ZigBee无线传感网络的医疗应用研究
356长春工业大学学报(自然科学版) 第31
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现。鉴于医疗卫生领域工作的特殊性,人们对利
用无线传感网络进行技术改革的愿望十分强烈,ZigBee的诸多优点也决定了这项技术在医疗领域中应用的巨大潜能[12]。
1 医疗领域ZigBeeWSN应用的意义
传统的医疗检查常会造成很多不便,例如很多检查需要在患者与设备间进行复杂的连线。采用基于ZigBee技术的人类健康无线监测系统可以解决这些问题。近几年由于市场需求的发展,人们对无线医疗监测技术产生了极大的兴趣。之前已有将蓝牙无线监控的新产品提供给病人、医生的应用案例,应用也被一些研究者所关注[13],注,。虽,但令人遗憾的是,目前很多国家数量众多的医疗设施仍然使用着过时的信息系统。鉴于此,一种具有移动性强、覆盖面大、成本低廉、可靠性高等优点的集成ZigBee混合系统被开发出来[14]。此外,世界各地人口老龄化现象越来越普遍,这种状况也使ZigBee无线传感网络的优势得以更好地展现。为了给患者提供更多的便利,有人开发了用于无线传感的ZigBee系统,其目的是收集病人的生理信息,如脉搏、体温等,从而对病人进行远程医疗监护。该系统不仅保证了测量结果的准确,也节省了病人往返于医院所需的时间[15]。
由大量小型传感器(即节点)所组成的网络。此种网络中一般有着一个或几个基站(sink),其作用是从各个传感器节点收集数据,经处理后提交给用户。传感器网络系统通常包括传感器、汇聚、管理3种节点。在数据传输过程中,节点检测到的数据沿着其它节点逐跳进行传输,最后路由到汇聚节点。然后从汇聚节点由互联网系统或者卫星系统传输到管理节点。而用户们则可通过对管理节点进行配置和管理来收集与分析检测数据。 ZigBee是一组基于802.15.4无线标准研发WPAN的。一是,的传输范围在10～足以满足设备移动性的需求;二是低功耗,对于ZigBee节点来说,在不需要数据交流时,节点会进入一个很低功率消耗的休眠模式中。相对于较费电的蓝牙设备,2节普通的电池就能支持ZigBee设备从几个月到数年的时间;三是低速率传输,ZigBee工作在2.4GHz(全球通用)、915MHz(美国)和868MHz,与之相对的传输速率分别是250KB/s,40KB/s和20KB/s;还有就是低复杂度。ZigBee使用了3种网络层结构,即星型、树型和网型结构。对于ZigBee的一个节点,最多可连接254个其它节点,最高可支持65535个节点。也就是说,ZigBee大大增强了网络的可扩展性。该网络还有非常强的自组功能,通信节点的加入、断开过程很快,能够在网络配置中自动显示出来。与蓝牙、Wi2Fi相比,ZigBee具有以下技术优势:
(1)安全性好。ZigBee提供了数据校验功能,采用AES2128加密算法。
(2)成本低。ZigBee数据传输速率低,协议简单,所以成本大为降低,且免收专利费。
(3)功耗低。在低耗电待机模式下特别节省能源,这是ZigBee引以为自豪的独特优势。 (4)工作频段灵活。使用频段为2.4GHz,868MHz,915MHz,均为免执照频段。
(5)延时短。通常延时都在15～30ms之间。
2 医疗领域ZigBeeWSN应用的原理
基于无线传感器网络的医疗监护系统主要是由医疗传感器节点、医疗监护基站以及监护中心构成的。医疗传感器节点与医疗监护基站之间构成了无线个人传感器网络(WPAN),而多个这样的网络则可以组成一般的监护网络,甚至更大的远程医疗监护网络。该网络的整体运作原理是:首先,医疗传感器节点采集人体生理参数,通过无线个人传感器网络直接或者间接地以逐跳的方式把数据传到基站上。然后,基站对数据进一步处理后转发给监护中心。最终系统能对数据进行分析,进而再由医生及时地将信息反馈给患者。因此,无线个人传感器网络起到了控制中心的重要作用。 无线传感网络亦称无线传感器网络,是一种
(6)数据传输速率低。只有10～250k字节/s,
适用于低传输速率网络。
(7)网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持255个设备。
(8)有效范围小。覆盖范围在10～75m间,根据实际发射功率等因素而定,基本能够覆盖普