Incitation à l’activité physique des personnes âgées par réseaux de capteurs sans fil

Wireless body network as a solution to encourage physical activity in the elderly

• Auteur / Autrice : Alassane Kaba
• Direction : Anne Julien-Vergonjanne, Stéphanie Castan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 11/03/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Lamarque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Julien-Vergonjanne, Stéphanie Castan, Pierre Combeau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yannis Le Guennec, Luc Chassagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Santé et hygiène

Exercices physiques pour personnes âgées

Systèmes de communication sans fil

Télécommunications optiques

Réseaux corporels sans fils

Mots clés libres

Réseaux de capteurs corporels

Communication optique sans fil

Modélisation de canal

Mobilité

Probabilité de rupture

Système hybride

Surveillance de la marche des personnes âgées

Body area network

Optical wireless communication

Channel modeling

Mobility

Outage probability

Hybrid system

Elderly walk monitoring

Résumé

Aujourd’hui, il est admis que la pratique d'une activité physique régulière est un moyen efficace de se maintenir en bonne santé, notamment avec l'âge. Malgré cela, les personnes âgées sont souvent sédentaires et n'atteignent pas les niveaux recommandés. Ainsi, l'utilisation de réseaux de capteurs corporels s'inscrit dans une stratégie d'incitation. Dans cette thèse, nous proposons une solution basée sur un dispositif porté au poignet transmettant des données liées à une activité de marche. Le dispositif communique par optique sans fil, une alternative aux radiofréquences qui avec le nombre croissant d'objets connectés ont des limites en termes d'interférences, de sécurité et de confidentialité. L'objectif est de mettre en œuvre une méthodologie pour déterminer les caractéristiques et les performances optimales de communication pour le suivi de la marche en prenant en compte les spécificités liées au scénario mais aussi à l'âge de la personne. Nous proposons un modèle de canal de communication optique sans fil adapté à cet effet et nous discutons de l'impact du modèle corporel de la personne, jeune ou âgée, de la longueur des pas, de la vitesse de marche, des mouvements des membres sur un cycle de marche. Tous ces paramètres dépendent de l'âge. Pour prendre en compte l'évolution temporelle des performances lors de la marche, la probabilité de rupture du lien est déterminée en considérant la corrélation par la technique de la fenêtre glissante. Nous montrons à la fois théoriquement et expérimentalement qu’avec un modèle de personne jeune, la performance peut être sous-estimée ou surestimée. Il est donc important d'utiliser un modèle de personne âgée adapté pour concevoir efficacement le système de surveillance. De plus, afin de garantir la connectivité au cours de la marche, un système hybride est proposé où une liaison radio prend le relais lorsque le lien optique est rompu. La performance du système hybride est étudiée avec l'objectif de minimiser le pourcentage de temps d'utilisation de la radio, montrant l'efficacité du système hybride pour le suivi d'une personne âgée.

Today, regular physical activity is an effective way to maintain goodhealth, especially with age. Despite this, older people are often sedentary and do not reach recommended levels. The use of body sensor networks is therefore part of a strategy to encourage physical activity. In this thesis, we propose a solution based ona device worn on the wrist and which transmits data related to physical activity during walking. The device is connected using optical wireless technology, which is an alternative to radiofrequency one that, with the growing number of connected objects, have limits in terms of interference, security and confidentiality. The objective is to determine the characteristics and the optimal performances by taking into account the specificities related to the scenario but also to the age of the person. We propose a suitable optical wireless communication channel model for this purpose and we discuss the impact of the body modelof the person, young or old, the step length, the walking speed and the limb movements. All of these parameters depend on age. To take into account the temporal evolution of performance during walking, outage probability is determined by taking into account the correlation by the sliding window technique. We show both theoretically and experimentally that by considering a model of a young person, performance can be underestimated or overestimated. It is therefore important to use a suitable elderly person model to effectively design the system. In addition, to guarantee connectivity while walking, a hybrid system is proposed where a radio link takes over from the optical system when the latter is broken. The hybrid system performance is studied with the objective of minimizing radio transmission timeshowingthe effectiveness of the hybrid system for monitoringan elderly person.