Università degli studi di Pisa – Facoltà di Ingegneria delle Telecomunicazioni
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Le BWCS si possono classificare in tre differenti tipologie:
1. Comunicazioni tra dispositivi montati su corpo e esterni al corpo Off Body 2. Comunicazioni tra dispositivi montati nel corpo In Body
3. Comunicazioni tra dispositivi montati su corpo On Body
Questo tipo di nomenclatura implica una partizione delle BWCS in tre aree distinte (Figura [2.1]) . La prima, chiamata dominio off-body, prevede l’uso di una sola antenna istallata sul corpo perciò presenta il maggior numero di link di comunicazione al di fuori del corpo dell’utente e nello spazio libero. La seconda presenta una parte significativa del canale all’interno del corpo (dominio in- body) in quanto la comunicazione avviene attraverso sensori impiantati, mentre nella terza area (dominio on-body), oggetto di studio in questa tesi, il canale di comunicazione è rappresentato sia dallo spazio libero circondante l’utente sia dalla superficie corporea considerando che si tratta di un collegamento tra due antenne istallate appunto on-body [9].
DOMINIO IN-BODY DOMINIO
OFF-BODY
DOMINIO ON-BODY
Figura 2.1 : Classificazione dei domini di funzionamento nei sistemi BWCS [13].
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Ci sono pochissimi esempi di tecnologia indossabile per usi generici al giorno d’oggi ma ciò sarà molto diverso nel futuro prossimo. Il vero inconveniente che si è presentato nei sistemi realizzati al giorno d’oggi è rappresentato dai collegamenti cablati tra i dispositivi. Ciò è indesiderabile per alcuni motivi quali l’affidabilità dei cavi e dei connettori che subisce costantemente una flessione, il peso dei cavi e l’inconvenienza nell’uso pratico.
Un certo numero di metodi di connessioni cablate sono state sviluppate in seguito a questi evidenti problemi, compresi gli indumenti “intelligenti” (Smart Textile) e le connessioni attraverso correnti nel corpo, ed ognuna ha riportato vantaggi e inconvenienti. Per esempio fra gli Smart Textile l’inconveniente è dato dal fatto che l’utente deve indossare un particolare indumento che magari va contro le sue preferenze personali, mentre per i dispositivi Body Currents i collegamenti hanno una bassa capacità.
La connettività senza fili (wireless) tramite onde radio è una buona alternativa a queste soluzioni per i dispositivi indossabili. Molti standard di comunicazione wireless, ad esempio Bluetooth, BodyLAN o Zigbee, possono fornire alti livelli di flessibilità e confort per l’utente, di conseguenza molta attenzione si è spostata su queste tecnologie [10]. Si possono dunque definire tre criteri che devono accomunare i moduli wireless per comunicazioni On Body:
a. Devono supportare gli alti data rates richiesti in futuro (ad es. un video in real-time).
b. Devono essere piccoli e leggeri. Ciò porta a pensare che debbano funzionare ad alte frequenze.
c. Devono avere dei link ad alta efficienza in modo da consumare la minima potenza possibile.
In termini di antenna e di propagazione, un progetto ottimo del modulo richiede sia una conoscenza delle proprietà del canale di propagazione sia una ottimizzazione del design dell’antenna, ed è quello che verrà affrontato nei prossimi Capitoli.
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I canali di comunicazione On-Body sono tuttora argomento di crescente interesse per un grande numero di applicazioni che abbiamo visto nel Capitolo 1, come le reti di sensori per scopi medici, sistemi per applicazioni industriali e comunicazioni personali. Le stesse connessioni Bluetooth disponibili per la connessioni di terminali mobili sono un esempio di sistema di comunicazione On- Body. Lo standard Bluetooth però non è stato sviluppato per tali applicazioni. Non può essere quindi un sistema ottimale perciò si richiede lo sviluppo di standard e dispositivi che ottimizzino i sistemi On-Body.
Lo studio dei sistemi On-Body ha posto l’attenzione sugli effetti del corpo umano nel funzionamento delle antenne poste in prossimità del corpo stesso, sull‘assorbimento di energia e, in particolare, del SAR, sulla propagazione sul e fuori dal corpo nell’uso di cellulari o cercapersone [12].
Tuttavia si devono tener presente le diverse difficoltà che si incontrano nel trattare questi sistemi, e cioè che mentre la propagazione tra una stazione radio base cellulare e un terminale mobile è relativamente stazionaria, questo non avviene nella propagazione di onde radio tra due punti sul corpo umano.
Questa problematica è fondamentale in quanto il corpo umano è soggetto sempre a movimenti più o meno significativi, dalle normali attività umane allo sport, che portano ad una continua variazione della posizione reciproca dei terminali e della geometria dell’ambiente locale di propagazione.
Secondariamente i cambiamenti della geometria locale dovuta a questi movimenti modifica il funzionamento dell’antenna e, in particolare, l’adattamento in ingresso e il pattern d’irradiazione.
Le variazioni nei parametri dell’antenna e nelle perdite per propagazione sono elementi che devono essere considerati nel progetto del dispositivo finale, per consentire una capacità di canale massima e un consumo di potenza minimo.
Si deve tenere conto che vi sono potenzialmente molti percorsi nella propagazione in una rete On- Body e che quindi la comunicazione tra moduli sul corpo coinvolge sia i percorsi sul corpo sia quelli dispersi esternamente al corpo, siano essi fuori o all’interno di una struttura chiusa.
Nelle misurazioni effettuate sulle perdite sui link (link loss), si sono viste differenze significative tra quelle realizzate in camera anecoica e quelle in laboratorio. Per queste si stanno sviluppando nuovi modelli per la propagazione indoor e outdoor; da ciò l’obiettivo di combinare i modelli sviluppati per la propagazione On-Body con gli attuali modelli ambientali per avere un quadro completo.
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Un altro problema da tener d’occhio è la difficoltà di isolare le caratteristiche dell’antenna dal path di propagazione considerando che il funzionamento dell’antenna è influenzato dalla vicinanza o meno del corpo umano e dalle caratteristiche dielettriche dei tessuti.
