Implementasi Zigbee Transceiver Untuk Akuisisi Data Sensor Inersia Pada Wireless Body Area Network (WBAN)

Laju pertambahan  jumlah penduduk yang membutuhkan layanan kesehatan di Indonesia tidak berbanding lurus dengan penambahan jumlah fasilitas kesehatan yang ada. Salah satu solusi alternatif yang dapat digunakan untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan mengembangkan teknologi  Wireless Body Area Network  (WBAN)  sebagai alat bantu layanan  kesehatan.  WBAN  adalah suatu sistem terpadu yang  terdiri atas sekelompok modul sensor yang terdistribusi dan terhubung secara nirkabel pada suatu topologi jaringan  tertentu dan berfungsi untuk mengekstrak dan berbagi informasi untuk diolah sesuai bidang aplikasinya.  Salah satu aplikasi WBAN adalah untuk  analisis gait atau metode untuk mempelajari pola berjalan manusia.  Untuk melakukan proses  analisis gait secara optimal dibutuhkan instrumen sensor  inersia  yang terpasang pada tubuh pasien yang merekam data gait dari pasien. Data dari pasien lalu dikirimkan melalui protokol komunikasi nirkabel ZigBee ke  network  coordinator  yang  berfungsi sebagai pengumpul data.  Jaringan  memiliki  topologi dalam bentuk  star dengan data rate  dari sensor  sebesar  50 Hz.  Data dari  network coordinator  kemudian dibaca pada  PC yang  telah dilengkapi perangkat lunak pengolah data untuk diolah  lebih lanjut.  Sistem diuji pada ruangan koridor sejauh 4 meter dengan nilai RSSI atau kuat sinyal bernilai paling kecil sebesar -64 dBm. Dalam hal konsumsi daya, sensor node dapat digunakan secara berkelanjutan dalam jangka waktu 2 jam 25 meni

Planar monopole antennas with reflection plane for human body centric communication

Wireless Body Area Network (WBAN) is an emerging technology that requires an antenna to be placed on human body for a wide range of applications such as healthcare, entertainment, surveillance, emergency and military. The reflection coefficient magnitude of the antenna in closeness to the human body is degraded and shifted. Essentially, efficiency and gain reduction are the main disadvantages of the antenna performances due to the body effect. In this research, methods of improving efficiency, gain, Specific Absorption Rate (SAR) and stabilizing reflection coefficient magnitude have been proposed. In this work, the design, simulation and fabrication of two monopole antennas with P-shaped and circular-shaped are presented. The proposed P-shaped monopole antenna is designed to operate from 3.1 to 5.1 GHz while the proposed circular-shaped monopole antenna operates at 3.1-5.1 GHz and 6.5-8 GHz. The simulation of the proposed antennas in free space and close proximity of body surface has been carried out using Computer Simulation Technology (CST) Microwave Studio. It has been found that when the P-shaped and circular elements are introduced to the ground plane of the antennas, the reflection coefficient magnitudes with the presence of body for both antennas remain the same as in free space. Moreover, the efficiency and gain of the antennas have been improved by attaching the glass substrate to the ground plane. P-shaped antenna with the glass substrate has demonstrated about 34.6%, 35% and 39.2% improvement of the antenna efficiency at 3.3, 4.45 and 5 GHz, respectively, when placed directly on the human head. For the human chest placement, the antenna demonstrates 30.7%, 33.4% and 36%, and the gain of 3.4, 2.8 and 4 dBi of antenna efficiency and gain improvement at 3.3, 4.45 and 5 GHz, respectively. Similarly, for circular-shaped monopole antenna the improvement of the antenna efficiency obtained for human head are 39.8% and 37.23% at 3.3 and 7.5 GHz, respectively, and for the chest are 36.5% and 32.8% at 3.3 and 7.5 GHz, accordingly. The antenna demonstrates 2.9 and 2.54 dBi improvement of the gain at 3.3 and 7.5 GHz, respectively. These improvements are compared with the antenna without the glass substrate. This study concludes that the glass substrate has improved the gain, efficiency and SAR when placed near human body compared to other antennas and the S11 remains stable when some additional elements are introduced to the ground plane. It was observed that there is good agreement between the simulation and measurement results, thereby showing that the antennas have potential to be deployed for WBAN application

高信頼ミリ波帯 WBAN の研究

Tohoku University末松憲治課

Wireless Body Area Networks for Health-Care Systems

Body Area Network (BAN) development has been driven by pressure to reduce health care costs and by an increased focus on prevention and early risk BANs are highly localized wireless networks that can potentially support a variety of medical applications. Our final paper deals with all aspects involved in Wireless BAN (WBAN) in health care arena

Diseño de antenas UWB directivas y tamaño compacto para aplicaciones médicas operando en el entorno corporal

[ES] El objetivo de este TFM es diseñar antenas directivas y de tamaño compacto que faciliten la penetración de las ondas electromagnética en el interior del cuerpo humano para aplicaciones médicas. Se explorará la posibilidad de emplear pequeñas hélices diseñadas operando a frecuencias por encima de 3 GHz. Las hélices presentan buena directividad y buen ancho de banda, por lo que son candidatas perfectas para este tipo de aplicaciones. Con el objetivo de facilitar la penetración en el cuerpo de las ondas emitidas por la antena, la antena se sumergirá en un fluido, o se empleará algún gel de transición de alta permitividad que minimice las reflexiones que se producen en la piel. Se realizarán simulaciones de la antena y del escenario corporal empleando el software de simulación electromagnética CST, y se realizará un estudio de diferentes geles y fluidos de transición que colocados entre la antena y la piel permitan aumentar la profundidad de penetración de la ondas.[EN] The objective of this project is to design directive and compact size antennas that facilitate the penetration of electromagnetic waves inside the human body for medical applications. The possibility of using small helixes operating at frequencies above 3 GHz will be explored. The helixes have good directivity and good bandwidth, so they are perfect candidates for this type of applications. In order to facilitate the penetration into the body of the waves emitted by the antenna, the antenna will be submerged in a fluid, or a high-permittivity transitional gel will be used to minimize the reflections that occur in the skin. Simulations of the antenna and the body scenario will be performed using the CST electromagnetic simulation software, and a study will be made with different gels and transition fluids placed between the antenna and the skin, to increase the penetration depth of the waves.Palomar Cosín, N. (2019). Diseño de antenas UWB directivas y tamaño compacto para aplicaciones médicas operando en el entorno corporal. http://hdl.handle.net/10251/124628TFG

Application of Ultra-Wideband Technology to RFID and Wireless Sensors

Aquesta Tesi Doctoral estudia l'ús de tecnologia de ràdio banda ultraampla (UWB) per sistemes de identificació per radiofreqüència (RFID) i sensors sense fils. Les xarxes de sensors sense fils (WSNs), ciutats i llars intel•ligents, i, en general, l'Internet de les coses (IoT) requereixen interfícies de ràdio simples i de baix consum i cost per un número molt ampli de sensors disseminats. UWB en el domini temporal es proposa aquí com una tecnologia de radio habilitant per aquestes aplicacions. Un model circuital s'estudia per RFID d'UWB codificat en el temps. Es proposen lectors basats en ràdars polsats comercials amb tècniques de processat de senyal. Tags RFID sense xip (chipless) codificats en el temps son dissenyats i caracterizats en termes de número d'identificacions possible, distància màxima de lectura, polarització, influència de materials adherits, comportament angular i corbatura del tag. Es proposen sensors chipless de temperatura i composició de ciment (mitjançant detecció de permitivitat). Dos plataformes semipassives codificades en temps (amb un enllaç paral•lel de banda estreta per despertar el sensor i estalviar energia) es proposen com solucions més complexes i robustes, amb una distància de lectura major. Es dissenya un sensor de temperatura (alimentat per energia solar) i un sensor de diòxid de nitrogen (mitjançant nanotubs de carboni i alimentat per una petita bateria), ambdòs semipassius amb circuiteria analògica. Es dissenya un multi-sensor semipassiu capaç de mesurar temperatura, humitat, pressió i acceleració, fent servir un microcontrolador de baix consum digital. Combinant els tags RFID UWB codificats en temps amb tecnologia de ràdar de penetració del terra (GPR), es deriva una aplicació per localització en interiors amb terra intel•ligent. Finalment, dos sistemes actius RFID UWB codificats en el temps s'estudien per aplicacions de localització de molt llarg abast.Esta Tesis Doctoral estudia el uso de tecnología de radio de banda ultraancha (UWB) para sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID) y sensores inalámbricos. Las redes de sensores inalámbricas (WSNs), ciudades y casas inteligentes, y, en general, el Internet de las cosas (IoT) requieren de interfaces de radio simples y de bajo consumo y coste para un número muy amplio de sensores diseminados. UWB en el dominio temporal se propone aquí como una tecnología de radio habilitante para dichas aplicaciones. Un modelo circuital se estudia para RFID de UWB codificado en tiempo. Configuraciones de lector, basadas en rádar pulsados comerciales, son propuestas, además de técnicas de procesado de señal. Tags RFID sin chip (chipless) codificados en tiempo son diseñados y caracterizados en términos de número de identificaciones posible, distancia máxima de lectura, polarización, influencia de materiales adheridos, comportamiento angular y curvatura del tag. Se proponen sensores chipless de temperatura y composición de cemento (mediante detección de permitividad). Dos plataformas semipasivas codificadas en tiempo (con un enlace paralelo de banda estrecha para despertar el sensor y ahorrar energía) se proponen como soluciones más complejas y robustas, con una distancia de lectura mayor. Se diseña un sensor de temperatura (alimentado por energía solar) y un sensor de dióxido de nitrógeno (mediante nanotubos de carbono y alimentado por una batería pequeña), ambos semipasivos con circuitería analógica. Se diseña un multi-sensor semipasivo capaz de medir temperatura, humedad, presión y aceleración, usando un microcontrolador digital de bajo consumo. Combinando los tags RFID UWB codificados en tiempo y tecnología de radar de penetración de suelo (GPR), se deriva una aplicación para localización en interiores con suelo inteligente. Finalmente, dos sistemas activos RFID UWB codificados en tiempo se estudian para aplicaciones de localización de muy largo alcance.This Doctoral Thesis studies the use of ultra-wideband (UWB) radio technology for radio-frequency identification (RFID) and wireless sensors. Wireless sensor networks (WSNs) for smart cities, smart homes and, in general, Internet of Things (IoT) applications require low-power, low-cost and simple radio interfaces for an expected very large number of scattered sensors. UWB in time domain is proposed here as an enabling radio technology. A circuit model is studied for time-coded UWB RFID. Reader setups based on commercial impulse radars are proposed, in addition to signal processing techniques. Chipless time-coded RFID tags are designed and characterized in terms of number of possible IDs, maximum reading distance, polarization, influence of attached materials, angular behaviour and bending. Chipless wireless temperature sensors and chipless concrete composition sensors (enabled by permittivity sensing) are proposed. Two semi-passive time-coded RFID sensing platforms are proposed as more complex, more robust, and longer read-range solutions. A wake-up link is used to save energy when the sensor is not being read. A semi-passive wireless temperature sensor (powered by solar energy) and a wireless nitrogen dioxide sensor (enabled with carbon nanotubes and powered by a small battery) are developed, using analog circuitry. A semi-passive multi-sensor tag capable of measuring temperature, humidity, pressure and acceleration is proposed, using a digital low-power microcontroller. Combining time-coded UWB RFID tags and ground penetrating radar, a smart floor application for indoor localization is derived. Finally, as another approach, two active time-coded RFID systems are developed for very long-range applications