Réseau corporel - Body area network

Types de réseaux informatiques
par étendue spatiale
Classification des réseaux de données par scope spatial.svg

Un réseau corporel ( BAN ), également appelé réseau corporel sans fil (WBAN) ou un réseau de capteurs corporels (BSN) ou un réseau corporel médical (MBAN), est un réseau sans fil de dispositifs informatiques portables. Les dispositifs BAN peuvent être intégrés à l'intérieur du corps sous forme d'implants, peuvent être montés en surface sur le corps dans une position fixe , ou peuvent être accompagnés de dispositifs que les humains peuvent porter dans différentes positions, comme dans des poches de vêtements, à la main ou dans divers sacs . Bien qu'il y ait une tendance à la miniaturisation des appareils, en particulier, les réseaux corporels se composent de plusieurs unités de capteurs corporels miniaturisés (BSU) ainsi qu'une seule unité centrale corporelle (BCU), des appareils intelligents de plus grande taille (tab et pad) jouent toujours un rôle important en termes de hub de données ou de passerelle de données et de fourniture d'une interface utilisateur pour visualiser et gérer les applications BAN, in situ. Le développement de la technologie WBAN a commencé vers 1995 autour de l'idée d'utiliser les technologies de réseau personnel sans fil (WPAN) pour mettre en œuvre des communications sur, à proximité et autour du corps humain. Environ six ans plus tard, le terme « BAN » en est venu à désigner des systèmes où la communication est entièrement à l'intérieur, sur et à proximité immédiate d'un corps humain. Un système WBAN peut utiliser les technologies sans fil WPAN comme passerelles pour atteindre des portées plus longues. Grâce à des passerelles, il est possible de connecter les appareils portables du corps humain à Internet. De cette façon, les professionnels de la santé peuvent accéder aux données des patients en ligne en utilisant Internet indépendamment de l'emplacement du patient.

Concept

La croissance rapide des capteurs physiologiques, des circuits intégrés à faible consommation et des communications sans fil a permis une nouvelle génération de réseaux de capteurs sans fil , désormais utilisés à des fins telles que la surveillance du trafic, des cultures, des infrastructures et de la santé. Le domaine du réseau corporel est un domaine interdisciplinaire qui pourrait permettre une surveillance de la santé peu coûteuse et continue avec des mises à jour en temps réel des dossiers médicaux via Internet. Un certain nombre de capteurs physiologiques intelligents peuvent être intégrés dans un réseau corporel sans fil portable, qui peut être utilisé pour la rééducation assistée par ordinateur ou la détection précoce de conditions médicales. Ce domaine repose sur la possibilité d'implanter de très petits biocapteurs à l'intérieur du corps humain qui sont confortables et qui n'altèrent pas les activités normales. Les capteurs implantés dans le corps humain recueilleront divers changements physiologiques afin de surveiller l'état de santé du patient, quel que soit son emplacement. Les informations seront transmises sans fil à une unité de traitement externe. Cet appareil transmettra instantanément toutes les informations en temps réel aux médecins du monde entier. Si une urgence est détectée, les médecins informeront immédiatement le patient via le système informatique en envoyant des messages ou des alarmes appropriés. Actuellement, le niveau d'information fourni et les ressources énergétiques capables d'alimenter les capteurs sont limitatifs. Bien que la technologie en soit encore à son stade primitif, elle fait l'objet de nombreuses recherches et, une fois adoptée, elle devrait constituer une invention révolutionnaire dans le domaine des soins de santé , permettant à des concepts tels que la télémédecine et la santé mobile de devenir réalité.

Applications

Les premières applications des BAN devraient apparaître principalement dans le domaine de la santé, en particulier pour la surveillance continue et l'enregistrement des paramètres vitaux des patients souffrant de maladies chroniques telles que le diabète , l' asthme et les crises cardiaques .

  • Une BAN en place sur un patient peut alerter l'hôpital, même avant qu'il n'ait une crise cardiaque, en mesurant les changements de ses signes vitaux .
  • Une BAN sur un patient diabétique pourrait s'auto-injecter de l'insuline via une pompe, dès que son niveau d'insuline diminue.
  • Un BAN peut être utilisé pour connaître les transitions sous-jacentes de l'état de santé et la dynamique d'une maladie

D'autres applications de cette technologie incluent le sport, l'armée ou la sécurité. L'extension de la technologie à de nouveaux domaines pourrait également faciliter la communication grâce à des échanges d'informations transparents entre les individus, ou entre les individus et les machines.

Normes

La dernière norme internationale pour les BAN est la norme IEEE 802.15.6 .

Composants

Un BAN ou un BSN typique nécessite des capteurs de surveillance des signes vitaux , des détecteurs de mouvement (via des accéléromètres ) pour aider à identifier l'emplacement de la personne surveillée et une forme de communication, pour transmettre les lectures des signes vitaux et des mouvements aux médecins ou aux soignants. Un kit de réseau corporel typique comprendra des capteurs, un processeur , un émetteur - récepteur et une batterie . Des capteurs physiologiques, tels que des capteurs ECG et SpO2 , ont été développés. D'autres capteurs tels qu'un capteur de pression artérielle, un capteur EEG et une interface PDA pour BSN sont en cours de développement.

Communication sans fil aux États-Unis

La FCC a approuvé l'attribution de 40 MHz de bande passante spectrale pour les liaisons radio large bande de faible puissance BAN dans la bande 2 360-2 400 MHz. Cela permettra de décharger la communication MBAN du spectre Wi-Fi standard déjà saturé vers une bande standard.

La gamme de fréquences 2360-2390 MHz est disponible à titre secondaire. La FCC étendra le service existant de radiocommunication de dispositifs médicaux (MedRadio) dans la partie 95 de ses règles. Les appareils MBAN utilisant la bande fonctionneront sur une base de « licence par règle », ce qui élimine le besoin de demander des licences d'émetteur individuel. L'utilisation des fréquences de 2 360 à 2 390 MHz est limitée à l'exploitation à l'intérieur des établissements de santé et est soumise à l'enregistrement et à l'approbation du site par les coordonnateurs afin de protéger l'utilisation principale de la télémétrie aéronautique. L'exploitation dans la bande 2390-2400 MHz n'est pas soumise à enregistrement ou à coordination et peut être utilisée dans toutes les zones, y compris résidentielles.

Défis

Les problèmes liés à l'utilisation de cette technologie peuvent inclure :

  • Qualité des données : les données générées et collectées via les BAN peuvent jouer un rôle clé dans le processus de soins aux patients. Il est essentiel que la qualité de ces données soit d'un niveau élevé pour s'assurer que les décisions prises sont basées sur les meilleures informations possibles
  • Gestion des données : comme les BAN génèrent de gros volumes de données, la nécessité de gérer et de maintenir ces ensembles de données est de la plus haute importance.
  • Validation du capteur : les dispositifs de détection omniprésents sont soumis à des contraintes de communication et de matériel inhérentes, notamment des liaisons réseau filaires/sans fil non fiables, des interférences et des réserves de puissance limitées. Cela peut entraîner la retransmission d'ensembles de données erronés à l'utilisateur final. Il est de la plus haute importance, en particulier dans le domaine de la santé, que toutes les lectures des capteurs soient validées. Cela permet de réduire la génération de fausses alarmes et d'identifier les faiblesses possibles dans la conception matérielle et logicielle.
  • Cohérence des données : les données résidant sur plusieurs appareils mobiles et les notes des patients sans fil doivent être collectées et analysées de manière transparente. Au sein des réseaux corporels, les ensembles de données vitales des patients peuvent être fragmentés sur un certain nombre de nœuds et sur un certain nombre de PC ou d'ordinateurs portables en réseau. Si l'appareil mobile d'un médecin ne contient pas toutes les informations connues, la qualité des soins aux patients peut se dégrader.
  • Sécurité : des efforts considérables seraient nécessaires pour rendre la transmission WBAN sûre et précise. Il faudrait s'assurer que les données « sécurisées » du patient proviennent uniquement du système WBAN dédié de chaque patient et ne sont pas mélangées avec les données d'autres patients. De plus, les données générées à partir du WBAN doivent avoir un accès sécurisé et limité. Bien que la sécurité soit une priorité élevée dans la plupart des réseaux, peu d'études ont été réalisées dans ce domaine pour les WBAN. Les WBAN étant limités en ressources en termes de puissance, de mémoire, de débit de communication et de capacité de calcul, les solutions de sécurité proposées pour d'autres réseaux peuvent ne pas être applicables aux WBAN. La confidentialité, l'authentification, l'intégrité et la fraîcheur des données ainsi que la disponibilité et la gestion sécurisée sont les exigences de sécurité du WBAN. La norme IEEE 802.15.6, qui est la dernière norme pour le WBAN, a essayé d'assurer la sécurité du WBAN. Cependant, il présente plusieurs problèmes de sécurité.
  • Interopérabilité : les systèmes WBAN devraient assurer un transfert de données transparent entre des normes telles que Bluetooth , ZigBee, etc. pour promouvoir l'échange d'informations, l' interaction plug and play avec les appareils. De plus, les systèmes devraient être évolutifs , assurer une migration efficace entre les réseaux et offrir une connectivité ininterrompue.
  • Périphériques du système : les capteurs utilisés dans le WBAN devraient être peu complexes, de petite taille, légers, écoénergétiques, faciles à utiliser et reconfigurables. En outre, les dispositifs de stockage doivent faciliter le stockage et la visualisation à distance des données des patients ainsi que l'accès à des outils de traitement et d'analyse externes via Internet .
  • Énergie vs précision : la politique d'activation des capteurs doit être déterminée pour optimiser le compromis entre la consommation d'énergie du BAN et la probabilité d'une mauvaise classification de l'état de santé du patient. Une consommation d'énergie élevée se traduit souvent par des observations plus précises sur l'état de santé du patient et vice versa.
  • Invasion de la vie privée : les gens pourraient considérer la technologie WBAN comme une menace potentielle pour la liberté, si les applications vont au-delà d'un usage médical « sécurisé ». L'acceptation sociale serait la clé pour que cette technologie trouve une application plus large.
  • Interférence : La liaison sans fil utilisée pour les capteurs corporels devrait réduire les interférences et augmenter la coexistence des dispositifs de nœuds de capteurs avec d'autres dispositifs réseau disponibles dans l'environnement. Ceci est particulièrement important pour la mise en œuvre à grande échelle des systèmes WBAN.
  • Coût : Les consommateurs d'aujourd'hui s'attendent à des solutions de surveillance de la santé à faible coût qui offrent des fonctionnalités élevées. Les implémentations WBAN devront être optimisées en termes de coûts pour être des alternatives attrayantes pour les consommateurs soucieux de leur santé.
  • Surveillance constante : les utilisateurs peuvent nécessiter différents niveaux de surveillance, par exemple ceux à risque d'ischémie cardiaque peuvent vouloir que leurs WBAN fonctionnent en permanence, tandis que d'autres à risque de chute peuvent n'avoir besoin que des WBAN pour les surveiller pendant qu'ils marchent ou se déplacent. Le niveau de surveillance influence la quantité d'énergie requise et le cycle de vie du BAN avant que la source d'énergie ne soit épuisée.
  • Déploiement contraint : Le WBAN doit être portable, léger et non intrusif. Il ne doit pas altérer ni encombrer les activités quotidiennes de l'utilisateur. La technologie devrait en fin de compte être transparente pour l'utilisateur, c'est-à-dire qu'elle devrait effectuer ses tâches de surveillance sans que l'utilisateur s'en rende compte.
  • Performances cohérentes : les performances du WBAN doivent être cohérentes. Les mesures du capteur doivent être précises et calibrées, même lorsque le WBAN est éteint puis rallumé. Les liaisons sans fil doivent être robustes et fonctionner dans divers environnements d'utilisateurs.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes