中心議題：

• 無線傳感器網絡的體係結構
• 無線傳感器網絡在醫療中的應用
• 無線傳感器網絡的醫療體係結構
• 醫療無線傳感器網絡監護係統存在的挑戰

解決方案：

• 醫療傳感器節點的設計

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network)是一項綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術
、現代網絡及無線通信技術
、分布式信息處理技術等多種領域技術的新興技術，該技術具有廣泛的應用場景。

隨著技術的發展
，WSN(Wireless Sensor Network)將會在醫療實踐的許多方麵產生深遠影響。本文主要闡述無線傳感器網絡醫療監護係統的體係結構以及監護節點設計的一般原則。

無線傳感器網絡的體係結構

在(zai)監(jian)測(ce)區(qu)域(yu)內(nei)布(bu)置(zhi)大(da)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)
，節(jie)點(dian)間(jian)采(cai)用(yong)自(zi)組(zu)織(zhi)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)組(zu)網(wang)以(yi)及(ji)利(li)用(yong)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)轉(zhuan)發(fa)，每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)都(dou)具(ju)有(you)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)與(yu)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)轉(zhuan)發(fa)雙(shuang)重(zhong)功(gong)能(neng)。節(jie)點(dian)對(dui)本(ben)身(shen)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)信(xin)息(xi)和(he)其(qi)它(ta)節(jie)點(dian)轉(zhuan)發(fa)給(gei)它(ta)的(de)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)初(chu)步(bu)的(de)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)和(he)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)之(zhi)後(hou)以(yi)相(xiang)鄰(lin)節(jie)點(dian)接(jie)力(li)傳(chuan)送(song)的(de)方(fang)式(shi)傳(chuan)送(song)到(dao)基(ji)站(zhan)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)基(ji)站(zhan)以(yi)互(hu)聯(lian)網(wang)、衛星等方式傳送給最終用戶。

節點是無線傳感器網絡的基本功能單元
，具體應用不同，節點的設計也不盡相同。傳感器節點的基本組成模塊有：傳感單元、處理單元
、通信單元以及電源部分。此外，根據具體應用要求可以添加功能單元

，如：定位係統
、移動係統以及電源自供電係統等。

無線傳感器網絡在醫療中的應用情況

無線傳感器網絡利用其自身的優點(如低費用、簡便、快速
、實時無創的采集患者的各種生理參數等等)，使其在醫療研究、醫院普通／ICU病房或者家庭日常監護等領域中有很大的發展潛力，是目前研究領域的熱點。

在病人身上放置用於檢測人體參數的微型傳感器節點，可對病人的心率、血壓
、心電、心音等生理參數進行遠程實時監測
，並將信息彙總傳送給監護中心，進行及時處理與反饋

；利用WSN長期收集被觀察者的人體生理數據，對了解人體健康狀況以及研究人體疾病都很有幫助。此外

，在藥物管理和研製新藥品、血液管理等諸多方麵，也有其獨特的應用。總之
，無線傳感器網絡為未來的遠程醫療監護係統提供了更加簡便
、低費用的實現手段。

基於無線傳感器網絡的醫療體係結構

基於無線傳感器網絡的醫療監護係統主要由醫療傳感器節點、醫療監護基站(醫療SINK節點)以及社區／醫院監護中心這幾個部分組成。

醫療傳感器節點與監護基站組成個人／jiatinghuozhebingfangwuxianchuanganqiwangluo，duogezheyangdewangluokeyizuchengshequhuozhenggeyiyuanjianhuwangluo

，shenzhigengdafanweideyuanchengyiliaojianhuxitong。shouxian，yiliaochuanganqijiediancaijirentishenglicanshu，bingduicaijidaocanshujiandanchulihou
，tongguowuxiantongxindefangshizhijiehuozhejianjiezhutiaofangshibashujuchuanshudaojizhanshang。jianhujizhanduishujujinxingjinyibuchulihouzhuanfageijianhuzhongxin，jianhuzhongxinjinxingfenxichuli，bingjishiduibingrenjinxingxinxifankui。jianhuzhongxinhaikeyicaiyongduozhongfangshi(Internet，移動通信網絡等)進行遠程數據傳輸，與其它監護中心共享信息。

醫療傳感器節點的設計

醫療傳感器節點的基本結構包括處理模塊、傳感器模塊和無線收發模塊以及電源供電模塊。

傳感器模塊用來進行外部傳感器信號的感知
、采集
、zhuanhuan。shizhenggejiedianzhenzhengyuwaibuxinhaoliangjiechudemokuai。raner，yiyongchuanganqishiyishengmingtiweiceliangduixiang。youqishirenti，keyishuoshishijieshangzuifuzadexitong

，geshenglibianliangjiancunzaizhegaodudexiangguanxingerqiebuyijiejin。suoyiyiyongchuanganqiyaocongzhongduodexianxiangzhongquchuyuceshengliliang，dechukekaoeryouyiyideceliangshuju，tongshiyouyaoquebaobeiceduixiangdeanquan。

由於人體參數大多是微弱信號

，一般隻有幾mV級別，甚至更低，並且存在多種噪聲(測量環境噪聲、儀器與人體摩擦噪聲以及儀器本身噪聲等)、工頻幹擾 (由測量環境周圍存在50 Hz的電磁場引起的)以及各種雜音等不利因素。因此，在具體醫療傳感器節點設計中
，加入模擬電路處理模塊，該模塊一般包括以下幾個部分：放大電路、濾波電路、陷波電路以及模數(A／D)轉換電路等。在節點設計中放大電路一般采用多級放大(三級或四級)，末級放大電路除了有放大功能外一般還具有電平提升功能

；濾波電路：應滿足電路簡潔
、合理的截止頻率、靈活方便的調節高低通截止頻率等要求，合理的濾掉信號中的高頻與低頻幹擾

；陷波電路：目前廣泛采用對稱性雙T阻容有源陷波器或用集成開關電容器件以及非對稱阻容網絡陷波器等。總之，模擬電路處理模塊主要對采集到的信號進行放大、濾波
、陷波等處理，去除信號中的噪音、幹擾，提取出有用信號。

處理器模塊是傳感器節點的核心，負責整個節點的設備控製
、任務分配與調度、數據整合與傳輸等。目前處理器模塊中使用較多的是Atmel公司的AVR 係列單片機


、TI公司的MSP430超低功耗處理器
、Motorola公司和Renesas公司的處理器以及作為32位嵌入式處理器的ARM單片機。在節點設計中，必須編程實現處理器模塊對傳感模塊采集控製、A／D轉換的實現以及控製無線通信模塊的收發。

無線收發模塊用於節點之間的數據通信。在無線領域應用較多的無線收發模塊為Chipcon公司的CCl000、CC2420

、CC2430。常用的無線通信技術有：IEEE 802．1lb
、IEEE 802．15．4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA(紅外線)等。監護係統大多采用IEEE 802．15．4(ZigBee)、藍牙來實現節點以及節點與基站之間的數據通信。

電dian源yuan模mo塊kuai為wei節jie點dian提ti供gong能neng量liang，是shi整zheng個ge無wu線xian傳chuan感gan器qi節jie點dian的de基ji礎chu模mo塊kuai。然ran而er，受shou節jie點dian體ti積ji限xian製zhi
，傳chuan感gan器qi節jie點dian的de能neng量liang非fei常chang有you限xian。因yin此ci，在zai整zheng個ge節jie點dian設she計ji中zhong，以yi低di功gong耗hao、高(gao)精(jing)度(du)為(wei)主(zhu)要(yao)要(yao)求(qiu)
，采(cai)取(qu)一(yi)係(xi)列(lie)有(you)效(xiao)的(de)措(cuo)施(shi)來(lai)節(jie)省(sheng)能(neng)量(liang)。另(ling)外(wai)，醫(yi)療(liao)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)不(bu)能(neng)頻(pin)繁(fan)更(geng)換(huan)電(dian)池(chi)
，影(ying)響(xiang)人(ren)的(de)正(zheng)常(chang)生(sheng)活(huo)。所(suo)以(yi)，所(suo)設(she)計(ji)的(de)醫(yi)療(liao)節(jie)點(dian)應(ying)該(gai)具(ju)有(you)較(jiao)長(chang)的(de)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)。

醫療無線傳感器網絡監護係統存在的挑戰

盡管無線傳感器網絡在組建醫療監護係統方麵有其獨有優勢，但應用到實際醫療中還存在以下挑戰：

動態組網與大規模網絡中節點移動性管理：當監護係統擴展到社區、城cheng市shi甚shen至zhi全quan國guo時shi
，其qi網wang絡luo規gui模mo巨ju大da，並bing且qie監jian護hu節jie點dian與yu基ji站zhan都dou具ju有you一yi定ding的de移yi動dong性xing。因yin此ci，必bi須xu設she計ji一yi種zhong合he適shi的de網wang絡luo拓tuo撲pu管guan理li結jie構gou以yi及ji節jie點dian移yi動dong性xing管guan理li方fang法fa。

數據完整性與數據壓縮：節點有時需要長達24小(xiao)時(shi)的(de)監(jian)測(ce)人(ren)體(ti)參(can)數(shu)，節(jie)點(dian)所(suo)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)數(shu)據(ju)量(liang)大(da)，而(er)節(jie)點(dian)的(de)存(cun)儲(chu)容(rong)量(liang)小(xiao)，常(chang)采(cai)用(yong)壓(ya)縮(suo)算(suan)法(fa)來(lai)減(jian)少(shao)數(shu)據(ju)的(de)存(cun)儲(chu)與(yu)傳(chuan)輸(shu)量(liang)。然(ran)而(er)
，傳(chuan)統(tong)數(shu)據(ju)的(de)壓(ya)縮(suo)算(suan)法(fa)開(kai)銷(xiao)太(tai)大(da)不(bu)適(shi)合(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)。另(ling)外(wai)，壓(ya)縮(suo)算(suan)法(fa)不(bu)能(neng)損(sun)壞(huai)原(yuan)始(shi)數(shu)據(ju)，否(fou)則(ze)會(hui)造(zao)成(cheng)對(dui)病(bing)人(ren)的(de)錯(cuo)誤(wu)診(zhen)斷(duan)。

數據安全性：無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)采(cai)用(yong)自(zi)組(zu)織(zhi)方(fang)式(shi)組(zu)網(wang)，容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)攻(gong)擊(ji)，此(ci)外(wai)
，病(bing)人(ren)的(de)信(xin)息(xi)需(xu)要(yao)保(bao)密(mi)。然(ran)而(er)，傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)相(xiang)當(dang)有(you)限(xian)，傳(chuan)統(tong)的(de)安(an)全(quan)和(he)加(jia)密(mi)技(ji)術(shu)都(dou)不(bu)適(shi)用(yong)。因(yin)此(ci)，必(bi)須(xu)設(she)計(ji)一(yi)種(zhong)適(shi)合(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)的(de)加(jia)解(jie)密(mi)算(suan)法(fa)。

總結與展望

隨著技術的發展
，無線醫療傳感器節點逐漸向多參數
、智能化
、微型化、低di功gong耗hao等deng方fang向xiang發fa展zhan

，無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo也ye將jiang逐zhu漸jian被bei實shi際ji應ying用yong於yu醫yi療liao領ling域yu。發fa展zhan與yu組zu建jian具ju有you智zhi能neng化hua的de病bing房fang與yu社she區qu監jian護hu係xi統tong是shi當dang今jin國guo內nei外wai醫yi療liao發fa展zhan的de趨qu勢shi。