基于電流耦合型ibc的信息交互建模方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于人體通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電流耦合型IBC的信息交互建模方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]人體通信(Intra-Body Communicat1n, IBC)是一種以人體為信號傳輸介質(zhì)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，相比于目前的短距離無線通信技術(shù)(如藍牙、ZigBee等)，該技術(shù)具有低功耗、抗干擾、高速率等優(yōu)勢。更重要的是，基于人體通信技術(shù)可實現(xiàn)基于肢體接觸的人-人、人-機信息交互以及穿戴式電子裝置的網(wǎng)絡(luò)化等。人體通信技術(shù)在信息交互、個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)接入、云計算、生理信息監(jiān)測系統(tǒng)等領(lǐng)域具有多種潛在的應(yīng)用。例如:兩個人只需握一下手，即可交換電子名片；消費者僅需將手伸向自動售貨機，即可完成小額支付；參觀者只需站在某一展品前，即可通過位于腳部的人體通信裝置自動獲取該展品的電子信息等。因此，人體通信在智能家庭、數(shù)字化社區(qū)、醫(yī)療信息化、電子政務(wù)、企業(yè)信息化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]數(shù)學(xué)建模對于實現(xiàn)基于人體通信(以下簡稱為IBC)的信息交互十分重要。一方面，建立基于人體通信的信息交互模型，可在物理實驗前對相關(guān)方法與技術(shù)進行軟件模擬，從而保證人身安全。另一方面，基于數(shù)學(xué)模型進行軟件仿真，可對不同條件下的人-人信息交互進行多條件模擬，進而獲得其通道特性，為基于IBC的信息交互裝置設(shè)計提供依據(jù)。然而，基于IBC的信息交互的建模難度相對較大。首先，與基于單人體介質(zhì)的人體通信相比，基于人體通信的信息模型不僅應(yīng)包含兩個人體模型，還應(yīng)包括雙人體肢體接觸所帶來的接觸阻抗模型等，從而增大了模型的復(fù)雜性。其次，基于人體通信的信息交互的通道特性受多個因素的影響，如接觸部位、接觸方式和人體姿態(tài)等，從而增大了確定、驗證其參數(shù)計算方法的難度。
[0004]由于上述原因，目前已有的研究僅實現(xiàn)了基于單人體介質(zhì)的人體通信建模，而未能實現(xiàn)基于人體通信的信息交互的建模。由于缺乏相關(guān)模型，目前尚無法明確基于人體通信的信息交互的通道特性，相關(guān)IBC裝置的設(shè)計同樣缺乏依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決基于人體接觸的信息交互建模問題，提出了一種基于電流耦合型IBC的信息交互的建模方法。
[0006]本發(fā)明方法原理為:首先，對基于電流耦合型IBC的信息交互通道進行電路建模，形成總體電路模型。其次，依據(jù)所提出的建模方法，對肢體接觸所導(dǎo)致的接觸阻抗進行電路建模。而后，結(jié)合總體電路模型，形成基于電流耦合型IBC的信息交互完整電路模型。最后，基于所建立的完整電路模型，經(jīng)電路分析獲得基于電流耦合型IBC的信息交互數(shù)學(xué)模型。
[0007]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]基于電流耦合型IBC的信息交互的建模方法，包括以下內(nèi)容:建立基于電流耦合型人體通信的信息交互總體電路模型，該模型主要包括由用于模擬人體通信發(fā)射器的發(fā)射端模型(1)，用于模擬進行信息交互的兩個人體的多人體介質(zhì)模型(2)和用于模擬人體通信接收器的接收端模型(3)組成的閉合電路；
[0009]所述發(fā)射端模型(1)包括兩個分別與人體通信發(fā)射器模型(11)兩端相連的發(fā)射端電極-人體接觸阻抗(1);人體通信發(fā)射器模型包括依次相連的電壓源及其內(nèi)阻；
[0010]所述多人體介質(zhì)模型(2)包括兩套依次連接的人體A的橫向阻抗(22)、人體-人體接觸阻抗(23)和人體B的橫向阻抗(24)，和分置于這兩套阻抗兩端與這兩套阻抗分別連接的輸入阻抗(21)和輸出阻抗(26)，以及兩個與這兩套阻抗交叉連接的交叉阻抗(25);
[0011]所述接收端模型(3)包括兩個分別與人體通信接收器模型(32)兩端相連的接收端電極-人體接觸阻抗(31)。
[0012]作為優(yōu)選，所述人體-人體接觸阻抗(23)的電路模型為由網(wǎng)格狀彼此交叉連接的若干人體A的單位橫向阻抗(231)、若干人體B的單位橫向阻抗(232)和和若干單位縱向阻抗(233)構(gòu)成的電路網(wǎng)絡(luò)組成，電路網(wǎng)絡(luò)的總阻抗即為人體-人體接觸阻抗。
[0013]作為優(yōu)選，所述單位橫向阻抗由人體組織層次結(jié)構(gòu)中各層對應(yīng)阻抗的并聯(lián)電路計算出的等效阻抗，所述縱向阻抗為相互接觸的兩個人體組織層次結(jié)構(gòu)中各層對應(yīng)阻抗的串聯(lián)電路計算出的等效阻抗。
[0014]作為優(yōu)選，所述人體組織層次結(jié)構(gòu)為皮膚，脂肪，肌肉，骨松質(zhì)和骨密質(zhì)五層。
[0015]—種基于電流耦合型IBC的信息交互建模裝置，包括依次相連的發(fā)射端模型、接觸介質(zhì)模型和接收端模型，三者構(gòu)成一個完成閉合電路；
[0016]所述發(fā)射端模型包括兩個分別與人體通信發(fā)射器模型兩端相連的發(fā)射端電極-人體接觸阻抗；
[0017]所述多人體介質(zhì)模型包括兩套依次連接的人體A的橫向阻抗、人體-人體接觸阻抗和人體B的橫向阻抗，和分置于這兩套阻抗兩端與這兩套阻抗分別連接的輸入阻抗和輸出阻抗，以及兩個與這兩套阻抗交叉連接的交叉阻抗；
[0018]所述接收端模型包括兩個分別與人體通信接收器模型兩端相連的接收端電極-人體接觸阻抗。
[0019]作為優(yōu)選，所述人體-人體接觸阻抗由網(wǎng)格狀彼此交叉連接的若干人體A的單位橫向阻抗、若干人體B的單位橫向阻抗和若干單位縱向阻抗構(gòu)成的電路網(wǎng)絡(luò)組成，電路網(wǎng)絡(luò)的總阻抗即為人體-人體接觸阻抗。
[0020]作為優(yōu)選，所述單位橫向阻抗由人體組織層次結(jié)構(gòu)中各層對應(yīng)阻抗的并聯(lián)電路計算出的等效阻抗，所述縱向阻抗為相互接觸的兩個人體組織層次結(jié)構(gòu)中各層對應(yīng)阻抗的串聯(lián)電路計算出的等效阻抗。
[0021]作為優(yōu)選，所述人體組織層次結(jié)構(gòu)為皮膚，脂肪，肌肉，骨松質(zhì)和骨密質(zhì)五層。
[0022]有益效果
[0023]本發(fā)明突破了目前人體通信模型僅適用于單人體介質(zhì)仿真的限制，提出了一種基于電流耦合型IBC的信息交互建模方法，基于該方法可建立基于電流耦合型IBC的信息交互的數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)基于電流耦合型IBC的信息交互數(shù)學(xué)仿真。由此，將帶來以下有益效果:
[0024](1)提供了安全保障:基于本發(fā)明的方法，可實現(xiàn)基于電流耦合型IBC的信息交互數(shù)學(xué)仿真，避免直接以真實人體進行實驗，從而保障了基于IBC的信息交互相關(guān)實驗的安全性。
[0025](2)提供了系統(tǒng)設(shè)計依據(jù):根據(jù)本發(fā)明的方法，可建立基于電流耦合型IBC的信息交互模型，通過數(shù)學(xué)仿真明確基于人體通信的信息交互的通道特性，進而為相關(guān)IBC裝置的設(shè)計提供依據(jù)。
[0026](3)為相關(guān)研究與設(shè)計提供借鑒:本發(fā)明提出了一種基于人體通信的信息交互方法，該方法解決了兩個生物體(手掌)、多個人體與電子裝置之間的幾何建模、電路建模和數(shù)學(xué)建模問題，對于穿戴式電子裝置、個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)領(lǐng)域的研究與系統(tǒng)設(shè)計具有重要的參考價值。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例基于電流耦合型IBC的信息交互總體電路模型示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例肢體接觸(握手)的幾何建模過程示意圖，其中(a)表示人手示意圖，(b)表示人體-人體接觸(握手)示意圖，(c)表示人體-人體接觸(握手)的幾何模型示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例肢體接觸(握手)的電路模型示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例肢體接觸(握手)模型的橫向阻抗建模過程示意圖，其中