Metodika - Postupy optimálního využití moderních komunikačních kanálů

Informatika v telemedicíně FBMI ČVUT

Metodika - Postupy optimálního využití moderních komunikačních kanálů

Kolektiv autorů: David Gillar , Jiří Brada, Mikuláš Miček, Miroslav Poledňák, Marie Tichá, Martin Vítězník, Tomáš Veselý Číslo projektu: CZ.1.07/2.2.00/28.0322 Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Premisa: Metodika popisuje základní principy fungování (W)BAN sítí. Metodika ukazuje prakticky fungující systémy a technologie. Posluchač: 1) nastuduje principy algoritmů a strategií, 2) abstrahuje od konkrétních detailů v příkladech, 3) obecné principy a algoritmy pak aplikuje na konkrétní analyzovaný systém.

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Pro správné rozhodování je nutné znát parametry nižších vrstev ISO/OSI. Nejčastější technologie bezdrátové komunikace:

1. Bluetooth 2. WiFi 3. ZigBee

Body Area Networks (BAN)

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

BlueTooth ● ● ● ● ● ●

IEEE 802.15.1 Bezdrátová náhrada sériové linky Komunikace na krátkou vzdálenost Nízké energetické nároky Vyvíjeno pro „point to point“ komunikaci Struktura MESH možná – –

Není nativně podporována Přináší obtíže

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Wi-Fi ●

IEEE 802.11.a/b/g

●

Vyvinuto pro sítě LAN

●

Připojení k internetu

●

Vysoká spotřeba

●

Dobrý dosah

●

Výborný datový tok

●

Tvoření rozsáhlých MESH komplikované, avšak možné

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

ZigBee ●

●

IEEE 802.15.4 Vyvíjeno pro použití v sítích se složitou MESH topologií

●

Nízká spotřeba

●

Možnost „routování“

●

Dosah na úrovni Wi-Fi

●

Datový tok jednotky až maximálně desítky kB/s

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Porovnání bezdrátových technologií

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Vlastnosti BAN sítě

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

BAN sítě ●

BAN = Body Area Network,

●

analogie ke zkratkám: –

WAN = Wide Area Network,

–

(W)LAN = (Wireless) Local Area Network,

–

PAN = Personal Area Network,

–

...,

–

(W)BAN = (Wireless) Body Area Network.

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

BAN sítě ●

●

●

Senzorová síť pokrývající (dosahem) tělo a jeho bezprostřední okolí, různé senzory pro rozličné (bio)signály, typický setup: „koncentrátor“ (řídicí jednotka) a podřízené senzory.

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

BAN sítě ●

Drátové vs. bezdrátové: každé řešení má své výhody i nevýhody.

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

BAN sítě ●

Drátové: –

–

Výhody: ●

spolehlivý přenos výsledků měření,

●

flexibilnost v přenosové kapacitě spojení,

●

centrální zdroj energie,

●

jednodušší návrh, nižší cena senzorů.

Nevýhody: ●

Komplikace z mechanického hlediska (vedení vodičů; únava, poškození ohybem aj.),

●

omezená možnost rozšíření o další senzory,

●

propojení může být vstupním bodem pro rušení,

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

BAN sítě ●

Bezdrátové: –

Výhody: ● ●

●

–

Volnost pohybu, síť je modulární a flexibilní, s výhodou lze bez přílišných komplikací rozšířit o další senzory, senzory jsou autonomní.

Nevýhody: ●

Každý senzor musí mít vlastní napájecí zdroj,

●

radiový přenos může být rušen a být zdrojem rušení,

●

radiový přenos je energeticky náročnější, než drátový,

●

konstrukce senzoru je složitější.

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

WBAN sítě ●

Multipoint-to-point architektura,

●

k diskuzi: –

spotřeba vs. dosah vs. datový tok,

–

spolehlivost přenosu,

–

řízení komunikace,

–

kompatibilita,

–

„používanost“.

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

WBAN sítě ●

Multipoint-to-point architektura,

●

k diskuzi:

Analogie se spacákem: hmotnost-hřejivost

●

–

spotřeba vs. dosah vs. datový tok,

–

spolehlivost přenosu,

–

řízení komunikace,

–

kompatibilita,

–

„používanost“.

Nízké spotřeby se dosahuje omezením dos

●

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

WBAN sítě ●

Multipoint-to-point architektura,

●

k diskuzi:

Potvrzování správného průběhu přenosu zv

●

–

spotřeba vs. dosah vs. datový tok,

–

spolehlivost přenosu,

–

řízení komunikace,

–

kompatibilita,

–

„používanost“.

Nutno nalézt kompromis mezi spolehlivost

●

pravidlo 80/20, „Je vůbec potřeba mít 100

●

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

WBAN sítě ●

Multipoint-to-point architektura,

●

k diskuzi:

Máme 10 senzorů a 1 přijímač, jak zajistit

●

–

spotřeba vs. dosah vs. datový tok,

–

spolehlivost přenosu,

–

řízení komunikace,

–

kompatibilita,

–

„používanost“.

aby se navzájem nerušily? ●Aby data dorazila do správného cíle? ●aby ... ●

Toto řeší systémy—obvody s integrovaným např. ANT a BLE. ●

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

WBAN sítě ●

Multipoint-to-point architektura,

●

k diskuzi:

rušení (od) „konkurenčních“ systémů pracu ●WiFi, ZigBee, mikrovlnka, Bluetooth, ... ●

–

spotřeba vs. dosah vs. datový tok,

–

spolehlivost přenosu,

–

řízení komunikace,

–

kompatibilita,

–

„používanost“.

Kompatibilita se zákonem (USA—EU—

●

„upscalability“, ●nekompatibilita různých komunikačních p ●

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.

WBAN sítě ●

Multipoint-to-point architektura,

●

k diskuzi:

„exotické řešení“ → problémy s dostupnos

●

–

spotřeba vs. dosah vs. datový tok,

–

spolehlivost přenosu,

–

řízení komunikace,

–

kompatibilita,

–

„používanost“.

Běžně používané řešení → možnost využít

●

Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.