Comunicação acoplada ao corpo humano : transceiver e protocolo de rede

Abstract

Desde o início do novo milénio que as Body Area Networks (BAN) têm vindo a suscitar um grande interesse por parte de investigadores em todo o mundo. Várias tecnologias têm vindo a ser utilizadas, e diversos protocolos de rede têm vindo a ser estudados à procura do melhor compromisso de qualidade e eficiência energética. Atualmente, as BAN utilizam maioritariamente tecnologias RF, para a interligação física dos diversos nós. Nos últimos anos, as comunicações acopladas ao corpo humano (BCC), têm vindo a ser redescobertas após um período de desinteresse. BCC é um método de transmitir sinais elétricos através do corpo humano, que utiliza as propriedades condutoras do próprio corpo de modo a formar um canal de comunicação. Este trabalho de Mestrado enquadra-se precisamente no contexto das BAN. Tem como objectivo, o projecto e implementação de transceivers com suporte BCC, e também o projecto e implementação de um protocolo MAC nos transceivers. Pretende-se que este sistema suporte a comunicação a diferentes frequências. Além do baixo consumo, é pretendido também que este sistema suporte protocolos MAC para permitir o correcto acesso ao meio, bem como a confirmação de mensagens recebidas. Tudo isto deve ser implementado com recurso apenas a um microcontrolador de relativamente baixo consumo, tirando o circuito de comunicação BCC. Nesta dissertação é apresentado todo o processo, desde o projecto à implementação física dos protótipos, bem como o projecto do protocolo MAC. Além da implementação, são também discutidos os resultados obtidos como taxa de erros, qualidade de sinal recebido em diversas localizações do corpo humano, mas também resultados referentes ao protocolo MAC implementado, como a verificação de colisões, o efeito das colisões de pacotes no sistema, entre outros. Embora os resultados obtidos sejam bastante promissores, existe ainda um longo caminho a percorrer, tanto no estudo das propriedades condutivas do corpo humano e melhorias no sistema implementado, bem como no estudo de mecanismos de acesso ao meio adequados às BAN, de modo a que esta tecnologia se torne madura o suficiente para utilização em grande escala.

Since the beginning of the new millenium, Body Area Networks (BAN) have been raising great interest from the researchers all around the world. Many technologies have being used, and several network protocols have being studied in order to achieve the best committement of quality and energy e ciency. Nowadays, BAN use mostly RF technologies for the physical connection between the nodes. In the last years, Body Coupled Communications (BCC), have been rediscovered after a period of disinterest. BCC is a method of delivering electric signals through the human body, which uses the conducting properties of the body to form a communication channel. This Master Thesis' work ts precisely in the context of BAN's. The main goals are the project and development of transceivers with BCC capability, and also the project and implementation of a MAC protocol in the transceivers. It is pretended that this system has support for comunnication at several frequencies. Besides the low consumption, this system has to support MAC protocols to manage the correct access to the channel, as also as message receveid' con rmation. All this should be implemented with resource of only one low power microcontroller, besides the BCC circuitry. In this thesis it is presented the whole process, from the project to the physical implementation of the prototypes, as also as the project of the MAC protocol. Besides the implementation, it will be discussed the obtained results as error rates and quality of the signal received in several zones of the human body, but also results of the implemented MAC protocol, such as collision ocurrences, the e ect of collisions in the system, among others. Although the obtained results are very promising, there is still a long way to go, either in the study of the conducting properties of the human body, as in the study of the MAC protocols suitable for BAN's, to this technology become su ciently mature to a global use.