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物联网数字医疗解决方案-基于WSN的医院病人实时监护
系统设计方案
随着城市化进程的加速发展,大型医院病人的日益增
多,现有的病人病情监护机制已经不能满足需要,因其不能
实时对病人的状况进行监护,造成耽误救治、误诊时有发生。
人们对医疗健康的关注和高质量医疗服务的需求,使得基于
WSN技术的无线医疗监护也越来越受到人们重视。ZigBee
技术在构建智慧医疗无线传感网络时,具有独特的优势。能
实时的获取病人的生命特征数据,并通过智能终端设备,无
线网络向护士、医生、控制中心实时传输。
1、Zigbee技术
Zigbee技术近年来在无线传感领域应用非常广泛。
IEEE802.15.4协议标准定义了它的PHY层和MAC层,
ZigBee联盟制定了网络层、安全和应用层标准,用户可根
据自己的应用需求进行应用层开发。网络的工作频段分为
868MHz,915MHz和2.4GHz共3个频段。在通信上,采
用CAMA/CA(免冲突多载波信道)接入方式,有效避免了
无线电载波间的冲突;能实现密钥长度为128位的加密算法
对数据进行加密,确保了通信数据的安全保密性。网络拓扑
结构有星形、树形和网络形,能实现自动组网、多跳路由。
满足了医院病人实时监护的组网需求。
Zigbee技术在组网时的特点:
①低功耗:在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支
持1个节点工作6~24个月,甚至更长。
低成本:通过大幅简化协议,降低了对通信控制器的要
求,ZigBee免协议专利费,每块芯片的价格大约为2美元。
②低速率:ZigBee工作在20~250kbps的较低速率,
分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和
20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输
数据的应用需求。
③近距离:相邻节点间的传输范围一般介于10~100m
之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km.如果通
过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。
④短时延:ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入
工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms。
⑤高容量:ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,
由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254
个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组
成65000个节点的大网。
⑥高安全:提供了三级安全模式,包括无安全设定、使
用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加
密标准(AES28)的对称密码。
⑦免执照频段:采用直接序列扩频在工业科学医疗
(ISM)频段,2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz
(欧洲)。
2、系统及网络结构
本文设计的医院病人实时监护系统分为三层:病人所携
带的各种传感器构成的感知层、Zigbee技术构建的无线网
络层、控制中心的应用层(如图1所示)。
图1系统及网络结构图
当病人携带无线监护器(传感器)和智能终端设备在医
院的病区和公共区域活动时,各种传感器能实时记录稳定状
态、空间位置(定位)、心率、体温、呼吸等人体生命特征
数据,通过Zigbee网络上传到控制中心,得到医护人员的
实时监护。
无线网络由协调器节点(控制中心),适当数目的路由
器节点(路由)和大量的终端节点(手持智能终端)组成,
如果地理空间较大的话,也可以多协
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