基于电流耦合型ibc的信息交互建模方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于人体通信技术领域，具体涉及一种基于电流耦合型IBC的信息交互建模方法及其装置。
【背景技术】
[0002]人体通信(Intra-Body Communicat1n, IBC)是一种以人体为信号传输介质的数据通信技术，相比于目前的短距离无线通信技术(如蓝牙、ZigBee等)，该技术具有低功耗、抗干扰、高速率等优势。更重要的是，基于人体通信技术可实现基于肢体接触的人-人、人-机信息交互以及穿戴式电子装置的网络化等。人体通信技术在信息交互、个人区域网络、网络接入、云计算、生理信息监测系统等领域具有多种潜在的应用。例如:两个人只需握一下手，即可交换电子名片；消费者仅需将手伸向自动售货机，即可完成小额支付；参观者只需站在某一展品前，即可通过位于脚部的人体通信装置自动获取该展品的电子信息等。因此，人体通信在智能家庭、数字化社区、医疗信息化、电子政务、企业信息化等领域具有广泛的应用前景。
[0003]数学建模对于实现基于人体通信(以下简称为IBC)的信息交互十分重要。一方面，建立基于人体通信的信息交互模型，可在物理实验前对相关方法与技术进行软件模拟，从而保证人身安全。另一方面，基于数学模型进行软件仿真，可对不同条件下的人-人信息交互进行多条件模拟，进而获得其通道特性，为基于IBC的信息交互装置设计提供依据。然而，基于IBC的信息交互的建模难度相对较大。首先，与基于单人体介质的人体通信相比，基于人体通信的信息模型不仅应包含两个人体模型，还应包括双人体肢体接触所带来的接触阻抗模型等，从而增大了模型的复杂性。其次，基于人体通信的信息交互的通道特性受多个因素的影响，如接触部位、接触方式和人体姿态等，从而增大了确定、验证其参数计算方法的难度。
[0004]由于上述原因，目前已有的研究仅实现了基于单人体介质的人体通信建模，而未能实现基于人体通信的信息交互的建模。由于缺乏相关模型，目前尚无法明确基于人体通信的信息交互的通道特性，相关IBC装置的设计同样缺乏依据。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决基于人体接触的信息交互建模问题，提出了一种基于电流耦合型IBC的信息交互的建模方法。
[0006]本发明方法原理为:首先，对基于电流耦合型IBC的信息交互通道进行电路建模，形成总体电路模型。其次，依据所提出的建模方法，对肢体接触所导致的接触阻抗进行电路建模。而后，结合总体电路模型，形成基于电流耦合型IBC的信息交互完整电路模型。最后，基于所建立的完整电路模型，经电路分析获得基于电流耦合型IBC的信息交互数学模型。
[0007]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0008]基于电流耦合型IBC的信息交互的建模方法，包括以下内容:建立基于电流耦合型人体通信的信息交互总体电路模型，该模型主要包括由用于模拟人体通信发射器的发射端模型(1)，用于模拟进行信息交互的两个人体的多人体介质模型(2)和用于模拟人体通信接收器的接收端模型(3)组成的闭合电路；
[0009]所述发射端模型(1)包括两个分别与人体通信发射器模型(11)两端相连的发射端电极-人体接触阻抗(1);人体通信发射器模型包括依次相连的电压源及其内阻；
[0010]所述多人体介质模型(2)包括两套依次连接的人体A的横向阻抗(22)、人体-人体接触阻抗(23)和人体B的横向阻抗(24)，和分置于这两套阻抗两端与这两套阻抗分别连接的输入阻抗(21)和输出阻抗(26)，以及两个与这两套阻抗交叉连接的交叉阻抗(25);
[0011]所述接收端模型(3)包括两个分别与人体通信接收器模型(32)两端相连的接收端电极-人体接触阻抗(31)。
[0012]作为优选，所述人体-人体接触阻抗(23)的电路模型为由网格状彼此交叉连接的若干人体A的单位横向阻抗(231)、若干人体B的单位横向阻抗(232)和和若干单位纵向阻抗(233)构成的电路网络组成，电路网络的总阻抗即为人体-人体接触阻抗。
[0013]作为优选，所述单位横向阻抗由人体组织层次结构中各层对应阻抗的并联电路计算出的等效阻抗，所述纵向阻抗为相互接触的两个人体组织层次结构中各层对应阻抗的串联电路计算出的等效阻抗。
[0014]作为优选，所述人体组织层次结构为皮肤，脂肪，肌肉，骨松质和骨密质五层。
[0015]—种基于电流耦合型IBC的信息交互建模装置，包括依次相连的发射端模型、接触介质模型和接收端模型，三者构成一个完成闭合电路；
[0016]所述发射端模型包括两个分别与人体通信发射器模型两端相连的发射端电极-人体接触阻抗；
[0017]所述多人体介质模型包括两套依次连接的人体A的横向阻抗、人体-人体接触阻抗和人体B的横向阻抗，和分置于这两套阻抗两端与这两套阻抗分别连接的输入阻抗和输出阻抗，以及两个与这两套阻抗交叉连接的交叉阻抗；
[0018]所述接收端模型包括两个分别与人体通信接收器模型两端相连的接收端电极-人体接触阻抗。
[0019]作为优选，所述人体-人体接触阻抗由网格状彼此交叉连接的若干人体A的单位横向阻抗、若干人体B的单位横向阻抗和若干单位纵向阻抗构成的电路网络组成，电路网络的总阻抗即为人体-人体接触阻抗。
[0020]作为优选，所述单位横向阻抗由人体组织层次结构中各层对应阻抗的并联电路计算出的等效阻抗，所述纵向阻抗为相互接触的两个人体组织层次结构中各层对应阻抗的串联电路计算出的等效阻抗。
[0021]作为优选，所述人体组织层次结构为皮肤，脂肪，肌肉，骨松质和骨密质五层。
[0022]有益效果
[0023]本发明突破了目前人体通信模型仅适用于单人体介质仿真的限制，提出了一种基于电流耦合型IBC的信息交互建模方法，基于该方法可建立基于电流耦合型IBC的信息交互的数学模型，从而实现基于电流耦合型IBC的信息交互数学仿真。由此，将带来以下有益效果:
[0024](1)提供了安全保障:基于本发明的方法，可实现基于电流耦合型IBC的信息交互数学仿真，避免直接以真实人体进行实验，从而保障了基于IBC的信息交互相关实验的安全性。
[0025](2)提供了系统设计依据:根据本发明的方法，可建立基于电流耦合型IBC的信息交互模型，通过数学仿真明确基于人体通信的信息交互的通道特性，进而为相关IBC装置的设计提供依据。
[0026](3)为相关研究与设计提供借鉴:本发明提出了一种基于人体通信的信息交互方法，该方法解决了两个生物体(手掌)、多个人体与电子装置之间的几何建模、电路建模和数学建模问题，对于穿戴式电子装置、个人区域网络等相关领域的研究与系统设计具有重要的参考价值。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例基于电流耦合型IBC的信息交互总体电路模型示意图；
[0028]图2为本发明实施例肢体接触(握手)的几何建模过程示意图，其中(a)表示人手示意图，(b)表示人体-人体接触(握手)示意图，(c)表示人体-人体接触(握手)的几何模型示意图；
[0029]图3为本发明实施例肢体接触(握手)的电路模型示意图；
[0030]图4为本发明实施例肢体接触(握手)模型的横向阻抗建模过程示意图，其中