Hệ th ống giám sát sức khỏe tích hợp vào một hệ thống y học từ xa là cuốn tiểu thuyết
công nghệ thông tin rằng sẽ có thể hỗ trợ phát hiện sớm các điều kiện bất thường và phòng ngừa
hậu quả nghiêm trọng của nó . Nhiều bệnh nhân có thể có lợi từ việc giám sát liên tục là một
phần của một quy trình chẩn đoán bảo trì tối ưu, của một tình trạng mãn tính hoặc trong quá trình
hồi phục giám sát từ một sự kiện cấp tính hoặc phẫu thuật.
Hạn chế quan trọng cho sự chấp nhận rộng rãi hơn của các hệ thống hiện có để theo dõi
liên tục là:
-Dây cồng kềnh giữa cảm biến và một đơn vị chế biến
-Không có tích hợp hệ thống cảm biến cá nhân
-Nhiễu trên một kênh truy ền thông không dây được chia sẻ bởi nhiều thiết bị
-Không tồn tại hỗ trợ cho bộ sưu tập dữ liệu lớn và khám phá kiến th ức.
Theo truyền thống, cá nhân hệ thống giám sát y tế, chẳng hạn như theo dõi Holter, đã
được sử dụng chỉ để thu thập dữ liệu cho off-line ch ế biến. Hệ thống với nhiều bộ cảm biến tính
năng phục hồi chức năng khó sử dụng dây giữa điện cực và hệ thống theo dõi. Các dây này có
thể hạn chế hoạt động của bệnh nhân và mức độ thoải mái và do đó tiêu cực ảnh hưởng đến kết
quả đo. Một giám sát mặc y tế-thiết bị sử dụng một cá nhân Area Network (PAN) hoặc Body
Area Network (BAN) có thể được tích hợp vào quần áo của một người sử dụng . Hệ thống tổ
chức này, tuy nhiên, là không phù hợp với, giám sát liên tục kéo dài, đặc biệt là trong hoạt động
bình thường , thâm canh, hỗ trợ đào tạo, phục hồi chức năng máy tính . Công nghệ tiến bộ gần
đây trong mạng không dây , chế tạo vi mạch, và hội nhập của các cảm biến vật lý, vi điều khiển
nhúng và các giao diện vô tuyến trên một chip duy nhất , hứa hẹn một thế hệ mới của bộ cảm
biến không dây thích hợp cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, các thiết bị hiện hoặc sử dụng các
kênh truy ền thông không dây dành riêng để truyền dữ liệu thô từ bộ cảm biến đến trạm theo dõi,
hoặc sử dụng tiêu chuẩn cao cấp giao thức không dây như Bluetooth quá phức tạp, đòi hỏi sức
mạnh, và dễ bị nhiễu bởi các thiết bị khác hoạt động trong cùng một dải tần số. Những đặc điểm
này giới hạn sử dụng của họ để theo dõi mặc kéo dài. Đơn giản, có nghĩa chính xác của việc theo
dõi các hoạt động hàng ngày bên ngoài phòng thí nghiệm không có sẵn . Hiện nay ước tính chỉ
có thể thu được từ bảng câu hỏi, các biện pháp của nhịp tim, đánh giá video, và sử dụng
pedometers hoặc gia tốc. Cuối cùng, các bản ghi từ buổi giám sát cá nhân hiếm khi được tích
hợp vào cơ sở dữ liệu nghiên cứu mà có thể cung cấp hỗ trợ cho khai thác dữ liệu và khám phá
kiến thức liên quan đến điều kiện cụ thể và các loại bệnh nhân.
Tăng sức mạnh cho phép hệ thống xử lý tinh vi dữ liệu thời gian thực chế biến trong sự hạn chế
của hệ thống mặc. Kết quả là, như mặc hệ thống có thể hỗ trợ thế hệ phản hồi sinh học và cảnh
báo. Việc sử dụng kỹ thuật phản hồi sinh học đã đạt được sự chú ý trong số các nhà nghiên cứu
tăng trong lĩnh vực y học thể chất v à phục hồi chức năng từ xa. Lịch thực hành chuyên sâu đã
được chứng minh là quan trọng cho phục hồi chức năng vận động. Thật không may, một cách
tiếp cận tích cực để phục hồi chức năng có liên quan đến đào tạo nhiều vận động trị liệu, giám
sát không phải là một kỳ vọng thực tế trong hệ thống chăm sóc sức khỏe ngày nay, nơi cá nhân
thường được xem là bệnh nhân ngoại trú khoảng hai lần một tuần không quá 30-45 phút. Mặc
công nghệ và hệ thống phản hồi sinh học xuất hiện như một thay thế hợp lệ, khi họ giảm thời
gian rộng rãi cho bệnh nhân đặt lên trước mỗi kỳ họp và đòi hỏi thời gian hạn chế sự tham gia
của các bác sĩ và trị liệu. Hơn nữa, mặc công nghệ có khả năng có thể địa chỉ một yếu tố thứ hai
gây cản trở sự nhiệt tình để phục hồi, cụ thể là một thực tế là thiết lập một bệnh nhân cho thủ tục
này khá tốn thời gian. Điều này là do bộ cảm biến buộc cần phải được định vị trên các chủ đề,
gắn liền với trang thiết bị, và một phần mềm ứng dụng cần phải được bắt đầu trước mỗi buổi
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 5
học. Mặc cho phép công nghệ cảm biến sẽ được bố trí về chủ đề này trong thời gian dài, do đó
loại bỏ sự cần thiết phải định vị chúng cho mỗi buổi tập . Thay vào đó, một máy chủ cá nhân như
một PDA gần như ngay lập tức có thể bắt đầu một buổi tập mới mỗi khi đề tài đã sẵn sàng và sẵn
sàng tập thể dục. Ngoài việc phục hồi nhà, thiết lập này cũng có thể có ích trong các thiết lập lâm
sàng, nơi mà thời gian quý báu của các bác sĩ v à trị liệu có thể đ ược cứu. Hơn n ữa, hệ thống có
thể đưa ra cảnh báo kịp thời báo động cho bệnh nhân, hoặc một dịch vụ đáp ứng chuyên ngành y
tế trong trường hợp có sự chênh lệch đáng kể của chỉ tiêu hoặc trường hợp khẩn cấp y tế. Tuy
nhiên, như cho tất cả các hệ thống, thường xuyên, định kỳ bảo d ưỡng (kiểm tra cấu hình và đĩa)
do chuyên gia được yêu cầu.
Ví dụ điển hình của các ứng dụng có thể bao gồm phục hồi chức năng đột quỵ, phục hồi
chức năng sau khi phẫu thuật hông hoặc đầu gối, phục hồi chức năng nhồi máu cơ tim, và chấn
thương não sau chấn thương phục hồi chức năng. Việc đánh giá hiệu quả của thủ tục phục hồi
chức năng đã được giới hạn trong phòng thí nghiệm, tương đối ít được biết về phục hồi chức
năng trong các tình huống thực tế. Thu nhỏ, không dây, mặc công nghệ cung cấp một cơ hội to
lớn để giải quyết vấn đề này.
Chúng tôi đề xuất một BAN không dây bao gồm các-kệ nền tảng cảm biến-off với tín
hiệu điều cụ thể ứng dụng các mô-đun. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một kiến trúc hệ
thống nói chung và mô tả một hoạt động gần đây đã phát triển cảm biến "ActiS". ActiS được
dựa trên một nền tảng cảm biến không dây tiêu chuẩn và tùy chỉnh đồng bộ cảm biến với một
kênh khuếch đại sinh học-một và hai gia tốc. Là một bộ cảm biến tim, ActiS có thể được sử dụng
để theo dõi hoạt động tim và vị trí của thân trên. Các cảm biến giống nhau có thể được sử dụng
để theo dõi vị trí và hoạt động của chi trên và dưới. Một hệ thống mặc với cảm biến ActiS cũng
sẽ cho phép một tỷ lệ trao đổi chất để đánh giá và chi phí năng lượng tích lũy như là một tham số
có giá trị trong việc quản lý nhiều điều kiện y tế. Một phiên bản đầu của ActiS đã được dựa trên
một tùy chỉnh phát triển mạng không dây cảm biến thông minh và tùy biến các giao thức không
dây trong giấy phép miễn phí 900 MHz khoa học và y tế bị (ISM) ban nhạc. Kinh nghiệm ban
đầu của chúng tôi cho thấy tầm quan trọng của nền tảng cảm biến tiêu chuẩn với sức mạnh xử lý
đầy đủ, việc tiêu thụ điện năng phút, và hỗ trợ phần mềm tiêu chuẩn. Nền tảng này không có sẵn
trên thị trường trong việc thiết kế các hệ thống nguyên mẫu đầu tiên của chúng tôi. Các giới thiệu
gần đây của một tiêu chuẩn IEEE cho ít năng lượng khu vực mạng cá nhân (802.15.4) và giao
thức ZigBee chồng , cũng như mới ZigBee Telos nền tảng cảm biến phù hợp , thúc đẩy sự phát
triển của hệ thống mới được trình bày trong giấy. TinyOS hỗ trợ cho nền tảng cảm biến được
chọn tạo điều kiện nhanh chóng phát triển ứng dụng. Tiêu chuẩn phần cứng và kiến trúc phần
mềm tạo thuận lợi cho các hệ thống tương thích và thiết bị được dự kiến sẽ ảnh hưởng đáng kể
hệ thống y tế thế hệ tiếp theo. Xu hướng này cũng có thể được quan sát trong thời gian gần đây
phát triển hệ thống theo dõi sinh lý từ Harvard và Welch-Allen .
18 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1362 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Wban, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 1
HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
GVHD: VŨ VĂN TẤN
SVTH: NGUYỄN THẾ HIỂN
NGUYỄN VIỆT QUANG
NGUYỄN HỮU AN
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 2
MỤC LỤC
I. Giới thiệu
II. Nội dung
1. Giám sát bệnh nhân
2. Phân loại và yêu cầu
- Các loại thiết bị
- Tỷ lệ dữ liệu
- Năng lượng
- Chất lương dịch vụ và độ tin cậy
- Khả năng sử dụng
- An ninh và bảo mật
3. Định vị Wban
4. Lớp vật lý
- Truyền thông RF
- Chuyển dông trong cơ thể
- Truyền thông Non-RF
5. Lớp MAC
- IEEE 802.15.4
- Nghị định thư cụ thể WBAN
- IEEE 802.15.6
6. Lớp mạng
7. Nghi định thư Cross-layer
8. Chất lượng dịch vụ
9. An ninh
10. Các dự án hiện tại
11. Các nghiên cứu vấn đề mở
III. Kết luận
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 3
TÓM TẮT
Bối cảnh
Gần đây công nghệ tiến bộ trong mạch tích hợp, thông tin liên lạc không dây, và cảm biến cho
phép sinh lý nhỏ, nhẹ, năng lượng cực thấp, các thiết bị giám sát thông minh. Một số các thiết bị
này có thể được tích hợp vào một cơ thể Wireless Area Network (WBAN), một công nghệ mới
cho phép theo dõi sức khỏe.
Phương pháp
Sử dụng lập sẵn các bộ cảm biến không dây, chúng tôi thiết kế một WBAN nguyên mẫu có tính
năng một đài phát thanh ZigBee tiêu chuẩn phù hợp và thiết lập một chung của cảm biến sinh lý,
động học, và môi trường.
Kết quả
Chúng tôi giới thiệu một hệ thống y học từ xa nhiều tầng và mô tả cách chúng tôi thực hiện tối
ưu hóa mẫu WBAN của chúng tôi cho các ứng dụng hỗ trợ phục hồi chức năng máy tính vật lý
và theo dõi ngoại chẩn. Hệ thống này thực hiện phân tích thời gian thực của các dữ liệu cảm
biến, cung cấp hướng dẫn và phản hồi cho người dùng, và có thể tạo ra các cảnh báo dựa trên
trạng thái của người dùng, mức độ hoạt động, và điều kiện môi trường. Ngoài ra, tất cả các thông
tin ghi lại có thể được chuyển đến các máy chủ y tế thông qua Internet và tích hợp vào hồ sơ y tế
của người sử dụng điện tử và cơ sở dữ liệu nghiên cứu.
Kết luận
WBANs lời hứa rẻ tiền, không phô trương, và không giám sát theo dõi trong quá trình chẩn hoạt
động bình thường hàng ngày trong thời gian dài của thời gian. Để làm cho công nghệ này có mặt
khắp nơi và giá cả phải chăng, một số vấn đề khó khăn sẽ được giải quyết, chẳng hạn như thiết
kế hệ thống, cấu hình và tùy biến, tích hợp liền mạch, tiêu chuẩn, sử dụng phổ biến hơn nữa của
các thành phần off-the-shelf, an ninh và sự riêng tư, và các vấn đề xã hội.
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 4
GIỚI THIỆU
Hệ thống giám sát sức khỏe tích hợp vào một hệ thống y học từ xa là cuốn tiểu thuyết
công nghệ thông tin rằng sẽ có thể hỗ trợ phát hiện sớm các điều kiện bất thường và phòng ngừa
hậu quả nghiêm trọng của nó . Nhiều bệnh nhân có thể có lợi từ việc giám sát liên tục là một
phần của một quy trình chẩn đoán bảo trì tối ưu, của một tình trạng mãn tính hoặc trong quá trình
hồi phục giám sát từ một sự kiện cấp tính hoặc phẫu thuật.
Hạn chế quan trọng cho sự chấp nhận rộng rãi hơn của các hệ thống hiện có để theo dõi
liên tục là:
-Dây cồng kềnh giữa cảm biến và một đơn vị chế biến
-Không có tích hợp hệ thống cảm biến cá nhân
-Nhiễu trên một kênh truyền thông không dây được chia sẻ bởi nhiều thiết bị
-Không tồn tại hỗ trợ cho bộ sưu tập dữ liệu lớn và khám phá kiến thức.
Theo truyền thống, cá nhân hệ thống giám sát y tế, chẳng hạn như theo dõi Holter, đã
được sử dụng chỉ để thu thập dữ liệu cho off-line chế biến. Hệ thống với nhiều bộ cảm biến tính
năng phục hồi chức năng khó sử dụng dây giữa điện cực và hệ thống theo dõi. Các dây này có
thể hạn chế hoạt động của bệnh nhân và mức độ thoải mái và do đó tiêu cực ảnh hưởng đến kết
quả đo. Một giám sát mặc y tế-thiết bị sử dụng một cá nhân Area Network (PAN) hoặc Body
Area Network (BAN) có thể được tích hợp vào quần áo của một người sử dụng . Hệ thống tổ
chức này, tuy nhiên, là không phù hợp với, giám sát liên tục kéo dài, đặc biệt là trong hoạt động
bình thường , thâm canh, hỗ trợ đào tạo, phục hồi chức năng máy tính . Công nghệ tiến bộ gần
đây trong mạng không dây , chế tạo vi mạch, và hội nhập của các cảm biến vật lý, vi điều khiển
nhúng và các giao diện vô tuyến trên một chip duy nhất , hứa hẹn một thế hệ mới của bộ cảm
biến không dây thích hợp cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, các thiết bị hiện hoặc sử dụng các
kênh truyền thông không dây dành riêng để truyền dữ liệu thô từ bộ cảm biến đến trạm theo dõi,
hoặc sử dụng tiêu chuẩn cao cấp giao thức không dây như Bluetooth quá phức tạp, đòi hỏi sức
mạnh, và dễ bị nhiễu bởi các thiết bị khác hoạt động trong cùng một dải tần số. Những đặc điểm
này giới hạn sử dụng của họ để theo dõi mặc kéo dài. Đơn giản, có nghĩa chính xác của việc theo
dõi các hoạt động hàng ngày bên ngoài phòng thí nghiệm không có sẵn . Hiện nay ước tính chỉ
có thể thu được từ bảng câu hỏi, các biện pháp của nhịp tim, đánh giá video, và sử dụng
pedometers hoặc gia tốc. Cuối cùng, các bản ghi từ buổi giám sát cá nhân hiếm khi được tích
hợp vào cơ sở dữ liệu nghiên cứu mà có thể cung cấp hỗ trợ cho khai thác dữ liệu và khám phá
kiến thức liên quan đến điều kiện cụ thể và các loại bệnh nhân.
Tăng sức mạnh cho phép hệ thống xử lý tinh vi dữ liệu thời gian thực chế biến trong sự hạn chế
của hệ thống mặc. Kết quả là, như mặc hệ thống có thể hỗ trợ thế hệ phản hồi sinh học và cảnh
báo. Việc sử dụng kỹ thuật phản hồi sinh học đã đạt được sự chú ý trong số các nhà nghiên cứu
tăng trong lĩnh vực y học thể chất và phục hồi chức năng từ xa. Lịch thực hành chuyên sâu đã
được chứng minh là quan trọng cho phục hồi chức năng vận động. Thật không may, một cách
tiếp cận tích cực để phục hồi chức năng có liên quan đến đào tạo nhiều vận động trị liệu, giám
sát không phải là một kỳ vọng thực tế trong hệ thống chăm sóc sức khỏe ngày nay, nơi cá nhân
thường được xem là bệnh nhân ngoại trú khoảng hai lần một tuần không quá 30-45 phút. Mặc
công nghệ và hệ thống phản hồi sinh học xuất hiện như một thay thế hợp lệ, khi họ giảm thời
gian rộng rãi cho bệnh nhân đặt lên trước mỗi kỳ họp và đòi hỏi thời gian hạn chế sự tham gia
của các bác sĩ và trị liệu. Hơn nữa, mặc công nghệ có khả năng có thể địa chỉ một yếu tố thứ hai
gây cản trở sự nhiệt tình để phục hồi, cụ thể là một thực tế là thiết lập một bệnh nhân cho thủ tục
này khá tốn thời gian. Điều này là do bộ cảm biến buộc cần phải được định vị trên các chủ đề,
gắn liền với trang thiết bị, và một phần mềm ứng dụng cần phải được bắt đầu trước mỗi buổi
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 5
học. Mặc cho phép công nghệ cảm biến sẽ được bố trí về chủ đề này trong thời gian dài, do đó
loại bỏ sự cần thiết phải định vị chúng cho mỗi buổi tập. Thay vào đó, một máy chủ cá nhân như
một PDA gần như ngay lập tức có thể bắt đầu một buổi tập mới mỗi khi đề tài đã sẵn sàng và sẵn
sàng tập thể dục. Ngoài việc phục hồi nhà, thiết lập này cũng có thể có ích trong các thiết lập lâm
sàng, nơi mà thời gian quý báu của các bác sĩ và trị liệu có thể được cứu. Hơn nữa, hệ thống có
thể đưa ra cảnh báo kịp thời báo động cho bệnh nhân, hoặc một dịch vụ đáp ứng chuyên ngành y
tế trong trường hợp có sự chênh lệch đáng kể của chỉ tiêu hoặc trường hợp khẩn cấp y tế. Tuy
nhiên, như cho tất cả các hệ thống, thường xuyên, định kỳ bảo dưỡng (kiểm tra cấu hình và đĩa)
do chuyên gia được yêu cầu.
Ví dụ điển hình của các ứng dụng có thể bao gồm phục hồi chức năng đột quỵ, phục hồi
chức năng sau khi phẫu thuật hông hoặc đầu gối, phục hồi chức năng nhồi máu cơ tim, và chấn
thương não sau chấn thương phục hồi chức năng. Việc đánh giá hiệu quả của thủ tục phục hồi
chức năng đã được giới hạn trong phòng thí nghiệm, tương đối ít được biết về phục hồi chức
năng trong các tình huống thực tế. Thu nhỏ, không dây, mặc công nghệ cung cấp một cơ hội to
lớn để giải quyết vấn đề này.
Chúng tôi đề xuất một BAN không dây bao gồm các-kệ nền tảng cảm biến-off với tín
hiệu điều cụ thể ứng dụng các mô-đun. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một kiến trúc hệ
thống nói chung và mô tả một hoạt động gần đây đã phát triển cảm biến "ActiS".. ActiS được
dựa trên một nền tảng cảm biến không dây tiêu chuẩn và tùy chỉnh đồng bộ cảm biến với một
kênh khuếch đại sinh học-một và hai gia tốc. Là một bộ cảm biến tim, ActiS có thể được sử dụng
để theo dõi hoạt động tim và vị trí của thân trên. Các cảm biến giống nhau có thể được sử dụng
để theo dõi vị trí và hoạt động của chi trên và dưới. Một hệ thống mặc với cảm biến ActiS cũng
sẽ cho phép một tỷ lệ trao đổi chất để đánh giá và chi phí năng lượng tích lũy như là một tham số
có giá trị trong việc quản lý nhiều điều kiện y tế. Một phiên bản đầu của ActiS đã được dựa trên
một tùy chỉnh phát triển mạng không dây cảm biến thông minh và tùy biến các giao thức không
dây trong giấy phép miễn phí 900 MHz khoa học và y tế bị (ISM) ban nhạc. Kinh nghiệm ban
đầu của chúng tôi cho thấy tầm quan trọng của nền tảng cảm biến tiêu chuẩn với sức mạnh xử lý
đầy đủ, việc tiêu thụ điện năng phút, và hỗ trợ phần mềm tiêu chuẩn. Nền tảng này không có sẵn
trên thị trường trong việc thiết kế các hệ thống nguyên mẫu đầu tiên của chúng tôi. Các giới thiệu
gần đây của một tiêu chuẩn IEEE cho ít năng lượng khu vực mạng cá nhân (802.15.4) và giao
thức ZigBee chồng , cũng như mới ZigBee Telos nền tảng cảm biến phù hợp , thúc đẩy sự phát
triển của hệ thống mới được trình bày trong giấy. TinyOS hỗ trợ cho nền tảng cảm biến được
chọn tạo điều kiện nhanh chóng phát triển ứng dụng. Tiêu chuẩn phần cứng và kiến trúc phần
mềm tạo thuận lợi cho các hệ thống tương thích và thiết bị được dự kiến sẽ ảnh hưởng đáng kể
hệ thống y tế thế hệ tiếp theo. Xu hướng này cũng có thể được quan sát trong thời gian gần đây
phát triển hệ thống theo dõi sinh lý từ Harvard và Welch-Allen .
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 6
NỘI DUNG
I.Cấu trúc hệ thống
Tiến bộ công nghệ liên tục trong mạch tích hợp, giao tiếp không dây, và cảm biến cho
phép phát triển thu nhỏ, không xâm lấn cảm biến sinh lý mà giao tiếp không dây với một máy
chủ cá nhân và sau đó thông qua Internet với một trường hợp khẩn cấp từ xa, dự báo thời tiết
hoặc máy chủ cơ sở dữ liệu y tế, sử dụng cơ bản (y tế cơ sở dữ liệu), cảm biến (WBAN) và môi
trường (trường hợp khẩn cấp hoặc dự báo thời tiết) thông tin, thuật toán có thể dẫn đến các
khuyến nghị cụ thể của bệnh nhân. Các máy chủ cá nhân, chạy trên một PDA hay một chiếc điện
thoại di động 3 G, cung cấp giao diện người-máy tính và giao tiếp với máy chủ từ xa (s).
Hình 1 cho thấy một cái nhìn tổng quan tổng quát của một kiến trúc hệ thống cấp-đa,
mức thấp nhất bao gồm một bộ cảm biến sinh lý thông minh, mức thứ hai là các máy chủ cá
nhân (PDA nối mạng internet, điện thoại di động, hoặc máy tính gia đình); và cấp thứ ba bao
gồm một mạng lưới các máy chủ từ xa chăm sóc sức khỏe và các dịch vụ liên quan (người chăm
sóc, bác sĩ, bệnh viện, cấp cứu, thời tiết). Mỗi cấp độ đại diện cho một hệ thống khá phức tạp với
một hệ thống phân cấp địa phương sử dụng để đảm bảo hiệu quả, linh động, an ninh, và chi phí
giảm. Hình 2 minh họa một ví dụ về dòng chảy thông tin trong một hệ thống WBAN tích hợp.
Hình 1:Mạng không dây cơ thể của cảm biến thông minh theo dõi bệnh nhân
Hình 2 :Dữ liệu lưu trong một WWBAN tích hợp
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 7
Bộ cảm biến cấp độ
Một WBAN có thể bao gồm một số cảm biến sinh lý phụ thuộc vào các ứng dụng người
dùng cuối. Thông tin của một số cảm biến có thể được kết hợp để tạo ra các thông tin mới như
tổng chi phí năng lượng. Các bộ cảm biến sinh lý có thể bao gồm:
• một ECG (điện) cảm biến để theo dõi hoạt động tim.
• một EMG (electromyography) cảm biến để giám sát hoạt động cơ bắp.
• một điện não đồ (electroencephalography) cảm biến cho hoạt động giám sát điện não.
• một cảm biến huyết áp.
• một cảm biến độ nghiêng để theo dõi vị trí thân .
• một cảm biến để theo dõi hơi thở hô hấp.
• cảm biến chuyển động được sử dụng để ước tính hoạt động của người sử dụng .
• một "thông minh sock" cảm biến hoặc được trang bị cảm biến một đôi giày đế sử dụng
để phân định các giai đoạn của bước cá nhân.
Các cảm biến sinh lý thường tạo ra các tín hiệu analog được giao tiếp với các nền tảng
tiêu chuẩn mạng không dây cung cấp tính toán, lưu trữ, và khả năng giao tiếp. Nhiều bộ cảm ứng
sinh lý có thể chia sẻ một nút mạng không dây duy nhất. Ngoài ra, bộ cảm biến sinh lý có thể
được giao tiếp với một hội đồng quản trị bộ cảm biến thông minh có thể cung cấp khả năng xử lý
trên bộ cảm biến và giao tiếp với một nền tảng tiêu chuẩn mạng không dây thông qua giao diện
nối tiếp.
Các nút cảm biến không dây sẽ đáp ứng các yêu cầu sau: trọng lượng tối thiểu, hình thức
thu nhỏ, yếu tố, hoạt động công suất thấp cho phép kéo dài liên tục giám sát, tích hợp liền mạch
thành một WBAN, các giao thức dựa trên tiêu chuẩn giao diện, và hiệu chuẩn cụ thể của bệnh
nhân, điều chỉnh, và tùy biến . Những yêu cầu này đại diện cho một nhiệm vụ đầy thách thức,
nhưng chúng tôi tin rằng một trong những quan trọng nếu chúng ta muốn di chuyển hệ thống
vượt ra ngoài "stovepipe 'trong chăm sóc sức khỏe, nơi một nhà cung cấp tạo ra tất cả các thành
phần. Chỉ có các hệ thống hybrid thực hiện bằng cách kết hợp ngoài sẵn, các phần cứng và phần
mềm, sản xuất bởi các nhà cung cấp khác nhau hứa hẹn giảm chi phí gia tăng và kịch tính.
Các nút mạng không dây có thể được thực hiện như các bản vá lỗi nhỏ hoặc kết hợp vào
quần áo hay giày dép. Các nút mạng liên tục thu thập và xử lý thông tin liệu, lưu trữ chúng ở địa
phương, và gửi chúng đến các máy chủ cá nhân. Kiểu và tính chất của một ứng dụng y tế sẽ xác
định tần số của các sự kiện liên quan (lấy mẫu, xử lý, lưu trữ và truyền thông). Lý tưởng nhất,
cảm biến định kỳ chuyển trạng thái và các sự kiện của họ, do đó giảm đáng kể điện năng tiêu thụ
và kéo dài tuổi thọ pin. Khi phân tích dữ liệu địa phương là không thể kết luận hoặc chỉ ra một
tình huống khẩn cấp, cấp trên trong hệ thống phân cấp có thể ra một yêu cầu để chuyển tín hiệu
thô cho cấp trên, nơi chế biến tiên tiến và lưu trữ có sẵn.
Cá nhân cấp máy chủ
Các máy chủ cá nhân thực hiện các nhiệm vụ sau đây:
• Khởi tạo, cấu hình, và đồng bộ hóa các nút WBAN.
• Kiểm soát và hoạt động giám sát của các nút WBAN.
• Bộ sưu tập các bài đọc cảm biến từ các cảm biến sinh lý.
• Chế biến và tích hợp dữ liệu từ các cảm biến sinh lý khác nhau cung cấp cái nhìn sâu
sắc hơn vào tình trạng người dung.
• Cung cấp cho người dùng âm thanh và đồ họa, giao diện có thể được sử dụng để chuyển
tiếp các cảnh báo sớm hoặc hướng dẫn (ví dụ, trong quá trình phục hồi chức năng)
• Bảo mật thông tin liên lạc với các máy chủ cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe từ xa ở
các cấp trên sử dụng dịch vụ Internet.
Các máy chủ cá nhân có thể được thực hiện trên một kệ off-the-Internet-bật máy PDA
(Personal Digital Assistant), 3 điện thoại di động G, hoặc trên một máy tính gia đình cá nhân.
Nhiều cấu hình đều có thể tùy thuộc vào loại mạng không dây sử dụng. Ví dụ, các máy chủ cá
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 8
nhân có thể giao tiếp với cá nhân WBAN các nút bằng cách sử dụng giao thức Zigbee không dây
cung cấp điện năng thấp, mạng lưới hoạt động và hỗ trợ hầu như không giới hạn số các nút
mạng. Một điều phối viên mạng, gắn liền với các máy chủ cá nhân, có thể thực hiện một số các
chế biến trước và nhiệm vụ đồng bộ hóa. Các tình huống giao tiếp khác cũng có thể. Ví dụ, các
máy chủ cá nhân chạy trên một mạng WLAN Bluetooth hoặc PDA cho phép có thể giao tiếp với
các dịch vụ từ xa cấp trên thông qua một máy tính tại nhà, máy tính sau đó phục vụ như một
cổng .
Dựa vào off-the-shelf nền tảng điện toán di động là rất quan trọng, như các nền tảng này
sẽ tiếp tục phát triển trong khả năng của mình và chất lượng dịch vụ. Các nhiệm vụ đầy thử thách
là để phát triển các ứng dụng mạnh mẽ cung cấp dịch vụ đơn giản và trực quan (WBAN cài đặt,
dữ liệu tổng hợp, bảng câu hỏi mô tả các triệu chứng chi tiết, hoạt động, an toàn và truyền thông
đáng tin cậy với các máy chủ từ xa y tế, vv.) Tổng số thông tin tích hợp sẽ cho phép bệnh nhân
nhận được hướng dẫn từ nhà cung cấp chăm sóc sức khỏe của họ dựa trên điều kiện hiện tại của
họ.
II. phân loại và yêu cầu
1.Các loại thiết bị
Bộ cảm biến nút: Một thiết bị để đáp ứng và thu thập dữ liệu về các kích thích vật lý,
xử lý dữ liệu nếu cần thiết và báo cáo thông tin này không dây. Nó bao gồm một số thành phần:
cảm biến phần cứng, một đơn vị năng lượng, một bộ xử lý, bộ nhớ và máy phát hoặc thu phát.
Thiết bị truyền động : Một thiết bị có hành vi theo dữ liệu nhận được từ các cảm biến
hoặc thông qua tương tác với người dùng. Các thành phần của một thiết bị truyền động tương tự
như của bộ cảm biến: phần cứng thiết bị truyền động (ví dụ như phần cứng cho quản lý thuốc,
bao gồm một hồ chứa để giữ y học), một đơn vị năng lượng, một bộ xử lý, bộ nhớ và một bộ thu
hoặc thu phát.
Thiết bị cá nhân: Thiết bị là tập hợp tất cả các thông tin có được bởi các cảm biến và
thiết bị truyền động và thông báo cho người sử dụng (ví dụ như các bệnh nhân, một y tá, một bác
sĩ …) thông qua một cổng bên ngoài, thiết bị truyền động một hoặc hiển thị một LED trên thiết
bị. Các thành phần là một đơn vị năng lượng, một lượng lớn) bộ xử lý (, bộ nhớ và thu phát một.
Thiết bị này còn được gọi là Body Control Unit (BCU) , cơ thể gateway hoặc chìm. Trong một
số hiện thực, một cá nhân Trợ lý kỹ thuật số (PDA) hoặc điện thoại thông minh được sử dụng.
Nhiều loại cảm biến và thiết bị truyền động được sử dụng trong một WBAN. Việc sử dụng chính
của tất cả các thiết bị này là để được tìm thấy trong lĩnh vực ứng dụng y tế. Năm sau, các nút
cảm biến thuật ngữ dùng để chỉ cả khi các nút thiết bị truyền động. Số lượng các nút trong một
WBAN bị hạn chế bởi tính chất của mạng. Dự kiến số lượng các nút sẽ được nằm trong khoảng
từ 20-50.
2. Tỷ lệ dữ liệu
Do không đồng nhất mạnh mẽ của các ứng dụng, tốc độ dữ liệu sẽ thay đổi mạnh mẽ, từ
dữ liệu đơn giản tại một vài kbps cho các dòng video của một số Mbps. Dữ liệu cũng có thể được
gửi trong vụ nổ, có nghĩa là nó được gửi ở mức cao hơn trong vụ nổ. Các tốc độ dữ liệu cho các
ứng dụng di erent được đưa ra và được tính bằng tỷ lệ lấy mẫu, phạm vi và mong muốn chính
xác của các phép đo. Nói chung, nó có thể thấy rằng các ứng dụng tốc độ dữ liệu là không cao.
Tuy nhiên, nếu có một WBAN với một số các thiết bị (tức là một cảm biến chuyển động tá,
ECG, EMG, giám sát glucose vv) tốc độ dữ liệu tổng hợp dễ dàng đạt đến một vài Mbps, mà là
một cao hơn mức sống của hầu hết các bit hiện tại điện năng thấp radio. Độ tin cậy của việc
truyền dữ liệu được cung cấp về các tỷ lệ lỗi bit cần thiết (BER) được sử dụng như một biện
pháp cho số lượng các gói dữ liệu bị mất. Đối với một thiết bị y tế, độ tin cậy phụ thuộc vào tốc
độ dữ liệu. Các thiết bị dữ liệu tốc độ thấp có thể đối phó với một BER cao. trong khi các thiết bị
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Lớp CNDV KI Trang 9
với một tốc độ dữ liệu cao hơn đòi hỏi phải có BER thấp hơn. Các BER yêu cầu cũng phụ thuộc
vào các criticalness của dữ liệu.
3.Năng lượng
Tiêu thụ năng lượng có thể được chia thành ba lĩnh vực: cảm biến, (không dây) giao tiếp và xử lý
dữ liệu . Các giao tiếp không dây có thể là tiêu thụ nhiều năng lượng nhất. Các kích thước của
pin được sử dụng để lưu trữ năng lượng cần thiết là trong hầu hết trường hợp, các đóng góp lớn
nhất cho các thiết bị cảm biến cả về kích thước và trọng lượng. Pin, kết quả là, giữ nhỏ và năng
lượng tiêu thụ của các thiết bị cần phải được giảm bớt. Trong một số ứng dụng, cảm biến của
thiết bị truyền động nút WBAN cần hoạt động trong khi hỗ trợ một thời gian sử dụng pin của
tháng hoặc thậm chí nhiều năm mà không cần can thiệp.
4. Chất lượng dịch vụ và độ tin cậy
Chất lượng dịch vụ xử lý là một tầm quan một phần trong khuôn khổ