شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN

شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN چیست؟

پیشرفت‌های جدید در زمینه‌های مدارهای مجتمع، ارتباط بی‌سیم، فنّاوری‌های نیمه‌هادی و علم کوچک‌سازی باعث رشد شبکه حسگر در کاربرد وسیعی از جمله پزشکی و سازمان بهداشت و درمان شده است. از طرفی دیگر افزایش بیماری‌ها و هزینه‌های 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 می‌فرستند.

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 ۱۹۹۵ 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 قرار دارد به وجود آمد.

کاربردهای WBAN

کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN به دو دسته کلی پزشکی و غیرپزشکی تقسیم می‌شوند. کاربردهای پزشکی شامل جمع آوری اطلاعات حیاتی بیمار به‌طور پیوسته و ارسال آن به ایستگاه‌های راه دور برای تحلیل بیشتر است. این حجم زیاد از اطلاعات بیمارمی‌تواند در جلوگیری از احتمال حملات قلبی، همچنین مراقبت در برابر بیماری‌های خطرناکی مثل سرطان، آسم، اختلالات اعصاب و… مؤثر باشد. موارد متعددی از به‌کارگیری WBAN برای تشخیص و درمان بیماری 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 تکنولوژی‌های موجود همچون شبکه های حسگر بی سیم متمایز کرده است، محدوده‌ی کمی است که توسط این شبکه پوشش داده می‌شود. این محدوده در حدود ۲ متر است و در بعضی کاربردها به ۵ متر هم می‌رسد.

ساختار شبکه‌های حسگر بدنی WBAN

با توجه به عملکرد متفاوت شبکه های حسگر بی سیم بدنی WBAN، هر گره می‌تواند با توجه به وظایف تعریف‌شده از اجزای متنوعی تشکیل‌شده باشد ولی در حالت کلی هر گره از یک سری اجزای کلی تشکیل‌شده است که عبارت‌اند از واحد پردازش مرکزی، فرستنده – گیرنده رادیویی، منبع تغذیه که می‌تواند از طریق باطری یا سلول‌های خورشیدی یا ترکیب هر دو، انرژی موردنیاز سیستم را فراهم کند، یک یا تعدادی حسگر که داده‌های موردنظر را جمع‌آوری می‌کنند، انواع حافظه‌های جانبی در صورت نیاز، (GPS) در صورت نیاز و سایر اجزایی که بسته به کاربرد‌های متفاوت می‌تواند در هر گره گنجانده شود.

عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، قابلیت مورد انتظار، تعداد انبوه گره‌ها و نهایتاً عملی شدن ایده‌ها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره یکسری محدودیت‌های 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. در راستای این موضوع پیشنهاد می‌کنیم مقاله مرتبط در لینک زیر را نیز مطالعه کنید.

• معرفی شبکه حسگر بی سیم – WSN چه نوع شبکه ای هست و مزایا و معایب آن چیست؟ –کلیک کنید.

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 می‌شوند. مثل کپسول‌های آندسکپی
• حسگرهای پوشیدنی که اساساً بر روی بدن نصب می‌شوند. مثل حسگرهای اندازه گیری درجه حرارت بدن.

ازجمله حسگرهای موجود می‌توان به حسگرهای ثبت امواج الکتریکی مغز (EEG) ، ثبت ضربان قلب (ECG)، آنالیز خون، تعیین درجه حرارت بدن، اندازه گیری قندخون و… اشاره کرد. هماهنگ‌کننده که به آن دستیار دیجیتال شخصی (PDA) هم گفته می‌شود. 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 راه‌های مختلفی مثل استانداردهای ۸۰۲.۱۱، بلوتوث یا شبکه‌های سلولی اقدام به ارسال اطلاعات می‌کند. مراکز و افراد مربوطه پس از دریافت، برحسب نوع اطلاعات دریافتی (اورژانسی بودن یا نبودن) تصمیماتی را اتخاذ می‌نمایند. ازنقطه‌نظر اینکه WBAN چگونه تصمیمی را عملی می‌کند سه نوع زیرساخت مطرح‌شده که در ادامه به آن می‌پردازیم.

معماری شبکه های حسگر بی سیم بدنی

معماری شبکه، سازمان‌دهی منطقی دستگاه‌های ارتباطی در یک سیستم است. در این بخش سیستم نظارت بر سلامتی بیمار که متشکل از سه لایه است، بررسی می‌شود.

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

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 می‌کنند. 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 می‌شود. معماری ارتباطات داخل BAN بر اساس ویژگی‌های سیستم در شرایط خاصی انجام می‌شود و این می‌تواند 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 برنامه‌های کاربردی BAN از معماری مبتنی بر زیرساخت استفاده می‌کنند. در ارتباط بین BAN فرض بر این می‌شود 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 راحت‌تر می‌کند. دو دسته از گره‌ها 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 می‌کنند.

ارتباط خارج از BAN یا لایه سوم که بالاترین لایه در این معماری است شامل تلفن هوشمند پزشکان و مراکز مشاهده‌ی از راه دور مستقر در بیمارستان یا اورژانس است. این مراکز داده‌های به‌دست‌آمده را ذخیره و دسته بندی می‌کنند و از این داده‌ها جهت انجام عملیات خاصی استفاده می‌شود. در این لایه همچنین امکان به‌کارگیری GSM و GPS جهت پیدا کردن موقعیت بیمار در نظر گرفته‌شده است. این امکان در شبکه‌های حسگر بی سیم بدنی برای بیماری‌های ناگهانی مثل سکته‌های قلبی و مغزی بسیار مناسب است.

پروتکل‌های مسیریابی شبکه‌های حسگر بی‌سیم بدنی

پروتکل‌های مسیریابی شبکه‌های حسگر بی‌سیم بدنی

کلیک کنید