Бурнаевский Игорь Сергеевич, студент, Национальный исследовательский университет «миэт», igor bs@mail ru 12 программа

Вид материала

Программа

Содержание Обмен цифровыми данными в беспроводных системах портативных электронных устройств с использованием тела человека в качестве ПЕРЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОРОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА МОНТЕ-КАРЛО Плетенев Алексей Николаевич

Подобный материал:

• 2-я международная научно-техническая конференция технологии, 68.17kb.
• Национальный Исследовательский Мордовский Государственный Университет им Н. П. Огарёва», 211.68kb.
• Конференция пит-2010 проведена на базе Самарского государственного аэрокосмического, 176.83kb.
• Программа конференции 25-27 октября 2011 года Уфа, 2712.43kb.
• Программа международной научно-методической конференции национальный исследовательский, 365.41kb.
• Внастоящей работе проведен анализ зависимостей затухающих акустических колебаний отливок, 47.5kb.
• Программа конференции включает: Пленарное заседание, 119.03kb.
• Программа «вуз здорового образа жизни» на 2011-2013, 675.7kb.
• Правительство Российской Федерации Национальный исследовательский университет «Высшая, 578.52kb.
• Программа дисциплины «Командообразование» для направления 080500. 68 «Менеджмент», 305.87kb.

Обмен цифровыми данными в беспроводных системах портативных электронных устройств с использованием тела человека в качестве ПЕРЕДАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Павлов Константин Александрович,
инженер, ФГУП СКБ «Радэл»,

konstant_pavlov@mail.ru

Актуальным направлением научных исследований в области радиоэлектроники является совершенствование способов информационного обмена цифровыми данными в беспроводных системах портативных электронных устройств, носимых на теле человека, с целью повышения эффективности их функционирования. Для обмена данными между элементами этих систем обычно используются либо проводные каналы связи, либо беспроводные с передачей электромагнитных сигналов через окружающее свободное пространство. Первый способ дискомфортен для человека, второй – подвержен влиянию помех от других систем, использующих тот же частотный ресурс.

В настоящее время рабочей группой Института инженеров в области электроники и электротехники (IEEE) 802.15.6 ведется разработка стандарта для технологии передачи цифровых данных в беспроводных системах портативных электронных устройств, носимых на теле человека, Body Area Network (BAN). По сравнению с технологиями ближней радиосвязи Bluetooth, ZigBee и др., широко применяемыми в различных сферах техники, технология BAN позволяет снизить энергопотребление и мощность излучения устройств. Несмотря на большой интерес к технологии BAN, механизмы передачи электромагнитных сигналов через тело человека остаются не достаточно исследованными.

Предложена методика исследования особенностей прохождения электромагнитных волн через тело человека в диапазоне частот от сотен кГц до нескольких ГГц, позволяющая оптимизировать параметры системы беспроводной передачи данных через тело человека. Исследование пространственного распределения электрического поля, создаваемого портативным передающим устройством, вблизи тела человека проводилось с помощью компьютерного моделирования Методом конечных разностей во временной области (англ. Finite Difference Time Domain, FDTD). Для математического моделирования использовалась трёхмерная модель тела человека, состоящая из набора прямоугольных блоков с диэлектрическими параметрами идентичными мышечной ткани. Такая упрощённая однородная модель позволяет получить достаточно точные данные о распределении поля и в тоже время является более удобной с точки зрения минимизации вычислительных затрат.

В результате были выявлены следующие особенности распределения электрического поля, создаваемого носимым устройством, вблизи тела человека. При частотах от нескольких сотен кГц до нескольких десятков МГц распределение электрического поля практически идентично: электрическое поле, ослабленное приблизительно на 50-60 дБ, довольно равномерно распределено вдоль всей поверхности тела человека. Связано это с тем, что в данном диапазоне частот длина волны гораздо больше размеров человека. При частотах от 300 до 600 МГц система, состоящая из передающего устройства и тела человека, излучает наиболее интенсивно, т.к. длина волны сопоставима с размерами тела человека и вероятно тело при определённых условиях становится частью излучающей системы. При частотах выше 800 МГц тело в значительной степени экранирует сигнал передатчика. Экспериментальное исследование на частотах 455 кГц и 433 МГц подтвердило результаты компьютерного моделирования.

Таким образом, использование особенностей прохождения электромагнитных волн через тело человека позволяет оптимизировать параметры системы беспроводной передачи данных через тело человека, а именно минимизировать потери в канале передачи данных, сократить мощность излучения устройств и, соответственно, уменьшить влияние излучения на здоровье человека по сравнению с другими широко применяемыми технологиями радиосвязи.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОРОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА МОНТЕ-КАРЛО

Плетенев Алексей Николаевич,

студент кафедры биомедицинских систем,

Национальный исследовательский университет «МИЭТ»,

alexey.pletenev@gmail.com

Основным методом математического описания прохождения импульсного оптического излучения через сильнорассеивающие среды (СРС) является уравнение переноса излучения (УПИ). УПИ в общем случае не имеет аналитического решения, поэтому используют приближенные модели, основанные на дополнительных предположениях. В настоящее время наиболее используемой моделью описания прохождения через СРС является диффузионная. В данной работе исследованы 2 модификации диффузионной модели: классическая диффузионная модель (КДМ) и уточненная диффузионная модель (УДМ). Для получения более точного решения УПИ используют метод Монте-Карло (ММК). При моделировании прохождения излучения через СРС ММК основным предположением является предположение о виде фазовой функции. Хотя метод обладает статистической погрешностью, его применение связано с гибкостью и универсальностью алгоритма в отличие от аналитических решений уравнения переноса излучения.

Была разработана программа, позволяющая моделировать временные распределения прошедших через однородный слой СРС лазерных импульсов с помощью ММК.

В диффузионных моделях от индикатрисы рассеяния остаётся только редуцированный коэффициент рассеяния, а остальные свойства фазовой функции теряются. Сравнение результатов моделирования, полученных с помощью ММК и диффузионных моделей, показало, что диффузионные модельные временные распределения существенно отличаются от временных распределений ММК.

Был исследован случай прохождения короткого лазерного импульса через различные среды при одинаковых значениях толщины слоя , коэффициента поглощения и редуцированного коэффициента рассеяния . Т.е. фактор анизотропии и коэффициент рассеяния изменялись так, что редуцированный коэффициент рассеяния оставался неизменным. Было установлено, что полученные нормированные временные распределения практически совпадают.

Было установлено, что зависимость количества фотонов, приходящих на круглый детектор, от радиуса детектора оказалась различной для разных значений фактора анизотропии. Это означает, что плотность потока фотонов зависит от расстояния до центра детектора. Таким образом, задавая коэффициент рассеяния и фактор анизотропии, можно подобрать зависимость плотности потока фотонов от расстояния до центра детектора наиболее близкую к экспериментальной, что определит значения коэффициента рассеяния и фактора анизотропии, соответствующие исследуемому образцу.

Таким образом, при помощи разработанной программы показана неточность временных распределений, полученных с помощью классической и уточнённой диффузионных моделей, обусловленная заменой индикатрисы рассеяния, как функции угла рассеяния, одним числовым параметром – редуцированным коэффициентом рассеяния. Также предложен метод определения оптических характеристик СРС, включая фактор анизотропии, с помощью метода Монте-Карло.