基于WSN的無(wú)線醫(yī)療實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　隨著城市化進(jìn)程的加速發(fā)展，大型醫(yī)院病人的日益增多，現(xiàn)有的病人病情監(jiān)護(hù)機(jī)制已經(jīng)不能滿足需要，因其不能實(shí)時(shí)對(duì)病人的狀況進(jìn)行監(jiān)護(hù)，造成耽誤救治、誤診時(shí)有發(fā)生。人們對(duì)醫(yī)療健康的關(guān)注和高質(zhì)量醫(yī)療服務(wù)的需求，使得基于WSN 技術(shù)的無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)也越來(lái)越受到人們重視。ZigBee 技術(shù)在構(gòu)建智慧醫(yī)療無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。能實(shí)時(shí)的獲取病人的生命特征數(shù)據(jù)，并通過(guò)智能終端設(shè)備，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向護(hù)士、醫(yī)生、控制中心實(shí)時(shí)傳輸。

　　1 Zigbee技術(shù)

　　Zigbee 技術(shù)近年來(lái)在無(wú)線傳感領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。IEEE802.15.4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義了它的PHY 層和MAC層，ZigBee 聯(lián)盟制定了網(wǎng)絡(luò)層、安全和應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，用戶可根據(jù)自己的應(yīng)用需求進(jìn)行應(yīng)用層開(kāi)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)的工作頻段分為868MHz，915MHz 和2.4GHz 共3 個(gè)頻段。在通信上，采用CAMA/CA（免沖突多載波信道）接入方式，有效避免了無(wú)線電載波間的沖突；能實(shí)現(xiàn)密鑰長(zhǎng)度為128 位的加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保了通信數(shù)據(jù)的安全保密性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、樹(shù)形和網(wǎng)絡(luò)形，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)、多跳路由。滿足了醫(yī)院病人實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的組網(wǎng)需求。

　　Zigbee 技術(shù)在組網(wǎng)時(shí)的特點(diǎn)：

　　① 低功耗：在低耗電待機(jī)模式下，2 節(jié)5 號(hào)干電池可支持1 個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6~24 個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。

　　低成本：通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求，ZigBee 免協(xié)議專利費(fèi)，每塊芯片的價(jià)格大約為2 美元。

　?、?低速率：ZigBee 工作在20~250 kbps 的較低速率，分別提供250 kbps（2.4GHz）、40kbps （915 MHz）和20kbps（868 MHz） 的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

　?、?近距離：相鄰節(jié)點(diǎn)間的傳輸范圍一般介于10~100 m 之間，在增加RF 發(fā)射功率后，亦可增加到1~3 km.如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。

　?、?短時(shí)延：ZigBee 的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms 。

　　⑤ 高容量：ZigBee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254 個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。

　?、?高安全：提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單（ACL） 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES 128）的對(duì)稱密碼。

　　⑦ 免執(zhí)照頻段：采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM） 頻段，2.4 GHz（全球） 、915 MHz（美國(guó)） 和868 MHz（歐洲）。

　　2 系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　本文設(shè)計(jì)的醫(yī)院病人實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分為三層：病人所攜帶的各種傳感器構(gòu)成的感知層、Zigbee 技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層、控制中心的應(yīng)用層（如圖1 所示）。

　　圖1 系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　當(dāng)病人攜帶無(wú)線監(jiān)護(hù)器（傳感器）和智能終端設(shè)備在醫(yī)院的病區(qū)和公共區(qū)域活動(dòng)時(shí)，各種傳感器能實(shí)時(shí)記錄穩(wěn)定狀態(tài)、空間位置（定位）、心率、體溫、呼吸等人體生命特征數(shù)據(jù)，通過(guò)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)上傳到控制中心，得到醫(yī)護(hù)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。

　　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（控制中心），適當(dāng)數(shù)目的路由器節(jié)點(diǎn)（路由）和大量的終端節(jié)點(diǎn)（手持智能終端）組成，如果地理空間較大的話，也可以多協(xié)調(diào)器組網(wǎng)。這種組網(wǎng)方式具有極好的靈活性，病人持有的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入相應(yīng)的路由區(qū)域都能自動(dòng)組網(wǎng)。GPRS模塊給遠(yuǎn)離醫(yī)院的醫(yī)護(hù)人員能不間斷的監(jiān)護(hù)提供了可能。

　　若綜合考慮經(jīng)濟(jì)等方面因素，各種傳感器（數(shù)字脈搏傳感器、數(shù)字體溫傳感器、血壓傳感器、呼吸傳感器、數(shù)字三軸加速度傳感器、RSSI 定位傳感器）可部分設(shè)計(jì)在病人手持智能終端上，也可單獨(dú)設(shè)計(jì)成產(chǎn)品。手持智能終端預(yù)留接口，靈活選配使用。