Design and validation of wireless body area communication platforms, for individual and group monitoring
Conception et validation de plate-formes de communication autour du corps humain, à l'échelle de l'individu et du groupe
Résumé
The technological evolutions which have taken place for the last decades allowed the
emergence of new application fields, such as the wireless monitoring of physiological
parameters collected on the human body, with the development of Wireless Body
Area Networks (WBANs, or BANs). Mostly dedicated to the medical domain and the
improvement of the patients’ comfort and safety, this kind of platforms more recently
extended to other kinds of activities, such as sports and leisures. According to the
applicative context, the hypotheses and constraints associated to these networks
can vary drastically, yielding the necessity of developing adapted communication
mechanisms.
The works presented in this these have focused on the realization of data collec-
tion platforms for mobile sports applications. In a first part, we concentrate on the
individual data collection, for which we give a proof of concept in the context of a
Marathon race, before aiming at a better understanding of individual channel models
and cooperative mechanisms for on-body data centralization. In a second part, we
are interested in dense and mobile networks consisting in an important number of
coexisting BANs. Our aim is to propose distributed algorithms based on consensus to
allow dynamic group detection, with a variable scale.
The validation of the approaches developed in this document is performed by
practical implementations and experiments at each step of this work, thanks to an
important amount of real world collected data . Through extended analyzes, we
provide elements allowing to characterize the communication within mobile BANs,
and particularly large scale networks. Although guided by the strong applicative
context of live TV broadcast, these works and analysis methods don’t lose in generality,
and this challenging and original context opens a lot of perspectives.
Depuis plusieurs années, bénéficiant de nombreuses évolutions technologiques, le
domaine de l’instrumentation sans fil a conquis de nouveaux champs d’application,
comme le suivi de paramètres physiologiques des personnes, par le développement des
réseaux de capteurs sans fil autour du corps humain (BAN, pour Body Area Networks).
Majoritairement orienté vers le domaine médical et l’amélioration des conditions de
vie des patients, ce type de plate-forme s’est plus récemment étendu à d’autres activités,
notamment aux loisirs et au sport. Selon le contexte applicatif, les hypothèses et
les contraintes liées à ces réseaux peuvent être très variées, c’est pourquoi le développe-
ment de mécanismes de communication adaptés est nécessaire.
Au cours de mes travaux de thèse, je me suis intéressé à la réalisation de plate-
formes de collecte de données pour des applications sportives en situation de mobilité.
Dans une première partie est abordée la collecte d’informations individuelles, pour
laquelle nous présentons une preuve de concept en contexte sportif, avant d’apporter
des éléments complémentaires à la modélisation des canaux des BAN et aux stratégies
de communication pour la collecte individuelle.
Ensuite, nous abordons la réflexion sur la collecte d’informations dans les réseaux
denses et mobiles, en proposant des algorithmes distribués basés sur le consensus
permettant d’identifier des groupes de façon dynamique, à petite et large échelle.
Des réalisations pratiques à chaque étape de mes travaux de thèse permettent la
validation des plate-formes développées, grâce à un ensemble conséquent de données
collectées sur le terrain. L’analyse des données fournit également des éléments pour
mieux caractériser les communications, notamment à large échelle, ce qui ouvre de
nombreuses pistes quant à de futurs travaux. De plus, si un fort contexte applicatif est
présent dans ces travaux, les méthodes d’analyse et les algorithmes développés sont
valorisables et extensibles à d’autres domaines.