Description du système étudié

III.2.1 L’environnement

Dans cette étude, nous considérons deux environnements de tailles différentes, comme présenté sur la figure III-2. Le plus petit des deux (4m×3m×2.5m) représente une chambre d’hôpital pouvant accueillir deux patients, tandis que le plus grand (7m×5m×2.5) est prévu pour 4 patients, et correspond aux dimensions de l’environnement utilisé pour les mesures du canal UWB dans le cas CM3 (figure I-6).

Figure III-2 : Tailles des pièces considérées

Considérer ces deux cas nous permettra d’étudier l’impact de la taille de l’environnement sur le canal optique diffus. De plus, réutiliser le même environnement que celui considéré dans le cas du canal CM3 UWB nous permettra de comparer les performances RF et optique sans fil. Il faudra donc pour cela considérer également les obstacles présentés sur la figure I-6.

III.2.2 Le porteur du WBAN

Le corps du patient joue également un rôle prépondérant dans les performances d’un WBAN. Cependant en optique sans fil, à l’inverse du cas RF, la grande variété de tissus biologiques dans le corps humain n’est pas problématique, puisque les rayons infrarouges ne

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traversent pas le corps. Une hypothèse simple est donc de considérer le corps comme bloquant vis à vis des rayons optiques infrarouges. Néanmoins, il existe toujours une difficulté pour modéliser la grande variété de morphologies.

Une approche simplificatrice consiste à représenter le corps humain comme une surface plane, dont les dimensions sont données sur la figure III-3. Ces dimensions (0.45m×1.70m) correspondent à des valeurs moyennes représentant un individu masculin. Nous considérerons alors des positions émetteur/récepteur localisés sur cette surface.

Figure III-3 : Modélisation surfacique du corps

Cette première approche sous-estimera nécessairement les effets de la présence du corps humain. Néanmoins, les résultats nous permettront de définir si le potentiel de la solution optique sans fil dans le cas des WBANs est suffisant pour justifier une étude approfondie de ces effets, via une modélisation plus fine du corps humain et/ou des mesures réelles.

III.2.3 La mobilité du corps

III.2.3.a La mobilité du corps dans son environnement

La mobilité la plus évidente à considérer est celle du patient dans sa chambre d’hôpital, puisque l’un des objectifs principaux d’un WBAN médical est de rendre à un patient sa liberté de mouvement, par rapport aux contraintes de solutions filaires.

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Dans les travaux qui ont précédé cette étude [33,34], concernant l’application de la technologie optique sans fil dans un cadre extra-BAN, il a été montré que les performances dépendaient du modèle de mobilité considéré. Trois modèles de mobilité ont été envisagés dans ces études, impliquant un émetteur sur le corps, et un récepteur situé au centre du plafond, dans une pièce vide :

- La mobilité uniforme, qui implique de considérer que toutes les positions possibles dans l’environnement ont la même probabilité. Cette mobilité fournit les moins bonnes performances théoriques, et constitue ce que l’on peut appeler un pire cas.

- La mobilité Gaussienne centrée au centre de la pièce, qui implique que les positions du patient ont une plus forte probabilité d’être au centre de cette pièce. Cette mobilité fournit les meilleures performances théoriques, mais n’est pas forcément réaliste.

- La mobilité Random Waypoint (RW), qui représente une mobilité plus réaliste du patient, et constitue un intermédiaire entre une mobilité uniforme et une mobilité gaussienne. Les performances obtenues sont intermédiaires vis à vis des deux cas précédents.

Dans notre étude, nous souhaitons considérer des obstacles dans l’environnement. Il est donc complexe d’établir un modèle de mobilité réaliste, surtout si l’on considère que les obstacles peuvent également être mobiles. Afin de simplifier, nous considérons donc dans notre étude une mobilité uniforme du patient, debout dans son environnement. On ajoutera également que l’orientation du corps peut varier, ce qui sera modélisé par une distribution uniforme de la valeur de l’angle 𝜇 entre la normale à la surface du corps et l’axe 𝑦, représenté sur la figure III-4. 𝜇 peut varier entre 0 et 2π.

III.2.3.b La mobilité naturelle du corps

Les performances seront également impactées par les mouvements locaux du corps humain. Une partie de ces mouvements sont conscients, tels que la rotation du poignet pour regarder une montre, ou encore la rotation de la tête pour suivre le regard. L’autre partie concerne les mouvements inconscients du corps, liés à la respiration, à des tremblements ou à des réflexes.

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Ces mouvements induisent des variations de l’orientation des nœuds de communication (émetteurs et coordinateur) positionnés sur le corps. On modélisera cet effet en considérant des variations angulaires de la direction des nœuds de transmission par rapport à la normale à la surface du corps définie précédemment, comme présenté sur la figure III-4 dans le cas d’un émetteur situé sur le poignet.

Figure III-4 : Modélisation de la mobilité naturelle du corps

Les variations angulaires de φ, respectivement θ, présentées sur la figure III-4 peuvent théoriquement varier dans l’intervalle [0,2π], respectivement [0,π]. Néanmoins, selon la position de l’émetteur sur le corps, certaines directions de l’émetteur ne sont pas exploitables, puisque le corps est supposé bloquant. Ici encore, il est difficile d’établir un modèle de variation réaliste de ces paramètres, d’autant plus que certaines variations sont dues à des mouvements inconscients, et donc imprévisibles. Nous considérerons ainsi une distribution uniforme des valeurs de φ et θ dans leurs intervalles respectifs. De plus, concernant le récepteur, nous considérons dans cette étude qu’il est fixé sur le corps, de façon à obtenir une orientation constante, aligné à la normale de la surface du corps. C’est par exemple le cas pour un dispositif qui serait fixé à la ceinture.

On peut finalement noter que la prise en compte de la mobilité dans un réseau de capteurs corporels est une tâche complexe, et ne pourra pas toujours être réalisée selon les modèles de canal décrits dans la suite.

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