e gb - Kotel'nikov Institute of Radio Engineering and ... · 5 ;KK bf_xl \_kvfZ [hevrhc ki_dlj...
Transcript of e gb - Kotel'nikov Institute of Radio Engineering and ... · 5 ;KK bf_xl \_kvfZ [hevrhc ki_dlj...
2
.................................................................................................................. 4
1. ......... 21
1.1. ....................................................................................................... 21
1.2. ...................................................................................... 23
1.3. ................................................................... 36
1.4. ........................................................................................... 40
1.5. ......................................................................................................... 45
2.
............................................................... 47
2.1. ....................................................................................................... 47
2.2. 0,5-10
. ................................................................................................................. 48
2.3.
.................................................................................................................. 54
2.4.
............................................................................ 61
2.5.
................................................................................ 69
2.6. ......................................................................................................... 79
3. Э
..................................................... 81
3.1. ....................................................................................................... 81
3.2. .................................... 81
3.3. .... 85
3
3.4.
................................................................................. 91
3.5. Э
.................................................................................................... 97
.............................................................................................................. 104
4. .. 106
............................................................................................................ 106
4.1. ..................................................... 106
4.2. ............................................................................. 109
4.3. ё ............................................................................... 111
4.4.
ё ........................................................................................ 116
.............................................................................................................. 125
......................................................................................................... 126
.......................................................................................... 128
4
,
, ,
, ,
,
,
, ( ).
,
,
,
( ) ,
, ,
.
, ,
( )
.
,
.
,
, ( , )
,
.
.
5
:
, ,
,
, .
Д1-5].
.
( , , , , )
,
.
, ,
.
. Д6,7Ж 4 17%
.
, 70%
.
,
.
.
,
Д8Ж.
.
6
,
, ,
.
,
. ,
,
. ,
,
.
,
.
,
, ё
, ,
.
,
2012 . IEEE 802.15.6
,
[5].
IEEE 802.15.6
:
1) ё
« - » 250 / 1-10
/ ;
7
2)
, , ,
, -
;
3) ё ;
4) ё ;
5) .
ё ,
.
, ,
( ), , Э
2000 Д9-13Ж Э . . .
Д14-20Ж.
.
,
,
,
. ,
, ,
.
,
ё
,
8
,
IEEE
802.15.4 802.15.6.
,
,
,
.
,
;
,
;
;
.
, :
,
,
;
,
;
9
;
,
,
,
,
IEEE 802.15.6;
.
, ,
,
,
.
, :
,
;
,
, IEEE 802.15.6;
,
( , ,
);
10
,
, (
).
-
.
: «
» ( , , , 2008, 2009, 2010, 2011, 2012), 17
«NDES 2009»
( , , 2009), 26-
« PIERS’2009» ( ,
, 2009), XV XVI- « » ( .
, , 2010, 2012), ё
. . . 2010, 2011 ( Э , ,
), I III , ( , , 2011,
2012, 2013), 5, 6, 8 -
« » ( , , 2011, 2012,
2014), 2012 ( , , 2012),
–2013 ( , , 2013).
19 ,
8 ,
, 11 .
11
ё :
, , , . 134
, 43 , 9 .
66 .
Ы.
, ,
, ,
.
:
( ),
, –
( ) (
– ),
/
.
, ,
, , ,
, :
,
, ё ,
, . Э
,
.
12
,
,
IEEE 802.15.6 (2012 ),
.
,
.
ё
.
, ,
( . .
),
.
.
, ,
,
, (
)
.
.
,
:
; , ;
, ,
ё .
,
13
. ,
.
( , )
.
.
, . .
0,5–8 .
.
2
.
Э . . .
ё -43
3-5 . ,
, 3–5
з 5–7 34 з 6–10
64 .
, , 3–5
, 2 – 5 .
,
3 – 5 ( 30 )
, 10 .
х д х х.
« »
, -
14
.
,
.
,
, ё
: d1 d2,
ё ( 10-4)
. « »
: )lg(202
1
d
dL
д .
.
, -
« » ,
.
( з10…15 1 )
« » ,
зλ/2, λ – ,
- .
, ё
( з10…20
). ё
ё .
х .
.
ё
ё :
15
( 3, ё
),
( 3),
, ё
(
4, , ё
).
-43
,
3 - 5
.
.
ё
. ё
ё – 43.
1 / ( ,
ZigBee 40 / ),
Э . 64
/ ё -43 -13 ,
10 , ZigBee. Э
IEEE802.15.6
.
16
дё . ,
1 1% (
ё ).
ы ё ы. ,
ё ,
.
, ,
, .
, ,
, ё ё .
.
.
,
3-5 ,
ZigBee.
- -
«
» (« ») ,
, .
, ё
.
(
).
д д ых х (
« »).
17
ё
, ,
, .
« » .
2 (
), 3 1
.
« »,
- .
д д ых ых .
,
.
« » « ».
10 ,
.
, .
Э ,
.
,
, .
д д ых д (
« »).
,
.
. Э ,
.
18
,
.
,
ё - .
,
,
,
. .
.
,
, .
, ё
(
3200 / ). ,
250 Э . Э
ZigBee.
,
,
, .
,
. Э
.
:
ё ,
19
,
.
,
. ,
, –
- . -
, ,
-
–
,
.
.
,
, - , - ё
.
( ,
,
). ,
ё
( - ё ё
10-3
13 ).
100 / . Э
.
20
–
:
( ) (
ё ,
),
( ) ,
ё ,
,
Э
,
,
- - . Э
.
.
21
1.
1.1.
,
,
,
, . :
- ,
. , ,
( ) ,
;
- ,
, ,
, ;
-
,
;
- , , ,
( ) ,
, ,
.
,
,
.
22
, .
:
,
, ,
,
.
.
( , , , , )
, .
,
, .
. Д6,7Ж
4 17%
. , 70%
.
,
.
.
,
Д8Ж.
,
.
23
,
.
( ) (
– ),
.
IEEE 802.15.6 ,
.
ё
.
1.2.
.
Д21-26Ж
.
Д21Ж
( ).
( ( ) ) ,
ё ,
,
.
ё : (
), ё
; - ,
, - - (
- ); - ,
24
. tmote
sky, 802.15.4,
. 1.1.
. 1.1. Э ( ) ё tmote
sky ( )
. 1.1 ,
ё tmote sky( ) ( )
Э . 100 .
,
(
Network Simulator). 25
5 . ,
DSR (dynamic source routing) SMR (split
multipath routing). ,
7% . Э
2,125 .
25
. 1.1. ё ,
.
tmote sky 250 / 2,4 21 ,
ё 23
-94 0
miTag 250 / 2,4 - - -
MC13213 250 /c 2,4 30 ,
ё 37
-92 -4…2
TelosB 250 /c 2,4 23 -90…-94
-24…0
nRF24L01 2
/
2,4 11 ,
ё 12
-82 -18…0
Д22Ж ,
,
, .
miTag. ,
,
. . miTag
: ,
,
,
web- .
. miTag
ZigBee,
. 1.1. ,
: GPS, ,
26
, , Э ( ё 100 250
).
. 1.2. ё
: ,
; mesh- ,
; ,
,
( , , . .).
. 1.2.
.
: ё ,
, ;
(
).
, , ,
2.4 , -
GE Apex Pro, 400 .
esh- ет Се ве
БНСС
ПлшеТеле
фо
С ед тв
ото
27
Д23Ж LOBIN
, Э , ,
,
(
, ).
(e-textile) .
, ё ё
. . 1.3
LOBIN. 4 :
. 1.3. LOBIN.
1.
, .
WDAD (wearable data-acquisition device)
. WDAD –
ё (WTB, wireless
transmission board, . 1.1).
Э 125 .
2.
(beacon point infrastructure),
, WTB ,
БСС
С те уп вле
я
Etheret
Элект ое
фут олк
С те по ц о
ов
28
. ,
, . 1
2 .
3. ,
(Distribution Points, DP), ad hoc
802.15.4. ,
TCP/IP ё .
ё WTB,
1 2.
DSR.
4. , Ethernet
(WTB ё ),
, ,
, .
, ё .
1.4 , 1 , DP-
( ё ), , . 1.4 ,
, ё Ethernet-
,
. ,
(
,
3.1 / ),
. Ethernet-
( Ethernet-
),
. ,
2%,
29
, .
Э .
. 1.4. ё
( DP) ( ), Ethernet- ( ),
( ).
Д24Ж ,
,
.
( )
.
41
7 . ё
99,68%, ё –
80,85 % ( ё
30
, ё –
). , ё
ё
. ,
.
,
( ) ,
( ).
.
TelosB,
. 1.1.
CTP (Collection Tree Protocol).
. 1.5, 18
1 .
7 ,
41 . 41 .
0,12% 2,09%.
. ,
. ,
,
.
31
. 1.5. ( )
( )
.
, Д25Ж,
Д24Ж,
.
,
, ,
. 14
5 .
ё ё
.
ё
TelosB ( . 1.1).
.
– ,
32
,
,
.
5 14-16 (
, ).
.
IT
ё .
25%
70% .
25% 85,4%.
Д26Ж ,
,
ё .
, ё
ё .
, ,
.
.
3
: ,
( ).
(
) , ,
, .
, .
, , ,
.
33
(
).
,
, .
, ё
. ё
ё .
.
Nordic
Semiconductor nRF24L01 ( . 1.1,
ё 0.5 / ).
: ,
ё , , , , CO2,
, , ( ,
, , ), .
Э .
, , .
(
9 , 41 12 ).
,
. 1.6.
34
. 1.6.
.
: 97%
3.2 (
),
0.55 4.5 , 70
.
, ,
,
.
: « - », « »,
« », « », « ». ё
2 30 (
35
10 « » « »). ,
,
. ( 1-2 /
), 10,
.
( 3 / ),
7-10, .
,
,
,
ё , ,
.
,
,
(
),
,
. ( ,
)
–
( ). Э , ,
( ),
, ,
. ,
, ,
.
.
36
1.3.
,
, .
,
.
д ы ы - ,
( ) , ,
.
: ,
, , , .
д ы ы - ,
,
.
. ( . .
,
), , , ,
.
д ы ( ) - ,
,
( ), ( . . ,
, . .) ,
. : , ( )
, . Э
(Body Control Unit - BCU) [27],
37
.
(Personal digital assistant (PDA)) .
,
.
,
Д28Ж. Э ,
, .
.
,
, - ,
( , , .)
( ).
.
,
.
; ,
20-50 [28-30].
д .
.
. 1.2.
, .
( . . , Э , Э ,
. .),
/ , ,
.
38
1.2. .
-
Э (12 ) 288 / 100…1000 12
Э (6 ) 71 / 100…500 12
Э 320 / 0…10,000 16
ЭЭ (12 ) 43.2 / 0…150 12
16 / 0…1 8
1600 / 0…50 16
120 / 0…1 8
35 / 0…500 12
100 / - -
50…700 / - -
1 / - -
50…100 / - -
(Bit Error Rate (BER)),
(Packet Error Rate (PER))
.
.
BER ( , 10-4),
BER
( , 10-8
… 10-10). BER
.
.
: , ( )
Д31Ж. ,
. ,
, .
.
. ,
.
39
.
, .
д .
(Quality of Services - QoS)
.
,
,
. ,
.
. ,
Д32Ж.
д . ,
,
, . ,
, . .
. , ,
.
.
( , MAC- ),
.
.
.
.
. ,
,
.
40
( ,
),
Д33Ж.
.
( , , , . .),
.
,
. Э .
2000-
, ,
,
, .
2007- IEEE 802 ,
IEEE 802.15.6 Д34Ж.
( ) (MAC- )
.
1.4.
IEEE 802.15.6
.
IEEE 802.11 (WLAN), IEEE 802.15
(WPAN), IEEE 802.15.1 (Bluetooth), IEEE 802.15.4
(ZigBee) .
IEEE 802.15.6
2010 .
29 2012 . Д5Ж. ,
, .
41
,
.
IEEE 802.11
( ) - Wireless Local Area Networks (WLAN
Wi-Fi). , IEEE 802.11/a/b/g/n.
.
. ,
.
IEEE 802.15
, ,
.
( ) - Wireless Personal Area Networks (WPAN). Э
IEEE 802.15.1 (Bluetooth), IEEE 802.15.4 (ZigBee) IEEE 802.15.4a.
. ,
.
.
ZigBee. ZigBee
Bluetooth,
. ZigBee ,
Bluetooth
. , ZigBee
. ,
42
, .
IEEE 802.15.4
( . . 1.3).
1.3. ,
IEEE 802.15.6 IEEE 802.15.4
IEEE 802.15.6
IEEE 802.15.4
, , ,
.
, ,
.
2 …5
10…100
5 … 30
1 / …
10 / 20, 40, 250 /
0,01 –
40 – 500
/
135 … 150
250 / ( )
25 (-16 ) 1 (0 )
, 256 ,
65000
,
, IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.6 ,
.
,
.
(stand-by mode),
ZigBee. Э
.
43
,
,
.
,
Bluetooth ZigBee.
IEEE 802.15.6
,
(
). ISM- ,
( ) ,
, /
. (QoS),
10 /
,
.
IEEE 802.15.6 .
1. – ,
.
.
2. – ,
2 .
3. – ,
5 .
,
,
[2]. Э
.
44
,
, Э
3 - 5 .
, ,
Д20Ж.
MICS (Medical Implant
Communication Service) ( ETSI - European
Telecommunication Standards Institutes) 25 ERP (Effective
Radiated Power); ( FCC & ITU – R) 25 EIRP (Effective
Isotropically Radiated Power), 2.2 , ERP- .
, 25
( ),
.
: « – »
, « – »
, « – »
, « – » .
: . ,
500 . (1-3).
4000 .
(4-11),
8000 ,
- . -
, , .
-
45
,
MICS.
IEEE 802.15.6
.
: , .
.
.
(
) ( ).
ы . Э ,
. Э
.
ы . Э
.
, - ,
, ,
.
1.5.
,
. ,
.
, ,
, .
46
, ,
,
ё , ,
.
,
,
,
IEEE 802.15.6.
.
.
( . .
),
.
.
, ,
,
,
( )
.
.
47
2.
2.1.
,
(
)
.
,
ё ,
. ё
, ,
.
.
( , , ), 10
3–5 , ,
.
,
.
, , .
( ),
48
.
,
ё –
, ,
.
,
:
; ,
,
.
« » ,
30 .
2.2. 0,5-10
.
( ), ( ), .
Д36–45Ж ,
( 3–5 ) , .
.
Д36–44Ж,
, . 2.1.
. , -
, , .
,
( ),
49
.
Д45Ж,
.
2.1.
,
,
900 2.4 3 5 10
89 3.5 6
, 120 5
120 15 15
, 150 8 22
178 5
, 240 9
267 7
102 12
120 12
, 192 14 14
203 23 23
203 27
305 35 35
400 14
457 18
460 14,5 21
( ) 685 53
700 16 12
-
/
/ 13/19/25
/
33/44
Д36–44Ж,
, , , ,
, , ISM-
. 3–10 ,
, .
50
0,5–8
Д46Ж.
. 2.1. 1 ( ) 2 ( )
X1 X2 (
) t,
S21W(f)
ROHDE & SCHАARГ VОМtШr
Network Analyzer ZVCE.
. 2.1. -
XΣ = X1+X2+t
S21FS(f) «
» . ,
,
:
0 21 21( ) /W FS
Q S S t , / . (2.1)
(2.1)
.
, – .
,
51
, , ,
.
.
3,5…4,0.
. 2.2
(
2…3%) .
3,5…4,0
,
ё .
)
0 1x109
2x109
3x109
4x109
5x109
6x109
7x109
8x109
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
П
аа
, /
Ча а,
яя ая а К МФ Иа ая а ь (F20-F29)
52
)
. 2.2. ( ) ( )
. –
,
,
.
,
,
( , , . .).
( . . 2.2 )
, (3…5%)
. , 2,4
24 37 / (
30 7 11 ); 4
30 10 15 / .
0 1x109
2x109
3x109
4x109
5x109
6x109
7x109
8x109
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
П
аа
, /
Ча а,
яя а К МФ И (F46-F48) а ая а ь
53
. 2.3.
( . 2.3).
: –
– .
10 .
( )
. , /2
,
.
.
0 1x109
2x109
3x109
4x109
5x109
6x109
7x109
8x109
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
П
аа
, /
Ча а,
э ы ГК МФТИ я я, я я 1 - я, 2 - я
1
2
54
2.3.
0,5-10 .
,
. .
.
.
50-100 3–5
(
). ,
out
V
in
P , . .
inout
log PSV . (2.2)
S - .
AD8317,
S = 22 / Д47Ж.
.
-
. . . . -
t= 64 .
, t = 34 .
- ,
3 .
55
out_W
V .
- (
« »),
out_FS
V .
St
VVQ
out_Wout_FS
, / . (2.3)
Tektronix DPO-4054.
1 .
t = 34 64
.
( . . 2.4):
. 2.4. (T) (R)
d = 1 м
t
R T
T R
T R
d = 2 м
р д р ф.- а
1
2
3
56
.
,
1 .
,
2 .
« » .
.
S11 S21 ( )
2
12
12
21
2
12
12
11
4,
nn
nnS
nn
nnS
, (2.4)
n1, n2 – Д48Ж. 3–5
0,45,3 ,
n1 = 1 ( ), n2 = 1,9–2 ( ), 10%
. ё
Q 0,5 .
– « » ,
, . 2.5.
, 1,
n1 n2
n1 « » 1 2.
57
. 2.5. (« »)
2. ,
1
(H1+t+H2) Ri. 12
nn
Rf. , ,
2
iiRS ,
– 2
ffRS .
( )
tgtgtHH
tHH
tgHtgttgH
tgHtH
R
RM
f
i
/21
21
21
21
2
, (2.5)
1
2
sin
sin
n
n
. 1 2 ( 0 )
221
21
/ ntHH
tHHM
. (2.6)
H1
H2
Rf
Ri
t
O1
O2
n1
n2
58
, ё
(H1 = H2 = 0), 22 nM (3 ).
ё
.
, Q
1–3 :
1) Q 2,5 1 ;
2) 34 Q 5,5 1 ,
64 Q 9,5 1 ;
3) 34 Q 3 1 ,
64 Q 6 1 .
, ,
ё
( ), –
2,5 .
(1 ),
. ,
3 2
, .
,
« – ».
( )
l1 13 , t = 64
l2 4 (
;
). l1n = Sl2
n, n –
, n = 2, ,
59
S = 10 .
t = 34
, ,
S = 6 .
, :
3–5 :
~ 5–7 34 ;
~ 6–10 64 .
, « »
.
t= 30 .
.
« » 30
. 2.6. ,
.
.
3–5 ( 4 )
, 2,4 ,
5 .
3–5
,
2-5 .
3–5
« »
10 .
60
)
)
. 2.6. ( ) ( )
30
61
2.4.
,
,
. ё
.
« »
Д49,50Ж. ё ,
, ,
,
« »,
. « »
.
Д51Ж
« » ,
f 0.8 2.5 . ,
, ,
20 .
« »
Д52Ж, 3.0…5.0 ,
.
,
,
62
« », « »
, .
Э ё
« »
.
ё
.
,
, –
– 0.1 1.5 ( ).
д д
-40 ( 3.0…5.0 ,
з100 ) Д20Ж. (85 45 30 )
ё ,
ё .
ё ,
, ё , ,
, ё
.
ё « ».
-40: –
, – ё .
Э . , ё
, .
10 ( 13
). ё
.
63
,
(
, ),
ё : d1 d2,
ё (
10-4) .
( ) 1L
d1 , 2L –
d2 , дL –
, .
,
(2
1~
dP , P – , d
– , P),
L d
)lg(20)lg(100
0
d
d
P
PL , (2.7)
P0 –
d0.
d2
d2
, . ,
d2
d1:
дLLL 21
.
(2.7),
дL
d
d
d
d )lg(20)lg(20
0
2
0
1,
64
« »
)lg(202
1
d
dL
д . (2.8)
Э ы х д х х д
х х х.
ё
.
Э ы , д ы .
,
, .
,
, 2.0 ( ё
), – 500 .
Э ,
, ,
.
( )
d1.
« »
.
, ,
, ё
, ,
.
65
ё (
410 ) ё
2.5 ,
d2.
, d1 з 25 . (2.8)
, ё
20 .
0…10 ,
,
( ) . 2.7 , ,
, – . 2.7 ,
, « » , – . 2.7
( ё 0.5 ).
,
( . 2.7 )
( . 2.7 ) ,
.
)
)
66
)
. 2.7. : ( ), ,
( ),
( ).
« » ,
, ё .
« »
, ё .
,
.
3-4 . з 26
, . . 6 , . Э
5-6 .
67
Э ы , ых
д .
,
.
1 , ё – 90 . :
30 , 8 .
,
. ё
.
d2
, .
,
1 . ё (2.8)
28 .
Э ы , ых д д ы
ы .
0.1 1.5 ( ).
8 8 10 . ё
, . ё
. , ё ,
,
(
ё ).
d2 31 ,
(2.8) ,
ё
68
38 .
,
26 , . . 40 .
, 32 , -
( 0.1
).
« »
,
, ,
.
( 1 ).
, -40 ( . 2.8).
. 2.9,
50 ( ),
14 , 4l ( .
2.10).
. 2.8. ё
.
69
. 2.9.
.
,
, (
4 7.5 ).
2.5.
,
,
.
ё
,
.
:
, ,
, ;
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8
l,
L,
Б
70
;
.
,
. -
ё
40 .
,
( ),
,
. ,
ё .
,
.
Д2Ж ,
CM1-CM4. Э
(path loss model) ё
(power delay profile model)
.
, ё
( 3)
, ,
ё
( 4).
3-6 , ё
.
71
. 2.10. ё .
1a - , 1b - ё , 2b - .
Д53Ж
3 6 ( ,
).
( 3-6
) Skycross SMT-3TO6M
, .
ё ( .
2.10), ( ) 1a ,
1b ( ) 2b . ,
s – , :
121
1111
2221
1211
2
1
0 as
asa
ss
ss
b
b. (2.9)
21s ,
.
,
. ,
( 3).
Д53Ж
γ 1 PL
72
(γ = 2,7; PL=75,8 ) (γ = 4,1; PL=109,2
).
Д54Ж
3,4 4,8 ,
. ( 21S
Д53Ж) 21S
3 11 (
3,4-4,8 )
Skycross SMT-3TO10M-A. 15
: ,
10 ( , ,
) ( 3).
Д54Ж
1 (PL = 70 ).
,
.
3-5 ,
.
д х х х
д х .
1
ё ё :
( . 2.11 ), ( . 2.11 )
( 3) ,
, ё
( 4).
73
) )
. 2.11. ё :
( ), ( ). .
.
-43 Д55Ж.
Tektronix DPO 4054.
.
9 15
( . 2.11 ).
. -43
ё .
-43, ,
,
.
ё , .
, ё
, 72 .
74
6
, 140 .
, ( . 2.11 ).
30 .
.
, ё
.
ё -43,
,
40 .
И ы ы
, ,
.
PL – d . ddPL )( , d –
ё , – .
Д56Ж d
:
)lg(10)(0
0d
dPLdPL (2.10)
0PL – 0d .
0d =1 .
)(dPL 0PL ,
,
.
)(dPL :
ДВ PLPLdPL )( , (2.11)
ВPL – 1
( ), ДPL –
75
ВPL ,
. ДPL
dA – ё d
, ВA – ё
1 .
ё s , :
s
AAPLdPL dВ
В
)( . (2.12)
ВPL , :
)lg(10 ИB
P
PPL , (2.13)
ИP – , , P – ,
ё 1R .
:
ЭИ SR
PP
24. (2.14)
Э 4
2
ЭS , :
2
2)4(
R
PP И
. (2.15)
:
s
AARdPL dВ )
4lg(20)(
. (2.16)
, dA ВA ,
(2.16).
-10
4,9 ,
5,42)4
lg(20 R
PLВ .
76
, 41,6 . ё
42ВPL .
ы х х х
д х .
ё
. 2.12.
. 2.12.
ё ё
, 10 d .
, 1
ё
2,670 PL , 7,2 .
ВPL =42 , ,
,
2,250 ВИ PLPLPL .
77
ё . 2.13,
d ё (
3 Д2Ж).
,
ё , : 5,800 PL
, 5,3 .
5,38ИPL .
. 2.13.
ё ё
, 10 d .
,
, ё (
4), . 2.14.
1 3,490 PL .
5,1 , ,
,
3,7ИPL .
78
. 2.14. ё
4.
, ,
maxd
-43
. S - ё
-43. :
И SPLP , (2.17)
ё -43, 10ИP ,
60S , ,
70PL .
2.10 PL
0PL ,
maxd ё :
ё maxd
1,2 ;
ё maxd 0,4 ;
, ё
maxd 23 .
79
: 1 2,670 PL
7,2 3
ё ( 1,2
); 5,800 PL 5,3
3
ё ( 0,4
); 3,490 PL 5,1
4
ё ( 23
).
IEEE 802.15.6 4
5 , ё
.
2.6.
( )
.
:
; ,
, .
,
( 30 ) 5-7 .
3-5 15-20 / .
80
. ё
. ,
- « »
,
. (10-15
) ,
, - .
, ё
(
з10…20 ).
ё ё
.
.
1
, 3 4.
,
.
,
. Э
,
.
.
81
3. Э
3.1.
,
,
.
( ) ё
.
3.2.
IEEE 802.15.6
, :
1) WBAN (wireless body area network)
ё « - » 250 /
1-10 / ;
2)
,
, , ,
-
;
3) ё ;
82
4) ё ;
5) .
Д55Ж ,
ё . Д55Ж
.
.
.
ё , Д55Ж, 3 6 / .
Д57Ж
,
5-6 « - ».
,
ё з1 / ,
, ( ZigBee),
40 / .
,
, , Д23Ж.
Э .
ё -43 Д55Ж, ,
з 64 / –13 , 10 ,
, ZigBee. ,
з2 , ZigBee
з5 . ,
0,1%
. Э
IEEE802.15.6
,
.
83
ы дё .
,
,
10-3.
, ,
. ,
, ,
, 1-3 .
ё ,
1.5-2 , .
ё
« - » ,
~10-6
- 10-7
.
, 4-5
, , 10-5.
,
1 1% .
ы ё ы. ,
ё ,
.
, ,
, .
, ,
, ё ё .
.
84
.
Д58Ж ,
3-5
, ZigBee.
Э
. 3.1, 3.2.
ё ,
.
. ( )
, , 100 / 10-
12 ,
, .
3.1. Э ё
,
/
,
( ) 1000
1 0,09 >10000
10 0,66 1500
100 5,0 200
3.2. Э ё
, /
,
( ) 1000
1 0,077 >12000
10 0,5 2000
100 3,0 330
, ,
, IEEE 802.15.6.
85
- -
(« ») Д59Ж ,
,
.
3.3.
IEEE 802.15.6
:
(chirp pulses), (chaotic pulses)
(short pulses shape).
Э . . . 2000 .
Д15,16,20Ж. 2007 . Э . . .
Samsung
IEEE 802.15.4a. Д60Ж.
-
. IEEE 802.15.6
– ,
.
- ,
. Э IEEE
802.15.6 - .
-43.
86
- ё -43
« – »,
.
,
. ё
ё
.
. 3.1.
.
, - .
. ,
, - ,
,
. -
,
,
. , -
.
. 3.1. -43.
ё
.
( 20 )
-
87
, 50
-50 .
( ). ,
, ,
.
,
.
( ),
.
.
( ),
, , ,
,
.
ё -43
. 3.2.
. 3.2.
ё -43
.
. 3.3. , ё
C-43.
88
- ё .
ё
, .
ё
:
1) ;
2) ;
3) ё
;
4) ё
, .
ё 100
, .
20 , ,
,
. « »
,
« » -
.
ё -43
.
,
. 3.3 ( – , – ).
, ;
89
,
.
3.3. .
PRL SFD SIZE N1…NN ASRC ADST PN TYP “U” CSL CSH
1 1 1 2*N 2 2 1 1 2 1 1
PRL – , SFD – , SIГE – ,
N1…NN – - , ASRC –
, ADST – , PN -
. TYP – , “U” , CSL CSH –
.
, . 3.4.
3.4.
.
ё DATA N 163 .
AINIT – ,
, HOPS – ,
.
:
1) ;
PRL SIZE TYP ADST ASRC AINIT HOPS DATA CSL CSH
1 1 1 1 1 1 1 N 1 1
90
2)
;
3) ё ;
4)
.
. 3.4.
. 3.5
ё -43. IEEE
802.15.6 ZigBee
Д61Ж , -43,
3…5
,
, ,
,
ZigBee ( IEEE 802.15.6 ZigBee
).
3.5. ё -43
6 / 3-5 3,5 з 64
/
8,9 з 256
/
30,3 з 1
/
-79 з
64 /
-73 з 256
/
-67 з
1 /
-16 з 64
/
-10 з 256
/
-4 з 1
/
91
3.4. К
.
ы – , ё .
– ё ,
.
– ё ,
.
ё д .
ё -43 [55].
д ы д . . 3.2 c ,
ё -43, « »,
,
ё , .
1 ё
2 .
,
– ,
.
. 3.4. 2 ( ),
.
0 3.3 ,
, ё . ё
200 ё , ё
2 .
92
.
,
( ё
),
.
. 3.4. , ё
ё .
. 3.5 ,
, : ) « »,
,
, ,
;
) « »,
( , );
) « »,
, .
) « »
« »,
, .
93
. 3.5. : « » ( ), « » ( ), « »
( ), « » « » ( ).
д .
,
.
ё ,
.
.
( . 3.3).
Э - ,
, ,
, .
.
-
ё ,
,
94
.
, ,
, ,
, .
,
( ,
« » ),
( ) .
.
( – « »),
.
« » –
, .
:
ё
ё ;
;
;
(
,
, ё ,
);
.
:
95
COM ;
;
;
;
ё / COM ;
.
. 3.6.
ё . 3.7.
« »
,
.
COM ,
.
ё , .
. 3.6.
COM .
,
, ё (
96
, ,
, ,
.).
. 3.7. « ».
,
, ,
ё ( . 3.9), ,
.
, ё ,
ё .
.
« », ё
( ,
).
97
.
,
,
.
,
, ,
. , ,
, ,
, ,
( . 3.9.).
3.5. Э
ё
,
.
ё .
. . . .
. Э ы д д ых х
( ).
ё
, ,
,
. « » ( . 3.5 ).
98
2 ( 1, 2)
( , . -В,
), 3 ( 3, 4, 5) 1
( 6). . 3.8.
1 3,
5 6.
2, :
4 5,
. ,
1 2.
. 3.8.
.
« » («АТrОХОss sОЧsШr ЧОtаШrФ
control center»).
99
. 3.9 .
, ,
, ,
, ,
. , . 3.9,
: 1 (Sensor ID:1) 2 (Sensor ID:2),
, 2 : 3, 5 4, 5,
.
. 3.9. « ».
« »,
- .
. Э ы д д ых ых .
,
.
« » « » ( .
3.5 ).
100
10 ( 1-
10), ( 11) ( 12).
, .
Э ,
.
,
, .
. 3.10. ё
. 1
3.
В. Э ы д д ых д .
,
.
( . 3.10). Э
,
101
. ,
( .
3.11).
( 1), 3
ё - ( 2, 3, 4) ( 5).
1,
, ,
1,
, 5 . .
5.
.3.11. .
, 3
( ) , 2
( ).
1
2 .
, 2, 3 4
( . 3.11 ).
102
3 4 ( 3.11 ).
,
1
,
.
. Э ы д д ых
.
.
,
. , ,
.
.
,
.
– , 3,
. ,
,
,
.
,
ё ё , ,
( )
.
103
3200 / .
Э « – ».
. ё , ,
,
.
,
( . 3.12).
,
,
, 1%. ё
,
,
.
. 3.12. ; N – , – .
104
, ,
250
Э . Э
ZigBee.
.
ё ,
.
, .
, ё
(« », « », « »).
,
, ,
ё .
,
.
105
ё
. ,
, ,
,
,
.
( )
.
-
,
ё .
106
4.
. . .
Э. . Д62Ж,
,
. ,
Д63-65Ж,
. Э
.
,
.
–
.
.
4.1.
, ё
. ,
“ ”
, . Э
107
ё
.
, ё
«1»,
«0» (
«on-off keying» OOK).
– “ ”,
- .
- ё .
.
“ ”,
,
- .
. 4.1.
: 1 – , 2 –
, 3 – ,
4 – , 5 – .
-
-
ё
1
2
3 4 5
108
,
, .
, ,
. . 4.1.
–
,
.
:
.)()1)((
,)()1)((
,)()1)((
),,,,(
nVnVn
hVhVh
mVmVm
nhmVIVC
nn
hh
mm
(4.1)
C – ё , V – , I –
, m, h n – ,
, hhnnmm ,,,,, - ,
.
:
)()()(),,,( 34
NaNaKKVVGVVhmGVVnGnhmVI (4.2)
hhnnmm ,,,,,
:
(4.3)
(4.1) :
).80
exp(125.0,
1)10
10exp(
1001.0
,
1)10
30exp(
1),
20exp(07.0
),18
exp(4,
1)10
25exp(
251.0
V
V
V
V
V
V
V
V
nn
hh
mm
109
C = 1 / 2, GNa ( Na
+- ) = 120 / 2
, GK
( K+ - ) = 36 / 2
, G (
) = 0.3 / 2 , VNa ( Na
+ ) = 110 , VK
( K+ ) = -12 , V (
) = 10.6 .
4.2.
- ё
(4.1)
I ( ).
. 4.2 ,
. 4 / 2.
з 100 .
. 4.2. : ( )
I = 4 / 2 = 20 , ( )
.
110
, “ ”
,
.
,
. , ,
V = 50 .
.
, I = 4 / 2
, , = 2 .
.
( ,
)
.
V
T
I = 4 / 2 . 4.3.
,
- ,
, з 2 ,
з 10 . , ,
- ё ё
- , ё
ё .
111
. 4.3. V
T I = 4 / 2.
,
.
, –
Д66Ж. ,
. ,
, ,
.
з 10 .
4.3. ё
ё
, ,
112
- .
-
> ( . 4.4 ).
-
( . 4.4 ), , « »,
- ё .
- ё ( . 4.4 ).
. 4.4. - ё : ( )
- = 20 I = 4 / 2, ( )
- ё , ( ) -
ё .
, “ ” ё
.
.
113
. ,
- ё ё
.
10 ,
8 .
,
( ,
),
. , ,
- ё ё ,
-
. 4.5 , -
- “ ” .
. 4.5. - ё : ( )
- = 10 I = 4 / 2, ( )
- ё , ( ) -
ё .
114
- ё .
:
.
,
. , . 4.6 ,
100
/ 2.
. 4.6. - ё : ( )
100 / 2, ( )
- ё .
115
, ё ё
. , -
ё , :
)(tII ыхх (4.4)
ыхI – - , )(t -
.
ё .
ё , ,
ё - . ё
.
.
,
ё . 80 .
з2 ;
,
2…3 ;
, . ,
2 7 .
.
P ( ) E N0
( . 4.7). Э , - ё ё
10-3
13 .
ё .
116
. 4.7. P ё
0N
E .
4.4.
ё
, ,
,
.
.
117
,
,
.
( )
:
,
- ,
( , - Д62]),
- ё
(
) ,
:
.
, – « - ».
.
ё -43 ( 3).
( ) STM32L,
,
RGB , .
118
ё UART.
-43 ,
. 4.8.
( ) ( )
( )
. 4.8. : (К) -43
; ( ) ; ( ) .
STM32L RISC ,
1 32 . ,
. STM32 –
.
,
.
.
L = 16 . 4
, 8
, 4 —
, .
:
-
-43
RGB
LED
UART
119
ё -43 UART
RGB .
д д ых
д .
, ,
,
,
.
, ,
. ё
ё ,
.
.
,
ё .
.
. 4.9.
ё .
( - ,
4.2 ).
,
(
).
120
01,0dT ,
Э .
5T .
. 4.9. ё .
, ё
, ( ,
- ыхI ) UART –
ё .
, .
ё , ,
-
ё UART - ,
ё .
, ,
121
,
, , (
- ).
- ё , ё
. ё
ё .
, , ё
ё ,
– ё ,
.
Э
:
1) ( ) (
ё ,
),
2) ( ) ,
ё ,
ё .
Э ы д ых д .
ё -43 ,
, ё
ё
, 1. ё -43
, ,
,
122
ё -43, ё ,
, ё 2.
ё
2,5 ( . 4.10).
. 4.10. ё .
2 ,
ё .
1,
ё -43 ,
ё ,
. 5
. , -
50 / 2,
.
2, ё
, ,
- ё , ,
123
. 1, 2
- ё 50 ,
.
,
ё ё -43,
COM – (
UART ), (
- ё 2)
.
. 4.11.
4 / 2
20 ( ) 10 ( ) 2.
, . 4.11
( ) (
ё ,
), 4.12 –
.
.
124
)
)
. 4.11.
4 / 2 20
( ) 10 ( ) 2.
125
. ,
, -
, - ё . ,
ё .
.
126
,
.
,
ё .
.
1. ё
.
ё
.
.
2.
3 – 5
.
3.
.
4.
.
5.
.
.
127
6. ,
( ) , ,
.
.
128
1. IEEE 802.11: Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer
Specifications. N.Y.: IEEE, 2012.
2. IEEE P802.15: Wireless Personal Area Networks. N.Y.:IEEE, 2009.
3. IEEE P802.15.1 Wireless Personal Area Networks. N.Y.: IEEE, 2005
4. IEEE P802.15.4 Wireless Personal Area Networks. N.Y.: IEEE, 2005
5. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks - Part 15.6:
Wireless Body Area Networks. N.Y.: IEEE, 2012.
6. Brennan T. A., Leape L. L., Laird N. M., Hebert L., Localio A. R., Lawthers
A. G., Newhouse J. P., Weiler P. C., and Hiatt H. H. Incidence of adverse events
and negligence in hospitalized patients. Results of the Harvard medical practice
study I. // New England Journal of Medicine, 1991, 324(6), p. 370–376.
7. Leape L. L., Brennan T. A., Laird N., Lawthers A. G., Localio A. R., Barnes
B. A., Hebert L., Newhouse J. P., Weiler P. C., and Hiatt H. H. The nature of
adverse events in hospitalized patients. Results of the Harvard medical practice
study II. // New England Journal of Medicine, 1991, 324(6), p.377–384.
8. Guang-Zhong Yang. Body Sensor Networks. – London:Springer, 2006.
9. В. . . - .: ,
1990.
10. Д . ., В. .
. - .: , 1989.
11. . . . - .: , 1988.
12. Д . ., . И., . .
// .
. 1997. № 10. . 4-26.
13. Д . ., . .
// .
. 1998. № 11. . 4-32.
129
14. Д . ., . ., . ., .И.,
. .
// , 2000, № 3, .9-20.
15. Д . ., .И., . ., . .
// , 2001, . 46, № 2, . 224-233.
16. Д . ., . И., . ., д . В., .
В., . ., . .
.
17. Д . ., . . .
. - : , 2002.
18. Д . ., .В., .И., Д. ., . .,
// .
, 2003, № 9, C. 26-42.2.6.
19. Д . ., .В., . ., .И.,
В. .
// ,
2008, №1, . 77–83.
20. Д . ., .В., .В., .В.,
. ., В. .
// , 2008, . 53, №10, . 1278-1289.
21. Fariborzi, H., Moghavvemi, M. Architecture of a Wireless Sensor Network
for Vital Signs Transmission in Hospital Setting // Convergence Information
Technology, 2007. P. 745 – 749.
22. Tia Gao, Pesto C., Selavo L. Wireless Medical Sensor Networks in
Emergency Response: Implementation and Pilot Results // Technologies for
Homeland Security, 2008, P. 187-192.
23. LяpОг G., CЮsЭШНТШ V.; MШrОЧШ J.I LOBIN: E-Textile and Wireless-Sensor-
Network-Based Platform for Healthcare Monitoring in Future Hospital
130
Environments // Information Technology in Biomedicine, IEEE Transactions on
(Volume:14 , Issue: 6).
24. Octav Chipara, Chenyang Lu, Thomas C. Bailey. Reliable Clinical
Monitoring using Wireless Sensor Networks:Experiences in a Step-down Hospital
UЧТt // SОЧSвs’10, NШvОЦЛОr 3–5, 2010, Zurich, Switzerland.
25. R. Dor, G. Hackmann, Z. Yang, C. Lu, Y. Chen, M. Kollef and T.C. Bailey.
Experiences with an End-To-End Wireless Clinical Monitoring System //
Conference on Wireless Health (WH'12), October 2012.
26. Ville Kaseva, Timo D. Hamalainen, and Marko Hannikainen. A Wireless
Sensor Network for Hospital Security:From User Requirements to Pilot
Deployment // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking,
2011.
27. Schmidt R., Norgall T., Morsdorf J. et al. Body Area Network BAN - a key
infrastructure element for patient-centered medical applications // Biomedical
EЧРТЧООrТЧР. 2002. V. 47. № 1. P. 365-368.
28. Otto C., Milenkovic A., Sanders C., Jovanov E. System architecture of a
wireless body area sensor network for ubiquitous health monitoring // J. Mobile
Multimedia. 2006. V. 1. № 4. P. 307-326.
29. Latre B., Braem B., Moerman I. et al. A survey on wireless body area
networks// Wireless Networks. 2011. V.17. № 1. P. 1-18.
30. Zasowski T., Althaus F., Stager M. et al. UWB for noninvasive wireless
body area networks: channel measurements and results // Proc. IEEE Conf. Ultra
Wideband Systems and Technologies 2003. N.Y.: IEEE, 2003. P. 285-289.
31. Akyildiz I. F., Su W., Sankarasubramaniam Y., Cayirci E. A Survey on
Sensor Networks // IEEE Commun. Magaz. 2002. V. 40. № 8. P. 102-114.
32. Varshney U., Sneha S. Patient monitoring using ad hoc wireless networks:
reliability and power management // IEEE Commun. Magaz. 2006. V. 44. № 4. P.
49-55.
131
33. Jovanov E., Milenkovic A., Otto C., de Groen P. C. A wireless body area
network of intelligent motion sensors for computer assisted physical rehabilitation
// J. NОurШEЧРТЧООrТЧР КЧН RОСКЛТХТtКtТШЧ. 2005. V. 2. № 1. P. 16.
34. IEEE P802.15.6/D01. Wireless Medium Access Control (MAC) and
Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks
(WPANs) used in or around a body. N.Y.:IEEE, 2010.
35. Astrin A.W., Li H.-B., Kohno R. Standardization for body area networks //
Inst. Electronics, Information and Commun. Engineers (IEICE) Trans. on
Commun. 2009. V. E92. B. № 2. P. 366-372.
36. Dobkin D.M. RF Engineering for Wireless Networks Hardware, Antennas,
and Propagation. Elsevier, 2005.
37. Geier J. Beating Signal Loss in WLANs.2002.
www.wi-fiplanet.com/tutorials/article.php/1431101/Beating-Signal-Loss-in-
WLANs.htm.
38. 2.4 GHz Signal Attenuation Chart.
www.technolab-inc.com/html/Tech/ signl_atten. htm.
39. wireless.wikia.com/wiki/Wi-Fi.
40. Hein G., Teuber A. et al. GNSS Indoors. Fighting the fading. 2008.
www.insidegnss.com.
41. .
www.colan.ru
42. . ., . ., 1974; д . . д .
(1996).
grachev.distudy.ru/Uch_kurs/sredstva/Templ_1/templ_1_6.htm.
43. х .
// , 2010, № 1, . 44–46.
44. Safaai-Jazi A., Riad S.M., et al. Report on Through-the-Wall Propagation
and Material Characterization. Time Domain and RF Measurement Lab., Bradley
132
Dept. of Electrical Engineering, Virgi¬nia Polytechnic Institute and State
University, Blacksburg, Virginia 24061-0111. Nov. 18, 2002.
45. . И., ы .В. д . Э
, -
. . . « . – ». , 1982. 7 . .-
.: 2 . .- . . № 4772-82.
46. ы .И., В. ., х .И., Д.В., д .В.,
Д . ., . .
3–5
// , № 5, 2012.
47. AD8317 .
www.analog.com/static/imported-files/ data_sheets/AD8317.pdf.
48. х Д. В. . . IV. . 3- ., .:
, 2005. 792 .
49. д .Д., . . . .: . 1988.
50. В. . . .: .
. 1970.
51. Estes D.R.J., Welch T.B., Sarkady A.A., Whitesel H. // Military Commun.
Conf. (MILCOM) 2001. Communications for Network-Centric Operations:
Creating the Information Force. N.Y.: IEEE, 2001. V.1. P. 247.
52. Д . ., . ., .И., . .
// Э. 2001. . 46. №2. . 224-233.
53. Zasowski T., Althaus F., Stager M., Wittneben A., and Troster G. UWB for
noninvasive wireless body area networks: channel measurements and results. //
Proc. IEEE conference on Ultra Wideband Systems and Technologies, November
2003, pp. 285-289.
54. Kenichi Takizawa, Shinobu Ishigami, Kengo Kitaichi, Kiyoshi Hamaguchi,
Ryuji Kohno. On the Use of Ultra-Wideband Communications into Wireless Body
133
Area Networks for Medical Check-up. // Proc. 2009 International Symposium on
Electromagnetic Compatibility, Kyoto(Japan), July 2009, pp. 559-562.
55. Д . ., В. ., . ., ы .И.
//
, 2013, . 58, № 12, . 1160-1170.
56. Parsons J.D. The Mobile Radio Propagation Channel. – 2nd ed. John Wiley
& Sons LTD, 2000.
57. Ashton S. Zigbee Network Performance. Typical Results and Implications
for Application Design // Proc. 2 nd Annual ZigBee Developers' Conf. Rosemont
2-6 Jun 2006.
http://community.silabs.com/mgrfq63796/attachments/mgrfq63796/4@tkb/51/1/Zi
gbee%20Network%20Performance%20v02.pdf
58. .В., В. .
// . . 2013. №3. . 43-54.
59. Д . ., .В., В. .
//
. 2009. . 17. №4. . 90-104.
60. IEEE P802.15.4a Wireless Personal Area Networks. N.Y.: IEEE, 2005.
61. XBee®/XBee-PRO® DТРТMОsС™ 2.4 OEM RF MШНuХОs. MТЧЧОtШЧФК: DТРТ
International Inc., 2010.
62. Hodgkin A. L., Huxley A. F. A quantitative description of membrane current
and its application to conduction and excitation in nerve // J. Physiology. 1952. V.
117. N. 4. P. 500.
63. Hindmarsh J. L., Rose R. M. A model of neuronal bursting using three
coupled first order differential equations. // Proc. Royal. Soc. Lond. 1984. V. 221.
N.1222. P. 87.
64. Fitzhugh R. Impulses and physiological states in theoretical models of nerve
membrane. // Biophys. J. 1961. V. 1. N.6. P. 445.
134
65. . Д., . И., . д .
// . . 1996. . 166.
№4. . 363.
66. Д . ., . ., В . Д ., . .
, .: , 2003.