Optical wireless communication performance for body area networks
Performances de l'optique sans fil pour les réseaux de capteurs corporels
Résumé
This thesis deals with the performance of optical girelles communications for body area networks (BAN) as an alternative solution to the radiofrequency one, in the context of mobile healthcare monitoring. After presenting the main characteristics of a BAN using the radiofrequency technology, specifically in the UWB band, we explain the advantages of the optical wireless technology. Diffuse propagation based on infrared technology is then considered for BAN, exploiting optical reflections from environment surfaces. Several optical wireless channel modeling methods are introduced, and we consider two solutions for the link between two on-body nodes: a classical method named “one reflection model”, used to estimate performance variations, and a ray-launching method, used to take into account a great amount of optical reflections. Considering several scenarios, we determine the outage probability, and show that the diffuse optical wireless technology is able to achieve an on-body link, with the data rates and the quality of service required by health monitoring applications, for a transmitted power far lower than the limit defined in standards. Then, we evaluate the theoretical performance, in terms of error probability, of an optical wireless BAN, considering the optical code division multiple access technique. Finally, we show that a BAN using optical wireless technology is theoretically feasible, regarding a health monitoring application, and considering the mobility of the patient in indoor environment.
Cette thèse aborde les performances d’un réseau corporel utilisant la technologie optique sans fil, comme alternative aux radiofréquences. L’application visée concerne la télésurveillance de patients mobiles, en milieu hospitalier. Après avoir défini les principales caractéristiques des réseaux corporels radiofréquences, notamment dans le cas de l’ultra large bande, nous présentons les avantages à utiliser la technologie optique sans fil. Nous considérons ensuite cette technologie en infrarouge, avec une méthode de propagation dite diffuse, exploitant les réflexions des rayons optiques dans l’environnement du réseau corporel. Les différentes méthodes de modélisation d’un canal optique diffus sont introduites, et nous utilisons deux types de méthodes pour modéliser le canal entre deux noeuds portés : un modèle classique dit « à une réflexion », permettant d’évaluer rapidement des variations de performances, et une méthode de lancer de rayon pour considérer un grand nombre de réflexions. En utilisant différents scénarios, ainsi que la notion de probabilité de rupture, nous montrons que l’optique diffuse permet de réaliser un lien corporel, pour les débits et la qualité de service requise par une application de télésurveillance médicale, et pour une puissance de transmission très inférieure à la limite imposée par la sécurité oculaire. Finalement, nous étudions les performances théoriques d’un réseau corporel en optique diffuse en termes de probabilité d’erreur, avec une gestion de l’accès multiple réalisé par répartition de codes optiques. Nous concluons qu’un réseau de capteurs corporels en optique diffuse est théoriquement réalisable, pour une application médicale de surveillance de patients mobiles dans l’environnement.
Domaines
Optique / photonique
Origine : Version validée par le jury (STAR)