بخشی از مقاله
علوم پزشکی در چند دهه گذشته با استفاده از علوم مختلف توانسته پیشرفتهای چشم گیری کسب کند که عمده فعالیت این پیشرفتها در دامنه تکنولوژی بوده است یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره های حسگری است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع آوری اطلاعات از محیط میپردازند. شبکه های WSN می توانند برای نظارت و مراقبت از بیماران و افراد مسن برای مقاصد مراقبت از سلامتی استفاده شوند. که این امر می تواند کمبود شدید کارکنان مراقبت از سلامتی را بطور قابل توجهی بهبود بخشد و هزینه های مراقبت از سلامتی در سامانه مراقبت از سلامتی فعلی را کاهش دهد.[2] هدف از انجام این تحقیق بررسی رابطه تکنولوژی وعلم پزشکی با در نظر گرفتن کاربرد شبکه های حسگر بیسیم در پزشکی از راه دور می باشد تا ارزیابی مناسب و بهبود کیفیت سرویس در این شبکه ها زمینه ای برای رسیدگی به بیماران خاص و در دسترس بودن شرایط عمومی بیمار برای پزشک و گروه پرستاری باشد. در این مقاله چندین تحقیق مورد بررسی قرار میگیرد:-1 آشنایی با شبکه های حسگر بیسیم، چالشها و گاربرد شبکه های حسگر بیسیم -2 بررسی حسگرهای بیسیم برای نظارت دقیق و آنی و از راه دور سلامتی و بررسی کیفیت سرویس های شبکه های حسگر بیسیم -3 پیاده سازی BAN که یکی از برنامه های است که در محیط پزشکی استفاده میشود جایی که شرایط بیماران به صورت مداوم و بلادرنگ تحت نظارت است.-4 بررسی استاندارد Zigbee و نحوه استفاده آن در مراکز پزشکی. -5 اشاره به چند کاربرد شبکه های حسگر بیسیم. -6آینده شبکه های حسگر بیسیم.
مقدمه:
از آن جایی که سالهای 2009 تا 2018 را می توان به عنوان زمان به بلوغ رسیدن شبکه های حسگربی سیم ( WSNs) دانست، امروزه شاهد استفادهی روزافزون از شبکه های حسگر بی سیم در کاربردهای مختلف هستیم .شعار اصلی چنین شبکه هایی، …Computing Every Where1» یا …Ubiquitous2» است طبق نظر محققان، سالهای 2010 تا 2015 را نیز
می توان سال هایComputing Every Where یا همان Ubiquitous Computing دانست.[9]
یک شبکه ی حسگر بیسیمWSN3 سامانهای از تعداد زیادی گرههای حسگر است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع آوری داده از محیط پیرامون خود می پردازند. این داده ها شامل دما، درصد رطوبت، تشخیص وجود یک ماده مثلاً( یک گاز سمی)، تشخیص حرکت و ... می باشد. نرخ انتقال داده در اینشبکه ها معمولاً بالا نیست. با این حال چالش های زیادی در طراحی و به کارگیری آن ها وجود دارد، از جمله این که: -1 مسیریابی دراین شبکه ها آسان نیست، چرا که تعداد گره ها زیادبوده و معمولاً ساختار شبکه از قبل تعیین شده نیست. -2 گره هاعمدتاً با باتری کار میکنند و در نتیجه در مصرف انرژی محدودیت دارند. -3 به دلایل اقتصادی، حسگرها از نظر پردازش و توان ارسال و دریافت داده، پیچیدگی بالایی نباید داشته باشند. چنین چالش هایی موجب شده مبحث شبکه های حسگر بیسیم به یکی از زمینه های پرطرفدار تحقیقاتی بدل گردد.
-1 شبکه های حسگر بی سیم به عنوان یکی از 20 فناوری برتر قرن 21 نیزمحسوب می شوند. درحال حاضر امکان استفاده از استانداردهای بی سیم مختلفی تحت شبکه های حسگر بیسیم وجود دارد، ولی یکی از بهترین انتخاب ها استاندارد IEEE 802.15.4( ZIgBee) می باشد که به دلیل وجود مزایای زیاد بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
1 محاسبه در هر مکان
2 حضور در همه جا
3 شبکههای حسگر بیسیم
1
تعریف: شبکه حسگر شبکه ای است متشکل از تعداد زیادی گره کوچک که در هر گره تعدادی حسگر وجود دارد. شبکه حسگر به شدت با محیط فیزیکی تعامل دارد. ازطریق حسگر ها اطلاعات محیط را گرفته و واکنش نشان میدهد. ارتباط بین گره ها بصورت بیسیم است. هر گره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است.ارتباط آنها با محیط وپدیده های فیزیکی است. حسگرها محیط فیزیکی را مشاهده کرده ، براساس مشاهدات خود تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام میدهند. نام شبکه حسگر بیسیم یک نام عمومی است برای انواع مختلف که به منظور خاصی طراحی میشود.[1] جهان کوچک: این مثال یک شبکه حسگری را نشان می دهد که هرگره مجدداً اولین پیامی را که دریافت میکند انتشار می
دهد(شکل.(1 یک مؤلفه به نام آغازگر یک پیام را منتشر میکند، و مدل رد تعداد گره هایی را که پیام را بعد از یک جهش، بعد از دو جهش و همینطور الی آخر دریافت می کنند، نگهداری میکند و یک نمودار میلهای رسم میکند.
شکل:1 تصویری از مدل small world
موقعی که مدل را اجرا می کنید، آغازگر یک پیام را منتشر خواهد کرد. یک گره زمانی قرمز خواهد شد که پیام را در اولین جهش دریافت کند و در صورتی که پیام را بیش از یک جهش دریافت کند گره سبز میشود و اگر هیچ پیامی را دریافت نکند سفید خواهد ماند.[1]
-2 بررسی حسگرهای بیسیم برای نظارت دقیق وآنی و بررسی کیفت سرویس شبکه های حسگربیسیم
انتقال مراقبت های پزشکی از محیط های بیمارستانی به محیط های خانگی برای بیماران فرصت منحصر بفردی است که موجب استفاده بهینه از منابع بیمارستانی و تشخیص زودتر علائم پزشکی و در نهایت کاهش هزینه های مراقبت میگردد. شبکههای حسگر بیسیم به طور معمول در محیطهای بسیار پویا، خصمانه و بدون وجود انسان ( بر خلاف شبکه دادههای معمولی) مورد استفاده قرار میگیرد. از آنجا که کاربردهای مختلف در شبکههای حسگر بیسیم نیازمند برآوردهسازی پارامترهای کیفی متفاوتی (مانند میزان تاخیر،قابلیت اطمینان و پهنای باند وامنیت و...) میباشد. نیاز است تا در هر زمینه به طور خاص به بررسی این فاکتورهای کیفت سرویس پرداخه شود. طراحی شبکههای حسگر بی سیم با درنظر گرفتن مشکلاتی ناشی از توان با پهنای باند محدود،ارتباطات غیرقابل اعتماد،آسیب پذیری نودهاو...نیازمندیهای مربوط به کیفیت سرویس را در این شبکه ها ضروری میکند.[2] به عنوان مثال یک شبکه سنسور بدن سنسورهای متعدد که در قسمتهای مختلف به طور مستقیم بر روی بدن و یا در زیر پوست یک فرد قرار میگیرند از جمله حسگرهای اندازه گیری دما، فشارخون،ضربان قلب، انسفالوگرام (EEG) نرخ تنسفی، درصد اشباع اکسیژن SPO2 و...البته این نکته قابل ذکر است که شبکه حسگر سنسور می تواند در لوازم خانگی مانند پخش کننده MP3، هدفون، هدست وکامپیوترها به عنوان یک رابط عصبی و حسگر قرار گیرد تا در هنگام بازی و فراغت و یا کار مورد استفاده قرار گیرد بدون جلب توجه و خسته شدن بیمار. یک بازبینی کوچک نشان داده که تعداد بیشماری از امکانات که در آن شبکه محدود بدن WBAN1 وجود دارد باعث افزایش کیفیت زندگی در بیماران خاص، سالمندان و نوزادان و حتی افراد سالم در شرایط خاص می شود.[2]
1 Wireless Body Area Network
2
نرخ داده: با توجه به عدم برابری میزان دادههای برنامههای مختلف (کنترل و سیگنال قلب و مغز، شرایط تنفس، کنترل و فشارخون و...) نرخ داده به شدت متفاوت می باشد ازجدول بالا پیداست که عموما نرخ داده بسیار بالا نیست ولی اگر از برنامه های مختلفی همزمان استفاده شود نرخ داده درحد مگابایت/ثانیه خواهد رسید. به عنوان مثال یک دوجین سنسورهای حرکت، ECG ، کنترل و قندخون و غیره که این نرخ بیت از حجم نرخ ارسالی اطلاعات فرکانسهای رادیویی فرستندهها می تواند باشد.
پهنای باند :پهنای باند برای ارتباطات دادههای در دسترس شبکههای بیسیم بدننسبتاً کم است. گر چه گرههای حسگر جدید می تواند داده را با حجم 25 کیلو بایت بر ثانیه ارسال کند ولی چرخههای مکانیزم برای کاهش مصرف انرژی باعث کاهش پهنای باند واقعی در دسترس می شوند. برای رفع این مشکل می توان به توسعه الگوریتم های فشرده سازی کارآمد برای انتقال دادههای پزشکی پرداخت به صورتی که دادههای حیاتی از بین نروند و در هنگامی بازرسانی داده های فشرده شده درصد اطلاعات صحیح به سطح ایدهآل بسیار نزدیک باشد،که این موضوع برای حسگرها مشکل افزایش قدرت پردازنده و حافظه باند را به وجود می آورد.[2]
جدول-1نرخ داده و پهنای باند مورد نیاز برای برنامه های مختلف
