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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必威体育官网网址性。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