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1、毕 业 论 文 学生姓名 学 号 院 (系)电子与电气工程系专 业电子信息科学与技术题 目基于无线传感网络的远程医疗监护系统的研究指导教师 2008年5月 / 摘要：本文介绍了一种基于无线传感网络技术的嵌入式远程医疗监护系统。首先，以各种无线通信生理指标传感器为核心，设计了一种可扩展的基于无线传感器网络的监护系统体系结构模型。介绍了在该系统结构中采用的无线生理指标传感器节点以及监护基站设备的设计要点。对无线传感网络的常用组网技术进行了探讨，并以802.15.4/Zigbee协议作为节点和基站设备所使用的近距离通信标准，建立了系统网络拓扑结构模型。进一步讨论了联入Internet网络或者通过mo
2、dem接入Internet网络的可行性。该系统可以应用于家庭以及医院病房，构成远程的家庭、社区以及医院的医疗监护系统。关键词：无线传感网络 ； 远程医疗监护； 802.15.4/ZigbeeAbstract: An embedded remote health care system based on wireless sensor network technology is established. Firstly, a new system architecture is proposed which introduces a scalable wireless sensor networ
3、k with a variety of wireless physiological sensor nodes. Then the designs of several wireless physiological sensor nodes and the care base2station are p resented. Wireless communication between the sensor nodes and the care base2station is realized with IEEE 802. 15. 4 / Zigbee standard, and the car
4、e base2station and the remote central server are connected in one of the following ways, including computing network, and telephone modem. The system can be used at home or in hospitals to form a remote health care system among home, community and hospital.Key words: wireless sensor network ; remote
5、 health care ; IEEE 802. 15. 4 / Zigbee 目 录1 前言41.1 分布式医疗监护系统简介41.2 无线传感网络技术介绍51.2.1 无线传感网络概述51.2.2 无线传感器网络在医疗监护方面的应用51.2.3 无线传感器网络的体系结构61.3 研究背景和意义71.3.1 研究背景71.3.2 研究意义82 基于无线传感网络的家庭监护系统结构模型设计82.1 远程医疗监护系统构成82.1.1远程医疗监护系统总体功能框图82.1.2 信息中心模块图92.2 远程家庭监护系统对网络的要求102.3 家庭监护网络体系结构设计103 监护系统硬件设计113.1 传感
6、器节点设计关键技术113.2 无线网关133.3监护基站设备设计144 监护系统软件设计154.1 Zigbee技术的主要特点154.2 网络拓扑结构模型174.3 无线网络监护系统软件结构17结论20参考文献21致谢221 前言无线传感器网络是由大量的传感器节点采用无线自组织方式构成的网络，其应用前景广阔。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术如蓝牙技术、射频技术等，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。医疗监护仪器目前可以分为两类，一类
7、是指在医院内由职业医生或专业技术人员使用的专门仪器，对病人进行生理指标的监护;另一类是在普通人员的家庭内或者户外，在医生的指导下，由病人本人或者家属使用远程医疗监护系统对病人进行监护，所得到的生理指标将及时传送给相关医生。目前，医院所使用的监护方法，大多使用固定的医疗监护仪，连接设备将传感器探头连接在病人与监护设备之间进行信号的传递。复杂的设备，众多的连线，会造成病人心理上的压力和紧张情绪，可能会影响病人身体状况，使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距，给病人和医护人员都带来不便，可能会影响对病情的正确诊断。随着社会老龄化的加剧，解决长期慢性病的监护成为重要的社会问题。一些突发性疾病和家庭保
8、健，如心血管疾病、老人的日常护理、孕妇、胎儿、婴儿、幼儿的保健也需要长期的家庭监护。由于我国医疗资源紧缺，研究基于公用网络的家庭医疗监护，建立小区医疗网络，利用远程医疗监护系统可以提高医疗服务水平，减轻病人负担。以往的解决方案是采用有线方式或简单的无线数据发射接收方式。被监护者身上安装的传感设备难以自由灵活地移动和接入，系统没有扩展性，成本高。Zigbee 技术的出现为传感器信号的无线传输提供了新的解决方案。Zigbee节点有几十米的覆盖范围，且可以增加路由节点，扩展覆盖范围，因此适用于家庭住宅。同时由于生理监护信号的数据传输流量不大，传输速率为250kbps的Zigbee能够满足生理数据传输
9、要求。Zigbee传感节点可自由灵活地加入和离开网络，相对具有低功耗和低成本的特点。Zigbee无线传感器网络的上述特点使其在个人生理信号监测和远程家庭监护方面将有很好的应用前景。本文在分析Zigbee无线传感器网络技术的基础上，对其在移动监护的应用进行了研究。 1.1 分布式远程医疗监护系统简介 远程医疗监护技术是近年来远程医疗中的一个研究热点，也是一个相对薄弱的环节，欧美各国一直致力于对远程监护的研究，我国近年来也开始推动其发展。远程监护可以定义为通过通信网络将远端的生理信息和医学信号传送到监护中心进行分析并给出诊断意见的一种技术手段，因此远程医疗监护系统一般包括三个部分:监护中心、远端监
10、护设备和联系两者的通信网络。远程医疗监护系统具体实现方式多样，监护对象可以在家中、户外进行监测;测量可以由患者或家庭医生完成;测量结果既可以本地分析存储也可以传输到监护中心后分析处理存储，并可通过网络实现远程专家会诊。1.2 无线传感器网络技术介绍1.2.1 无线传感网络概述 无线传感器网络是一种无基础设施的网络，其综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以使人们在任何环境条件下获取大量详实可靠的信息。因此，这种网络体统可以被广泛的应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、工农业、反恐抗灾等领域。如果说Internet构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人
11、之间的沟通方式，那么无线传感器网络就是将逻辑上的信息上的逻辑世界和客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，从而极大地扩展了现有网络的功能和人类认识世界的能力。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。1.2.2 无线传感器网络在医疗监护方面的应用 医学临床监护技术就是把患者的各种重要生命体征及时、准确的提取出来进行处理、分析，帮助医护人员对患者病情进行监测和防护的技术。在现有医疗监护系统中，患者身上佩戴的传感器采集的数据多通过串口电缆（RS232
12、/485）传送到PC上或者通过串口联网服务器传到局域网上。由于所检测的信号大多是人体信号，而人体处于自然状态时的信号才能真实的反应去生理状况。因此将检测设备通过有线方式连到人体上进行监测的传统方法会使患者感到拘束，从而导致所检测到的数据不准确。特别在病房里，各种连线不仅时病人感到不舒服，而且会时病房看起来杂乱无章，影响医护人员的工作效率。应此医疗单位希望以一种低成本、高可靠性的无线传输方案来代替传统的有线方式。无线局域网具有微功率、抗干扰强、组网灵活等特点，时实现无线医疗监护系统的理想选择。目前无线技术在医疗领域中的应用比较广泛，但大都是具有基站星型拓扑结构的应用，并不是真正意义上的无线传感器
13、网络。传感器网络在医疗领域的成功实例有:SSIM (Smart Sensors and Integrated Microsystems)项目中，100个微型传感器被植入病人眼中，从而帮助盲人获得了一定程度的视觉。借助于各种医疗传感器网络，人们可以享受到更方便更舒适的医疗服务，比如:传统的有线监护设备体积比较大，耗电量高，成本比较高，大大限制了康复期病人和需要监护的中老年患者的活动，也无法实现对处于正常生活和工作条件下的患者进行长时间的连续监测。为了达到与病房监护一样的效果，在家中安装一个带有无线接收模块的接收器，使病人随身携带的监护医疗设备通过无线发送模块将病人的数据传送到接收器，接收器与Internet网连接，通过网络将数据传送到医院和社区医疗中心，达到远程医疗监护的目的。病变器官观察:通过在人体器官中植入一些微型传感器，随时观测器官的生理状态，可以发现器官的功能恶化，及时采取治疗措施从而挽救病人生命。但是推广这种想法前，还需要突破许多技术瓶颈，这些医疗传感器必须非常安全;工作能源要从人体自动获取;系统稳定、基本不需维修。1.2.3 无线传感器网络的体系结构(1)节点组成 无线传感器网络由大量靠近或
