基于Zigbee远程医疗监护系统的设计

基于Zigbee远程医疗监护系统的设计

摘要：远程医疗是最近几年新兴的一门综合性学科，它横跨医学、计算机科学、通信工程等多个领域，把最先进实用的科学技术应用于医学领域，随着人们日益提高的健康保健要求而得到了迅速的发展，并显示出广阔的发展前景。人们对自身健康状况的及时了解，可以对重大疾病做到提早预防和相应治疗，减轻家庭和社会的经济压力，有助于提高人们的生活质量，维护社会的和谐和稳定。本文重点研究了在医疗领域中的Zigbee无线传感网络技术。 关键词：Zigbee；无线传感技术；医疗

1 引言

医疗监护仪器目前可以分为两类，一类是在医院内由职业医生或者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的远程医疗监护系统对病人进行监护，监护设备将所得到的生理指标及时传送给医生。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传递，复杂的设备和众多的信号连线不但给病人带来心理上的压力，影响了治疗效果，同时也给医生和病人带来了极大的不便，而功能单一的个人监护设备，通常不具备联网传递实时数据的功能。

针对这一情况，本文提出一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统，使那些需要经常测量生理指标的人员（比如慢性病患者和老年病患者等）能够在家中自由的活动的状态下测量某些生理指标，并且在必要的情况下得到医生的远程医疗指导。该系统减少了监护设备与医疗传感器之间的连线，使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间，在获得较准确的测量指标的同时，免除了病人在家庭和医院间奔波的劳苦，同时也提高了医院现代化信息管理程度及医护人员的工作效率。

2 原理概述

Zigbee是一组基于802.15.4无线标准研发的一种新的无线通信技术。Zigbee网络具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、省电、安全及免执照频段的特点，主要应用于距离短、功耗低性数据和低反应时间数据。Zigbee技术的应用目标主要是：工业控制 [1,2,3](如自动控制设备、无线传感器网络)、医护(如无线传感器网络)、家庭智能控制 [4](如照明、水电气计量及报警等)、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域 [5,6]。因 Zigbee 产品的互操作性与厂商无关，免去每次为制定方案的重新设计，增强了产品的革新，应用工业标准和通用平台更具经济效益。此外，Zigbee使用了3层网络层结构，即星型、树型和网型结构(图1)。对于Zigbee的一个节点，最多可连接254个其它节点，最高可支持65535个节点。也就是说，Zigbee大大增强了网络的可扩张性。该网络还有非常强的自组功能，通信节点的加入、断开过程很快，能够

在网络配置中自动显示出来，与蓝牙、Wi-Fi相比，Zigbee具有以下优势：

(1) 低功耗：由于Zigbee技术的传输速率低，发射功率仅为1mw，而且采用了休眠模式，功耗低，因此Zigbee设备非常省电。

(2) 成本低：Zigbee模块的初始成本6美元左右，估计很快就能降到1.15～2.15美元，并且Zigbee协议是免专利费的。低成本对于Zigbee也是一个关键的因素。

(3) 时延短：通信时延和从修眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30ms，休眠激活的时延是15 ms，活动设备信道接入的时延为15ms.因此Zigbee技术适用于时延要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。

(4) 网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，而且网络组成灵活。

(5) 可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

(6) 安全：Zigbee提供了基于循环余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES—128的加密算法。各个应用可以灵活确定其安全属性。

Zigbee低功耗、低成本的特点非常适合于远程医疗监护系统，在该系统中，一个Zigbee基站便可以覆盖整个室内，即使在户外的活动，也只要在高处设置一个中转接点，即可实现直径几百米的覆盖范围，对于医院的室外活动场所，也足够了，即不必安装过多的节点，也不必额外的提高Zigbee的收发功率，病人只要随身携带集成了的Zigbee技术和测量生理指标的功能模块便可以在家中自由活动的状态下得到医生的监护。

协调器

全功能节点

半功能节点

图1 网络拓扑结构图

3 技术实现

3.1 系统总体结构

系统中，监护病人的无线传感节点以自组织形式构成网络，通过多跳中继方

式将监测数据传到监护基站，并由基站装置将数据传输至所连接的PC，医生或护士可以通过PC获得病人的生理数据，对监护病人作出及时处理。主要由监护基站、路由节点和无线传感节点组成。系统结构如图2所示

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图2 系统结构框图

3.2 系统硬件平台构建

对于Zigbee节点的开发，主要有3种方式。第一种是采用 …… 此处隐藏：2328字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……