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1、第39卷第4期西南师范大学学报(自然科学版)2014年4月Vol.39No.4JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Apr.2014文章编号:10005471(2014)4004506基于WBAN的多生理参数无线传感及前端组网研究①朱凌云,李连杰,孟春艳重庆理工大学计算机科学与工程学院,重庆400054摘要:现有的多生理参数监测系统,其各个传感与采集单元在物理层和数据链路层采用一体机集成模式,不利于多生理参数的穿戴式传感与无线组网,为此提出了基于无线体域网(WBAN
2、)的分离式多生理参数无线传感、采集与前端组网新方法.主要研究了以MSP430为控制核心的低功耗多生理参数传感节点、基于智能手机终端与蓝牙2.0的前端WBAN组网模型、多生理参数远程无线传输网关以及手机终端软件的设计与实现.测试结果表明:基于WBAN的无线传感与组网新方法能够实现多生理参数的无线采集、组网与数据传输,避免了传统多生理参数监测存在的导联线过多、使用不方便、信号信噪比低、用户活动受限等问题.该方法以“穿戴式无线感知+手机远程无线传输”模式,为多生理参数无线监测走向家庭健康监护、为亚健康人群的疾病预警提供了技术支撑.关键词:无线体域网;多生理
3、参数监测;MSP430;智能手机;嵌入式系统中图分类号:TP391;TH772文献标志码:A目前,包含心电、血压、血氧饱和度、呼吸频率、脉搏、体温等的人体多生理参数监测系统,已经在[1-4]病人床旁监护、人体亚健康在线监测以及疾病预警等方面发挥了重要作用.但现有的多生理参数监测系统在临床应用过程中存在如下问题:首先,多个生理参数检测与传感单元集成在一个嵌入式模块中,即心电、血压、血氧等参数检测单元在物理层、数据链接层都通过有线方式进行集成.这样就无法对各个功能模块进行拆卸与组合,导致传感器体积较大、接线庞杂,用户使用不方便等问题,而且传感导联线的损坏
4、率非常高,信号质量容易受人体生理活动和运动的影响,不利于普通用户的使用;其次,目前的多生理参数传感单元与远程传输终端机不能自由组网,数据传输终端只能固定地、被动地接收采集单元的数据.用户无法有选择性地使用多生理参数监测系统的某种或者某几种传感采集单元.同时,用户也无法采用通用移动通信终端(特别是智能手机)来传输多生理参数,这在一定程度上限制了远程监护系统医疗服务的延伸和推广.随着生理参数监测类别和用户数量的不断增加,患者与医生都对远程监测的医疗质量和服务水平提出了更高的要求,如何进一步提高监测参数的信号质量与可靠性,如何显著提升监测环境的方便性与舒适
5、度,如何使多生理参数监测进一步向用户日常健康监测和家庭监护推进,这些都已成为远程医疗和数字医疗发展必须要解决的问题.而现存的多生理参数远程监测系统还不完全具备上述属性.近年来,随着智能手机的普及和移动互联网的迅猛发展,直接利用手机终端进行多生理参数的在线监测已经在技术上成为可能.此外,各种近程无线通信技术的发展,使得多传感器网络的组网质量和传输带宽得到进一步提升,这①收稿日期:20131126基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2011JJA1026);重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ110813).作者简介:朱凌云(1969),男,四
6、川平昌人,副教授,博士后,主要从事物联网技术与应用、生物医学感知与计算、模式识别与智能系统等方面的研究.2西南师范大学学报(自然科学版)http://xbbjb.swu.cn第39卷也为多生理参数架构向广泛普及性、大数据量和强实时性方向发展提供了有力的技术支持.因此,研究适宜于普通用户群的多生理参数远程无线监测系统前端传感与组网新方法是非常必要的.1基于WBAN的多生理参数监测系统总体框架无线体域网WBAN(WirelessBodyAreaNetwork)是以人体为中心,由分布在人体上、衣物上甚至人身体内部的各类传感器和个人终端等组成的微型通信网络.
7、通过WBAN用户可以和其身上携带的个人电子设备,如PDA、智能手机等进行数据通信,并可将这些数据通过Internet和处于网络上的节点元素进行数据交换与共享.WBAN将人体变成通信网络的一部分,也使得可穿戴计算、普适计算为人们的日常健康[5-6]监测提供技术支持与服务.本文提出的远程多生理参数监测系统由前端体域网节点、移动终端和数据处理服务端组成,其系统结构如图1所示.其中前端采集部分采用各个参数单元分离式设计,以TI公司的MSP430单片机为控制核心,主要负责采集和发送患者生理数据;移动终端采用3G智能手机,主要实现多生理传感单元的近程组网和远程数
8、据传输;数据处理服务端实则为一私有云平台,主要完成集群用户多生理参数的海量数据存储、分析,并根据分析结果给出
