dos estándares se crearon con el objetivo de reducir el consumo. El estándar ZigBee apunta principalmente al uso racional de la energía en aplicaciones relacionadas con la domótica , la construcción y la industria, pero Zigbee se ha propuesto recientemente cumplir con los requisitos de Continua Health Alliance  (in) para la monitorización en el campo de la salud y el fitness. Algunos puntos se oponen a la generalización de Zigbee en el campo de BAN.

• Dado que el estándar Zigbee se diseñó originalmente para comunicaciones de máquina a máquina , la mayoría de los proyectos de investigación que surgen del mundo académico utilizan hardware basado en las capas bajas IEEE 802.15.4, pero no utilizan la pila de protocolos Zigbee.
• La banda de frecuencia utilizada por ZigBee / IEEE 802.15.4 duo (2,4 GHz) se considera congestionada para el tráfico WLAN y susceptible a interferencias.
• Aunque Zigbee todavía se usa para comunicaciones entre sensores, el reciente estándar IEEE 802.15.6 (en febrero de 2012) establece un nuevo estándar dedicado para comunicaciones WBAN .

La tecnología Bluetooth es un estándar de comunicación utilizado para conectar una gran cantidad de dispositivos personales que implementan la comunicación de voz y datos (teclados, ratones, teléfonos celulares, PDA , equipos de manos libres , radios de automóviles, etc.). Bluetooth Low Energy (BLE) es una función de Bluetooth 4.0 que tiene como objetivo la conexión inalámbrica de dispositivos muy pequeños con recursos de energía limitados.

El desarrollo de un protocolo MAC de baja potencia para WBAN ha sido un tema de investigación importante, y se ha dedicado un esfuerzo de investigación considerable a proponer e investigar nuevos protocolos MAC que pudieran cumplir con los requisitos de consumo de energía de WBAN. Varios investigadores han considerado IEEE 802.15.4 como una tecnología WBAN que se puede utilizar para aplicaciones de baja velocidad de datos, pero no es suficiente para admitir aplicaciones que requieren velocidades de datos superiores a 250 kbit / s.

La siguiente tabla comparativa muestra las variaciones en velocidad, frecuencia y alcance de los diferentes estándares inalámbricos: 802.11, 802.15.1,802.15.4 y 802.15.6 BAN.

Estándar		Frecuencia	Velocidad de datos	Alcance	Tipo
802.11	a	5 GHz	54 Mbps	120 metros	LAN
	B	2,4 GHz	11 Mbps	140 metros	LAN
	gramo	2,4 GHz	54 Mbps	140 metros	LAN
	no	2,4 / 5 GHz	248 Mbps	250 metros	LAN
802.15.1		2,4 GHz	3 Mbps	100 metros	SARTÉN
802.15.4		868/915 MHz	40 kbit / s	75 metros	SARTÉN
		2,4 GHz	250 kbit / s
802.15.6		(NÓTESE BIEN)	> 1 Gbit / s	10 m	PROHIBICIÓN
		(UWB)
		21 MHz (HBC)

En 2007, IEEE 802 comienza las especificaciones de WBAN. El estándar IEEE 802.15.6 se publicó en febrero de 2012. Este estándar define las capas físicas y de enlace (MAC: Medium Access Control) del modelo OSI para redes BAN como tales.

IEEE 802.15.6

Se identifican tres capas físicas:

• La capa física de banda estrecha (NB);
• La capa física de banda ultraancha (UWB);
• La capa física de la comunicación del cuerpo humano (HBC).

Para transmitir datos binarios a través del medio inalámbrico, se debe pasar por un modulador analógico-digital. En estos tres estándares, las estructuras de PPDU (unidad de datos de protocolo de capa física) varían y también lo hacen las modulaciones. Esto tiene el efecto de modificar las características de rendimiento, flujo y rango.

La capa física de banda estrecha ("Banda Estrecha", NB) está destinada a la comunicación de sensores usados ​​o implantados en el cuerpo humano. Trabaja principalmente en tres aspectos, a saber, activación y desactivación del transceptor de radio, CCA (Clear Channel Assessment) y transmisión / recepción de datos.

Se han definido 230 canales en siete bandas de frecuencias operativas:

• 402 ~ 405 MHz (10 canales);
• 420 ~ 450 MHz (12 canales);
• 863 ~ 870 MHz (14 canales);
• 902 ~ 928 MHz (60 canales);
• 950 ~ 958 MHz (16 canales);
• 2360 ~ 2400 MHz (39 canales);
• 2400 ~ 2483,5 MHz (79 canales).

Capa física de banda ultra ancha

El diseño del UWB ofrece posibilidades de funcionamiento de alto rendimiento, baja complejidad y bajo consumo de energía. Hay dos tipos diferentes de tecnologías UWB.

• El pulso de radio UWB (IR-UWB)
• Modulación de frecuencia de banda ancha (FM-UWB).

La especificación define dos modos de funcionamiento: modo predeterminado y modo de alta calidad de servicio (QoS).

La frecuencia es de 499,2 MHz y se han definido once canales (frecuencia central)

• 3494,4 MHz;
• 3993,6 MHz;
• 4492,8 MHz;
• 6489,6 MHz;
• 6988,8 MHz;
• 7488,0 MHz;
• 7987,2 MHz;
• 8486,4 MHz;
• 8985,6 MHz;
• 9484,8 MHz;
• 9984,0 MHz.

La capa de comunicación física dentro del cuerpo humano ("Comunicaciones del cuerpo humano") (HBC) a veces se denomina EFC (comunicación de campo eléctrico). Sus transmisores, que son exclusivamente digitales, tienen un solo electrodo. No tienen antena ni módulo de radiofrecuencia, lo que los hace fáciles de transportar y aporta un bajo consumo energético. La frecuencia se centra solo en 21 MHz.

La función de la capa de enlace MAC es preparar la transmisión y recepción de tramas.

En esta capa, un nodo independiente debe enviar una trama de solicitud de conexión a un concentrador , y el concentrador debe enviarle una trama de asignación de conexión para que el nodo se vincule al concentrador.  

El estándar IEEE 802.15.6 proporciona un mecanismo de intercambio de claves para permitir y asegurar los intercambios entre el concentrador y los nodos.

Esta capa permite optimizar la comunicación de la red (gestión de tiempos de respuesta, reconocimiento de tramas, control de colisiones e inactividad), que juega un papel importante en el consumo de energía.

Se produce una colisión cuando se transmite más de un paquete de datos al mismo tiempo. Los paquetes colisionados se retransmiten luego, lo que genera un consumo de energía adicional. Una segunda fuente de energía desperdiciada es escuchar porque cada nodo escucha activamente en un canal libre para recibir datos. La tercera fuente de desperdicio es escuchar , que es escuchar paquetes destinados a otros nodos. La última fuente es la sobrecarga de la trama de control, lo que significa que la información de control se agrega a la carga útil.

Los protocolos de contención MAC: CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) y el calendario TDMA (Time Division Multiple Access) son protocolos de conservación de energía.

Rendimiento comparativo entre CSMA / CA y TDMA

Característica	CSMA / CA	TDMA
El consumo de energía	Fuerte	Bajo
Volumen de tráfico	Bajo	Fuerte
Uso de Ancho de Banda	Bajo	Máximo
Escalabilidad	Buena	Bajo
Efecto de ningún paquete	Menor	Latencia
Sincronización	No aplicable	Obligatorio

En un contexto WBAN, la característica más importante de un protocolo MAC es la eficiencia energética. En algunas aplicaciones, el dispositivo debe soportar una duración de la batería de varios meses o años sin intervención, mientras que otras pueden requerir una duración de la batería de solo unas pocas decenas de horas debido a la naturaleza de las aplicaciones. Por ejemplo, los desfibriladores cardíacos y los marcapasos deben tener una vida útil de más de 5 años, mientras que una pastilla para cámara ingerible solo tiene una vida útil de 12 horas.

El desarrollo de BAN, tanto en implantación dentro del cuerpo (Medical Implant Communications Service: MICS) como fuera del cuerpo, debe promoverse gracias a su capa de enlace, y sus bandas de frecuencia [industrial, científica y médica (ISM) o Ultra Wide Band (UWB)].

Este protocolo debe tener en cuenta las propiedades eléctricas del cuerpo humano , la diversidad morfológica y los diferentes tipos de nudos. También debe gestionar los cambios en la topología de la red, la posición del cuerpo humano y la densidad de los nodos. El tratamiento debe ser rápido y confiable.

Este protocolo tiene buena escalabilidad y buena adaptabilidad a cambios en la red, retardo, rendimiento y ancho de banda utilizado. Por tanto, es energéticamente eficiente y flexible para diferentes técnicas de funcionamiento. Esto es necesario para reducir el manejo de escucha, colisiones de paquetes y problemas generales de control de paquetes.

A continuación, se muestran diferentes tipos de protocolos existentes o propuestos para la BAN.

• IEEE 802.15.4;
• H-MAC: Protocolo MAC controlado por latidos;
• DTDMA: Protocolo TDMA dinámico basado en reservas;
• DTDMA basado en frecuencia;
• TDMA basada en preámbulos;
• Protocolo BodyMAC.

Los mecanismos de ahorro de energía juegan un papel importante en el desempeño de un buen protocolo de enlace.

Mecanismos de ahorro energético	Protocolos
LPL (escucha de baja potencia)	WiseMAC
	BMAC
	MADRE
SC (disputa programada)	SMAC
	TMAC
	PMAC
	DMAC
TDMA (acceso múltiple por división de tiempo)	FLAMA
	FILTRAR
	ATENCIÓN

Existen diferentes mecanismos de ahorro de energía como LPL (Low power Listening), contención programada o TDMA que siempre se analizan y discuten en el marco de la BAN, sin embargo el protocolo TDMA se considera el protocolo más efectivo. energía eficiente.

Usos

Dominio médico

Las redes tipo BAN encuentran aplicaciones en diversos campos como el deporte o los juegos, pero su uso en el ámbito médico es mayor, hasta el punto de que algunos autores presentan este tipo de redes como dedicadas a la salud. De hecho, el aumento de los costes sanitarios y el aumento de la esperanza de vida en los países desarrollados conduce a la innovación en el campo de la salud, y una de estas innovaciones consiste en monitorizar a los pacientes en tiempo real mediante sensores conectados en WBAN . Por lo tanto, es posible monitorear los parámetros vitales de una persona y alertar a los servicios de emergencia si es necesario. Incluso es posible inyectar medicación utilizando un actuador colocado cerca del cuerpo.

Resumen de usos de la BAN en el ámbito médico

Campo de aplicación	Tipo de sensor / actuador	Rol, contribuciones de la WBAN
Enfermedades cardiovasculares .	Oxímetro, medición de frecuencia cardíaca, electrocardiograma.	Seguimiento del estado de salud, anticipación en la preparación de tratamientos.
Paraplejia .	Acelerómetro, giroscopio, sensores para la posición de las piernas, sensores acoplados a los nervios, actuadores capaces de estimular los músculos.	Restaurar la movilidad.
Cáncer .	Sensor sensible al ácido nítrico.	El sensor se puede colocar en las áreas sospechosas, el médico puede iniciar el tratamiento tan pronto como se detecte una célula sospechosa.
Alzheimer , depresión , hipertensión .		Alerta en caso de detección de una situación anormal que afecte a una persona anciana, aislada y deprimida.
Diabetes .	Biosensor , giroscopio , bomba de insulina .	Tras la detección de una caída de glucosa, se puede enviar una señal para inyectar insulina. De esta forma se reducen las molestias causadas por la enfermedad.
El asma .	Sensor de alérgenos .	Avise al médico o al paciente sobre la detección de un alérgeno.
Epilepsia .	"Mobi"	La unidad portátil "Mobi" está diseñada para detectar los primeros signos de una convulsión (actividad cerebral anormal).
Tratamiento del dolor.	Estimulador.	El actuador es un estimulador que actúa sobre la médula espinal y permite reducir el dolor crónico.
Discapacidad visual .	Retina artificial (matriz de microsensores), cámara externa.	Se puede implantar una retina artificial, formada por una serie de microsensores, en el ojo debajo de la superficie de la retina. La retina artificial traduce los impulsos eléctricos en señales nerviosas. La entrada también se puede obtener de una cámara montada en un par de gafas.
La hipertensión .	Sensor de presión arterial , bomba de medicación.	Se puede inyectar un fármaco mediante una bomba si se supera un valor umbral.
Enfermedad de Parkinson	Detectores de movimiento, acelerómetros	Estime la gravedad de los temblores, la bradicinesia y la discinesia utilizando los datos del acelerómetro y realice una evaluación detallada de la enfermedad.
Seguimiento postoperatorio.	Sensor de temperatura, sensor de presión arterial, sensor de frecuencia cardíaca , ECG	Evita inmovilizar al paciente en la cama.

El uso de WBAN en el campo médico permite considerar el concepto de "Médico Virtual". Un servidor, que designaremos con las siglas VDS (Virtual Doctor Server) integra un conjunto de aplicaciones para brindar servicios de salud y primeros auxilios . Este servidor encaja en el tercio de tres tercios de la arquitectura BAN . Un VDS podría tener los siguientes usos:

• Mantener el historial del paciente;
• Informar al paciente o al personal sanitario sobre la base de los signos vitales recogidos por los sensores;
• Llame a la sala de emergencias si es necesario, se le puede recomendar al paciente que realice los primeros pasos él mismo;
• Guíe a un asistente de primeros auxilios, en caso de pérdida del conocimiento , en la administración de primeros auxilios.

El uso de BAN y sus microsensores también allana el camino para nuevas técnicas endoscópicas  : la "cápsula endoscópica" consiste en una microcámara del tamaño de una pastilla, originalmente diseñada para registrar imágenes del tracto digestivo para su posterior diagnóstico. El uso de técnicas de transmisión basadas en Ultra WideBand ( UWB ) ahora permite tener imágenes en tiempo real. En el futuro, los micro-robots podrían explorar otras partes del cuerpo humano utilizando tecnologías similares.

Área de servicios de emergencia

El uso de redes de tipo BAN en el ámbito de los servicios de emergencia permite preservar la vida de los socorristas. Para los bomberos , los sensores recopilan y transmiten información sobre el medio ambiente ( metano , oxígeno , monóxido de carbono , temperatura y humedad del aire), sobre la condición del usuario (la temperatura del cuerpo, frecuencia cardíaca, saturación de oxígeno de la sangre) o sobre la condición de su equipo (el nivel de aire en las botellas). Los bomberos en dificultades o en peligro pueden ser rescatados utilizando sistemas de rastreo GPS .

Campo de deportes

En el ámbito del deporte, las redes tipo BAN se utilizan para medir el rendimiento y la actividad de los deportistas en tiempo real. Los distintos sensores permiten la lectura de la frecuencia cardíaca, el análisis de los movimientos, los flujos de temperatura, la respiración y la ubicación geográfica a través de GPS. Para golf , además de un sensor colocado en la varilla del palo, el jugador está equipado con un giroscopio , acelerómetro y magnetómetro para analizar la calidad del swing y mejorar los resultados.

Campo de los videojuegos y redes sociales

En el campo de los videojuegos o las redes sociales, el avatar de un mundo virtual toma las posiciones reales del jugador gracias a los sensores de movimiento que lo equipan. Al agregar la ubicación geográfica , todos están informados de la presencia de sus contactos cercanos.

Campo de danza y entretenimiento

Las redes de tipo BAN también se utilizan en el campo de la danza y el entretenimiento . La atmósfera luminosa y musical evoluciona de acuerdo con los sensores que lleva el bailarín: un monitor portátil permite la recopilación continua de datos de bajo nivel fisiológico, incluidos los flujos de calor, la temperatura de la piel, la temperatura corporal cercana y la respuesta galvánica de la piel.

Campo de defensa

Estos diferentes usos se encuentran en el campo de la defensa. El nivel de estrés y la eficiencia de un piloto de combate se monitorea a través de una red de sensores que comprende: electroencefalograma, electrocardiograma, electromiograma, sensor que mide la respiración, presión arterial, pulso , conductividad cutánea. Para las fuerzas armadas estadounidenses, la transmisión y análisis de datos recolectados a través de redes de sensores colocados sobre el personal militar en operación se utilizan para determinar el impacto del calor extremo, frío intenso, grandes altitudes, tareas profesionales, entrenamiento físico, operaciones desplegadas y factores nutricionales sobre la salud y el desempeño del personal militar. Cada soldado se convierte entonces en una plataforma de red, interconectada, con sistemas de localización de objetivos, sistemas de visión nocturna, sistemas de audio 3D que facilitan la identificación y posición del ruido circundante.

Problemas y perspectivas

El envejecimiento de la población y el aumento de los costes sanitarios en los países desarrollados los están impulsando a adoptar nuevas soluciones, incluidas las redes tipo WBAN , para el seguimiento de los pacientes.

Un informe de 2008 del "  Departamento de Hospitalización y Organización de la Atención  " (adjunto al "  Ministerio de Salud y Deportes  ") examina el lugar de la telemedicina en la organización de la atención. Los autores recuerdan la siguiente observación: la esperanza de vida se ha ido alargando tres meses al año durante varias décadas, y este alargamiento va acompañado de un aumento de las enfermedades crónicas (diabetes, hipertensión, insuficiencia cardíaca y renal, cánceres). Al mismo tiempo, se están llevando a cabo proyectos de investigación en el campo de la ropa inteligente a nivel europeo. Estas prendas, mediante la integración de acelerómetros y magnetómetros , podrían utilizarse en el contexto de la monitorización remota de pacientes ancianos en el domicilio, permitiendo prevenir las caídas, una de las principales causas de mortalidad en esta población. El proyecto europeo “IST MyHeart” trabaja para desarrollar “indumentaria biomédica inteligente” que incorpore sensores incrustados en el tejido y capaces de transmitirlos de forma inalámbrica a un ordenador o un centro especializado. En Francia, el proyecto VTAMN (Ropa de teleasistencia médica nómada) fue seleccionado por el Ministerio de Investigación . Estas prendas permiten un seguimiento continuo de las señales vitales del paciente. Estas herramientas mejorarán la calidad de vida de las personas mayores, enfermas o frágiles. Así, el informe indica que “estas personas podrán tener una vigilancia médica personalizada y transparente permanente gracias a la ropa inteligente llena de sensores que llevarán de forma permanente y que se comunicarán en tiempo real, a través de un BAN (Body Area Network), todo datos médicos a su médico tratante o hospital de referencia o asilo de ancianos ” . Económicamente predice que el mercado global de ropa inteligente podría superar los siete mil millones de dólares en 2014, con estos dispositivos, dado el envejecimiento de la población, volviéndose tan imprescindibles como puede ser un móvil en la actualidad.

Los principales problemas de diseño del sistema son:

• La fuente de alimentación de los sensores;
• El tamaño y peso de los sensores;
• El rango de comunicación inalámbrica y las características de transmisión de los sensores;
• La ubicación del sensor y su montaje;
• La configuración homogénea del sistema;
• Transferencia automática de datos;
• La interfaz de usuario (simple e intuitiva);
• Emisión continua, en particular para sensores de acelerómetro o giroscopios.

Problemas sociales de WBAN: debido a la comunicación relacionada con la salud entre sensores y servidores, todas las comunicaciones de WBAN e Internet deben estar encriptadas para proteger la privacidad del usuario. Será necesaria una normativa legal para regular el acceso a los datos personales.

Los ingenieros de la Universidad Estatal de Oregon han desarrollado una nueva tecnología para monitorear los signos vitales médicos, con sensores avanzados de bajo volumen y bajo costo que podrían caber en un vendaje, fabricarse en grandes cantidades y costar menos de 25 centavos.

Glosario

Nodo: entidad que contiene una subcapa de control de acceso a medios (MAC), una capa física (PHY) y que, opcionalmente, proporciona servicios de seguridad.

Hub: una entidad que tiene la funcionalidad de un nodo y coordina el acceso a los medios y la administración de energía de los nodos en la Body Network (BAN).

BAN: red de área corporal ((fr): red de área corporal)

BASN: Red de sensores de área corporal ((fr): Red de sensores de área corporal)

BCH: código Bose, Ray-Chaudhuri, código Hocquenghem

BSN: Red de sensores corporales ((fr): Red de sensores corporales)

CCA: evaluación del canal claro ((fr): Evaluación del canal libre)

CRC: comprobación de redundancia cíclica ((fr): comprobación de redundancia cíclica)

CSMA / CA: acceso múltiple con detección de portadora con prevención de colisiones ((fr): acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones)

DTDMA: Protocolo TDMA dinámico basado en reservas ((fr): Protocolo TDMA dinámico)

EFC: comunicación de campo eléctrico ((fr): campo de comunicación eléctrico)

FCS: secuencia de verificación de tramas ((fr): secuencia de verificación de tramas)

FM-UWB: banda ultraancha de modulación de frecuencia ((fr): banda ultraancha de modulación de frecuencia)

FM-DTDMA: DTDMA basado en frecuencia ((fr): DTDMA basado en frecuencia)

HARQ: solicitud de repetición automática híbrida ((fr): solicitud de repetición automática híbrida)

HCS: secuencia de verificación del encabezado ((fr): secuencia de verificación del encabezado)

HBC: comunicaciones del cuerpo humano ((fr): Communication du corps humaine)

H-MAC: Protocolo MAC controlado por latidos ((fr): Protocolo MAC basado en latidos)

IR-UWB: radio de impulso de banda ultra ancha ((fr): radio de impulso de banda ultra ancha)

ISM: Industrial, científico y médico ((fr) :)

LPL: escucha de baja potencia ((fr): escucha de baja potencia)

MAC: control de acceso a medios ((fr): control de acceso a medios)

MICS: Servicio de comunicación de implantes médicos ((fr): Servicio de comunicación de implantes médicos)

NB: banda estrecha ((fr): capa física de banda estrecha)

PB-TDMA: TDMA basado en preámbulo ((fr): Preámbulo basado en TDMA)

PHR: encabezado de la capa física ((fr): encabezado físico)

PHY: capa física o física ((fr): físico o capa física)

PLCP: protocolo de convergencia de capa física ((fr): protocolo de convergencia de capa física)

PPDU: unidad de datos de protocolo de capa física ((fr): unidad de datos de protocolo de capa física)

PSDU: unidad de datos de servicio de capa física ((fr): unidad de datos de servicio de capa física)

SC: Contención programada ((fr): Contención programada)

SFD: delimitador de inicio de fotograma ((fr): delimitador de inicio de fotograma)

SHR: encabezado de sincronización ((fr): encabezado de sincronización)

TDMA: acceso múltiple por división de tiempo ((fr): acceso múltiple por división de tiempo)

UWB: banda ultra ancha ((fr): capa física de banda ultra ancha)

WBAN: Red de área corporal inalámbrica ((fr): Red de área corporal inalámbrica)

WBASN: Red inalámbrica de sensores de área corporal ((fr): Red inalámbrica de sensores de área corporal)

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Notas y referencias

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