3. Technologies de communication pour le monitoring
3.1. Systèmes et réseaux de communication normalisés pour le monitoring
Le segment de communication le plus important dans le contexte de la thèse est le
segment BAN (voir Figure 20), concernant les dispositifs embarqués sur le corps appelés
également « nœuds ». Ces dispositifs incluent les capteurs (physiologiques ou d’activité), le
traitement des données brutes et les modules de communications. Ces derniers sont basés sur
des technologies à courte portée car les capteurs transmettent les données à un dispositif de
collecte ou « nœud coordinateur » localisé généralement sur le corps (voir Figure 21(a)) ou
dans l’environnement proche (2m environ, voir Figure 21 (b)). Cet ensemble de nœuds
constitue un réseau dit BAN.
Figure 21 : Exemples de topologie de réseau de capteurs corporels
Beaucoup de solutions utilisent des liaisons filaires entre les capteurs pour réaliser le
BAN en pratique mais cela provoque de l’inconfort pour le patient, limite la mobilité et donc
ralentit le déploiement des applications.
De nombreuses activités se sont alors développées autour des réseaux BAN sans fils
ou WBAN (« Wireless BAN ») :
- Le standard IEEE 802.15.4 pour les communications sans fils à courte portée
publié en 2006 est plutôt dédié aux réseaux de capteurs sans fils en général même
si IEEE 802.15.4/Zigbee est une technologie souvent utilisée pour des applications
BAN médicales (Custodio 2012).
- Un standard plus spécifique aux communications à proximité du ou dans le corps a
été établi pour la première fois en 2012 (IEEE 802.15.6) prenant en compte en
particulier des contraintes de taille et d’énergie propres à ces réseaux. IEEE
802.15.6 comporte deux volets dont un dédié aux applications médicales. Les
Nœud capteur Nœud coordinateur (a) Nœud capteur (b)
Nœud coordinateur
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bandes de fréquences disponibles sont classifiées en 3 groupes : « Human Body
Communications » (HBC), « Narrow Band » (NB) et « Ultra-Wide Band »
(UWB). On peut également noter des activités de standardisation autour de
Bluetooth « Low Energy » (BT LE).
Le Tableau 2 présente et compare certaines caractéristiques de ces différents
standards.
ZigBee - IEEE
802.15.4
IEEE 802.15.6 BlueTooth 4.0 (LE)
Fréquences 868/915/2400 MHz
NB :
402-405/420-
450/863-870/902-928/950-956MHz
2,36-2,4/2,4-2,483GHz
UWB :
3GHz-10GHz
HBC : 16/27 MHz
2,4GHz
Débit 20-250 Kb/s NB : 57,5-485,7 Kb/s
UWB : 0,5-10 Mb/s
50-200 Kb/s
Portée 30 m 1,2 m 30 m
Puissance 30 mW 0,1 W 10 mW
Tableau 2 : Comparaison de standards WBAN (Custodio 2012)
On peut constater qu’a priori tous les standards pourraient être utilisés pour des
applications de monitoring telles que celles envisagées dans la thèse. Si la puissance est le
critère principal c’est IEEE 802.15.6 qui est plus adapté. Par contre, dans le contexte de la
thèse l’objectif étant de développer un dispositif porté permettant de transmettre directement à
distance et en mobilité les données de l’accéléromètre embarqué on se place dans le cas où le
dispositif transmet directement ses données au point d’accès comme sur la Figure 21(b). Dans
ce cas, Zigbee et BT sembleraient plus appropriés.
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D’autre part, le traitement et l’analyse des données transmises pour l’application de
monitoring peuvent s’effectuer à différents niveaux et concernent alors différents segments :
- Le dispositif de collecte peut inclure des fonctionnalités de traitement en réalisant
par exemple une fusion des informations des différents capteurs ou encore
permettre une restitution de l’analyse sous forme d’alarmes et de recommandations
à la personne. On reste dans ce cas dans le périmètre du réseau BAN.
- Un autre niveau correspond au cas où l’application nécessite des informations avec
plus de contraintes pour le système embarqué, comme lorsque la capacité requise
en termes de place mémoire ou de traitement est trop importante (par exemple
lorsqu’on doit tenir compte du dossier du patient) ou bien parce qu’il faut
communiquer avec des services d’urgence ou un professionnel de santé à distance.
Dans ce cas, le nœud coordinateur établit des communications avec un ou
plusieurs points d’accès (segment LAN/PAN). Le point d’accès permet d’accéder
à des réseaux plus étendus du segment MAN/WAN qui inclut les technologies
cellulaires (comme par exemple GSM, GPRS, UMTS, 4G ainsi que les futures
normes 5G, WiMAX) et les technologies filaires (ADSL, câble)
A noter, que pour le segment LAN/PAN, les standards Wi-Fi (IEEE 802.11) et
Bluetooth semblent être les plus couramment utilisés dans les applications liées à la santé car
très largement implantés dans les systèmes commerciaux tels que des smartphones ou des
ordinateurs. De plus, on peut remarquer que des technologies comme IEEE 802.15.4/Zigbee
ou encore l’identification par RF, « Radio Frequency Identification » (RFID) permettent
également de déployer des réseaux PAN.
L’objectif principal de la thèse est de réaliser la communication entre le dispositif
porté et le ou les points d’accès fixes dans l’environnement qui seront reliés à un ordinateur
distant permettant de traiter les données et de déterminer la dépense énergétique. On se
concentre donc sur les segments BAN et PAN et comme on l’a vu différentes technologies RF
sont possibles.
Cependant, l’utilisation des radiofréquences pourrait présenter des inconvénients en
environnement sensible tels que l’hôpital. En effet, comme le marché pour les objets
connectés de santé connaît actuellement une croissance exponentielle, on peut penser que de
nombreux dispositifs communicants à différentes fréquences radio et à différents niveaux de
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