Rapport de Stage du Master. Conception d une chaîne de communication pour réseaux BAN sur couche PHY UWB-IR

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1 Université Pierre et Marie Curie (Paris VI) Telecom ParisTech Diplôme National de Master en Sciences et Technologies Mention : Sciences De l Ingénieur Spécialité : Electronique et Systèmes de Communications Parcours : Systèmes de Télécommunications Numériques Rapport de Stage du Master Thème : Conception d une chaîne de communication pour réseaux BAN sur couche PHY UWB-IR Réalisé par : Ahmed BENFARAH Encadrants : Stéphane MEBALEY EKOME Jean SCHWOERER Du 01/04/2009 au 30/09/2009 Année universitaire :

2 Remerciements Ce rapport s inscrit dans le cadre de mon stage Master 2 parcours STN à l université Paris 6/Telecom ParisTech. Ce stage de six mois est effectué chez Orange Labs site Grenoble. Il concerne la conception d une chaîne de communication pour réseaux BAN (Body Area Network) sur couche PHY UWB-IR. Au terme de ce travail, j exprime ma gratitude pour tous ceux qui m ont aidé de près ou de loin à faire de ce stage une bonne opportunité tant sur le plan professionnel qu humain. Je remercie tout particulièrement Monsieur Stéphane MEBALEY EKOME mon responsable de stage, pour son aide et sa contribution dans ma formation. La qualité de son encadrement et sa disponibilité au quotidien m ont beaucoup aidé à réaliser ce travail dans les meilleures conditions. Ce travail est facilité par un cadre professionnel compétent et agréable. Messieurs Jean SCHWOE- RER et Benoit MISCOPEIN m ont fait profiter de leurs expériences et les discussions que nous avons menées ensemble ont été fructueuses dans l avancement de mon travail. J ai le plaisir de leurs exprimer tous mes remerciements et reconnaissances. Merci à toute l équipe de TECH/MATIS/CITY pour l accueil et la bonne ambiance et particulièrement à Messieurs Dominique BARTHEL, Ismail EL KA- LYOUBI, Trang HOANG, Quentin LAMPIN et Bilel ROMDHANI. Je tiens à remercier l équipe pédagogique de l université Paris 6/Telecom ParisTech. La richesse et le contenu de la formation que j ai eu au sein de leurs établissements m ont donné des outils puissants pour mener à bien le travail de mon stage. Je tiens à remercier également les membres de jury d avoir accepté de juger mon travail. Finalement, je n oublie pas à exprimer mes sincères remerciements à ma famille, malgré la distance, elle est toujours près de moi pour me soutenir et m encourager : mon père Slaïm, ma mère Naama, ma sœur Amène et mon frère Oussama. i

3 Résumé Les réseaux de type Body Area Network (BAN) constituent un sujet en plein essor au sein de la communauté scientifique des réseaux sans fil. Ces réseaux visent des applications diverses allant du secteur médical au sport et multimédia. Ils sont contraints à certaines exigences en termes de flexibilité du débit, faible consommation, faible puissance... La radio impulsionnelle ultra large bande (UWB-IR), de part ses caractéristiques, est une très bonne candidate pour servir de base à la couche physique des réseaux BAN. Nous avons développé une chaîne de communication basée sur l UWB-IR. Cette chaîne permet un débit de la couche physique variant de 1,42 Mbits/s jusqu à 31,24 Mbits/s et prévoit deux architectures de réception : réception cohérente et réception non-cohérente. Pour tester et valider cette chaîne de communication, nous avons étudié ses performances pour un canal parfait gaussien et nous avons comparé les résultats avec les performances théoriques. Puis, pour éprouver les limites de cette chaîne dans le cas des réseaux BAN et faire le bilan de liaison, nous avons étudié les performances en présence des canaux réels BAN CM3 et CM4. La contrepartie de la simplification apportée par l architecture non-cohérente est une dégradation assez importante des performances. Les simulations sont réalisées avec un logiciel "UWB Impulse Radio" développé à Orange Labs et que nous avons contribué à son extension. Mots clès : BAN, UWB-IR, récepteur cohérent, récepteur non-cohérent, canal CM3, canal CM4. ii

4 Table des matières Remerciements Résumé Table des figures Liste des tables Acronymes i ii vii viii ix Intoduction générale 1 1 Présentation de l entreprise Groupe France Telecom Orange Labs Les missions Les divisions Présentation du laboratoire TECH/MATIS Les réseaux BAN Définition Applications envisagées Applications médicales Applications non-médiacles Types de liaisons Spécifications techniques Conclusion Etat de l art de la radio impulsionnelle ultra large bande UWB-IR Définition Réglementation de l UWB Publication de la réglementation américaine Publication de la réglementation européenne Vers une convergence mondiale iii

5 3.3 Avantages de l UWB-IR Système d émission L impulsion élémentaire Modulations associées à l UWB-IR Modèles du canal BAN-UWB Modèle du canal CM Modèle du canal CM Architectures de réception Architecture cohérente Architecture différentielle Architecture non-cohérente Conclusion Conception de la couche PHY UWB-IR pour les réseaux BAN Description de l impulsion élémentaire Choix de la modulation Débits supportés Description du récepteur cohérent Démodulation et prise de décision Synchronisation Performances pour un canal parfait AWGN Description du récepteur non-cohérent Filtrage passe-bande Synchronisation Démodulation et prise de décision Performances pour le canal parfait AWGN Conclusion Performances de la couche PHY pour les canaux BAN-UWB Description générale du simulateur UWB Environnement Entités du simulateur Nos contributions dans le simulateur Bilan de liaison préliminaire Performances du récepteur cohérent Cas du canal CM Cas du canal CM Gain du traitement nécessaire Performances du récepteur non-cohérent Optimisation de la durée d intégration Performances pour le canal CM iv

6 5.4.3 Gains du traitement nécessaires Conclusion Conclusion générale 50 Bibliographie 53 v

7 Table des figures 1.1 Organigramme de la fonction Innovation Marketing Groupe (IMG) Organigramme des divisions d Orange Labs Un réseau BAN avec son coordinateur (élément S) Liaisons possibles dans un réseau BAN Masques d émission UWB de la FCC (a) Système Indoor (b) Système Outdoor Masque d émission UWB de l ECC Séquence d impulsions modulée en PPM à 2, 4 et 8 états Séquence d impulsions modulée en OOK Séquence d impulsions modulée en BPSK L affaiblissement du parcours en [db] pour 100 réalisations du canal CM PDP normalisé pour une réalisation du canal CM PDP normalisé pour une réalisation du canal CM4 en fonction de l angle de direction du corps Structure d un récepteur UWB-IR cohérent Structure d un récepteur UWB-IR différentiel Structure d un récepteur UWB-IR non-cohérent Variation de l ondelette dans le domaine temporel Densité spectrale de puissance de l ondelette Modulation 2PPM-BPSK Corrélation glissante en absence du bruit Probabilité et taux d erreur symbole pour le récepteur cohérent de la modulation PPM- BPSK Gabarit du filtre passe-bas de fréquence de coupure 4,5 GHz Gabarit du filtre passe-haut de fréquence de coupure 3,1 GHz Résultat de simulation de l algorithme de synchronisation Résultats de simulation de la PPM avec récepteur cohérent et récepteur non-cohérent Schéma simplifié du simulateur Fichier canal Taux d erreur binaire du récepteur cohérent pour 10 réalisations du canal CM vi

8 5.4 Taux d erreur binaire du récepteur cohérent pour canal AWGN et canal CM Taux d erreur binaire du récepteur cohérent pour canal AWGN et canal CM CDF à 10% de l énergie accumulée en fonction de la durée d intégration Energie accumulée en fonction de la durée d intégration et son modèle associé Probabilité d erreur binaire en fonction de la durée d intégration pour le récepteur 2-PPM non-cohérent Taux d erreur binaire pour le récepteur cohérent et le récepteur non-cohérent en présence du canal CM vii

9 Liste des tableaux 2.1 Modèles du canal BAN et liaisons associées Modèle PDP du canal CM Modèle PDP du canal CM Les débits supportés Règles d identification des symboles pour établir la synchronisation Paramètres de simulation de l algorithme de synchronisation Bilan de liaison Gain du traitement nécessaire pour le récepteur cohérent Valeurs des paramètres optimisés du modèle de la CDF pour le canal CM Paramètres de simulation du récepteur non-cohérent Gains de traitement nécessaires viii

10 Acronymes AWGN BAN BPSK CDF CM DAA DS-SS ECC FCC FM HDR IEEE LAN LDC LDR MAC MRC M2M NLOS OFDM OOK PAN PDA PDP PPM RFID RRC SNR UWB-IR XML Additive White Gaussian Noise Body Area Network Binary Phase Shift Keying Cumulative Distribution Function Channel Model Detect And Avoid Direct Sequence-Spread Spectrum European Communications Committee Federal Communications Commission Frequency Modulation High Data Rate Institute of Electrical and Electronis Engineers Local Area Network Low Duty Cycle Low Data Rate Medium Access Control Maximum Ratio Combining Machine-To-Machine Non-Line Of Sight Orthogonal Frequency Division Multiplexing On-Off Keying Personal Area Network Personal Digital Assistant Power Delay Profile Pulse Position Modulation Radio Frequency IDentification Root Raised Cosine Signal to Noise Ratio Ultra Wide Band-Impulse Radio Extensible Markup Language ix

11 Introduction générale Les réseaux de type BAN (Body Area Network) constituent un domaine en plein essor au sein de la communauté scientifique des réseaux sans fil. En effet, après les réseaux personnels, l intérêt est aujourd hui porté sur cette catégorie de réseaux portés sur le corps humain et permettant la communication sans fil entre divers équipements électroniques à des fins de divertissement (multimédia), pour les applications du secteur médical et sportif. Vu l environnement des réseaux BAN et les applications envisagées, ces réseaux sont contraints à certaine exigences : Puissance rayonnée très réduite du fait du contact avec le corps humain Très faible consommation pour une longue autonomie des batteries Forte variabilité en terme de débits pour répondre aux différentes applications des réseaux BAN Résistance aux phénomènes de propagation de l onde électromagnétique dans un milieu très proche ou en contact direct avec le corps humain. L objet de notre stage est la conception d une couche physique pour ce nouveau type de réseau. La technologie radio impulsionnelle ultra large bande (UWB-IR) est une très bonne candidate pour la couche PHY des réseaux BAN car elle répond à certaine exigences de ces réseaux. Elle repose sur l émission des impulsions très courtes dans le temps, donc très large en spectre, ce qui apporte de la diversité fréquentielle. L idée de l UWB-IR abandonne la transmission classique en bande étroite ce qui permet une architecture de réception sans les composants RF (mélangeur, oscillateur) très gourmands en consommation. De plus, cette technologie est flexible en terme de débits. Le travail de notre stage du Master consiste à l étude de la possibilité de proposer cette technologie comme couche PHY des réseaux BAN. Nous définissons les paramètres de cette couche PHY et les choix du système d émission et des architectures de réception. Une fois cette couche PHY est définie et spécifiée, nous nous intéressons à analyser ses performances en présence des modèles du canal BAN multi-trajets. Les résultats de cette analyse sont utiles pour faire le bilan de liaison. Pour tester cette couche PHY, nous avons utilisé un simulateur UWB-IR développé en interne avec C++. Nous avons ajouté quelques modules à ce simulateur pour qu il soit adapté à notre couche PHY. Contexte du sujet Le sujet de stage s inscrit dans le cadre du groupe de travail IEEE pour la standardisation des réseaux BAN et aussi dans le cadre du projet Français BANET : 1

12 Orange Labs en partenariat avec Cea-Leti et Thales participent au groupe du travail IEEE Ce groupe a été crée en novembre Il a pour but de développer un standard de communication optimisé pour des équipements à faible consommation opérant à l intérieur, sur et autour le corps humain. Orange Labs travaille avec ses partenaires pour une proposition commune à cette standardisation. Le projet BANET (Body Area NEtworks and Technologies) est un projet français qui regroupe des industriels et des laboratoires académiques (Cea-Leti, Inria, UPMC, Orange Labs, ELA Medical... ). Le premier objectif de BANET est de fournir un cadre de travail, des modèles et des technologies pour concevoir un système de communication sans fils optimisé pour un large champ d applications utilisant un réseau BAN. Le deuxième objectif de BANET est de disséminer les résultats obtenus au sein du comité de standardisation IEEE 802 et la communauté scientifique. Le but à long terme est de travailler vers une réduction maximale de la consommation pour améliorer l acceptabilité, la durée de vie des batteries et économiser l énergie. Plan du rapport Ce rapport est organisé en cinq chapitres. Dans le premier chapitre, nous présentons d une manière générale les divisions et les missions de l entreprise d accueil. Nous détaillons les missions du laboratoire que nous sommes attachés. Le deuxième chapitre est une introduction des principes généraux des réseaux BAN. Après une présentation de ces réseaux et les applications envisagées, nous étudions les contraintes techniques que nous devons prendre en considération lors de la conception de ces réseaux. Le troisième chapitre est un état de l art de l UWB-IR. Nous présentons les caractéristiques et les atouts de cette technologie. Nous étudions le système d émission, les modulations associées à l UWB-IR et nous terminons par présenter quelques structures de réception. Nous définissons dans le quatrième chapitre la couche PHY basée sur l UWB-IR. Cette définition englobe les choix que nous avons adoptés pour le système d émission (impulsion élémentaire, type de la modulation) et les architectures de réception (récepteur cohérent, récepteur non-cohérent). Dans le dernier chapitre, nous analysons les performances de la couche PHY définie dans le chapitre précédent pour des canaux réels BAN multi-trajets. Cette analyse est faite pour le récepteur cohérent et le récepteur non-cohérent en utilisant le logiciel "UWB Impulse Radio" développé à Orange Labs avec l environnement C++. 2

13 Chapitre 1 Présentation de l entreprise 1.1 Groupe France Telecom Le Groupe France Télécom est une grande entreprise de télécommunication, opérateur fixe et mobile, et fournisseur d accès Internet ADSL. Il est l un des leaders mondiaux des services de télécommunication. Le groupe sert plus de 182 millions de clients dans 30 pays au 31 décembre Le groupe a réalisé un chiffre d affaires de 53,5 milliards d euros en Le comité de direction générale du groupe France Télécom est composé de neuf membres et s assure de la mise en œuvre de la stratégie et des programmes de transformation du Groupe et effectue le suivi de ses performances opérationnelles et financières. En 2006, le Groupe a concrétisé sa transformation par la mise en place d une nouvelle organisation. Elle repose à la fois sur la proximité des marchés et sur une vision globale des activités. Trois types d entités structurent cette organisation : Les directions des opérations : Elles coordonnent dans un pays ou dans une zone géographique l ensemble des activités au plus proche des clients. Les lignes de business : Elles pilotent la stratégie mondiale du Groupe en matière d offres. Les six lignes de business du groupe sont : home, personal, contenus, audience et publicité, santé et entreprises. Les lignes de business santé, contenus et audience/publicité sont regroupées au sein de la direction des nouvelles activités de croissance. Les fonctions groupes : Elles définissent une politique globale à l échelle du groupe et assurent le pilotage pour chaque domaine. Les huit fonctions groupe : communication et marque, finances, innovation marketing groupe (IMG), NCPI (réseaux, opérateurs, plateformes et infrastructure), group IT, secrétariat général, ressources humaines, transformation et achats et finalement ventes et expérience client. Orange Labs se place dans l entité fonctions groupes dans la structure du Groupe France Télécom et plus précisément dans la fonction groupe IMG. La figure 1.1 montre l organigramme de cette fonction groupe. L organigramme fait apparaître les entités qui participent au réseau Orange Labs qui sont le Marketing Groupe, le Technocentre et la Recherche & Développement. 3

14 FIG. 1.1 Organigramme de la fonction Innovation Marketing Groupe (IMG). 1.2 Orange Labs Les missions Le groupe France Télécom a renforcé considérablement sa division Recherche & Développement nommée Orange Labs. Cette division regroupe actuellement 15 laboratoires dans huit pays (France, Chine, Japon, Corée du Sud, Etats-Unis, Royaume-Uni, Pologne, Jordanie et Egypte), le technocentre et l explocentre de Paris. Les idées qui ont un fort potentiel de développement vont à l explocentre. Le Strategic Maketing Committee, l instance d arbitrage, détermine ensuite quels projets seront traités par le technocentre pour être ensuite industrialisés. Les laboratoires regroupent 3800 chercheurs, ingénieurs et scientifiques. Le technocentre accueille 1000 personnels de 16 nationalités. La Recherche & Développement concentre ses recherches dans deux domaines : l anticipation des avancées technologiques majeures et des nouveaux usages en matière de télécommunications et l amélioration des réseaux et infrastructures. La Recherche & Développement travaille en étroite collaboration avec le marketing stratégique en lui fournissant les ressources en développement nécessaires pour l accélération de la mise sur le marché (time to market) de nouvelles offres des produits/services ou nouveaux déploiements de réseaux à court et moyen terme. Les principales missions d Orange Labs : Développer des produits et services pour le groupe en respectant la qualité de service. Dégager des nouvelles sources de croissance. Anticiper les révolutions technologiques et d usage. 4

15 Imaginer dès maintenant les solutions du futur Les divisions Les activités d Orange Labs sont réparties entre différents centres de R&D : services intégrés résidentiels et personnels services aux entreprises middleware et plates-formes avancées technologies cœur de réseau réseaux d accès labos internationaux La figure 1.2 montre l organigramme des différents CRD d Orange Labs. FIG. 1.2 Organigramme des divisions d Orange Labs. Mon stage s est déroulé au sein du laboratoire MATIS de CRD technologies (TECH). 1.3 Présentation du laboratoire TECH/MATIS Le laboratoire "Machine to machine technologies, tangible interactions, expertise on devices" est dirigé par Monsieur Noël Chateau et a pour missions principales [12] : d être le centre de compétences pour le Groupe sur les technologies pour les M2M (réseaux capillaires, passerelles et intégrateur de solutions technologiques) par : la réalisation de benchmarks et l analyse de roadmaps de technologies afin de préconiser les meilleures solutions pour le Groupe la réalisation d études sur l architecture des réseaux capillaires, couche physique, couche MAC, interconnexion, optimisation de réseaux de capteurs/actionneurs spontanés et auto-organisés, 5

16 optimisation cross-layer la conduite d actions en normalisation sur les technologies clés soutenues par le Groupe (ex : ) le développement d une gamme de passerelles M2M en anticipation permettant de réaliser un prototypage de démonstrateurs et d éprouver la validation de fonctions distribuées évoluées la réalisation en laboratoire de maquettes preuves de concept intégrant diverses technologies (ex : connectivité Zigbee et Wavenis, RFID, localisation indoor) permettant leur évaluation et leur amélioration, en vue d un déploiement le déploiement de solutions technologiques pour le M2M dans les domaines et thématiques prioritaires du Groupe, en avance de phase, pour expérimentation de concepts de services l étude des règles de déploiement et d opération à grande échelle de solutions technologiques pour le M2M (incluant les règles d ingénierie radio, le device management, la supervision, la gestion de la QoS, etc.) d être le centre de compétences pour le Groupe des analyses technico-économiques des devices et objets connectés et d être centralisateur de la veille sur l innovation technologique de ceux-ci, par : la réalisation d analyses technico-économiques des devices (terminaux du fixe, mobiles, terminaux convergents, passerelles et solutions pour le M2M et de leurs sous-systèmes) sur les aspects hardware et software embarqué le développement et l exploitation d un outil de projection des coûts des devices l analyse et la fourniture des éléments de roadmaps technologiques des devices d être le centre de compétences pour le Groupe dans la connaissance fine de la relation de l individu aux devices et objets, au travers de l interaction tangible qu il entretient avec eux par : le développement et l expérimentation d interfaces tangibles reposant sur les technologies d écrans tactiles, picots tactiles, vibreurs, accéléromètres, capteurs de pression l étude de la relation à la technologie (technophile/technophobe, terminal dédié/éclaté/unique) l étude de la relation à l objet physique (matériau, poids, prise en main, couleurs, ressenti, projections, comportement avec l objet) l étude de la relation aux interfaces de services (l utilisation et la maniabilité des interfaces, l ergonomie-facilité d utilisation) 6

17 Chapitre 2 Les réseaux BAN Dans ce chapitre, nous donnons une présentation et une description des réseaux BAN. Ces nouveaux réseaux sont encore en phase d étude par le groupe du travail IEEE qui a été crée en novembre 2007 pour une prochaine normalisation. Nous commençons par définir ces réseaux BAN. Ensuite, nous présentons les applications et les services envisagés. Enfin, nous décrivons les connexions possibles dans un réseau BAN et nous terminons par une synthèse des requis techniques. 2.1 Définition Les réseaux BAN visent à remplacer les câbles autour du corps humain rencontrés dans diverses applications. Le plus souvent, les BAN sont associés à des applications et des scénarios dans lesquels plusieurs capteurs et équipements électroniques peuvent recueillir et regrouper des informations d ordre physiologique et prendre des mesures en conséquence, échanger des données, les stocker, les enregistrer ou les transmettre à une unité distante. Les différents éléments du réseau peuvent être localisés à l intérieur du corps, portés sur le corps, dans les vêtements ou encore dans le voisinage proche du corps [18]. La plupart des réseaux qui existent aujourd hui sont liés aux applications médicales, mais le BAN ambitionne d explorer un champ d applications plus large tels que la localisation, le sport ou encore le multimédia. Les éléments du réseau doivent être en mesure de communiquer les uns avec les autres en utilisant la même interface air, quelques soient les applications visées. Le défi avec les BAN est de mettre en œuvre les mesures nécessaires pour que chaque élément puisse trouver sa place dans le réseau, et que chaque application ait assez de ressources pour fonctionner correctement suivant deux contraintes majeures : une transmission à très faible puissance et à débit variable. Le réseau est muni d un coordinateur qui est le dispositif le plus apte à prendre des décisions et contrôler le réseau. Il doit pouvoir collecter des informations, les expédier à l intérieur ou en dehors du réseau et gérer l utilisation des ressources spectrales dans le temps. La figure 2.1 montre le schéma d un réseau BAN avec son coordinateur. 7

18 FIG. 2.1 Un réseau BAN avec son coordinateur (élément S). 2.2 Applications envisagées Le groupe du travail IEEE pour la normalisation des réseaux BAN a cité 55 applications de ces réseaux et subdivise ces applications en deux catégories [1] : les applications médicales et les applications non-médicales. Les contraintes liées aux différentes applications ne sont pas les mêmes et les besoins divergent. Nous allons voir dans ce paragraphe des exemples d utilisation des réseaux BAN suivant les deux catégories d applications envisagées Applications médicales Des informations physiologiques relatives à la santé des patients peuvent être collectées à l aide des capteurs situés à l intérieur ou sur le corps humain. Ces informations peuvent être stockées et exploitées par un spécialiste permettant une intervention immédiate en cas d urgence. Les applications sont diverses, nous pouvons citer : Localisation du patient : Selon la position du patient, un message peut être envoyé au spécialiste pour intervention sur lieu si besoin avec acheminement des équipements médicaux et de secours. Moniteur cardiaque et capteur de rythme cardiaque : Ces informations servent à contrôler le rythme cardiaque du patient afin de pouvoir réagir très rapidement en cas de crise cardiaque ou comportement anormal du cœur. Avec les données envoyées par le moniteur, le spécialiste peut décider d effectuer une intervention immédiate et envoyer une ambulance au patient avec le traitement nécessaire et approprié à l intérieur. 8

19 Moniteur de glucose et pompe à insuline : Pour les patients diabétiques, les moniteurs de glucose dans un BAN peuvent aider le patient à réguler le taux de glucose sanguin. En résumé, les applications des réseaux BAN dans le secteur médical permettent le suivi des patients à distance et améliorent l efficacité de soin à domicile Applications non-médiacles Ces applications concernent essentiellement le divertissement, le sport et la localisation. Il s agit d échange de flux audio et vidéo, transfert des fichiers, commande à distance et la localisation des objets ou d individus. Le réseau est composé de différents éléments d usage quotidien tels que la montre, le téléphone mobile, les lunettes, le kit oreillette sans fil... Parmi les exemples d utilisation nous pouvons citer : Echange audio et vidéo entre le téléphone mobile ou le PDA et les écouteurs sans fil Affichage de l appelant sur la montre Affichage sur la montre ou la lunette sans fil de la liste de lecture du baladeur Contrôle du PDA ou téléphone mobile par la montre, la voiture ou un contrôleur externe Monitoring sportif et contrôle des entraînements physiques Appel visio avec les lunettes sans fil ou la montre pour afficheur Jeux en ligne sans fil Interaction avec les autres réseaux (PAN, LAN... ) pour le transfert des fichiers et des données 2.3 Types de liaisons Le groupe de travail des réseaux BAN dans ses publications différencie plusieurs types de liaisons dans un réseau BAN suivant la position [20]. Ainsi, l élément est dit implant s il est situé à l intérieur du corps, Body surface s il est situé sur le corps (peau ou vêtements) et enfin external s il est éloigné du corps avec une distance maximale de 5m. Le groupe a défini les liaisons suivant les différents scénarios qui peuvent exister entre ces éléments. Il a extrait 4 types de modèles du canal BAN suivant ces liaisons. La figure 2.2 montre ces différents types de liaison. Nous distinguons le canal CM1 qui concerne les communications entre implants, le canal CM2 pour communication implant élément de surface (Body surface) ou external, canal CM3 pour deux éléments à la surface du corps et enfin le canal CM4 pour un élément de surface et un external. Le tableau 2.1 présente les 4 modèles des canaux avec les fréquences et les types de liaisons associés. 2.4 Spécifications techniques Le prochain standard IEEE définira les couches MAC et PHY pour une communication sans fil à courte portée sur et autour le corps humain. Le standard a pour finalité de supporter une communication sans fil à faible complexité, coût et consommation et fiable pour satisfaire les différentes applications et services cités dans la section

20 FIG. 2.2 Liaisons possibles dans un réseau BAN. Liaison Bande de fréquence Modèle du canal Implant vers Implant MHz CM1 Implant vers Body Surface ou External MHz CM2 Body Surface vers Body Surface 13.5, 50, 400, 600, 900 MHz CM3 2.4, GHz Body Surface vers External 13.5, 50, 400, 600, 900 MHz CM4 2.4, GHz TAB. 2.1 Modèles du canal BAN et liaisons associées. Dans cette section, nous étudions les spécifications techniques que doivent répondre le prochain standard et que nous devons prendre en considération lors de la conception technique du réseau BAN [19]. Topologie : Les composants du réseau doivent être en proximité, sur ou à l intérieur du corps humain. Le lien entre ces composants doit être bi-directionnel. La procédure de connexion et déconnexion doit être simple et dynamique. Le durée de cette procédure est inférieure à 3 secondes. Un réseau médical type consiste en 6 nœuds. La configuration du réseau doit supporter plus que 256 nœuds. Débits : Le débit individuel entre deux nœuds BAN est compris entre 10 kb/s et 10 Mb/s. Portée : Une portée minimale de 3 mètres doit être supportée entre deux nœuds du réseau BAN. Pour cette portée, le taux d erreur par paquet doit être inférieur à 10% pour un paquet de données 10

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