无线体域网络
应对医疗体域网络设计的挑战
无线体域网(WBAN)由无线连接的传感器或执行器节点组成,通常还配有数据处理功能。这些节点被放置在人体内部、内部和周围/外部,形成一个网络,对生理和/或环境信号进行连续、无干扰的监测,以支持医疗、生活和娱乐应用。医疗无线局域网实现了从疾病管理到健康管理的模式转变,其重点是早期疾病检测,有望节省美国每年 4 万亿美元的医疗开支。然而,由于应用的物理(PHY)层必须满足严格的要求,WBAN 的设计和高效运行带来了一些技术挑战。
方法

1.技术要求
WBAN 最关键的功能是在节点之间有效地进行信息交换。高效的信息交换意味着可靠、安全、快速、容错和抗干扰的低功耗通信。虽然功耗不在本文讨论范围之内,但要达到理想的效率,所有其他方面都必须考虑到与人体密切相关的许多重要问题。
植入节点和表面节点之间的通信(体内和体外通信)可能会出现信号衰减。携带 WBAN 节点的身体部位的移动甚至会改变通信链路预算或阻塞信号,从而影响网络拓扑结构。信号传播非常复杂,因为自由空间传播与衍射波、爬行波和表面波相结合,这取决于信号源的特性(频率、极化、入射角、身体姿势和形状等)。ZMT 开发了所有必要的工具,帮助设计人员应对评估和优化 WBAN 性能的挑战。

2.体内和体外射频通信
虽然有设计自由空间通信的简单公式,但要精确描述射频在体内的传播是不可能的。后者取决于所使用的频率、设备的位置和个人的解剖结构。
由于患者的运动、体重变化和衰老,组织的不均匀性造成了复杂的电磁环境,并随着时间的推移而变化。因此,使用虚拟人口(Virtual Population (ViP模型是解决这一难题的推荐方案。这些模型可以将 BAN 节点快速放置在覆盖患者群体的任何解剖详细模型中。这些功能化的模型可以自然地模拟病人的运动(例如,在病人的身体上放置 "POSER "模块)。POSER 模块),并可轻松变形,以扩展病人群体或再现某些病症。
此外,利用 DISFIT 模块.P-EM-FDTD模块 P-EM-FDTD物理模型用于评估窄带或超宽带 (UWB) 应用的体内和体外通信性能。

3.天线设计
由于尺寸限制,WBAN 体节点使用的天线无论是在体内还是在体外,通常都是非谐振天线。因此 MATCH 模块是优化天线性能的重要工具。由于在大多数情况下,此类天线都是小型化的,因此必须能够对其几何形状进行精确建模(使用 P-EM-FDTD 模型中的子网格引擎),以便研究尺寸和材料特性的影响。
病人运动、节点位置和设备方向对天线特性(阻抗、辐射模式)的影响很容易通过可摆放的人体模型进行评估。最后,通过 MIMOS 模块,用户可以更清楚地了解信号的可用性,因为越来越多的集线器或基站使用天线分集来提高 WBAN 中链路的质量和可靠性。

5.监管合规
由于患者可在全球不同辖区自由漫游,因此 WBAN 设备的合规性变得复杂。不过,使用 P-EM-FDTD 模型可以最准确地估算出达到理想接收信号强度 (RSS) 水平的最大等效各向同性辐射功率 (EIRP),然后与 ETSI 或 FCC 法规进行比较。
此外,还可根据 IEC62704-1 标准草案按键生成空间 SAR 分布峰值,以便与暴露指南进行比较。MBSAR 模块可以将不同频段的模拟 SAR 模式结合起来,并计算/显示总 SAR 分布的空间 SAR 峰值。在 WBAN 节点使用不同频段的情况下,这一工具非常有用。