شبكات الاستشعار اللاسلكية ( WSN ) هو نوع من التكنولوجيا الجديدة التي تدمج تكنولوجيا الاستشعار ، جزءا لا يتجزأ من تكنولوجيا الحوسبة ، وشبكة الاتصالات اللاسلكية الحديثة والتكنولوجيا ، وزعت تكنولوجيا معالجة المعلومات ، وهلم جرا .

مع تطور التكنولوجيا ، وسن ( شبكة الاستشعار اللاسلكية ) سوف يكون لها تأثير بعيد المدى على العديد من جوانب الممارسة الطبية . هذه الورقة أساسا على مناقشة الهندسة المعمارية من شبكات الاستشعار اللاسلكية نظام الرصد الطبي و المبادئ العامة في تصميم رصد العقد .

الهندسة المعمارية من شبكات الاستشعار اللاسلكية

عدد كبير من أجهزة الاستشعار العقد مرتبة في رصد المنطقة ، التنظيم الذاتي هو المعتمد بين العقد على التواصل و نقل البيانات باستخدام تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية . العقدة ينفذ معالجة البيانات الأولية والمعلومات الانصهار على المعلومات التي تم جمعها من قبل نفسه و المعلومات المرسلة من قبل العقد الأخرى ، ثم ينقل المعلومات إلى محطة قاعدة في تتابع طريقة نقل العقد المجاورة ، ثم ينقل المعلومات إلى المستخدمين النهائيين من خلال الإنترنت والأقمار الصناعية وغيرها من الوسائل من خلال محطة قاعدة .

العقد هي الوحدات الوظيفية الأساسية لشبكات الاستشعار اللاسلكية ، مع تطبيقات مختلفة ، وتصميم مختلف العقد . المكونات الأساسية من أجهزة الاستشعار العقد تشمل وحدة الاستشعار ، وحدة المعالجة ، وحدة الاتصالات ، وإمدادات الطاقة . وبالإضافة إلى ذلك ، يمكن إضافة وحدات وظيفية ، مثل نظام تحديد المواقع ، نظام الهاتف النقال ، وإمدادات الطاقة نظام العرض الذاتي ، الخ .

تطبيق شبكات الاستشعار اللاسلكية في الطب

شبكات الاستشعار اللاسلكية ( WSN ) لديها امكانات كبيرة في مجال البحوث الطبية ، العام / وحدة العناية المركزة في المستشفى أو الرعاية المنزلية اليومية بسبب مزاياها مثل منخفضة التكلفة ، بسيطة ، سريعة ، في الوقت الحقيقي غير الغازية جمع المعلمات الفسيولوجية للمرضى .

في الوقت الحقيقي رصد معدل ضربات القلب ، ضغط الدم ، القلب ، القلب ، الصوت وغيرها من المعالم الفسيولوجية للمريض ، وجمع المعلومات وإرسالها إلى مركز الرصد في الوقت المناسب . باستخدام وسن لجمع البيانات الفيزيولوجية البشرية على المدى الطويل ، فإنه من المفيد أن نفهم حالة صحة الإنسان و دراسة الأمراض البشرية . وبالإضافة إلى ذلك ، كما أنها تستخدم في إدارة المخدرات ، وتطوير أدوية جديدة ، وإدارة الدم ، وهلم جرا . في كلمة واحدة ، شبكات الاستشعار اللاسلكية ( WSN ) يوفر وسيلة سهلة ومنخفضة التكلفة لتحقيق التطبيب عن بعد نظام الرصد في المستقبل .

الهندسة المعمارية الطبية القائمة على شبكات الاستشعار اللاسلكية

نظام الرصد الطبي على أساس شبكات الاستشعار اللاسلكية يتكون أساسا من أجهزة الاستشعار الطبية العقدة ، محطة قاعدة الرصد الطبي ( العقدة الطبية SINK ) والمجتمع / مستشفى مركز الرصد .

أجهزة الاستشعار الطبية العقد تشكل الشخصية / المنزل أو جناح شبكات الاستشعار اللاسلكية مع رصد محطة قاعدة ، وتعدد هذه الشبكات يمكن أن تشكل المجتمع أو المستشفى كله شبكة الرصد ، أو حتى مجموعة واسعة من نظام المراقبة عن بعد . أولا ، أجهزة الاستشعار الطبية العقد الحصول على المعلمات الفسيولوجية من جسم الإنسان ، ثم نقل البيانات إلى محطة قاعدة مباشرة أو غير مباشرة من خلال هوب هوب واسطة . رصد محطة قاعدة ينقل البيانات إلى مركز الرصد بعد مزيد من المعالجة ، مركز الرصد ينفذ تحليل وتجهيز المعلومات المرتدة إلى المريض في الوقت المناسب . مركز الرصد يمكن أيضا استخدام مجموعة متنوعة من الطرق ( الإنترنت ، شبكة الاتصالات المتنقلة ، وما إلى ذلك ) لنقل البيانات عن بعد ، مع غيرها من مراكز الرصد لتبادل المعلومات .

تصميم أجهزة الاستشعار الطبية عقدة

الهيكل الأساسي العقدة الاستشعار الطبية تشمل تجهيز وحدة ، وحدة الاستشعار ، وحدة الإرسال والاستقبال اللاسلكية ، وإمدادات الطاقة وحدة .

وحدة الاستشعار المستخدمة في الاستشعار عن بعد ، وجمع وتحويل الإشارات من أجهزة الاستشعار الخارجية . . . . . . . هو الوحدة التي كل عقدة حقا في اتصال مع إشارة خارجية . ومع ذلك ، فإن أجهزة الاستشعار الطبية هي قياس الكائنات الحية . جسم الإنسان ، على وجه الخصوص ، هو نظام معقد في العالم ، وهناك درجة عالية من الارتباط بين المتغيرات الفسيولوجية و ليس من السهل الوصول إليها . ولذلك ، أجهزة الاستشعار الطبية يجب أن تأخذ كمية الفسيولوجية المتوقعة من العديد من الظواهر ، والحصول على بيانات موثوق بها وذات مغزى ، وفي الوقت نفسه ضمان سلامة الكائن .

لأن معظم المعلمات من جسم الإنسان هي إشارات ضعيفة ، وعادة ما يكون هناك سوى عدد قليل من ام مستوى ، أو حتى أقل ، وهناك العديد من أنواع الضوضاء ( قياس الضوضاء البيئية ، أداة الاحتكاك مع جسم الإنسان ، فضلا عن الضوضاء من الصك نفسه ، وما إلى ذلك ) ، تردد السلطة التدخل ( بسبب وجود 50 هرتز المجال الكهرومغناطيسي حول قياس البيئة ) ، ومختلف الضوضاء وغيرها من العوامل غير المواتية . ولذلك ، في تصميم أجهزة الاستشعار الطبية العقدة ، إضافة إلى تجهيز الدوائر التناظرية وحدة نمطية ، والتي عادة ما تشمل الأجزاء التالية : تضخيم دارة ، مرشح الدائرة ، دائرة الشق ، التناظرية إلى الرقمية ( د ) تحويل الدائرة . في عقدة تصميم مكبر للصوت مكبر للصوت متعدد المراحل عادة ما تستخدم ( ثلاثة أو أربعة ) ، بالإضافة إلى وظيفة مكبر للصوت مكبر للصوت الدائرة النهائية عموما أيضا مستوى رفع وظيفة . مرشح الدائرة : يجب أن تلبي متطلبات دارة بسيطة ومعقولة قطع التردد ، والمرونة والراحة لضبط ارتفاع وانخفاض تمرير قطع التردد . الشق الدائرة : في الوقت الحاضر ، متناظرة المزدوج تي المقاوم مكثف نشط الشق فلتر يستخدم على نطاق واسع ، أو متكاملة مع جهاز التبديل مكثف وغير المتماثلة المقاوم مكثف شبكة الشق فلتر يستخدم على نطاق واسع . في كلمة واحدة ، وحدة معالجة الإشارات التناظرية أساسا يضخّم , يصفى , الشق وغيرها من العمليات ، وإزالة الضوضاء ، تدخل في إشارة ، واستخراج إشارة مفيدة .

وحدة المعالج هو جوهر العقدة الاستشعار ، والتي هي المسؤولة عن مراقبة المعدات ، وتوزيع المهام ، وجدولة ، وتكامل البيانات ، ونقل كل عقدة . في الوقت الحاضر ، وحدة المعالجة المركزية المستخدمة على نطاق واسع في مساعدة العودة الطوعية متحكم اتميل ، تي msp430 معالجات الطاقة المنخفضة جدا ، موتورولا رنيساس المعالجات ، 32 بت جزءا لا يتجزأ من المعالج الذراع متحكم . في تصميم العقدة ، وحدة المعالجة المركزية يجب أن تكون مبرمجة لتحقيق السيطرة على اقتناء وحدة الاستشعار ، أ / د التحويل والتحكم في الإرسال والاستقبال اللاسلكية وحدة .

جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكية وحدة تستخدم لنقل البيانات بين العقد . ccl000 cc2420 , و cc2430 chipcon تستخدم على نطاق واسع في مجال الاتصالات اللاسلكية . تقنيات الاتصالات اللاسلكية المشتركة هي : IEEE 802.1lb IEEE 802.15.4 ( زيجبي ) ، بلوتوث ، بنطاق عريض فائق السرعة ، وتتفاعل ، الأشعة تحت الحمراء ( الأشعة تحت الحمراء ) . نظام الرصد في الغالب يستخدم IEEE 802.15.4 ( زيجبي ) وتقنية بلوتوث لتحقيق نقل البيانات بين العقد و المحطات .

وحدة الطاقة يوفر الطاقة إلى العقدة ، التي هي الوحدة الأساسية من كل عقدة الاستشعار اللاسلكية . ومع ذلك ، بسبب الحد من حجم العقدة ، عقدة الاستشعار الطاقة محدودة جدا . ولذلك ، في كل عقدة التصميم ، مع انخفاض استهلاك الطاقة ، عالية الدقة ، المتطلبات الرئيسية ، واتخاذ سلسلة من التدابير الفعالة لتوفير الطاقة . وبالإضافة إلى ذلك ، أجهزة الاستشعار الطبية العقد لا يمكن استبدال البطاريات في كثير من الأحيان ، مما يؤثر على حياة الناس العادية . ولذلك ، تصميم العقد الطبية ينبغي أن يكون أطول دورة الحياة .

التحديات القائمة في شبكات الاستشعار اللاسلكية نظام الرصد الطبي

على الرغم من أن شبكات الاستشعار اللاسلكية ( WSN ) لديها ميزة في بناء نظام الرعاية الصحية ، لا تزال هناك تحديات في التطبيق العملي :

دينامية شبكة العقدة التنقل في إدارة شبكة واسعة النطاق : عندما يتم توسيع نظام الرصد في المجتمع ، المدينة أو البلد كله ، وشبكة واسعة النطاق ، ورصد العقد ومحطات قاعدة لها بعض التنقل . ولذلك ، من الضروري تصميم طوبولوجيا شبكة مناسبة هيكل الإدارة و عقدة التنقل أسلوب الإدارة .

سلامة البيانات وضغط البيانات : العقد في بعض الأحيان تحتاج إلى ما يصل إلى 24 ساعة رصد جسم الإنسان المعلمات ، والعقد التي تم جمعها من كمية كبيرة من البيانات ، ولكن قدرة تخزين العقدة الصغيرة ، وغالبا ما تستخدم خوارزمية ضغط للحد من تخزين البيانات ونقلها . ومع ذلك ، فإن تكلفة البيانات التقليدية خوارزمية ضغط كبير جدا لتناسب أجهزة الاستشعار العقد . وبالإضافة إلى ذلك ، خوارزمية ضغط لا يمكن أن تلف البيانات الأصلية ، وإلا فإنه يمكن أن يسبب خطأ في تشخيص المريض .

أمن البيانات : العقد في شبكات الاستشعار اللاسلكية ( WSN ) هي التي شيدت من قبل التنظيم الذاتي ، والتي هي عرضة للهجوم . ومع ذلك ، فإن القدرة الحاسوبية من أجهزة الاستشعار العقد محدودة جدا ، و الأمن التقليدي و تقنيات التشفير لا تنطبق . ولذلك ، من الضروري تصميم خوارزمية التشفير وفك التشفير على أجهزة الاستشعار العقد .