bsn传感器与无线通讯研究现状.doc

BSN传感器与无线通讯研究现状 ; 引言; 随着人口老龄化问题的日益突出,心血管疾病和脑血管疾病对老年人的健康构成了极大的威胁。在美国每年大约65万人死于心血管疾病,15万人死于脑血管疾病;在韩国,死于脑血管疾病者占死亡人数的17%;而在英国因心血管疾病造成的死亡更是达到了39%[1]。越来越多的国家开始加大对医疗健康系统的资金投入,研究人员开始逐渐着手于远程医疗监控、特殊群体监护和公共社区医疗服务系统。传统的医疗方法大多为病发后治疗,不能很好地进行长期监护、预防和实时诊断治疗,而作为无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)[2]的一个分支,体域网 (body sensor network,BSN;body area sensor networks,BASN)代表的新技术则能实现对生理参数的采集,以及对信号的实时分析,从而对疾病进行预警,并将平时和发病时采集到的重要生理信息保存下来,通过无线技术发送至服务器以供 后 续 的 诊 断 治 疗。无 线 体 域 网 (wirelessbody area network,WBAN)由Van Dam于2001年首次提出[3],逐渐成为了国际研究的热点。BSN技术不仅可以应用于医疗保健、健康恢复等方面,还可扩展到娱乐领域、体育运动领域,甚至是军事领域和社会公共领域[4,5]。虽然BSN有着广阔的应用前景,仍面临诸多关键技术挑战。例如基于传感器节点的数据融合技术;用于提高识别精度和实现环境感知的情景感知技术;通信链路的可靠性和安全性等。这些关键技术都是构建BSN系统所必须涉及到的,不仅有理论研究价值,更有重要的实际应用价值。本文将重点介绍传感器节点、BSN通信技术等方面的技术挑战、必威体育精装版进展和发展趋势,还就目前国内外的BSN相关研究项目展开讨论。; 1 BSN的概念; BSN是基于WSN的一种具有特殊应用的网络,它是由体积小、集成度高的穿戴在人体身上或植入到人体内的传感器节点,中心节点,远程服务器等共同形成的一个无线网络。传感器节点负责监控人体的生命体征,连续检测多种生理参数并提供实时反馈,成为诊断过程、慢性疾病患者监护、外科手术后的健康恢复和药物治疗效果监测的一部分[6]。每个传感器节点都能处理各自的任务,并通过网络与中心节点通信。中心节点负责汇聚传感器节点的数据进行初步分析并发送到远程服务器以便进行进一步的分析。整个系统架构如图1所示。 BSN注重尽早发现对身体构成威胁的慢性疾病和身体的某些异常状态[7]。患者甚至可以在居家日常生活活动情况下长期监护生理状态,提高治疗质量[8]。用于诊断和治疗的植入式医疗方式的普及,可显着提高患者的生活质量,该治疗方式可以用来恢复并控制瘫痪的四肢,控制膀胱和肠道肌肉,保持心律等[1]。BSN是一种新型的疾病监控预防、治疗监护的解决方案,更是物联网[9]的重要组成部分。其目的是提供一个集成硬件监测、软件分析和无线通信技术的应用平台,并为大众的医疗监护系统和未来发展物联网提供必备的条件。; 2 传感器网络及传感器; 虽然BSN是WSN的一个分支,但是两者对传感器节点的要求却存在不少差异。表1显示了BSN和WSN网络的差异[10]。nbsp; 图2则显示了BSN、WSN和无线局域网(wire-less local area networks,WLAN)的网络特点[10]。 由表1和图2可知,因为应用对象的不同,相比于普通的WSN和WLAN,BSN对网络参数的要求较高,特别是在节点类型的多样性和传感器节点的共存性等方面,它强调生物传感器节点的尺寸大小及节点之间的低能耗无线通信等特性。传感器节点负责采集与人体生理状态或者身体活动有关的模拟信号并将它转化为数字信号,并以无线方式发送至中心节点。按照其测量的信号的不同,将其分为三类:①生理传感器,主要是测量动态血压、体温、血氧以及其他相关的生理参数,如心电图、脑电图、肌电图;②生物动力学传感器,如加速度传感器、角速率传感器和陀螺仪;③用来测量外界环境参数的传感器,如湿度、光照度、声压等级、温度等参数[11]。心电监护是BSN中的一个典型应用,心电图可以帮助监测用户的健康状态。近年来人们逐渐开始使用植入衣服的柔性电极进行长期监测。跟传统的氯化银电极相比,柔性电极的形状能适应人体动作,更加柔韧有效,可以避免传统方法中产生的问题。而加速度传感器通过测量振动以及重力加速度,陀螺仪通过测量角动量来获得定位信息[10],它们已经广泛应用于医疗保健、运动和电子游戏领域。鉴于BSN中传感器类型的不同,其对应节点的数据传输速率也不尽相同。表2展示了针对不同人体参数测量的设备的一些平均统计数据[10]。 传感技术是整个BSN的重要基础,是连接物理世界和电子系统的桥梁,其技术指标受微电子机械系统、纳米技术