醫(yī)療護(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著醫(yī)用傳感器技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)基于無線感知和監(jiān)測功能的遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理系統(tǒng)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)殺手級應(yīng)用提供了重要契機(jī)。但是現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法很好的支持醫(yī)療監(jiān)測和醫(yī)療護(hù)理的核心需求，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、組網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)提供等諸多方面都存在問題，亟需解決。
　　 本文根據(jù)醫(yī)療護(hù)理特別是醫(yī)療監(jiān)測應(yīng)用的特點(diǎn)，論述了醫(yī)療護(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了模塊化的醫(yī)療護(hù)理傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)描述；對系統(tǒng)的無線信號特征、鏈路層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議、

2、會話層支撐協(xié)議等關(guān)鍵通信技術(shù)問題進(jìn)行了深入研究，并探討了如何將其具體應(yīng)用于老年人生活與身體狀態(tài)的全天候監(jiān)測之中。
　　 具體成果包括：
　　 1.分析了醫(yī)療護(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境的特殊性?；趯?shí)驗(yàn)總結(jié)了醫(yī)療護(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線信號的室內(nèi)外傳播特征、估計(jì)了人體對信號傳輸?shù)挠绊?；通過實(shí)驗(yàn)分析了室內(nèi)條件下多種2.4GHz設(shè)備的共存問題，提出了一種多信道單射頻條件下的干擾避免機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)制可以有效克服因同頻干擾

3、造成的節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)報(bào)文的丟失的問題。
　　 2.討論了醫(yī)療護(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對MAC協(xié)議的需求。針對IEEE802.15.4用于體域傳感器網(wǎng)絡(luò)(Body Sensor Networks)存在的Beacon沖突和簇GTS串音問題，提出了一種改進(jìn)的MAC協(xié)議：BS-MAC；通過添加命令幀的方式減小了Beacon沖突，通過協(xié)商機(jī)制解決了簇GTS串音問題。仿真結(jié)果表明BS-MAC相比其它常用體域網(wǎng)MAC協(xié)議在吞吐率，時(shí)延，能耗等性能指標(biāo)方

4、面有一定程度的提升。
　　 3.分析了醫(yī)療護(hù)理場景對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的需求。在體域傳感器網(wǎng)絡(luò)與固定傳感器網(wǎng)絡(luò)混合場景下，改進(jìn)了傳統(tǒng)地MintRoute路由，利用加速度傳感器測得的人體運(yùn)動信息，設(shè)計(jì)了一種基于內(nèi)容的簡單匯聚路由，減小了通信開銷。在多數(shù)節(jié)點(diǎn)固定的場景下，利用不完全超立方體的概念實(shí)現(xiàn)了基于鏈路層的路由機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)很好地支持了本地?cái)?shù)據(jù)存儲和查詢。在被監(jiān)測對象在公共區(qū)域移動的場景下，提出了一種基于移動體域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)組的最

5、小方差均衡數(shù)據(jù)收集方法，可以有效平衡節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的能耗。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述三種機(jī)制能夠滿足各自場景下的路由需求。
　　 4.提出了一種多域傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的端到端互聯(lián)方法，嘗試將SIP消息的通信過程與拓?fù)渖蛇^程相耦合；針對C4SD分簇拓?fù)渖伤惴ú荒軇討B(tài)反映簇首能量消耗的問題改進(jìn)了該算法，提出了一種在分簇拓?fù)湎碌腟IP耦合方法：H-SIP。仿真結(jié)果表明，H-SIP可以在動態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效地實(shí)現(xiàn)SIP綁定和用戶發(fā)現(xiàn)。