1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成員：王培成 1202304020 劉宇晨 1202304013智能醫(yī)療系統(tǒng)前言系統(tǒng)簡介系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計智能醫(yī)療系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)智能醫(yī)療系統(tǒng)展望智能醫(yī)療系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN) 是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是一項綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)的新興技術(shù)，該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用場景。 返回?zé)o線傳感網(wǎng)與醫(yī)療 隨著科學(xué)技術(shù)

2、的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)逐漸進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域，它作為傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無線通信技術(shù)相結(jié)合的新興產(chǎn)物，能夠?qū)崿F(xiàn)對病人多種生理參數(shù)的遠(yuǎn)程、實(shí)時檢測，幫助醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員及時高效地對病人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)與診斷。 我們主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及監(jiān)護(hù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計方面。返回智能醫(yī)療的概念智能醫(yī)療結(jié)合無線網(wǎng)技術(shù)、射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification）即RFID技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動計算技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)等許多方面工作的無線化、智能化，全面改變和解決現(xiàn)代化數(shù)字醫(yī)療模式、智能醫(yī)療及健康管理、醫(yī)院信息系統(tǒng)等的問題和困難.智能醫(yī)療通過打造

3、健康檔案區(qū)域醫(yī)療信息平臺，利用最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備之間的互動，逐步達(dá)到信息化。返回智能醫(yī)療的發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前無線醫(yī)療主要采用的是無線局域網(wǎng)的技術(shù)，即通過無線局域網(wǎng)+RFID的模式實(shí)現(xiàn)各種醫(yī)療應(yīng)用，終端方面則是采用了具備醫(yī)療定制服務(wù)功能的PDA等。同時當(dāng)前智能醫(yī)療并沒有實(shí)現(xiàn)真正的智能化，只是通過設(shè)備提高了就診的便利性，智能醫(yī)療還待進(jìn)一步的研究和提高。返回智能醫(yī)院系統(tǒng) 智能醫(yī)院系統(tǒng)是一個基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)、通過各樣的傳感器和路由器實(shí)現(xiàn)的智能化管理系統(tǒng)。包括以下部分：智能病房智能手術(shù)室智能導(dǎo)航對有特殊需要的患者建立遠(yuǎn)程監(jiān)測關(guān)系，及時了解患者病情，并隨時提供醫(yī)療幫助指

4、示返回智能醫(yī)院系統(tǒng)返回 在病房部署完全覆蓋的傳感器網(wǎng)絡(luò)，用來監(jiān)測呼吸、血壓、心率等重要生理指標(biāo)，在實(shí)時監(jiān)測的同時還保證了患者適當(dāng)?shù)幕顒涌臻g，了醫(yī)院的人力資源成本；醫(yī)院根據(jù)患者病情需要配置相應(yīng)的智能診療設(shè)備，實(shí)時監(jiān)測重癥患者心率、血壓、脈搏等情況；病房內(nèi)使用智能藥瓶，智能提醒輸液患者輸液進(jìn)程和提醒患者用藥同時提供用藥常識。智能病房返回智能病房返回智能病房返回智能診療設(shè)備 智能診療設(shè)備其實(shí)還在為了實(shí)時監(jiān)測患者健康狀況，只是可穿戴設(shè)備更方便、更有效地實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測的實(shí)時性。 在智能診療設(shè)備的設(shè)計上，是將傳感器設(shè)計在可穿戴設(shè)備中，通過傳感器發(fā)送患者的體征至醫(yī)院。具體信息傳遞見智能導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)部分。返回智能診療

5、設(shè)備返回智能手術(shù)室 智能手術(shù)室結(jié)合了機(jī)器人系統(tǒng)、人類工程學(xué)設(shè)計以及先進(jìn)的通訊技術(shù)。 機(jī)器人系統(tǒng)可根據(jù)醫(yī)生的聲音進(jìn)行相應(yīng)的操作并只執(zhí)行其指令，機(jī)器人內(nèi)窺定位系統(tǒng)可以提供非常清晰和全面的手術(shù)視野,使醫(yī)生可以精確進(jìn)行手術(shù)。手術(shù)室還配備有4臺電視監(jiān)控器,可以隨時與外界保持直接的交流。外科醫(yī)生可以在熒光屏上看到病理切片的結(jié)果,病理學(xué)家也可以在手術(shù)室外逼真的觀察到病人的器官組織情況。這種手術(shù)室系統(tǒng)最終將可使遠(yuǎn)距離或超國界操作手術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。 返回智能手術(shù)室返回智能導(dǎo)航 智能導(dǎo)航建立在動態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，包括終端、基站、觸發(fā)器、服務(wù)器和多媒體設(shè)備。 終端實(shí)時上傳并接收定位對象數(shù)據(jù)，基站接收終端上傳的定位對象數(shù)據(jù)

6、并傳送，觸發(fā)器將采集到的對象數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，服務(wù)器接收、存儲和處理定位對象數(shù)據(jù)及觸發(fā)器采集的對象數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)定位，多媒體設(shè)備則用來將導(dǎo)航信息反饋到定位對象。返回智能導(dǎo)航返回區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)是一個收集、處理、傳輸人員活動密集的區(qū)域的重要信息的衛(wèi)生平臺，主要由布置在公共區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)和每個區(qū)域的分站點(diǎn)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)信息的采集，分站點(diǎn)負(fù)責(zé)信息的初步處理、發(fā)送、預(yù)警等功能。主要應(yīng)對一些人員密集的公共場所的突發(fā)狀況的發(fā)生。返回區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)返回家庭健康系統(tǒng)智能遠(yuǎn)程健康監(jiān)測系統(tǒng)；智能提示指導(dǎo)系統(tǒng)；智能呼救定位系統(tǒng)。返回智能遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng) 主要是通過在患者家中部署傳感器網(wǎng)絡(luò)來覆蓋患者的活動區(qū)域。患者

7、根據(jù)病情狀況和身體健康狀況等佩戴可以提供必要生理指標(biāo)（如心率、呼吸、血壓等）監(jiān)測的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，通過這些節(jié)點(diǎn)可以對患者的重要生理指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。隨后在本地簡單地處理傳感器節(jié)點(diǎn)所獲取的數(shù)據(jù)，其后把整理出的數(shù)據(jù)通過移動通信網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)傳送到為患者提供遠(yuǎn)程健康監(jiān)測服務(wù)的醫(yī)院。返回智能遠(yuǎn)程健康監(jiān)測系統(tǒng)返回智能提示指導(dǎo)系統(tǒng) 與醫(yī)院方面建立了智能遠(yuǎn)程監(jiān)測關(guān)系的患者，醫(yī)院方面將根據(jù)收到的被監(jiān)測患者的生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，來診斷患者的健康狀況，并根據(jù)診斷結(jié)果指導(dǎo)是否需要送至醫(yī)院救治，如果只是常見疾病，就提供用藥常識和用藥建議。返回智能提示指導(dǎo)系統(tǒng)返回智能呼救定位系統(tǒng) 智能呼救定位系統(tǒng)是建立在遠(yuǎn)程監(jiān)測的基礎(chǔ)

8、上的，通過患者隨身攜帶的無線傳感設(shè)備，使用GPS定位技術(shù)。醫(yī)院方面使用GPS信號機(jī)接受監(jiān)測目標(biāo)的衛(wèi)星信號，經(jīng)信號處理而獲得用戶位置，最終實(shí)現(xiàn)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。返回GPS定位實(shí)例返回拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計中最重要的一部分，沒有系統(tǒng)的拓?fù)湓O(shè)計，更談不上別的了。對于我們的智能醫(yī)療系統(tǒng)來講，由于是由三個子系統(tǒng)構(gòu)成，所以也由三部分的拓?fù)湓O(shè)計構(gòu)成：區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)的拓?fù)湓O(shè)計；家庭健康系統(tǒng)的拓?fù)湓O(shè)計。返回區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng) 對于區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)來說，由于管理的距離相對較遠(yuǎn)，并且考慮到可拓展方面，我們選定用樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)具有成本低、擴(kuò)充方便靈活、尋找鏈路路徑方便

9、、易于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合大型區(qū)域傳感網(wǎng)絡(luò)的布置。如下圖：返回區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)返回家庭健康系統(tǒng) 對于家庭健康系統(tǒng)來說，根據(jù)范圍的不同分為內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和外部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩個方面進(jìn)行設(shè)計。對于外部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來講，由于家庭數(shù)量比較多，并考慮到基本上每家每戶都有路由器，所以決定采用蜂窩型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對于內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來講，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如下圖：返回家庭健康系統(tǒng)返回外部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)家庭健康系統(tǒng)返回內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)物理層物理層是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。物理層采用DSSS(直接序列擴(kuò)頻)技術(shù),可提供27個信道用于數(shù)據(jù)收發(fā)。使用ZigBee通信協(xié)議，ZigBee具有低功耗、低成本、短時延、高容量、高安全等特點(diǎn)，并且有

10、基于2.4 GHz頻段的“短距離”和868/915 MHz頻段的“長距離”兩個頻段，適合整個系統(tǒng)的使用。數(shù)據(jù)鏈路層由于數(shù)據(jù)的傳輸是在廣播無線信道上，所以WSN的介質(zhì)訪問（MAC）協(xié)議設(shè)計至關(guān)重要。本系統(tǒng)選用的是基于競爭的MAC協(xié)議中的CC-MAC協(xié)議。該協(xié)議適用于高密度網(wǎng)絡(luò)，這也是本系統(tǒng)所需要的。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是WSN協(xié)議棧中研究最多的部分。在這部分，主要是解決路由選擇問題。使用鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中的最短路徑優(yōu)先（OSPF） 協(xié)議作為路由協(xié)議。傳輸層由于不能使用TCP和UDP協(xié)議，所以本系統(tǒng)采用了IFRC 協(xié)議和BCR協(xié)議。IFRC 能著重保證信道帶寬能更公平地被相鄰多個節(jié)點(diǎn)所分享，用在傳感器的通

11、信上；BGR 能在地理路由中增加方向偏離范圍，以此來擴(kuò)大轉(zhuǎn)發(fā)路徑的可選范圍，用在路由器之間的通信上。應(yīng)用層在應(yīng)用層，主要是數(shù)據(jù)的壓縮和傳輸?shù)募夹g(shù)。本系統(tǒng)運(yùn)用了S-LZW（以節(jié)點(diǎn)為中心的壓縮機(jī)制）協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，包括了S-LZW-MC-BWT（用于圖像、聲音、文本的預(yù)處理壓縮）協(xié)議和S-LZW-MC-ST（基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）協(xié)議。使用COUGAR協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。通過MANNA方案進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)管理?？鐚咏鉀Q方案由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源十分有限，而且采用分層的體系結(jié)構(gòu)，各層的設(shè)計相互獨(dú)立且具有一定局限性，因而各層的優(yōu)化設(shè)計并不能保證整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計最優(yōu)?？鐚釉O(shè)計的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)邏輯上并不

12、相鄰的協(xié)議層次間的設(shè)計互動與性能平衡，支持網(wǎng)絡(luò)能量管理的優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性和可行性。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用自適應(yīng)的跨層優(yōu)化協(xié)議，可以在能量受限的情況下，有效節(jié)省能量， 延長網(wǎng)絡(luò)的生存期，滿足應(yīng)用的高吞吐量、低延遲等要求。定位相比較很多的系統(tǒng)而言，定位技術(shù)是不可避免的一項。由于不可能給每個傳感器節(jié)點(diǎn)都安裝一個GPS，所以無法使用GPS定位系統(tǒng)，所以定位技術(shù)的重要性可想而知。本系統(tǒng)使用的是APIT（近似三角形內(nèi)點(diǎn)）協(xié)議進(jìn)行定位的。該方法復(fù)雜度較低，與其他的定位方法相比，系統(tǒng)開銷小，很適合大規(guī)模的無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)使用。智能醫(yī)療系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)優(yōu)先的通信服務(wù)的挑戰(zhàn)：傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于自組織形式，且節(jié)點(diǎn)的能源和計算能力是有限的。在實(shí)際運(yùn)用中，為了為有效地降低耗能，節(jié)點(diǎn)必須要保障連接的健壯性且盡量減少傳輸耗能，并最大限度地避免網(wǎng)絡(luò)干擾。此外，網(wǎng)絡(luò)必須能夠優(yōu)先關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸。但是目前的無線網(wǎng)絡(luò)在提供了良好的服務(wù)質(zhì)量的同時卻并沒有明確提供優(yōu)先的通信服務(wù)，而優(yōu)先的通信這一點(diǎn)卻恰恰是此技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域中的關(guān)鍵。動態(tài)組網(wǎng)與大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)移動性管理：當(dāng)監(jiān)返回智能醫(yī)療系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)隨著系統(tǒng)擴(kuò)展范圍越來越大，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變得非常巨大，并且許多的監(jiān)護(hù)節(jié)點(diǎn)與基站都具有的運(yùn)動性。拓?fù)涔芾矸矫婷媾R著很大的挑戰(zhàn)性。數(shù)據(jù)安全性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用自組織方式