无线传感器网络在医疗事业中的应用

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1、无线传感器网络在医疗事业中的应用摘要在医疗事业方面，无线传感器网络以其低功耗、低成本、方便携带、数据传输快捷等特性多用于对病人生理数据的远程监测，对药品、医疗设备使用情况的管理和监控，对病人和医护人员的跟踪定位以及对病房环境的管理等。一、引言近年来伴随着传感器技术、微电子技术以及嵌入式计算技术和无线通通信技术等方面的不断发展和融合，研制开发一些具有感知能力、计算能力和通信能力的微小型传感器技术也日渐成熟。无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）就是由许多密集分布在一定监控区域

2、的传感器节点，通过无线通信的方式构成的一个多跳的自组织网络系统。无线传感器网络号称是将物理世界和信息技术连接起来的“纽带”，用途极其广泛。现如今已在军事领域、农业领域、环保监测领域、工业领域、智能家具领域、空间和海洋探索等领域中得到了广泛的应用。随着科技的进步，无线传感器网络已展现出越来越大的影响力，不难看出它具有改造社会的潜力。美国《商业周刊》就曾认为无线传感器网络是全球未来四大高新技术之一。2003年，麻省理工学院（MIT）的《技术评论》（TechnologyReview）杂志也指出在改变世界的十大

3、新兴技术中，智能无线传感器网络名列第一。当然，现如今无线传感器网络的地位也验证了这一点。在医疗事业方面，无线传感器网络以其低功耗、低成本、方便携带、数据传输快捷等特性多用于对病人生理数据的远程监测，对药品、医疗设备使用情况的管理和监控，对病人和医护人员的跟踪定位以及对病房环境的管理等。二、无线通信协议的比较与选择目前有多种主流无线通信协议（见表1），这些传输协议都有各自的优势和特点。但就总体而言，现如今无线传感器网络技术主要使用ZigBee协议。ZigBeeUWBWiFiBluetooch标准IEEE8

4、02.15.4IEEE802.15.3aIEEE802.11a.bSIG功耗很低特别低较高较低速率/（b/s）250K100M-1G11M500K-1M传输距离/m20010m左右室内5010频段/Hz2.4G3.1-10.6G2.4G2.4G组网特点结点多，功耗低，支持树状meshAd-hoc或mesh组网Ad-hoc网络Ad-hoc网络，节点少（<7）成本/$<320153.8表1ZigBee是近年来兴起的无线网络技术，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等，主要用于近距离无

5、线连接。它依据IEEE802.15.4的标准5，在多个传感器节点之间相互协调实现通信，每个传感器只需要很少的能量，以接力的形式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，通信效率较高。相对于其他无线通信技术来说，ZigBee将是最低成本和功耗的技术，其低数据速率和通信范围较小的特点，决定了ZigBee技术适合用于数据流量较小的业务。三、无线传感器网络的体系结构无线传感器网络与传统的无线网络（如WLAN）有着不同的设计理念，传统的无线网络是在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率

6、，而无线传感器网络的大部分节点都是静止的。（一）、传统的无线传感器网络整体结构如图1所示，一个典型的无线传感器网络主要由传感器节点、无线传输信道、汇聚节点、因特网或无线通信网络和信息处理中心（用户）等部件组成。在监控区域内分布大量节点，节点收集到的数据沿相邻节点逐跳传输，通过自组织方式形成网络，经多跳路由后到汇聚节点，最后经Internet网络到达管理节点，用户通过管理节点对无线传感器网络进行管理和收集数据。传感器节点监控区域汇聚节点无线传输信道Interent用户图1（二）、节点的组成无线传感器节点是

7、传感网的基本组成单元，一般来说由传感器部分、处理器部分，无线通信部分组成。此外还可根据功能需要在其中加入其他功能部分，例如定位系统、移动系统等等，如图2所示。传感器部分处理器部分无线通信部分传感器AC/DCC处理器存储器网络MAC收发器能量供应部分5图2（三）、协议栈模型无线传感器网络的通信协议包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，如图3所示，与因特网协议栈的五项协议相对应。此外，协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在

8、节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务执行和资源共享。应用层传输层网络层数据链路层物理层能量管理平台移动管理平台任务管理平台图3注：物理层：物理层负责信号的调制、发送与接收、频段的选择以及数据的加密等。数据链路层：数据链路层用于解决信道的多路传输问题。网络层：网络层负责对传输层提供的数据进行路由。传输层：传输层是用于维护无线传感器网络中的数据流，保证通信服务质量的重要部分。应用层：应用层根据应用的具体要求不同，可以添加不同的应用程序，