شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN

شبکه های حسگر بی سیم بدنی

شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN چیست؟

پیشرفت‌های جدید در زمینه های مدارهای مجتمع، ارتباط بی‌سیم، فنّاوری‌های نیمه‌هادی و علم کوچک‌سازی باعث رشد شبکه حسگر در کاربرد وسیعی ازجمله پزشکی و سازمان بهداشت و درمان شده است. از طرفی دیگر افزایش بیماری‌ها و هزینه های درمانی ناشی از آن سبب پیدایش روش‌هایی برای حل این مشکلات شده است. یکی از این تکنیک‌ها به‌کارگیری شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN است. شبکه بدنی یا Wireless Body Area Network شامل چندین حسگر کوچک الکترونیکی است که به انسان متصل هستند و به‌طور خاص به مشکلاتی مانند فشارخون، قند خون، جنبش اندام و … نظارت می‌کنند و به یک هماهنگ‌کننده می فرستند.

این حس‌گرهای کوچک اطلاعات مربوط به سلامتی را جمع‌آوری کرده و با پزشکان یا سرورهای پزشکی ارتباط برقرار کرده، به‌طوری‌که آن‌ها می‌توانند پارامترهای سلامتی بیمار را تجزیه‌وتحلیل کنند و مورد نظارت قرار دهند. توسعه تکنولوژی شبکه های حسگر بی سیم بدنی از سال 1995 شروع شد و ایده آن از WPAN (شبکه های بی سیم شخصی ناحیه ای) تکنولوژی در نزدیکی و اطراف بدن انسان گرفته‌شده است. حدود شش سال بعد، اصطلاح (BAN) اشاره به سیستمی که به‌طور کامل در داخل و روی بدن انسان در قرار دارد به وجود آمد.

کاربردهای WBAN

کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN به دو دسته کلی پزشکی و غیرپزشکی تقسیم می شوند. کاربردهای پزشکی شامل جمع آوری اطلاعات حیاتی بیمار به‌طور پیوسته و ارسال آن به ایستگاه های راه دور برای تحلیل بیشتر است. این حجم زیاد از اطلاعات بیمار می تواند در جلوگیری از احتمال حملات قلبی، همچنین مراقبت در برابر بیماری های خطرناکی مثل سرطان، آسم، اختلالات اعصاب و… مؤثر باشد. موارد متعددی از به‌کارگیری WBAN برای تشخیص و درمان بی ماری وجود دارد.

بسیاری از محققان به تحقیق در این رابطه پرداخته اند. همچنین برای افرادی که ناتوانی جسمی دارند، مفید است. یکی از مشخصات WBAN که آن را از دیگر تکنولوژی های موجود همچون شبکه های حسگر بی سیم متمایز کرده است، محدوده ی کمی است که توسط این شبکه پوشش داده می شود. این محدوده در حدود 2 متر است و در بعضی کاربردها به 5 متر هم می رسد.

شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN

ساختار شبکه‌هاي حسگر بدنی WBAN

با توجه به عملكرد متفاوت شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN، هر گره می‌تواند با توجه به وظايف تعریف‌شده از اجزاي متنوعي تشکیل‌شده باشد ولي در حالت كلي هر گره از يك سري اجزاي كلي تشکیل‌شده است كه عبارت‌اند از واحد پردازش مركزي، فرستنده – گيرنده راديويي، منبع تغذيه كه می‌تواند از طريق باطري يا سلول هاي خورشيدي يا تركيب هر دو، انرژي موردنیاز سيستم را فراهم كند، يك يا تعدادي حسگر كه داده‌هاي موردنظر را جمع‌آوری مي كنند، انواع حافظه‌های جانبي در صورت نياز، (GPS) در صورت نياز و ساير اجزايي كه بسته به كاربرد‌هاي متفاوت مي تواند در هر گره گنجانده شود.

عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، قابلیت مورد انتظار، تعداد انبوه گره ها و نهایتاً عملی شدن ایده ها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره یکسری محدودیت های سخت افزاری داشته باشد. یک WBAN متشکل از تعدادی گره حسگر و یک هماهنگ‌کننده است، هر گره از باتری، حسگر، عملگر، پردازشگر، حافظه و فرستنده گیرنده تشکیل‌شده است.

انواع حسگرها شبکه بی سیم بدنی

وظیفه هر حسگر دریافت علائم حیاتی بیمار و ارسال آن برای هماهنگ‌کننده است. دو نوع مختلف از حسگرها ازلحاظ محل قرارگیری آن‌ها مطرح است:

  • حسگرهای کاشتنی که در زیر بدن انسان کار گذاشته می شوند. مثل کپسول های آندسکپی
  • حسگرهای پوشیدنی که اساساً بر روی بدن نصب می شوند. مثل حسگرهای اندازه گیری درجه حرارت بدن.

ازجمله حسگرهای موجود می توان به حسگرهای ثبت امواج الکتریکی مغز (EEG) ، ثبت ضربان قلب (ECG)، آنالیز خون، تعیین درجه حرارت بدن، اندازه گیری قند خون و… اشاره کرد. هماهنگ‌کننده که به آن دستیار دیجیتال شخصی (PDA) هم گفته می شود. اطلاعات دریافت شده از حسگرها را ذخیره و آن را در صورت لزوم برای متخصصان، مراکز درمانی، اورژانس، پرستاران و سرورهای پزشکی ارسال می‌کند.

سیستم PDA از راه های مختلفی مثل استانداردهای 802.11، بلوتوث یا شبکه های سلولی اقدام به ارسال اطلاعات می‌کند. مراکز و افراد مربوطه پس از دریافت، برحسب نوع اطلاعات دریافتی (اورژانسی بودن یا نبودن) تصمیماتی را اتخاذ می نمایند. ازنقطه‌نظر اینکه WBAN چگونه تصمیمی را عملی می‌کند سه نوع زیرساخت مطرح‌شده که در ادامه به آن می پردازیم.

معماری شبکه های حسگر بی سیم بدنی

معماری شبکه، سازمان‌دهی منطقی دستگاه های ارتباطی در یک سیستم است. در این بخش سیستم نظارت بر سلامتی بیمار که متشکل از سه لایه است، بررسی می شود.

  1. ارتباطات درون BAN ( لایه شبکه حسگر)
  2. ارتباطات بین BAN (لایه شبکه محاسبات)
  3. ارتباطات فراتر از BAN (لایه شبکه نظارت از راه دور

شبکه WBAN

شکل بالا یک معماری عمومی از یک سیستم نظارت بر سلامتی مبتنی بر BAN را نشان می‌دهد. ECG،EEG ،EMG ، حس‌گرهای حرکتی و حس‌گرهای فشارخون داده‌های خود را به دستگاه سرور شخصی (PS) ارسال می کنند. سپس این داده‌ها در شبکه های حسگر بی سیم بدنی برای تشخیص بیماری از طریق ارتباط بلوتوث یا WLAN به سایت یک پزشک یا به یک پایگاه داده پزشکی برای نگهداری سوابق یا به یک سیستم هشداردهنده، فرستاده می شود. معماری ارتباطات داخل BAN بر اساس ویژگی های سیستم در شرایط خاصی انجام می شود و این می تواند بر روی کارایی سیستم از طرق مختلفی همچون مصرف انرژی، توانایی در رفتار کردن با انواع بارهای ترافیکی، پایداری شبکه، انتخاب پروتکل MAC، تأخیر انتقال و تداخل کاربران تأثیر بگذارد.

در معماری ارتباط بین BAN ارتباط بین BAN را به‌عنوان ارتباط بین PS و یک یا چند (Aps) تعریف می‌شود. الگوهای ارتباط بین BAN را به دو دسته معماری مبتنی بر زیرساخت و معماری مبتنی بر ad hoc تقسیم‌بندی می‌شوند.

معماری مبتنی بر زیرساخت

اکثر برنامه های کاربردی BAN از معماری مبتنی بر زیرساخت استفاده می کنند. در ارتباط بین BAN فرض بر این می شود که یک محیط زیست با فضای محدود وجود دارد.

معماری مبتنی بر ad hoc

در معماری مبتنی بر ad hoc، چندین Aps برای کمک به انتقال اطلاعات حسگرهای بدنی به مراکز پزشکی مستقر هستند؛ بنابراین پوشش خدمات نسبت به معماری مبتنی بر ساختار بزرگ‌تر است، کار کاربران را برای حرکت در اطراف یک ساختمان، زمین‌بازی و یا در یک نقطه از امداد اورژانس راحت تر می‌کند. دو دسته از گره ها در این معماری وجود دارد: گره‌های نصب به‌عنوان‌مثال، حسگر/گره‌های فعال در یا اطراف بدن و گره‌های روتر اطراف یک BAN که هر دو مشابه سخت افزار رادیو هستند برای آسان کردن مسیریابی چند پرشی معماری نصب شبیه به WSN سنتی است؛ و هر دو آن‌ها اغلب از دروازه به‌عنوان رابط با جهان خارج استفاده می کنند.

ارتباط خارج از BAN یا لایه سوم که بالاترین لایه در این معماری است شامل تلفن هوشمند پزشکان و مراکز مشاهده ی از راه دور مستقر در بیمارستان یا اورژانس است. این مراکز داده های به‌دست‌آمده را ذخیره و دسته بندی می کنند و از این داده ها جهت انجام عملیات خاصی استفاده می شود. در این لایه همچنین امکان به‌کارگیری GSM و GPS جهت پیدا کردن موقعیت بیمار در نظر گرفته‌شده است. این امکان در شبکه های حسگر بی سیم بدنی برای بیماری های ناگهانی مثل سکته‌های قلبی و مغزی بسیار مناسب است.

 

مطالب زیر را حتما بخوانید

    دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.