|
شبكههاي
حسگر بدون سيم براي كنترل بهداشت شخصي
چكيده
پيشرفتهاي اخير در
تكنولوژيهاي حسگر، مدارهاي مجتمع داراي توان اندك و ارتباطات بدون سيم
قابليت طراحي گرههاي حسگر هوشمند فيزيولوژيكي، سبك وزن، مينياتوري و
كم هزينه را بوجود آورده است. اين گرهها، قابليت حس نمودن، پردازش و
برقراري ارتباطات با يك يا چند علائم حياتي را داشته كه بصورت شبكههاي
مجتمع بي سيم جهت كنترل ونظارت بهداشت شخصي يا شبكههاي بهداشتي (WPAN)
بكار گرفته ميشوند. اين شبكهها از طريق بهره گيري از سيستمهاي ارزان
قيمت، غير هجومي، پيوسته، بروز پديدهاي انقلابي را در امر بهداشت نويد
داده و قابليت بروز رساني زمان حقيقي اطلاعات پزشكي را از طريق اينترنت
بوجود آوردهاند. با وجود آنكه تلاشهاي پيوسته تحقيقاتي بر روي مسائل
فني، اقتصادي و اجتماعي مختلف متمركز ميباشند، بسياري از مشكلات فني
ميبايست مرتفع گرديده تا آنكه بتوان از يك سيستم انعطاف پذير، قابل
اطمينان، مطمئن و كارآ از نظر مصرف نيرو در اين زمينه بهره جست. اين
مقاله نسبت به بررسي مسائل اجرايي اقدام نموده و بر اين اساس شبكه
سنسور نويسنده كه در زمينه نظارت و كنترل بهداشتي در بر دارنده گرههاي
شبكهاي 802.15.4 ، بعلاوه حسگرهاي فعاليت قلبي و حركتهاي كنترلي
ميباشد را مورد نقد و بررسي قرار ميدهد. اين مقوله همچنين معماري
چنين سيستمي همراه با سازمانهاي نرم افزاري وسخت افزاري آن را بررسي
نموده و بر اين اساس راه حلهاي نويسنده در زمينه سنكرون سازي زماني،
مديريت نيرو و پردازش سيگنالهاي قرار گرفته بر روي چيپ را مورد
ارزيابي قرار ميدهد...
كلمات كليدي:
شبكههاي حسگر بدون سيم، كنترل بهداشت، سخت افزار، نرم افزار، پردازش
سيگنال، هماهنگ سازي يا سنكرون زماني، كارآيي انرژي.
مقدمه
سيستمهاي مراقبت بهداشتي كنوني- بهره گيري از
روالهاي ساختار يافته و بهينه شده براي رويارويي با بحرانها و مديريت
بيماريها چالشهاي پيش رو در چنين عرصهاي ميباشد: جمعيت روبه رشد
افراد مسن و افزايش هزينههاي مراقبتهاي بهداشتي از جمله اين چالشها
عنوان شدهاند...
معماري WWBAN
WWBAN بعنوان بخش
محوري سيستم پزشكي از راه دور چند بخشي در نظر ميباشد، همانگونه كه در
شكل 1 نشان داده شده است. بخش 1 شامل يكسري از گرههاي حسگر پزشكي بدون
سيم ميباشد كه در WWBAN مجتمع گرديدهاند. هر گره حسگر قابليت حس
نمودن، نمونه برداري و پردازش يك يا چند سيگنال فيزيولوژيكي را دارا
ميباشد. بطور مثال، يك حسگر الكترو كارديوگرام (ECG) ممكن است براي
كنترل فعاليت قلب، حسگر الكتروميوگرام (EMG) براي كنترل فعاليت
ماهيچهاي و حسگر الكتروانسفالوگرام (EEG) براي كنترل فعاليت الكتريكي
مغز، حسگر فشار خون براي كنترل فشار خون، حسگر برخورد براي كنترل
موقعيت اندامي، و حسگر تنفسي براي كنترل عمل تنفس و همچنين حسگرهاي
حركت براي مشخص نمودن وضعيت كاربر و ارزيابي سطح فعاليت وي به كار
گرفته ميشوند...
حسگرهاي پزشكي بدون سيم ميبايست ملزومات اساسي
همچون قابليت پوشيده شدن، اطمينان پذيري، ايمني و قابليت تعامل با
اجزاي ديگر را برآورده سازند...
قابليت پوشيدن. به
منظور دسترسي به يك روال نظارتي غير تهاجمي و بدون مزاحمت، حسگرهاي
پزشكي بدون سيم ميبايست داراي وزني اندك و كوچك باشند...
ارتباطات مطئمن.
ارتباطات مطمئن در WWBANها داراي اهميت زيادي براي كاربردهاي پزشكي
دارند كه متكي به WWBANها ميباشند. ملزومات ارتباطاتي حسگرهاي پزشكي
مختلف باتوجه به نرخ نمونه برداري، از كمتراز 1 هرتز الي 1000 هرتز،
متفاوت ميباشد...
پروتوتايپ WWBAN
به منظور درك بهتر مسائل مختلف در طراحي شبكه
حسگر بدون سيم قابل پوشيدن براي كنترل وضعيت سلامت اشخاص، ما نسبت به
توسعه يك پروتوتايپ اقدام نموديم كه هدف از آن ارضاي ملزومات فوق الذكر
از نظر اندازه كوچك، ميزان مصرف كم نيرو، ارتباطات مطمئن و تعامل
ميباشد...
سكوي سخت افزاري
حسگر ActiS در بر
دارنده يك سازمان سلسله مراتبي بكار گرفته شده به منظور ارائه يكسري از
مجموعههاي توابع غني ميباشد كه از مزيتهاي پشتيباني سيستم سخت
افزاري و نرم افزاري باز سود ميبرد و بر اين اساس نسبت به اعمال
محاسبات و ارتباطات با حداقل مصرف نيرو اقدام ميورزد...
سازمان نرم افزار
نرم افزار اين
سيستم در محيط TinyOS كار ميكند. سيستم عامل TinyOS يك سيستم عامل سبك
وزن با منابع باز براي حسگرهاي محاط شده بدون سيم ميباشند. اين سيستم
عامل براي استفاده از حداقل منابع طراحي شده است و پيكربندي آن در
زمان كامپايل از طريق تركيب مولفههاي مربوط بدان از كتابخانه TinyOS و
مولفههاي توسعه يافته توسط كاربر مشخص ميگردد...
سنكرون سازي زماني
سنكرون سازي زماني بعنوان يكي از الزامات شايع
براي شبكههاي حسگر بدون سيم مد نظر ميباشد چرا كه اجازه پردازش
سيگنال جمعي، تثبيت موقعيت خاص حسگر ومنبع، تراكم داده و نمونهبرداري
توزيعي را ميدهد...
كارآيي انرژي
مصرف انرژي بعنوان محدوديت طراحي رتبه اول در
شبكههاي حسگر بيسيم مطرح ميباشد چرا كه آنها از طريق باطري كار
مينمايند. بمنظور توسعه عمر بكار گيري گرهها، لازم است تا نسبت به
كاهش اتلاف نيرو تا حد ممكن اقدام شود. اتلاف كمتر از 100 ميكرو وات
ميتواند بعنوان انرژي تميز نگهدارنده محيط در نظر گرفته شود...
|
