Yüksek Frekanslarda İnsan Derisinin Kablosuz Vücut Alan Ağlarına Etkisi

Yıl 2019, Cilt: 9 Sayı: 4, 825 - 831, 15.10.2019

Tunçer Baykaş Mustafa Alper Akkaş

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.531194

Öz

Mikro elektronik ve entegre devreleri, çip
üzerinde sistem tasarımı, kablosuz haberleşme ve düşük güçlü akıllı sensörlerdeki
son gelişmeler Kablosuz Vücut Alan Ağlarının (KVAA) gerçekleşmesini
sağlamıştır. KVAA insan vücudu işlevlerini ve çevreleyen ortamı inceleyen düşük
güçlü, minyatürize edilmiş, invaziv veya invaziv olmayan, hafif telsiz duyarga
ağlarının toplamıdır. Bu çeşit ağlarda çeşitli duyarga ağları giysilere, vücuda
ve hatta derinin altına yerleştirilmektedir. Ağın kablosuz oluşu ve duyarga
ağlarının çeşitliliği birçok pratik ve yenilikçi uygulamalar sayesinde yaşam
kalitesini ve sağlığını artırmaktadır. KVAA yardımı ile hasta çok daha geniş
bir hareket özgürlüğüne kavuşacak ve hastanın hastane ortamında kalmasına gerek
kalmayacaktır. Bu makalede Elektromanyetik (EM) dalgaların deri içerisinde
yayılımına göre modellenmesi incelenmiştir. Yayılma özellikleri teorik olarak
incelenmiştir. Makalede EM dalgalarının deri ortamında GHz bant aralığında
teorik olarak yol kaybı incelenerek, Bit Hata Oranları (BHO) ve yol kaybı
hesaplanmıştır. Teorik analizler ve benzetim sonuçları, deri ortamında 30 GHz –
300 GHz bant aralığında kablosuz haberleşmenin sağlanabileceğini göstermekte ve
bu alandaki birkaç önemli hususu vurgulamaktadır.

Anahtar Kelimeler

Deri Altı Duyarga Düğümü, Elektromanyetik Modelleme, Hasta Takip, Kablosuz Vücut Alan Ağları, Sağlık Hizmeti

Human Skin Effects in Wireless Body Area Networks at High Frequencies

Öz

Recent developments in intelligent low-power sensors, microelectronics,
system-on-chip design, integrated circuits and wireless communication  have allowed the realization of a Wireless
Body Area Network (WBAN). A WBAN is a combination of miniaturized, low-power,
invasive/non-invasive lightweight wireless sensor nodes that monitor the human
body functions and the surrounding environment. In these networks various
sensor nodes are attached on clothing or on the body or even implanted under
the skin. The wireless network and the wide variety of sensors offer numerous
new, practical and innovative applications to improve health care and the
quality of life. With the help of WBAN the patient experiences a greater
physical mobility and is no longer compelled to stay in the hospital. In this
paper the skin communication channel is modelled considering the propagation of
Electromagnetic (EM) waves in skin. The propagation characteristics are
investigated using a theoretical approach. More specifically, the paper sets
the theoretical background for examining the path loss of EM waves propagating
in skin in the GHz range and determines the incurred path loss and Bit Error
Rate (BER). The theoretical analysis and the simulation results prove the
feasibility of wireless communication in the 30 GHz – 300 GHz band in skin and
highlight several important aspects in this field.

Anahtar Kelimeler

Subcutaneous Sensor, Electromagnetic Modelling, Patient Tracking, Wireless Body Area Network, Healthcare

Kaynakça

• Akkaş, M.A. 2016. Terahertz Channel Modelling of Wireless Ultra-Compact Sensor Networks Using Electromagnetic Waves." IET Communications
• Akyildiz, Ian F. ve Josep M. J. 2010. Electromagnetic wireless nanosensor networks." Nano Communication Networks, Cilt 1.1, 3-19.
• Akyildiz, Ian F., vd., 2012 "Monaco: fundamentals of molecular nano-communication networks." IEEE Wireless Communications, Cilt 19.5, 12-18
• Atakan, B. ve Akan. O.B., 2007 An information theoretical approach for molecular communication." BioInspired Models of Network, Information and Computing Systems, 2007. Bionetics 2007. 2nd. IEEE,.
• Atakan, B., Akan, O. B. , ve Sasitharan B., 2012. Body area nanonetworks with molecular communications in nanomedicine. IEEE Communications Magazine, Cilt 50.1, 28-34
• Çoşkun, A., 2011 Hücrelerarası İletişim ve Haberleşme", Bilim ve Teknik, Eylül.
• Dixon, Richard A. ve Christopher J. L.., 1990, Molecular communication in interactions between plants and microbial pathogens." Annual review of plant biology, Cilt 41.1, 339-367
• Gandhi, Om P. ve Abbas R.. 1986. Absorption of millimeter waves by human beings and its biological implications." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Cilt 34.2, 228-235
• Giné, L. ve Akyildiz I., 2009 . Molecular communication options for long range nanonetworks." Computer Networks, Cilt 53.16, 2753-2766.
• Ghodgaonkar, D. K., Vasundara V. ve Vijay K., 1989. A free-space method for measurement of dielectric constants and loss tangents at microwave frequencies. IEEE transactions on Instrumentation and measurement, Cilt 38.3, 789-793.
• Nakano, T., vd. 2012. Molecular communication ve networking: Opportunities and challenges IEEE transactions on nanobioscience 11.2 135-148
• Pierobon, M. ve Akyildiz, I.F., 2010. A physical end-to-end model for molecular communication in nanonetworks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Cilt 28.4, 602-611.
• Roh, W. 2014. Millimeter-wave beamforming as an enabling technology for 5G cellular communications: theoretical feasibility and prototype results." IEEE Communications Magazine, Cilt 52.2, 106-113
• Wilkinson, P., Millington F. ve R. Skin, 2009. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 49–50. ISBN 978-0-521-10681-8.