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。

　　

　　

典型的無線傳感器網絡結構如圖1。zaijiancequyuneibuzhidaliangchuanganqijiedian，jiedianjiancaiyongzizuzhifangshijinxingzuwangyijiliyongwuxiantongxinjishujinxingshujuzhuanfa

，meigejiediandoujuyoushujucaijiyushujuronghezhuanfashuangzhonggongneng。jiedianduibenshencaijidaodexinxiheqitajiedianzhuanfageitadexinxijinxingchubudeshujuchulihexinxironghezhihouyixianglinjiedianjielichuansongdefangshichuansongdaojizhan，ranhoutongguojizhanyihulianwang、衛星等方式傳送給最終用戶。

 

圖1：無線傳感器網絡結構

 

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，節點的結構見圖2。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。

 

圖2：傳感器節點結構

 

　　

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。其監護體係如圖3所示。

 

　　

圖3：一種基於無線傳感器網絡的遠程醫療監護係統結構

　　

醫療傳感器節點與監護基站組成個人/家(jia)庭(ting)或(huo)者(zhe)病(bing)房(fang)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)，多(duo)個(ge)這(zhe)樣(yang)的(de)網(wang)絡(luo)可(ke)以(yi)組(zu)成(cheng)社(she)區(qu)或(huo)整(zheng)個(ge)醫(yi)院(yuan)監(jian)護(hu)網(wang)絡(luo)
，甚(shen)至(zhi)更(geng)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)遠(yuan)程(cheng)醫(yi)療(liao)監(jian)護(hu)係(xi)統(tong)。首(shou)先(xian)，醫(yi)療(liao)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)采(cai)集(ji)人(ren)體(ti)生(sheng)理(li)參(can)數(shu)，並(bing)對(dui)采(cai)集(ji)到(dao)參(can)數(shu)簡(jian)單(dan)處(chu)理(li)後(hou)，通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)的(de)方(fang)式(shi)直(zhi)接(jie)或(huo)者(zhe)間(jian)接(jie)逐(zhu)跳(tiao)方(fang)式(shi)把(ba)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)到(dao)基(ji)站(zhan)上(shang)。監(jian)護(hu)基(ji)站(zhan)對(dui)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)進(jin)一(yi)步(bu)處(chu)理(li)後(hou)轉(zhuan)發(fa)給(gei)監(jian)護(hu)中(zhong)心(xin)，監(jian)護(hu)中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)處(chu)理(li)，並(bing)及(ji)時(shi)對(dui)病(bing)人(ren)進(jin)行(xing)信(xin)息(xi)反(fan)饋(kui)。監(jian)護(hu)中(zhong)心(xin)還(hai)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi)(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。

　　

　　

醫療傳感器節點的基本結構如圖2所示，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、轉換。是整個節點真正與外部信號量接觸的模塊。

　　

然ran而er
，醫yi用yong傳chuan感gan器qi是shi以yi生sheng命ming體ti為wei測ce量liang對dui象xiang。尤you其qi是shi人ren體ti
，可ke以yi說shuo是shi世shi界jie上shang最zui複fu雜za的de係xi統tong，各ge生sheng理li變bian量liang間jian存cun在zai著zhe高gao度du的de相xiang關guan性xing而er且qie不bu易yi接jie近jin。所suo以yi醫yi用yong傳chuan感gan器qi要yao從cong眾zhong多duo的de現xian象xiang中zhong取qu出chu預yu測ce生sheng理li量liang，得de出chu可ke靠kao而er有you意yi義yi的de測ce量liang數shu據ju
，同tong時shi又you要yao確que保bao被bei測ce對dui象xiang的de安an全quan。

　　

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CC1000、CC2420
、CC2430。常用的無線通信技術有：IEEE 802.11b
、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)。

 

　　

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：

　　

(1)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。

　　

(2)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。

　　

(3)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。

　　

　　

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)。