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Category Archives: UWB
WBAN Applications
WBAN (Wireless Body Area Network)
They are formed by a group of sensors spreads through the body (glued to the clothes, under the skin and others) which, through wireless technologies, monitor a person’s physical conditions and transmit the information collected to a “server” (on-line or not). For instance: we will consider an athlete who intends to be monitored at distance by his/her coach. First the athlete dresses a special clothes prepared to carry the sensors which compose a WBAN net. These sensors, during the practice of the physical exercises, will collect and transmit the athlete’s data to his/her smartphone. This communication can happen via Bluetooth, ZigBee, UWB (Ultra Wideband) or any other personal wireless technology. The smartphone, through a program, will interpret the data collected by the sensors and will transform them in reports. In the sequence, such reports will be sent to a HTTP server through the net of cellular telephony (GPRS, EDGE, EV-DO, HSDPA, etc). The coach, finally, will visualize and evaluate his/her athlete’s performance by connecting his/her laptop computer to the internet and pointing his/her browser to an predetermined URL.
Apart from the example, the WBAN nets are already being used in other several areas, such as patients rehabilitation in physiotherapy clinics. By the way, on PubMed Central site (PMC), which is an important digital repository of medical publications, there are many articles which make reference to this technology. One of them, called “ACCELEROMETER-BASED WIRELESS BODY AREA NETWORK TO ESTIMATE INTENSITY OF THERAPY IN POST-ACUTE”, proposes the use of accelerometers to evaluate a patient, beyond, of course, of aiding in his/her treatment. The accelerometers, in this case, forms a WBAN net. It detects, with accuracy, all the movements executed by the patient and it transmits everything to a Tablet PC. The Tablet PC “translates” the information received through a program and shows the patient’s complete diagnosis for the responsible physiotherapist.
The future of WBAN began to be developed in Brazil. As proof, we can mention the presentation of this technology in an event that happened recently in São Paulo city. During the exhibition of the panel: “The Paper of the Wireless Technologies in the Applications of Health and Bank”, representatives of several sections (as hospitals, mobile operators, Anatel, programmers and other) got to know and led off the discussions concerning future WBAN projects in the carnival land.
UWB 802153 Ultra Wide Band WPAN Piconets wireless
Em artigos anteriores já falamos sobre o UWB (Ultra Wide Band), IEEE 802.15.3. Trata-se de um padrão que faz parte das redes WPAN (Wireless Personal Area Network). Uma WPAN pode ser definida como uma rede composta por dispositivos pessoais que usam tecnologias wireless para a comunicação de curto alcance. Nesta categoria também se enquadram outras especificações. É o caso do Bluetooth (IEEE 802.15.1) e ZigBee (IEEE 802.15.4) – ambos já detalhados aqui na VIVASEMFIO.com. Hoje, com o objetivo de conhecermos ainda mais o UWB, falaremos sobre como uma WPAN é formada por dispositivos IEEE 802.15.3.
O UWB, grosso modo, provê quatro vantagens principais sobre o legado das tecnologias sem fio: qualidade de serviço, altas taxas de transmissão, baixo custo e baixo consumo de energia. É composto pelos padrões IEEE 802.15.3 e IEEE 802.15.3a. Para um alcance de 30 a 50 metros, IEEE 802.15.3 consegue taxas de transferência de 10 a 55 Mbps e usa a faixa de freqüência de 2.4 GHz ISM. Já o padrão IEEE 802.15.3a consegue operar numa velocidade de 110 a 480 Mbps, porém abrange cerca de 10 metros – alcance reduzido em relação ao IEEE 802.15.3. Além disso, utiliza faixas de freqüências que variam de 3.1 a 10.6 GHz.
Construindo uma WPAN UWB
Uma WPAN formada por dispositivos UWB recebe o nome de Piconet. Os dispositivos, por sua vez, são conhecidos por DEVs (DEVices). Porém, numa Piconet, um DEV deverá assumir o papel de coordenador. Este será chamado de PNC (Piconet Coordinator). Dentre as funções do PNC, temos: administrar requisitos de qualidade de serviço (QoS), modos de economia de energia, controle de acesso e temporização da Piconet através de beacons.
O padrão 802.15.3 define três tipos de Piconets:
Piconet Independente: não possui Piconets dependentes;
Piconet Pai: há uma ou mais Piconets dependentes;
Piconet Dependente: requer tempo de alocação e sincronismo na Piconet Pai. Este tipo ainda é subdividido em Piconet Filha, estrutura cujo PNC é um elemento da Piconet Pai, e Piconet Vizinha, estrutura na qual o PNC não faz parte da Piconet Pai.
O início de uma Piconet ocorre quando um DEV tem a capacidade de ser um PNC. Este PNC verifica os canais disponíveis. Quando este encontra um canal livre, envia uma mensagem de sinalização (beacon) para assegurar que o canal está vazio. Quando um DEV quer se associar a uma Piconet, o PNC verifica se este novo DEV tem maior poder computacional que ele próprio; em caso positivo, o PNC transfere suas responsabilidades de coordenação (políticas de segurança, em geral) a este novo DEV, ou seja, realiza processos de associação e “handshaking”. Isto também acontece quando o PNC é desligado ou quer deixar a Piconet. Já em caso negativo, uma importante ação por parte do PNC atual é executada. Ele envia dados em broadcast aos DEVs participantes da Piconet para informá-los sobre a existência do novo DEV. Somente após este ato, todos poderão trocar informações.
O processo de dissociação de um DEV pode ocorrer de duas formas: ele pode ser removido pelo PNC ou pode optar, “por vontade própria”, deixar a Piconet.
É isso!
UWB Ultra Wide Band
De origem militar, UWB (Ultra Wide Band) foi inventado na década de 60 e liberado pelo Pentágono somente em 2002. Esta tecnologia promete resolver alguns problemas do presente e outros do futuro. Por que? Porque…como o próprio nome diz…UWB é capaz de propagar seu sinal por uma faixa de freqüência bastante extensa.
Explicando melhor…
De acordo com as tendências…muitos equipamentos coexistirão e se comunicarão num mesmo lugar. Exemplo: sua sala de TV. Nestes casos…não são aconselhadas tecnologias que utilizam faixas estreitas de freqüência, pois haverá bastante interferência entre os pontos. Como UWB trabalha enviando bilhões de pulsos por segundo através de um espectro de freqüência bastante extenso…com uma largura de banda de diversos GHz…pode-se nesta tecnologia….estar a solução.
Ver figura:
Agora…observe a imagem abaixo:
Na ilustração acima…há computadores no centro. Quando se trata de UWB…ISTO NEM SEMPRE É VERDADE. Afinal…equipamentos como televisões, DVD’s, aparelhos de som, etc…podem se comunicar com o intuito de eliminar a desordem imposta pelos cabos. Isto…sem computadores como intermediários.
Vamos para mais algumas particularidades da tecnologia…
UWB não sobre com o fenômeno “multi-caminhos”. O que é isso?
Imagine um transmissor (T) e um receptor (R) em sua sala de TV. O sinal do transmissor pode chegar ao receptor através de vários caminhos – devido à reflexão, absorção e difração. Considere as situações abaixo:
1 – O sinal de T pode chegar diretamente ao R.
2 – O sinal de T bate numa parede….e posteriormente chega ao R.
Ou seja..o MESMO sinal…chegará duas vezes ao R….em tempos diferentes. Fique tranqüilo…a tecnologia resolve “este abacaxi”.
UWB possui outra qualidade: baixo consumo de energia. Alguns circuitos integrados do UWB consomem um valor inferior a 100mW….e espera-se que esta “idéia” seja mantida. Uma comparação: o padrão 802.11a consome em média 1500 a 2000mW.
A taxa de transmissão de dados também é um atrativo da tecnologia em questão. Muitas comunicações estão atingindo faixas de 100 Mbit/s a 500 Mbit/s – isto significa que UWB é 50 vezes mais veloz que o padrão 802.11b, com seus 11 Mbit/s. Em comparação com bluetooth…esta diferença é ainda maior!
Com relação a energia utilizada para transmitir um sinal sem fio…o UWB possui baixas taxas. Cerca de 1mW. Valor absurdamente inferior ao padrão 802.11a …. com taxas de 1000mW. Isto dificulta a detecção do sinal por possíveis “vândalos digitais”…e também torna as aplicações UWB interessantes para o uso militar.
Concluindo…
A combinação de altas taxas de transmissão, baixa utilização de energia, baixo custo dos componentes e imunidade ao multi-caminho dos pulsos leva a um panorama favorável para o desenvolvimento de novos produtos e sistemas que utilizem a tecnologia Ultra Wide Band.
É isso!
