ZigBee无线传感网络的医疗应用研究

ZigBee无线传感网络的医疗应用研究

第31卷第3期　　　　　　　　　　　长春工业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　Vol131No.3

ZigBee无线传感网络的医疗应用研究

何大宇,　韦　铱,　徐英鹏

(纽约大学理工学院,美国纽约　11201)

摘　要:重点研究了在医疗领域中的ZigBee无线传感网络技术,并基于其低功耗、低成本和快速组网等特点,介绍了其在医疗应用中的意义、应用原理及最新研究成果中的ZigBee在实际应用中面临的挑战,关键词:ZigBee;无线传感网络;医疗;应用中图分类号:TP393.17　　:1374(2010)0320355206

onmedicalapplicationinZigBee

wirelesssensornetwork

HEDa2yu,　WEIYi,　XUYing2peng

(PolytechnicInstituteofNewYorkUniversity,NewYork11201,U.S.A)

Abstract:ThispaperdescribedtheZigBee2basedwirelesssensornetworktechnologyinmedicalfields.Basedonitslow2power,low2cost,networkflexibilityandsomeotherfeatures,wepresentedthesig2nificance,theprinciple,andthelatestresearchprogressofZigBeeapplicationinthemedicalfield.ThispaperproposedthechallengesfacedintheZigBeeapplicationinthemedicalfieldandpresenteditsdevelopmentprospectandpracticalvalue.

Keywords:ZigBee;wirelesssensornetwork;medicaltreatment;application.

0　引　言

　　无线传感网络(WirelessSensorNetwork,WSN)有着极其广阔的应用前景,被认为是改变未来世界重要的技术之一。无线网络体系的特点是传输信息的实时性、准确性、全面性,现今已经在世界范围内受到了广泛的关注。基于无线传感网络的ZigBee技术是当前最热门的无线网络技术。目前,基于ZigBee技术的无线传感网络之应用已在车辆管理[1]、控制[2]、军事技术[3]、城市建

设[4]、灭火救援[5]、环境科学[6]、文物保护[7]、粮食

贮藏[8]、蔬菜栽培[9]、生物研究[10]、灾害监测[11]等方面进行了探索。　　虽然技术进步提高了世界各地的卫生保健系统,但是依然存在许多问题。病人在获得医疗服务时花费了大量时间;数量众多的医疗设施仍然使用过时的信息系统,从而导致误诊等问题发生。此外,医生们是流动性很强的工作者,常要在很短时间内迅速获得不同地点的医疗信息,从而提高工作效率,改善病人护理条件,同时减少错误出

　　收稿日期:2010203205　　作者简介:何大宇(1985-),男,汉族,北京人,纽约大学理工学院硕士研究生,主要从事无线通讯方向研究,E2mail:dayu_he@

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ZigBee无线传感网络的医疗应用研究

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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

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第3期　　　　　　　　　　　　何大宇,等:ZigBee

无线传感网络的医疗应用研究357

通的办公、住宅等环境。　　尽管如此,ZigBee也有其自身的不足,例如传输速度较低,这是限制其应用的最大弱点。就现有的ZigBee无线网络来说,由于它有着相同于其它网络协议的分层结构,这必然会导致在数据传输中产生相应的头部长度,进而增加了延迟,并降低了带宽的利用率。而随着医疗设备的进步,需要传输的数据也会随之增加,于是ZigBee就会面临越来越大的压力。这时就需要不断地对其进行改进,进而提高它的适用性。对出现的问题进行分析,根据具体的情况制定出相应的处理方案。对于不同的医疗传感器,一方面是要测算已有的协议是 …… 此处隐藏：3953字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……