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无线传感器网络系统化设计方案

    无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是一项综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术的新兴技术,该技术具有广泛的应用场景。随着技术的发展,WSN(Wireless Sensor Network)将会在医疗实践的许多方面产生深远影响。本文主要阐述无线传感器网络医疗监护系统的体系结构以及监护节点设计的一般原则。

    在监测区域内布置大量传感器节点,节点间采用自组织方式进行组网以及利用无线通信技术进行数据转发,每个节点都具有数据采集与数据融合转发双重功能。节点对本身采集到的信息和其它节点转发给它的信息进行初步的数据处理和信息融合之后以相邻节点接力传送的方式传送到基站,然后通过基站以互联网、卫星等方式传送给最终用户。

    节点是无线传感器网络的基本功能单元,具体应用不同,节点的设计也不尽相同。传感器节点的基本组成模块有:传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。此外,根据具体应用要求可以添加功能单元,如:定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。

    基于无线传感器网络的医疗监护系统主要由医疗传感器节点、医疗监护基站(医疗SINK节点)以及社区/医院监护中心这几个部分组成。

    医疗传感器节点与监护基站组成个人/家庭或者病房无线传感器网络,多个这样的网络可以组成社区或整个医院监护网络,甚至更大范围的远程医疗监护系统。首先,医疗传感器节点采集人体生理参数,并对采集到参数简单处理后,通过无线通信的方式直接或者间接逐跳方式把数据传输到基站上。监护基站对数据进行进一步处理后转发给监护中心,监护中心进行分析处理,并及时对病人进行信息反馈。监护中心还可以采用多种方式(Internet,移动通信网络等)进行远程数据传输,与其它监护中心共享信息。

    处理器模块是传感器节点的核心,负责整个节点的设备控制、任务分配与调度、数据整合与传输等。目前处理器模块中使用较多的是Atmel公司的AVR 系列单片机、TI公司的MSP430超低功耗处理器、Motorola公司和Renesas公司的处理器以及作为32位嵌入式处理器的ARM单片机。在节点设计中,必须编程实现处理器模块对传感模块采集控制、A/D转换的实现以及控制无线通信模块的收发。

    无线收发模块用于节点之间的数据通信。在无线领域应用较多的无线收发模块为Chipcon公司的CCl000、CC2420、CC2430。常用的无线通信技术有:IEEE 802.1lb、IEEE 802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA(红外线)等。监护系统大多采用IEEE 802.15.4(ZigBee)、蓝牙来实现节点以及节点与基站之间的数据通信。

    随着技术的发展,无线医疗传感器节点逐渐向多参数、智能化、微型化、低功耗等方向发展,无线传感器网络也将逐渐被实际应用于医疗领域。发展与组建具有智能化的病房与社区监护系统是当今国内外医疗发展的趋势。

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