Le Body Area Network () est une technologie de réseau sans fil basée sur les radio-fréquences qui consiste à interconnecter sur, autour ou dans le corps humain de minuscules dispositifs pouvant effectuer des mesures (capteurs) ou agir de façon active (actionneurs). Ces capteurs très miniaturisés, disposant d'une grande autonomie et utilisant des courants de très faible puissance, peuvent être capables de dialoguer avec un centre de service distant, pour alerter un service d'urgences hospitalières par exemple. Les principales applications se trouvent dans les domaines de la santé, des premiers secours, du militaire, du divertissement, du sport, de l'Intelligence ambiante ou des Interactions homme-machine.
Présentation
Le est défini par IEEE 802.15.6IEEE 802.15.6. comme « une norme de communication optimisée pour les appareils à basse consommation et qui fonctionnent sur, dans ou autour du corps humain (mais non limitée aux humains) pour servir une diversité d'applications (y compris médicales), l'électronique grand public, le divertissement et autre ». Le groupe de travail standard IEEE 802.15.6 est chargé d'élaborer des dispositifs économes en énergie et de développer des applications pour le . En 1996, les laboratoires de recherche d'IBM ont développé une nouvelle technologie de type PAN (le terme n'est pas encore employé) utilisant la conductivité du corps humain pour transmettre des données. Cette technologie qui utilise les propriétés conductrices du corps humain s'appuie sur des intensités très faibles, de l'ordre du nanoampère. Les applications envisagées alors sont : L'échange de données entre appareils portatifs en utilisant le corps des utilisateurs comme moyen de transmission ; L'identification automatique de la personne (remplacement de la carte de paiement, reconnaissance de la personne à des fins médicales).
On trouve dès 1997 le terme dans A systems approach to achieving CarerNet-an integrated and intelligent telecare system et dans la préface du livre de Robert Metcalfe et Beyond Calculation: The Next Fifty Years of Computing. En 2007, l'IEEE crée le «Task Group 6» au sein du groupe de travail IEEE 802.15IEEE 802.15 avec pour mission de se concentrer sur des technologies sans fil pouvant opérer à proximité ou au sein du corps humain. Aujourd'hui, la miniaturisation toujours plus poussée des composants, les progrès dans les technologies sans fil et leur essor renforcent le développement des réseaux de type « Body Area Network ».
Le est constitué d'un ensemble de capteurs mobiles et compacts qui surveillent les paramètres vitaux du corps. Ces dispositifs portables (voire implantés), communiquent les données collectées à une station de base grâce à une technologie sans fil. Les données peuvent alors être réexpédiées en temps réel vers un hôpital, une clinique ou ailleurs. Ce type de réseau trouve des applications dans le domaine de la santé mais aussi du sport, de la défense et des loisirs. La demande croissante de capteurs pour l'électronique grand public, en particulier dans les domaines médical et du jeu, permet de réduire le coût des éléments constitutifs du
Terminologie Les termes (Body Area Network) et (Body Sensor Network) sont souvent utilisés pour décrire la mise en œuvre de dispositifs informatiques portables au voisinage du corps humain. Ces acronymes sont équivalents. Il existe des variantes qui incluent les mots «Wireless» et/ou «Sensor», ainsi les abréviations (Wireless Body Area Network) et WBASN (Wireless Body Area Sensor Network) sont utilisées avec la même acception que le terme . L'abréviation BASN (Body Area Sensor Network) est également employée par certains chercheurs. On notera que certaines publications emploient alternativement et indistinctement les termes et .
Architecture thumb|280px|Architecture BAN Trois-tiers L'architecture de communication d'un réseau peut se décliner en 3 niveaux (on utilise parfois l'anglicisme « tier »). Le premier niveau représente les communications Intra-BAN. Les communications Intra-BAN font référence aux échanges radio qui ont lieu à proximité immédiate du corps humain. On distinguera les communications entre les capteurs et les communications des capteurs vers un assistant personnel (PDA). Le deuxième niveau représente les communications Inter-BAN. Un réseau fonctionne rarement de manière autonome. L'Inter-BAN recouvre les communications entre l'Assistant Personnel et un point d'accès au réseau. Le troisième niveau représente les communications hors . C'est à ce niveau que le service est fourni. Dans le domaine de la santé, ce niveau représentera le service de télémédecine d'un hôpitalRapport sur la place de la télémédecine dans l’organisation des soins..
Capteurs et Actionneurs thumb|300px|Architecture d'un capteur (CAN=«Convertisseur Analogique-Numérique»)
Les capteurs (et actionneurs) sont au cœur du premier niveau fonctionnel qui correspond à la communication intra-BAN. La famille de normes IEEE 1451 a pour but de permettre l'accès aux données à travers un ensemble commun d'interfaces si les capteurs sont reliés à des systèmes ou des réseaux via des moyens filaires ou sans fil. Le rôle des capteurs corporels consiste à recueillir des signaux analogiques qui correspondent à des activités physiologiques de l'homme ou à des actions du corps. Ce signal analogique est ensuite numérisé. Enfin, le signal numérique est transmis par un émetteur-récepteur radio. Les capteurs sont parfois appelés senseurs. Ce composant est constitué de plusieurs éléments : la partie capteur proprement dite, un convertisseur Analogique-Numérique,une unité d'alimentation, un processeur, une mémoire et un émetteur (ou émetteur-récepteur).L' actionneur a quant à lui un rôle actif vis-à-vis de son porteur, il pourra par exemple délivrer sur commande une substance médicamenteuse. Cette action peut avoir lieu à un moment prédéterminé, ou sous l'influence d'une source externe (par exemple un médecin qui analyse les données). Elle peut être même réalisée en temps réel si le capteur décèle un problème. Un actionneur est constitué d'un récepteur (ou émetteur-récepteur), d'une unité d'alimentation, de mémoire mais le composant principal en est le matériel de commande (un réservoir destiné à contenir le médicament et le matériel pour gérer le médicament).
+ Capteurs couramment utilisés dans les Capteur Usage Accéléromètre Ce dispositif est utilisé pour reconnaître et surveiller la posture du corps (debout, assis, à genoux, marche, course...). Cette information est essentielle pour de nombreuses applications touchant à la réalité virtuelle, la santé, les sports et les jeux électroniques. Son utilisation peut être couplée avec celle d'un gyroscope. Glycémie Traditionnellement, les mesures de glycémie sont effectuées en piquant un doigt pour extraire une goutte de sang qui est appliquée sur une bande de test composée d'une substance sensible au glucose. Un glucomètre est ensuite utilisé pour analyser l’échantillon de sang. Dans le cadre du , on utilise un système de surveillance de la glycémie non invasif grâce à la technologie infrarouge et la détection optique. Pression artérielle Le capteur de pression sanguine est un capteur non invasif conçu pour mesurer la pression diastolique et systolique en utilisant la technique oscillométrique Oscillométrie. ou par la mesure de temps de passage des impulsions. Détection de CO2 Mesure les niveaux de dioxyde de carbone gazeux pour surveiller les variations de niveau de CO2 mais aussi contrôler la concentration en oxygène durant la respiration humaine. Électrocardiogramme L'Électrocardiogramme () est un enregistrement de l'activité électrique du cœur. Des électrodes sont fixées sur la peau à des endroits spécifiques (bras et poitrine en particulier), et les différences de potentiel entre ces électrodes sont mesurées. Ils peuvent être utilisés pour diagnostiquer une maladie cardiaque ou l'influence d'un médicament sur l'activité du cœur. Électroencéphalogramme L'Électroencéphalogramme () mesure l'activité électrique dans le cerveau par la fixation de petites électrodes à divers emplacement du cuir chevelu. Les informations recueillies par les électrodes sont transmises à un amplificateur afin d'obtenir un tracé. Électromyogramme L'Électromyogramme () mesure les signaux électriques produits par les muscles pendant les contractions et au repos. Des études de conduction nerveuse sont souvent faites conjointement dans la mesure où les nerfs contrôlent les muscles par des impulsions électriques. Des troubles musculaires et nerveux peuvent entraîner les muscles à réagir de façon anormale. L' permet de diagnostiquer des anomalies du Contrôle Postural ( ). Oxymètre Mesure la saturation en oxygène à l'aide d'une sonde non invasive. Un petit clip avec un capteur est fixé au doigt de la personne, au lobe de l'oreille, ou à l'orteil. Le capteur émet un signal lumineux qui passe à travers la peau et mesure la lumière absorbée par l'hémoglobine oxygénée (oxyhémoglobine) . Capteurs d'humidité et de température Utilisés pour mesurer la température du corps humain et / ou l'humidité de l'environnement immédiat d'une personne. Un signal d'alarme peut être émis si un certain nombre de variations sont mesurées. La nature et le nombre de capteurs dépendront de l'usage attendu.
Les capteurs d'un réseau corporel sont des composants extrêmement compacts et complexes. Leur discrétion doit permettre à l'utilisateur d'oublier leur présence.
Aspects réseau Comparatif des normes (rapport puissance/débit) frameless|border|840px
Topologie d'un réseau BAN
300px|thumb|Topologie Réseau BAN
La topologie d'un réseau BAN est une topologie en étoile et il ne doit y avoir qu'un seul concentrateur. Les trames s'échangent entre le concentrateur et les nœuds.
Zigbee, IEEE 802.15.4 et Bluetooth Low Energy : du PAN au BAN Zigbee et IEEE 802.15.4 sont deux technologies complémentaires utilisées pour la mise en œuvre des Applications BAN. Zigbee est une norme s'appliquant aux couches hautes du réseau, IEEE 802.15.4 s'appliquant au contraire aux couches physiques et MAC. Ces deux normes ont été créées avec un objectif de faible consommation. La norme ZigBee cible principalement l'utilisation rationnelle de l'énergie dans des applications touchant à la domotique, le bâtiment et l'industrie mais Zigbee a été récemment mis en avant pour répondre aux exigences de la pour la surveillance dans le domaine de la santé et du fitness. Quelques points s'opposent à la généralisation de Zigbee dans le domaine du BAN. La norme Zigbee étant initialement prévue pour les communications machine-to-machine, la plupart des projets de recherche découlant du milieu universitaire utilise du matériel s'appuyant sur les couches basse IEEE 802.15.4 mais n'utilise pas la pile protocolaire Zigbee. La bande de fréquence utilisée par le duo ZigBee / IEEE 802.15.4 (2,4 GHz) est considérée comme étant congestionnée pour le trafic WLAN et sensible aux interférences. Bien que Zigbee soit encore utilisé pour les communications entre capteurs, la récente norme IEEE 802.15.6 (de ) établit un nouveau standard dédié pour les communications .
La technologie Bluetooth est un standard de communication utilisé pour connecter un grand nombre de dispositifs personnels mettant en œuvre la communication de voix et de données (claviers, souris, téléphones portables, PDA , kits mains libres, autoradios...). La technologie Bluetooth Low Energy (BLE) est une fonctionnalité de Bluetooth 4.0 qui a pour cible la connexion sans fil de très petits dispositifs aux ressources en énergie limitées.
L'élaboration d'un protocole MAC de faible puissance pour le WBAN a été un sujet de recherche important, et des efforts de recherche considérables ont été consacrés à proposer et rechercher de nouveaux protocoles MAC qui pourraient satisfaire aux exigences de consommation énergétique du WBAN.