Estado Del Arte WBSN

7/30/2019 Estado Del Arte WBSN

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Por: Francisco Valenzuela Riquelme


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Captulo 1: Introduccin 1.1.- Redes de sensores inalmbricos (WSN) 1.2 Redes de rea personal (PAN) 1.2.1.- Tecnologas de soporte Modelo de redes de ZigBee A) Topologa en estrella B) Topologa en rbol C) Topologa en malla D) rbol de clusters Captulo 2: Wireless body sensor networks (WBSN) 2.1.- Clasificacin de las WBAN 2.2.- Componentes WBAN 2.3.- Nodos y hardware

Sensores

2.4.- Aplicaciones Captulo 3: SEGURIDAD en redes de sensoresinalmbricos corporales (WBSN)

3.1 Cuestiones de seguridad y requisitos Captulo 4: Tendencias en investigacin A. Modelos de Canal B. Diseo de antenas C. Diseo de receptores D. MIMO en redes de rea corporal E. Redes cooperativas Regulacin y estandarizacin


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Los avances en la tecnologa de sensores, comunicacionesinalmbricas, tecnologas de la informacin ycomunicacin (TIC), en general, dan oportunidad a nuevosmodelos de prestacin de asistencia sanitaria yherramientas de gestin de la enfermedad, que permitenextender la vida independiente en el hogar y mejora de la

calidad de vida de los individuos. Las redes inalmbricas de sensores (WSN por sus siglas en

ingls) pueden proporcionar capacidades valiosas para lavigilancia continua y la monitorizacin remota, ya que losdispositivos inalmbricos pueden integrarse con unaamplia variedad de sensores ambientales y mdicos. En

aplicaciones de asistencia sanitaria, las WSN son utilizadaspara recopilar los datos de forma automtica, lo quepermite el cuidado diario, y el seguimiento y diagnsticomdico longitudinal.


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Las redes de rea corporal (BAN) son sistemas de comunicaciones depequea escala. Las transmisiones se realizan dentro, alrededor o sobreel cuerpo humano. La cobertura se encuentra confinada a distancias nosuperiores a los 2 3 metros, y en segundo lugar, las emisiones deenerga de este tipo de tecnologas son muy bajas, lo que contribuye a lalarga vida de las bateras de los dispositivos, la reduccin de los nivelesde interferencia para la coexistencia con otras tecnologas, y laoperacin con potencias por debajo de los niveles que pueden serdainos para el ser humano.

ltimamente, estn apareciendo nuevas tecnologas para el cuidado dela salud que permiten mejorar el estilo de vida y cubren de formagradual las necesidades de la sociedad (por ejemplo: el implantequirrgico de desfibriladores, dispensadores de insulina, etc.). Estasnuevas tecnologas permiten a los pacientes realizar determinadostratamientos sin necesidad de acudir a un centro hospitalario y

mantener una actividad diaria normal. Se espera que para los prximosaos la tecnologa permita a la gente llevar sus propias redes personalescolocadas en el cuerpo (debajo de la ropa o incluso en forma de pulsera)que permitan la realizacin de deportes y actividades cotidianasasistidas mdicamente


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Las redes de sensores inalmbricos (Wireless Sensor Networks)consisten en un conjunto de nodos de pequeo tamao y de muybajo consumo, interconectados entre s a travs de una red y, a suvez, conectados a un sistema central encargado de recopilar lainformacin recogida por cada uno de los sensores.

Esta topologa en red, permite la implementacin de gran cantidadde aplicaciones en las que se hace necesario recolectar datos envarios puntos. Estos pueden ser del mismo tipo (por ejemplo: nivelesde contaminacin en un tnel para activar los extractores) odiferentes (por ejemplo: anlisis de la temperatura, humedad delsuelo, etc. en un invernadero)
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:WSN.svg


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Las redes de rea personal incluyen a todos los dispositivos al alcance de la persona conlos que puede interactuar. Pertenecen a este dominio, los dispositivos electrnicos quelleva una persona o que se encuentran ubicados en el entorno prximo. De esa formadefinimos el rea de la red y la integracin que se necesita con las dems existentes.

Las redes de rea personal (PAN) deben el optimizar el nmero de dispositivos y laintegracin de estos con otros dispositivos inteligentes del entorno. Adems debenservir de nexo entre las redes existentes con las nuevas redes en formacin como por

ejemplo LTE. Cabe destacar la denominacin de redes de rea personal tambin es asociada a la

utilizacin del cuerpo humano como canal de transmisin de datos entre dispositivoselectrnicos.


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Una red personal que cubra con las necesidades del sector cuidado de la salud y de laintegracin de los servicios existentes en cuanto al trfico de informacin debe poseer lassiguientes cualidades:-Alta disposicin y confianza de los servicios para el caso de transmisin de alarmas.-Rpida y unvoca identificacin del concertador-Alto nivel de adaptabilidad para la integracin de nuevos dispositivos a la red.-Proteccin de la informacin y de los servicios en caso de que sean necesarios.-Conectividad entre PAN directamente o a travs de las redes existentes.-Ancho de banda capaz de soportar comunicaciones de audio o incluso de video en tiemporeal.-Complejidad moderada para poder trabajar en sistema empotrados de bajo costo.

Figura 3: Las redes PAN deben ser capaces de interactuar con distintas redes en forma dinmica.


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El IEEE 802.15 es un grupo de trabajo para el desarrollo de concepto de las redesinalmbricas de rea personal. Cuenta con un estndar totalmente operativo a lafecha, el IEEE802.15.1, basado en la tecnologa Bluetooth. Tambin trabajan enotros estndares para asegurar la coexistencia de tecnologas (IEEE802.15.2), paraUSB inalmbrico (IEEE802.15.3)y para la tecnologa ZigBee (IEEE802.15.4).

Bluetooth es una tecnologa que fue diseada en un principio para reemplazarcables de transmisin de datos. No obstante, gracias a la posibilidad que brindapara la formacin de redes ad hocde dispositivos, a su bajo consumo y el alcancede transmisin (100m) que se puede obtener, actualmente se ha convertido en latecnologa ms importante para las redes PAN.

A pesar de las caractersticas de Bluetooth, su consumo no es suficientementebajo como para ser utilizado en sensores con tiempo de vida esperado en meses oaos, o sensores de bajo mantenimiento como pueden ser sensores en animales,en infraestructura civil o aplicaciones mdicas de monitorizacin. AdemsBluetooth tiene otro problema, slo puede mantener una comunicacin activahasta con 7 dispositivos y en forma inactiva hasta con 255. La tecnologa demodulacin que utiliza FHSS (Frecuencuy Hopping Spread Spectrum) posee una

desventaja, y es que el proceso de sincronizacin entre numerosas unidades esverdaderamente complejo.


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Wireless USB es un protocolo de comunicacininalmbrica por radio con gran ancho de banda, quecombina la sencillez de uso de USB con la versatilidadde las redes inalmbricas.

Utiliza como banda frecuencial la plataforma UWB(Ultra-Wide Band), operando en los rangos defrecuencia de 3.1 a 10.6GHz. Puede lograr tasas detransmisin de hasta 480Mbps en rangos de tresmetros y 110Mbps en rangos de diez metros.

Gracias a su alta tasa de transferencia, Wirelesspuede usarse para aplicaciones que requieren un

flujo de transferencia elevado. Wireless USB se utilizaen mandos de videoconsola, impresoras, escneres,transmisin y visualizacin de vdeos, etc.

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ZigBee (IEEE 802.15.4) es una solucin a todos estosproblemas a cambio del ancho de banda. Ofrece unconsumo ms bajo que Bluetooth, la posibilidad deinteractuar hasta con 6400 dispositivos y un costoesperado en una quinta parte de Bluetooth.

Adems, IEEE 802.15.4 define el protocolo y la

interconexin de dispositivos va radio en una red de reapersonal (PAN). Fue aprobado por primera vez en mayo del2003 y ha sido diseado para aplicaciones de bajo ciclotil y bajas tasas de transferencia, como redes desensores, monitoreo y control.

La red IEEE 802.15.4 soporta dos tipos de topologas:

topologa estrella y punto a punto. Describe ademscuatro estructuras de trama: trama gua (beacon), trama decomandos MAC, trama de acuse de recibo (ACK) y tramade datos.


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Las redes estn compuestas por grupos de dispositivosseparados por distancias suficientemente reducidas. Cadadispositivo posee un identificador nico de 64 bits, aunque si sedan ciertas condiciones de entorno en ste pueden utilizarseidentificadores cortos de 16 bits. Probablemente stos seutilizarn dentro del dominio de cada PAN separadas.

Un aspecto a tener muy en cuenta son los tipos de topologas dered que permite el estndar que soporta ZigBee. Su nivel de redpermite tres topologas distintas:

Topologa en estrella. Topologa en rbol. Topologa de malla. Toda red necesita al menos un dispositivo coordinador (FFD),

encargado de su creacin, mantenimiento bsico y control de susparmetros. Seguidamente estudiaremos de forma detallada losdistintos tipos de topologas de ZigBee, dnde se sita en cadauno de ellos el coordinador de la red y cul es la topologa msadecuada.


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En redes en estrella el coordinador se sita en el centro, y toda conexin quese quiera realizar entre los distintos nodos de la red debe pasar por ste.

Una red en estrella activa tiene un nodo central activo que normalmentetiene los medios para prevenir problemas. Se utiliza sobre todo para redeslocales. La mayora de las redes de rea local que tienen un router, un switcho un hub siguen esta topologa.

Las ventajas que nos puede aportar una red en estrella sera la facilidad a lahora de implementarla, adecuada para redes temporales, el fallo de un nodoperifrico no influira en el comportamiento del resto de la red y no hayproblemas con colisiones de datos ya que cada estacin tiene su propiaconexin al coordinador central.

Figura 4: Estructura de una red en estrella.


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Topologa de red en la que los nodos estn colocados enforma de rbol. Para este tipo de topologa el coordinadorser la raz del rbol. Desde una vista topolgica, laconexin en rbol es parecida a una serie de redes enestrella interconectadas, salvo en que no tiene un nodocentral. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal,

generalmente ocupado por un hubo switch, desde el quese ramifican los dems nodos. En redes de rbol se permite el uso de Router ZigBee para

interconectar los distintos nodos de la red. As mismo, lacomunicacin en rbol es estrictamente jerrquica con loque puede utilizar opcionalmente tramas balizas .Una falla

de un nodo no implica la interrupcin en lascomunicaciones.


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Los problemas asociados a este tipo de topologa radican en que los datosson recibidos por todas las estaciones sin importar para quien vayandirigidos. Por lo tanto es necesario dotar a la red de un mecanismo quepermita identificar al destinatario de los mensajes. Adems, debido a lapresencia de un medio de transmisin compartido entre muchas estaciones,pueden producirse interferencias entre las seales cuando dos o msestaciones transmiten al mismo tiempo. La solucin al primero de estosproblemas aparece con la introduccin de un identificador de estacindestino. Para darle solucin al segundo problema, hay que mantener unacoordinacin entre todas las estaciones, y para eso se utiliza ciertainformacin de control en las tramas que controlan quien transmite en cadamomento (utilizacin de tramas balizas mencionadas anteriormente).


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La topologa ms interesante es la topologa de malla. Consiste en que almenos uno de los nodos tendr ms de dos conexiones. Con elloconseguimos que si, en un momento dado, un nodo del camino falla y secae, pueda seguir la comunicacin entre todos los dems nodos debido aque se rehacen todos los caminos.

El establecimiento de una red de malla es una manera de encaminar datos,voz e instrucciones entre los nodos. Las redes de malla se diferencian deotras redes en que las piezas de la red (los nodos) estn conectadas unas

con otras por uno u otro camino. Esta configuracin ofrece caminosredundantes por toda la red, de modo que si falla un cable, otro se harcargo del trfico.

Esta topologa, a diferencia de las vistas en apartados anteriores, no requierede un servidor o nodo central, con lo que se reduce el mantenimiento. Unerror en un nodo, sea importante o no, no implica la cada de toda la red.

Como ya se ha comentado anteriormente, las redes de malla sonautogenerables. La red puede funcionar incluso cuando un nodo desapareceo la conexin falla, ya que el resto de nodos evitan el paso por ese punto.Consecuentemente, se forma una red muy confiable.

Gracias a las estructuras arbitrarias que permite la topologa en malla, esposible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos. Aconsecuencia de este tipo de estructura no se pueden usar tramas balizas.


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Vistos los tipos de topologas que podemos manipular, encontramosque el estndar menciona un tipo de red definido como rbol declusters. Para ello se usan redes punto a punto.

Las redes punto a punto pueden formar patrones arbitrarios deconexionado, donde su extensin se ve limitada nicamente por ladistancia existente entre cada par de nodos. Forman la base deredes ad hocautoorganizativas. El estndar no define un nivel dered, por lo que no se soportan funciones de ruteo de forma directa,aunque si ha dicho nivel se le aade se pueden realizarcomunicaciones en varios saltos


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Los nodos tienen una estructura comn, independientemente de sutarea.

Constan de un sensor que es el encargado de recoger los datos. Un procesador sencillo con una pequea memoria, que permite

realizar cmputos locales sobre los datos adquiridos por el sensor.

La unidad de comunicacin se encarga de las comunicacionesinalmbricas, que normalmente se trata de una radio de bajafrecuencia.

La fuente de alimentacin, que al ser inalmbricos y de pequeotamao suelen ser pilas o bateras recargables.


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Las redes de sensores biomdicos avanzadas pueden consistir en mltiples nodossensores conectados entre ellos de una forma compleja. Usar algn tipo deprocesamiento inteligente de las seales localmente antes de transmitir los datospodra simplificar e incrementar la eficiencia del diagnstico y monitoreo. muestrael esquema general de un sistema de sensores inalmbricos. El paciente se equipacon varios sensores que monitorean diferentes parmetros. Los sensores puedeno no tener algn tipo de procesamiento de los datos por un DSP antes de serenviados por aire a travs de un componente de radio. El sensor, el DSP y elcomponente de radio conforman la Red de rea Corporal (BAN por sus siglas eningls). Una red de sensores est integrada por una o ms BANs. La transmisinpor aire se realiza a travs de la tecnologa inalmbrica disponible. La informacines recibida por una laptop o PDA equipada con la tecnologa inalmbricaseleccionada en la que se procesan, almacenan y/o visualizan los datos. Es posiblea su vez a travs de esta estacin transmitir los datos mdicos por Internet a uncentro hospitalario.


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Dispositivos implantados (DI) Dentro del cuerpo humano Dispositivos de superficie corporal (DS) Alrededor del cuerpo humano, o de una distancia mxima de 2

centmetros.

Dispositivos externos (DE) Fuera del cuerpo humano 2 o ms centmetros, hasta los 5 metros de distancia


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MBU (Mobile Base Unit) Centro de procesamiento centre/hub

Sensores & Actuadores

Comunicacin Interna ( intra-BAN) Comunicacin Externa (Extra-BAN) GPRS (2.5G) UMTS (3G)


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La telemedicina enfrenta el desafo de la prestacin de serviciosmdicos, servicios de cuidado de salud y cuidado social, sinimportar la localizacin geogrfica del paciente y especialistas.


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La memoria disponible y la capacidad de procesamiento de lasplataformas de sensores comercialmente disponibles permiten, entiempo real, el procesamiento de seales, la transmisin de resultados yla deteccin de sucesos para muchas aplicaciones de monitorizacin desalud. El flujo simblico de datos de los sensores se representa comocolas de mensajes.

Primero, una plataforma de sensores almacena los mensajes noreconocidos y eventos en la memoria local (RAM) y/o en la memoriaexterna Flash. Esto supone una importante ventaja (de consumo yfiabilidad) de los sensores inteligentes frente a las generacionesanteriores de sistemas telemtricos de transmisin de seales en bruto.

Leyenda: SN: Sensores Fisiolgicos; PS: Servidor personal;

MS: Servidor Mdico; NC: Coordinador de la red WBAN


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En el mbito medico se requieren que los sensores cableados oinalmbricos a utilizar cumplan con los siguientes requisitos:

-Que estn funcionando de 2 a 4 semanas de manera continua,durante la actividad fsica, el trabajo diario y hasta las horas desueo.

-Que funcione en un rango de temperatura ambiental de 0C a 45C. -Que sea no irritante de la piel e hipoalergnico. -De bajo costo y que consuma poca potencia. -Pueden estar en lugares inaccesibles o no es viable el cambio de

bateras cada poco tiempo. -Dentro de los componentes del nodo, el mayor consumo se registra

en la radio (para la comunicacin inalmbrica), ms de un 85%,siendo mucho ms pequeo y constante el consumo del sensor. Elconsumo del microprocesador tambin tiene muchas limitacionescomo la memoria y su capacidad de procesamiento.


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La nueva generacin de sistemas de mSalud para la monitorizacin continuaambulatoria se enfrenta a una serie de retos que incluyen: Necesidad de bajo consumo energtico, poco peso y tamao Operatividad no invasiva y discreta Flexibilidad de los sensores para adaptarse a las condiciones del usuario y loscambios en el entorno Conectividad sin fallos, necesaria para la integracin de los sensores dentro del

sistema de monitorizacin Concienciacin del sistema de factores medioambientales y de las condiciones

del paciente asociadas con el uso de sensores llevables en condiciones normalesde vida

Comunicacin y almacenamiento de datos seguro y fiable Funcionamiento de un sistema tolerante a fallos, capaz de adaptarse a los fallos

de los sensores y retransmitir paquetes perdidos. Las tecnologas basadas en WBAN poseen un enorme potencial en el marco de la

monitorizacin ambulatoria continua, en la deteccin precoz de estadosanormales, y en la supervisin de rehabilitacin. Pueden proporcionar a lospacientes mayor confianza y mejorar su calidad de vida, a la vez que promuevencomportamientos ms saludables y concienciacin sobre la salud.


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Las redes de rea corporal tienen un potencialenorme en medicina, por su capacidad derevolucionar muchas de las maneras en que serealizan varios de los proceso fundamentalescomo lo son el diagnstico, el monitoreo, las

cirugas y los tratamientos mdicos.


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En el mbito de la ciruga, en un futuro nomuy lejano, ser posible desarrollar unaserie de nanomquinas que se comunicany son coordinadas por medio de un agenteexterno, posiblemente una estacin detrabajo que dirige un trabajo cooperativo,

y permite realizar cirugas y tratamientosmdicos sin necesidad de operar o hacercortes sobre el paciente.

En el mismo orden de ideas, ser posibledesarrollar miembros binicos que suplanrganos vitales o de los sentidos de un

paciente. La comunicacin de mquina -hombre, demanda complejos esquemas decomunicacin y una gran cantidad deinconvenientes por resolver.


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Su desarrollo requiri de cuatro aos y es un gran avance sobre los monitores ms voluminososque generalmente usan los pacientes durante 24 horas cada vez. Este dispositivo fue bautizado WBSN (wireless body sensor network), puede ser va GPS, 3G oBluethooth, y el software puede ser compatible con cualquier telfono mvil que este

actualmente este en el mercado, se puede utilizar en celulares iPhone, Nokia y HTC. Este monitor pequeo y ligero consta de 4 sensores no invasivos pegados a la piel y conectadosa un mdulode radio y un chip de ordenador que se engancha al cinturndel paciente. Unos algoritmos complejos identifican cualquier anomala y en caso de identificarla el

dispositivo se encarga de enviar un mensaje al telfono mvil del paciente y de remitir un correoelectrnico a su mdico con informacin mucho ms detallada de lo sucedido para que loexamine y lo que si les llega ambos es una captura de pantalla con la evolucin delelectrocardiograma de las ltimas dos horas. De esta forma, se pueden detectar anomalascardiacas en un estado muy inicial, lo que previene de posibles problemas mayores.

Es muy difcil para los mdicos anticipar lo que va a suceder. Este dispositivo les dar una mejorcomprensin.

Este dispositivo seria barato porque al ser capaz de seleccionar la informacin que necesita, noprecisa memoria con mucha capacidad.

Dispositivo WBSN que detecta anomalasen el sistema cardiaco en tiempo real
http://vanelysistem.files.wordpress.com/2011/11/captura.png


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Una manera de aumentar el rendimiento en losdistintos deportes es a travs de la implantacin dediversos tipos de sensores que ya alcanzan lostextiles y los hacen muy cmodos.


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RFID Es un sistema de almacenamiento y recuperacin de datos remoto.Usa

dispositivos denominados etiquetas o tags RFID. Se utilizan dosfrecuencias de transmisin de datos:125 kHz (el estndar original) y134,5 kHz (el estndar internacional).

Estos dispositivos permiten incorporarse en algn producto, animal opersona. Estn compuestos por una antena, un transductor radio y un

material encapsulado o chip, tal como se puede apreciar en la figura quese muestra a continuacin.


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Cuando nos referimos a las aplicaciones de entretenimiento, se sugierentopologas de red punto a punto y/o estrella. Dichas transmisiones sehacen sobre y alrededor del cuerpo humano, y el intercambio deinformacin se da entre los dispositivos de comunicacin (relojes, PDAs,mp4, celulares) que podemos vestir. Dentro de esta categora sehacen las siguientes anotaciones:

Entretenimiento Multimedia: Corresponde a las transmisiones de rfagasde audio y/o video en conexiones sin cable, entre la fuente deinformacin y el transductor que entrega la informacin al rgano delsentido destino (audfonos, micrfonos, displays) Segn de la calidad ycantidad de informacin a transmitir se puede decir que se necesitananchos de banda considerables. En general, la transmisin puedehacerse de manera unidireccional, un canal de retorno slo es lgicocuando se desea hacer control de flujo o servicios adicionales sobre latransmisin de multimedia. Es posible tener algunas aplicaciones conmulticasting.

Este tipo de sucesos es viable cuando una persona desea compartir conotras su msica, su informacin y/o sus videos.


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La consideracin de WBANs para aplicaciones mdicas y nomdicas debe satisfacer requisitos de privacidad y seguridadestricta. Estos requisitos se basan en diferentes aplicaciones quevan desde mdicos (vigilancia corazn) para no mdico (escucharMP4).

En el caso de las aplicaciones mdicas, las amenazas a laseguridad pueden llevar a un paciente a una condicin peligrosa,y a veces a la muerte. Por lo tanto, se requiere una estricto yescalable mecanismo de seguridad para evitar la interaccin conWBAN malicioso. A una red WBAN segura se debe incluir laconfidencialidad, privacidad, integridad y la autenticacin.

Sin embargo, la integracin de un mecanismo de seguridad dealto nivel. en un bajo consumo de energa y recursos limitadospara el nodo sensor incrementa la computacin, la comunicaciny los costes de gestin. En WBANs, el rendimiento y la seguridaddel sistema son igualmente importantes, y por lo tanto, el diseode un sistema WBAN es deseable que sea de baja potencia yseguro


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CONFIDENCIALIDAD DE LOSDATOS INTEGRIDAD DE LOS DATOS AUTENTICACIN DE DATOS FRESCURA DE DATOS LOCALIZACIN SEGURA DISPONIBILIDAD


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A. MODELOS DE CANAL Existen algunos asuntos sin resolver dentro de los modelos de canal que requieren unasolucin y se resumen en los siguientes puntos:

Encontrar un modelo matemtico que considere los canales de banda ancha y ultraancha con sobrelapamiento de clsters, y hallar la incidencia de este tipo de modelossobre el tiempo de llegada de cada una de las contribuciones de multitrayectoria en larespuesta al impulso del canal.

Disminuir la variabilidad del parmetro de shadowing en los modelos de path loss, es

decir, en otras palabras, encontrar un modelo de path loss ms fidedigno a losfenmenos de difraccin y reflexin que se presentan en el cuerpo humano, y que no sevea afectado por los procesos de respiracin y movimiento humano. O bien, si no esposible aislar estos efectos, que los considere. Esto requiere disear alguna metodologamuy precisa en las campaas de medida.

Encontrar un modelo de canal para transmisiones de dispositivos invasivos. Los modelosde canal que transmiten desde el interior del cuerpo humano no son claros. Hasta dondese tiene conocimiento, an no hay campaas de medida que tengan este tipo deconsideraciones, ya que realizar o disear un experimento que permita obtener medidasno es claro.

Elaborar un modelo de canal que tenga los cambios de desvanecimiento en el dominiode la frecuencia y en el tiempo del canal, considerando al cuerpo humano enmovimiento. Por lo tanto, no solo hay que disear las campaas de medida sino quetambin hay que identificar los parmetros de estabilidad, conjuntamente en frecuenciay tiempo.


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B. DISEO DE ANTENAS Existen 2 desafos importantes: -Disear y encontrar la configuracin de antenas para aplicaciones invasivas.

Una clara tendencia en aplicaciones mdicas y el grupo de trabajo IEEE802.15.3 TG6 son muestras claras de que esta rea de investigacin esincipiente y requiere de ms atencin, ya que los retos de diseo sonelevados.

El uso de antenas en contacto con el cuerpo humano cambia drsticamente

los patrones de radiacin y efectos de campo lejano y cercano. Dado que losequipos de transmisin y recepcin para redes de rea corporal estarn encontacto con la persona, es necesario explorar alternativas que faciliten suuso y acople. El diseo de antenas textiles es una tendencia importante en elcampo del desarrollo de antenas de rea corporal.

IEEE 802.15 Task Group 6 (BAN) est desarrollando un estndar decomunicacin optimizado para dispositivos de baja potencia y elfuncionamiento de, en o alrededor del cuerpo humano (pero no limitados alos seres humanos) para servir a una variedad de aplicaciones, entre ellas, laelectrnica de consumo mdicos / personal de entretenimiento y otros.


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C. DISEO DE RECEPTORES Debido al ambiente de operacin, los dispositivos que operan en las redes de rea

corporal deben tener un tamao muy reducido, operar a batera durante largosperodos y tener la suficiente capacidad de procesamiento para realizar latransmisin y las medidas de variables del entorno, en caso de redes de sensores, odeben tener elementos de conversin analgico a digital de gran precisin parainterfaces nervio - elctricas. El proceso de miniaturizacin es uno de los retos deldiseo de receptores.

No es claro qu tipo de estructura deben tener los receptores. En los ltimos aos,OFDM ha ganado popularidad y un despliegue tecnolgico muy relevante, y se haconstituido en uno de los candidatos para la transmisin de informacin de bandaancha en canales con profundos desvanecimientos conservando altas tasas detransmisin. Sin embargo, dada la inestabilidad de los canales de rea corporal,emplear demodulacin coherente es todo un reto. Para el caso de OFDM enparticular, el usar solo las portadoras piloto y unas cuantas portadoras comosecuencia de estimacin de canal, son insuficientes para compensar los errores y losdesvanecimientos profundos, y los cambios de canal a la hora de ecualizar la sealrecibida. Es necesario adoptar nuevos esquemas de ecualizacin de canal para lossistemas OFDM.


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D. MIMO EN REDES DE REA CORPORAL La aplicacin de MIMO en redes de rea corporal tiene restricciones, el uso deMIMO en frecuencias por debajo de 10 GHz y a distancias muy cortas tieneserios problemas de interferencia, ya que los patrones de radiacin no alcanzana ser dirigidos a las distancias de operacin de una red de rea corporal.

Igualmente, el tamao de las antenas que se requieren en los equipos paragarantizar bajos niveles de interferencia no tiene mucho sentido. En la bandade 60 GHz se ha explorado el uso de transmisiones de UWB. Si se considera lalongitud de onda de esta banda se requieren dimensiones de antenas losuficientemente pequeas como para poder hacer uso de aplicaciones MIMO adistancias entre 1 y 2 metros; igualmente, en estas bandas de operacin, lapenetracin de la onda electromagntica es mnima, y bsicamente el efecto dereflexin y difraccin son los fenmenos dominantes. Por lo tanto, el uso deMIMO es una alternativa que apenas se est explorando y un tema abierto eninvestigacin.


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E. REDES COOPERATIVAS El desempeo de los protocolos de comunicacin de las redes de rea

corporal puede reducir dramticamente su desempeo debido a quelas variaciones del canal en el dominio del tiempo son muy severas. Dehecho, las variaciones temporales del canal impactan el desempeo deuna red tipo estrella, con grandes prdidas de paquetes. Una manerade evitar este problema es mediante la implementacin demecanismos de cooperacin entre los elementos que componen lasredes de rea corporal.


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REGULACIN Y ESTANDARIZACIN En los ltimos aos se puede ver una serie de regulaciones tecnolgicas y varios estndares de

tecnologas que pueden ser empleadas como sistemas de comunicaciones de rea corporal.Explcitamente la IEEE en noviembre de 2007 conform el grupo de trabajo IEEE 802.15Working Group TG6: Body Area Networks. Su objeto es desarrollar un estndar decomunicaciones ptimo para equipos que transmiten dentro, desde y alrededor del cuerpohumano (IEEE802.15 TG6, 2007). Este grupo de estandarizacin ha propuesto una serie detemas de investigacin y plantea la necesidad de obtener modelos de canal ms adecuadospara representar el cuerpo humano, tanto para transmisiones internas, como paratransmisiones sobre la superficie y alrededor del mismo. Las bandas adecuadas de operacin,los esquemas de modulacin y tcnicas de acceso al medio que tengan un rendimiento mspropicio desde el punto de vista tcnico y econmico; hasta donde se tiene conocimiento nohay un draftdefinitivo que establezca una direccin precisa del estndar, ya que es un tema dereciente desarrollo e inters al interior del grupo IEEE 802.15. Dicho grupo de trabajo trazardurante los prximos aos los alineamientos que este tipo de tecnologas han de seguir.

Existen tambin aspectos regulatorios y de estandarizacin que estrictamente no son pararedes de rea corporal, pero que al ser enmarcados dentro de las redes de rea personal,cumplen con los requisitos suficientes para ser tomados en cuenta. Entre ellos tenemos losestndares Bluetooth (IEEE 802.15.1), ZigBee (IEEE 802.15.4), las propuestas de Ultra WideBand en (IEEE 802.15.4a), el estndar europeo ECMA 368 - ISO/IEC 26907 y las regulacionesde la FCC de 2002 para las redes de Ultra Wide Band.


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REGULACIN Y ESTANDARIZACIN Bluetooth es una tecnologa (IEEE 802.15.1) que opera en la banda

no licenciada ISM de 2.4GHz; emplea la tcnica de Frequency HoppingSpread Spectrumsobre un rango de 79 frecuencias distintas, con unesquema de modulacin GFSK y alcanza velocidades de hasta un1Mpbs en la primera versin y una capacidad de hasta 3Mbps en la

versin Enhanced. Las potencias de radiacin son de 0dBm, 4dBm y20dBm.

ZigBEE (IEEE 802.15.4, 2004) opera en la banda de 868 MHz. enEuropa, 915 MHz en USA y Australia y 2.4 GHz. en casi el resto delmundo. Los radios ZigBee operan mediante Direct Sequence Spread

Spectrum, en 868 MHz usa BPSK a 20 Kbps por canal, en 915 MHz.Tambin emplea BPSK y alcanza velocidades de 40Kbps. Y en la bandaISM de 2.4GHz emplea QPSK y alcanza velocidades de hasta 250 Kbpspor canal. La potencia mxima de radiacin tpicamente no supera los0dBm (1mW)


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REGULACIN Y ESTANDARIZACIN ECMA 368 - MB OFDM (ECMA 368, 2007) es la evolucin en Europa del estndar

UWB para OFDM. Se defini una primera versin en diciembre de 2005 y la ltimarevisin data de diciembre de 2007. Trabaja de la banda de 3.1GHz a 10.6 GHz.Divide dicha banda en 5 sub-bandas con canalizaciones internas de 3 bandas de528MHz para los cuatro primeros grupos y 2 para el quinto. Emplea varios deesquema de modulacin que pueden ser QPSK, y DCM y permite alcanzar velocidadesde transmisin de hasta 480Mbps. La definicin de este estndar emplea OFDM parala transmisin sobre 128 portadoras ortogonales, y para cada una de los grupos,considera un frequency hoppingestablecido, razn por la cual le otorgan el nombrede Multi Band OFDM. La potencia de emisinmxima es de -43dBm.

FCC - UWB IR (FCC, 2002). La FCC estableci una serie de definiciones para lastecnologas de UWB en 2002. All especific las mascaras espectrales de radiacinpara este tipo de tecnologas y asumi que toda transmisin de banda ultra ancha esaquella que supera los 500 MHz o cuyo ancho de banda fraccional es mayor del 20%. No aclara ni define los esquemas de modulacin ni tcnicas de acceso al medioque se deben emplear, por lo que dicho asunto quedo libre a cada uno de losfabricantes y propuestas de estandarizacin vigentes para esa fecha.


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