بخشی از مقاله
چکیده:
پیشرفتهای جدید در زمینههای مدار های مجتمع، ارتباط بیسیم، تکنولوژیهای نیمههادی و علم کوچک سازی1 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 تکنیک-هایی برای حل این مشکلات شده است. یکی از این تکنیکها به کارگیری شبکههای بیسیم بدنی میباشد. انتظار میرودWBAN انقلابی در نظارت-های سلامتی انسانها به وجود آورد. اما این تکنولوژی در مراحل اولیه توسعه خود قرار دارد. در این مقاله خلاصهای از شبکههای بدنی بیسیم ارائه شده است که شامل کاربردها، مزایا و معماری WBAN میباشد. سپس امنیت در شبکههای بدنی بیسیم که شامل سه مرحله رمزنگاری، احراز هویت و تشخیص صحیح خطای انتقال را بیان کرده و تهدیدات امنیتی و انواع حملات درWBAN بررسی میشوند و چالشهای موجود در WBAN مورد مطالعه قرار میگیرد. علاوه بر آن استانداردهای 802,15,6 که برای شبکههای WBAN به کار میرود، مورد مرور و دو قسمت اصلی آن شامل لایه فیزیکی، لایه دسترسی کنترل رسانه(2(MAC مورد بحث قرار میگیرد. از جمله نتایج این تحقیق این است که ما مشاهده کردیم این است که با وجود اینکه توپولوژی ستاره به طور طبیعی برای این شبکهها به کار میرود نشان داده شد که این توپولوژی از لحاظ مصرف انرژی و برقراری ارتباط مطمئن چندان کارا نیست و در عوض توپولوژی چند پرشی عملکرد بهتری دارد .
کلیدواژهها:WBAN، شبکههای بدنی بیسیم، حسگر، 802,15,6
1Miniaturization 2Medium Access Control
1
فسا واحد
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
ELECCOMP2-xxxx
.1 مقدمه:
امروزهبحث سیستمهایکنترلونظارتازراهدور یکیازمباحثپرچالشدر زمینهعلومالکترونیکوکامپیوتر میباشد.تفاوتاصلیشبکه-هایحسگرباسایرشبکههادرماهیت داده–محور وهمچنینمنابعانرژیو پردازشیبسیارمحدوددرآنهاستکهموجبشدهتا روش-هایمطرحشدهجهتانتقالدادههادرسایرشبکههاوحتی شبکههاییکهتاحدزیادیساختاریمشابهشبکههایحسگردارند(مانندشبکه-هایموردی)،دراینشبکههاقابلاستفاده نباشند. روندتوسعهاینشبکه-هادرحدیاستکهمطمئنااینشبکه-هادرآیندهنزدیک،نقشمهمیرادرزندگیروزمرهما ایفاخواهندکرد.از جملهکاربردهاییکهدرحالحاضربرایشبکهحسگرمطرحمیشود در زمینه پزشکی میباشد. با تولید حسگرهایی با توانایی اندازهگیری دقیق و سریع علائم حیاتی بدن، میتوان انتظار استفاده بیش از پیش شبکه-های حسگر بیسیم برای ارائه بهتر خدمات درمانی به بیماران و آسیب-دیدگان در سوانح مختلف را داشت. تلاشهای کنونی در جهت نیل به سیستمی است که به صورت خودکار علائم حیاط بدن را اندازهگیری کرده و در صورت لزوم آن را به پزشک ارائه دهد که اینگونه از سیستمها به نام سیستمهای نظارت بر سلامت بیمار 1 شناخته می-شوند.
WBANشامل چندین حسگر کوچک الکترونیکی است کـه بـه انسـان متصل هستند و به طور خاص به مشکلاتی مانند فشار خون، قند خون، جنبش اندام و... نظارت میکنند و به یک هماهنگ کننده مـیفرسـتند. این سنسورهای کوچک اطلاعات مربـوط بـه سـلامتی را جمـع آوری کرده و با پزشکان یا سرورهای پزشکی ارتباط برقرار کرده، بـه طـوری که آنها می توانند پارامترهای سلامتی بیمار را تجزیه و تحلیل کننـد و مورد نظارت قرار دهند.[4]
.2کاردبردها و مزایای WBAN
کاربردهای WBAN به دو دسته کلی پزشکی و غیرپزشکی تقسیم میشوند که در شکل 1 نشان داده شده است.[ 6] کاربردهای پزشکی شامل جمعآوری اطلاعات حیاتی بیمار به طور پیوسته و ارسال آن به ایستگاههای راه دور برای تحلیل بیشتر است. این حجم زیاد از اطلاعات بیمار میتواند در جلوگیری از احتمال حملات قلبی، همچنین
1Health monitiring
1
مراقبت در برابر بیماریهای خطرناکی مثل سرطان ، آسم، اختلالات اعصاب و... موثر باشد. مواردمتعددی از به کارگیری WBANدر موارد پزشکی از جمله برای تشخیص و درمان بیماری و در موارد غیرپزشکی از جمله کاربردهای نظامی وبازی ها و سرگرمی ها مطابق شکل زیر وجود دارد..[3]
شکل(:(1کاربردهای.[6WBAN]
WBAN که به منظور اهداف پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد چند مزیت مهم در مقایسه با سیستمهای پایش2 قدیمی دارد اولین مزیت به دلیل ماهیت بیسیم بودن شبکههای WBAN میباشد که باعث راحتی هر چه بیشتر بیمار میشود به طوری که بیمار میتواند تمام فعالیتهای روزمرهی خود را (با وجود حسگرها) بدون هیچ مزاحمتی انجام دهد.دومین مزیت ، سهولت نظارت بر بیمار (مشاهده علائم فیزیولوژی بدن بیمار) به دلیل مستقل بودن از موقعیت بیمار است.[6] علاوه بر این، برخی از دستگاه های بی سیم کاشتهمی تواند درد بیماران در هنگام تشخیص و درمان را کاهش دهد.[9]
.3معماری سه لایهای سیستم نظارت بر سلامتی بیمار
معماری شبکه، سازماندهی منطقی دستگاههای ارتباطی در یک سیستم میباشد.[9]در این بخش سیستم نظارت بر سلامتی بیمار متشکل از سه لایه است، بررسی میشود. -1 ارتباطات درون)3BAN لایه شبکه
2Monitoring 3Intra-BAN communications
فسا واحد
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
ELECCOMP2-xxxx
حسگر)، -2 ارتباطات بین )1BANلایه شبکه محاسبات)، -3 ارتباطات معرفی شده است که از کابل به طور مستقیم برای اتصال حسگرها با
فراتر از )2BANلایه شبکه نظارت از راه دور).[12] یک PS استفاده میشود که در شکل((3 نشان داده شده است.
شکل((2 معماری سه لایه سیستم ارتباطی .[12BAN]
شکل(: (3 معماری SMART برای ارتباط درون.[12BAN]
شکل((2یک معماری عمومی از یک سیستم نظارت بر سلامتی مبتنی بر BAN را نشان میدهد.
ECG،3EEG،4EMG،سنسورهای حرکتی و سنسورهای فشار خون داده های خود را به دستگاه سرورشخصی (PS)5 ارسال میکنند. سپس این داده ها برای تشخیص بیماری از طریق ارتباط بلوتوث یا 6WLAN به سایت یک پزشک یا به یک پایگاه داده پزشکی برای نگهداری سوابق یا به یک سیستم هشداردهنده، فرستاده میشود.
.1,3معماری ارتباطاتداخلBAN
این معماری بر اساس ویژگیهای سیستم در شرایط خاصی انجام می-شود 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،تاخیر انتقال و تداخل کاربران تاثیر بگذارد.
ما اصطلاح "ارتباطات درون BAN" را در اشاره به ارتباطات رادیویی حدود 2 متر در اطراف بدن انسان تعریف میکنیم ،که میتواند به دو زیر گروه: -1 ارتباط بین سنسورهای بدنی با هم -2 ارتباط بین سنسورهای بدنی وPS قابلحمل تقسیم شود. یکی از ویژگیهای این نوع ارتباط ذات باطری و نرخ بیتی پایین حسگرهای بدنی موجود می-باشد که به عنوان یک چالش مطرح است. برای اجتناب از این نوع چالشها بین حسگرها و PS طرحهایی مانند MITHril و SMART
1Inter-BAN communications 2Beyond-BAN communication 3electroencephalography 4electromyography 5personal server 6Wireless Lan
2
روش بعدی روشی به نام CODE BLUE میباشد که در آن حسگرهابدون استفاده از PS، به طور مستقیم به صورت بیسیم با Aps در ارتباط هستند. که در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل(: (4 معماری CODE BLUE برای ارتباط درون .[12BAN]
در مقایسه با دو روش قبل شکل (5) یک نوع معماری با توپولوژی استار را نمایش میدهد که به موجب آن چند حسگر بدنی بیسیم با یک PS به صورت بیسیم ارتباط برقرار کردهاند و از طریق آن اطلاعات خود را به یک اکسس پوینت میفرستند.
شکل(: ( 5 استفاده از توپولوژی ستاره برای ارتباط درون .[12BAN]
شکل (6) نسبت به دو سطح قبل پیشرفتهتر هستند و در آنها حسگرها به دلیل کاهش مقدار داده های خام و صرفهجویی در انرژی به صورت سیمی یا بیسیم به یک پردازنده مرکزی متصل هستند .پس از هجوم دادهها حجم دادههایی که از پردازنده مرکزی به PS منتقل میشوند کاهش مییابد.
فسا واحد
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
ELECCOMP2-xxxx
شکل(: (6 استفاده از گره مرکزی برای شبکه درون BAN
در مقایسه با شبکه های حسگر بیسیم که به منظور مشاهدات محیطی به کار میروند، WBAN دارای محدودیتهای مضاعفی در برقراری ارتباطات و دریافت داده از بدن انسان میباشد به عنوان مثال به دلیل محدودیت های بدن انسان تعداد کمی حسگر میتواند روی بدن پخش شود، با توجه به این محدودیتها و به دلیل مقیاس کوچک WBAN و فاصله کوتاه بین لینکها (ارتباط بین گره و سینک) توپولوژی ستاره به عنوان یک انتخاب طبیعی و پیش فرض برای WBAN محسوب می-شود. از سوی دیگر به دلیل حرکت کاربر و ماهیت بدن انسان ، کانال-های ارتباطی بیسیم روی بدن دائما تغییر میکند.در نتیجه نیاز به برقراری ارتباط بیسیم مطمئن که انرژی را به طور موثر بگیرد احساس میشود. به همین دلیل معماری دیگری به عنوان چند پرشی مطرح میشود که در آن حسگرها ممکن است به عنوان گره رله 1استفاده شوند تا کارایی انتقال را افزایش دهند.
در آزمایشی به عنوان تحلیل کارایی معماری ستاره صورت گرفته است.نتایج به دست آمده در این مقاله تایید میکند که معماری چند پرشی در مقایسه با معماری ستاره کاراتر میباشد و در کاربردهای پزشکی، معیارهای قابلیت اطمینان و مصرف انرژی به طور موثر را فراهم میکند. همچنین در معماریهای ستاره2 و چند پرشی 3مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله دو نمونه از شبکههای چند پرشی مطرح شده است. شبکهای با معماریچند پرشی به منظور بهینه کردن حداکثر نرخ تحویل دادن بسته((PDR و شبکهای با معماری چند پرشی به منظور بهینه کردن حداقل میانگین تعداد انتقال دوباره(.(ANR نتایج به دست آمده از این مقاله در زیر آمده است.
1Relay 2Star 3Multi hop
3
• معماری ستاره برای محیط پویا نا مناسب است. معماری چند پرشی چون از گره رله استفاده میکند میتواند خود را با تغییرات وفق دهد.
• اگر یک شبکه به PDR بالایی نیاز داشته باشد و در محیط پویایی قرار داشته باشد آنگاه باید معماری چند پرشی با حداثر PDR به کار گرفته شود.
• اگر طراح WBAN بخواهد شبکهای طراحی کند که حداقل انرژی را مصرفکند و کمترین تاخیر راهم داشته باشد،معماری چند پرشی با حداقل ANR بهترین انتخاب است.
• از نقطه نظر تداخل کاربران ، معماری ستاره نباید در محیط-های باز استفاده شود.چون در این محیطها تنها راه افزایش قابلیت اطمینان، افزایش توان است و این افزایش توان به شدت بر تداخل کاربران تاثیر میگذارد.
.2,3معماری ارتباط بین BAN
در این قسمت ارتباط بین BAN را به عنوان ارتباط بین PS و یک یا چند 4(Aps)تعریف میکنیم.ما الگوهای ارتباط بین BAN را به دو دسته تقسیم میکنیم:-1 معماری مبتنی بر زیر ساخت-25 معماری مبتنی بر6ad hoc
.1,2,3معماری مبتنی بر زیر ساخت
اکثر برنامههای کاربردی BAN از معماری مبتنی بر زیر ساخت استفاده میکنند. در ارتباط بین BAN فرض بر این میشود که یک محیط زیست با فضای محدود وجود دارد. به عنوان مثال یک اتاق انتظار در بیمارستان،خانه و دفتر و ... در مقایسه با شبکه ad hocشبکه مبتنی بر زیرساخت از مدیریت متمرکز و کنترل امنیت استفاده میکند. با توجه به این ساختار متمرکز AP به عنوان سرور پایگاه داده در برخی ازبرنامههای کاربردی کار میکند.به عنوان مثال( SMART,
.(CareNet
2,2,3معماری مبتنی بر ad hoc
4access point 5Infrastructure based architecture 6Ad hoc based architecture
فسا واحد
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
ELECCOMP2-xxxx
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 میباشد، کار کاربران را برای حرکت در اطراف یک ساختمان، زمین بازی و یا در یک نقطه از امداد اورژانس راحتتر میکند. دو دسته از گرهها در این معماری وجود دارد: گرههای نصب به عنوان مثال،حسگر/گرههای فعال در یا اطراف بدن و گرههای روتر اطراف یک BAN که هر دو مشابه سختافزار رادیو هستند برای آسان کردن مسیریابی چند پرشیمعماری نصب شبیه به WSN سنتی میباشد. و هر دو آنها اغلب از دروازه1 به عنوان رابط با جهان خارج استفاده میکنند.
شکل((7 معماری مبتنی بر [12AD HOC]
.3,3ارتباط فراتر ازBAN
لایه سوم که بالاترین لایه در این معماری است شامل تلفن هوشمند پزشکان و مراکز مشاهدهی از راه دور مستقر در بیمارستان یا اورژانس میباشد. این مراکز دادههای بدست آمده را ذخیره و دستهبندی میکنند و از این دادهها جهت انجام عملیات خاصی استفاده میشود. در این لایه همچنین امکان به کارگیری 2GSM و GPS جهت پیدا کردن موقعیت بیمار در نظر گرفته شده است. این امکان برای بیماریهای ناگهانی مثل سکته های قلبی و مغزی بسیار مناسب است.
.6انواع حملات در WBAN
انواع حملات مسیریابی به شرح زیر می باشند :
1gateway 2Global System for Mobile Telecommunications
4
.1,6حمله ارسال انتخابی
برخی گرههای مخرب از هدایت و ارسال پیامهای خاص سرباز زده و آنها را دور میاندازند. بنابراین این بستهها نمیتواند پخش شود.
.2,6حمله حفره3
هدف نفوذ تقریبا جذب همه ترافیک توسط یک گره مخرب است و سعی میکند گرههای همسایه بستههای خود را از مسیری عبور دهد که گره مخرب وجود دارد. این حمله میتواند وسیلهای برای حملات دیگر مانند حمله ارسال انتخابی باشد.[17]
.3,6حمله سایبل4
یک گره مخرب آدرسهای شناسایی مختلف را به دیگر گرهها در شبکه ارائه میدهد. در بسیاری موارد حسگرها در شبکههای بیسیم ممکن است برای انجام یک وظیفه به همکاری یکدیگر نیاز داشته باشند بنابراین آنها میتوانند از توزیع زیر وظایف و افزونگی اطلاعات استفاده کنند. در چنین موقعیتی یک گره میتواند با استفاده از هویت سایر گرهها وانمود کند که بیش از یک گره است و هویت چند گره را جعل کند.
.4,6حمله تهدید مکان بیمار
به طور کلی سیستمهای ردیابی مکان مبتنی بر فرکانس رادیویی[ 18] بوده و بر اساس قدرت سیگنال دریافتی مکان را شناسایی میکنند و یا از تکنولوژیهای دیگر بهره میبرند.[19]اگر یک نفوذگر به طور دائم سیگنالهای رادیویی را دریافت و آنها را تجزیه و تحلیل کند، با کشف جزئیات مکان افراد به طور مستقیم میتواند حریم خصوصی فرد را نقض کند .
.5,6حمله رهگیری فعالیت
مهاجم میتواند بر اساس دادههایی که از یک گره بدست میآورد فعالیت و تمرینات ورزشی فرد را بدست آورده و راهنماییها و حرکات ورزشی نادرستی به بیمار ارائه کند که باعث درد شدید بیمار شود.
3Hole attack 4Sybil Attack
فسا واحد
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
ELECCOMP2-xxxx
.6,6حمله انکار سرویس
سادهترین نوع حمله انکار سرویس برای تخلیه منابع موجود در یک گره تلاش میکند. مهاجم با ارسال بیش از حد بستههای غیر ضروری، از دسترسی کاربران مشروع شبکه به سرویسها و منابع مشخص جلوگیری میکند. حملات انکار سرویس ممکن است به شبکههای بیسیم مراقبتهای پزشکی آسیب رسانده و منجر به از دست رفتن زندگی بیمار شود.
.7مروری بر استاندارد 802,15,6
به منظور پیادهسازی موفق WBAN نیاز به یک استاندارد جامع به شدت احساس میشد. به همین منظور IEEE892 یک گروه کاری به نام IEEE802,15,6را برای استاندارد کردن WBAN در سال 2007 مشخص کرد.هدف این گروه فراهم کردن یک استاندارد بینالمللی به منظور برقراری یک ارتباط بیسیم برای یک محدودهی کوتاه با توان کم و قابلیت اطمینان بالا بود که در نزدیکی یا داخل بدن انسان بتواند کار کند.[18] از جمله ویژگی دیگری که در این استاندارد باید لحاظ میشد،نرخ دادهی بالایی بود که در برخی کاربردهای سرگرمی و سیستم نظارت بر سلامت بیمار نیاز است ( تا 10 مگایت بر ثانیه). استاندارد شبکههای شخصی موجود(1(PAN پارامترهای پزشکی همچون خطر نداشتن برای انسان را در نظر نمیگیرند همچنین PAN ترکیبی از قابلیت اطمینان بالا،کیفیت سرویس(2(QoS، توان پایین، انواع نرخ داده و عدم تداخل مورد نیاز را پشتیبانی نمیکند.[26]
هدف اصلی 802,15,6 تعریف لایهی فیزیکی و MAC جدید برای شبکههای بدنی بیسیم است. انتخاب باند فرکانسی مناسب برای این استاندارد یکی از مهمترین مسائل بود که باید به آن توجه میشد. شکل((12 به طور مختصر برخی از باندهای فرکانسی قابل دسترس برای WBAN برای کشورهای مختلف را نشان میدهد. باند خدماتی ارتباطی ایمپلنت پزشکی(3(MICS یک باند دارای مجوز است که برای ارتباطات ایمپلنت پزشکی استفاده میشود و در بیشتر کشورها دارای محدوده فرکانسی 405-420) مگا هرتز) یکسانیاست. باند خدمات تله متری پزشکی بیسیم 4(WMTS) نیز یک باند دارای مجوز است که برای سیستمهای تله متری پزشکی به کار میرود. پهنای باند کم
1Personal Area Network 2Quality of Service 3Medical Implant Communication Service
4Wireless Medical Telemetry Service
5
WMTS و MICS برای کاربردهایی که نرخ دادهای بالایی نیاز دارند مناسب نیست. باند پزشکی،علمی، صنعتی 5(ISM) نیاز به مجوز ندارد و در کل جهان در دسترس است. برای کاربردهایی بانرخ دادهای بالا نیز مناسب است ولی به دلیل وجود دستگاههای بیسیم زیادی همچون بلوتوث احتمال تداخل در آن وجود ندارد.
شکل((12 باند فرکانسی برای [6WBAN]
.1,7مشخصات لایه فیزیکی
استاندارد 802,15,6 سه لایه فیزیکی مختلف را پشتیبانی میکند.
6NB، 7UWB، .[27]8HBC
.8چالشهایWBAN
توسعه WBAN چالشهای تحقیقاتی همچون نیاز به طراحی بهتر حسگرها، مجتمع شدن با سیستمهای درمانی، امنیت و قابلیت اطمینان اطلاعات، کیفیت سرویس و مصرف انرژی به طور موثر را به وجود آورده است. در ادامه این چالشها با جزئیات بیشتری بررسی میشود.
.1,8بهبود طراحی حسگر
یکی از مولفههای اصلی در طراحی حسگرها باید در نظر گرفت کوچک بودن آنها است. از طرفی دیگر حسگرهایی که درون بدن انسان قرار میگیرند باید سازگار با بدن انسان باشند به طوری که هیچگونه عوارضی برای بیمار نداشته باشند. پیشرفتهای جدید در تکنولوژی-های زیستشناختی9، شیمی، الکترونیک و مکانیک باعث عرضهشدن حسگرهای جدیدی سازگار با بدن انسان شده است.
5Industrial Science Medical 6Narrow Band 7Ultra Wide Band
8Human Body Communication 9Biological
فسا واحد
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
ELECCOMP2-xxxx
.2,8مجتمع شدن با سیستم درمانی
مجتمع شدن حسگرها و سیستمهای درمانی و گرفتن بازخورد از این سیستم مجتمعشده، نقش مهمی از شبکههای بدنی را در عملکردهای بالینی و پزشکی تعریف میکند مثلاً در این شبکهها تزریق دارو بر اساس شرایط فعلی بیمار، علائم حیاطی بیمار، سوابق موجود بیمار در مراکز درمانی و در نهایت به دستور پزشک صورت میپذیرد. همانطور که مشخص است یک تعامل بین شبکههای بدنی بیسیم و سیستم-های درمانی(پزشکان، مراکز بهداشت و درمان، اورژانس و ...) نیاز است که باید در طراحی WBAN لحاظ شود.
.3,8امنیت و قابلیت اطمینان اطلاعات
از لحاظ امنیتی، دادههای WBAN باید با استفاده از رمزنگاری قوی و همچنین دیگر روشهای امنیتی از دسترسی افراد غیر مجاز مصون بماند. با در نظر گرفتن محدودیت منابع(انرژی مورد نیاز) که گرههای WBAN با آن مواجه هستند. باید یک مصالحه بین حداکثر کردن امنیت و حداقل استفاده از منابع صورت پذیرد. علاوه بر این به دلیل طبیعت بسیار پویای WBAN روشهای احراز هویت که برای محیط-های ایستا در نظر گرفته میشود، قابل اجرا نخواهد بود. حتی روش-های رمزنگاری متقارن که برای شبکههای که برای روشهای موردی بم کار میرود محاسبات سنگینی را بر روی کاربردهای WBAN تحمیل میکند.
از طرفی دیگر قابلیت اطمینان شبکه به طور مستقیم بر روی کیفیت نظارت بیمار تاثیر میگذارد و در بدترین حالت ممکن است به دلیل عدم تشخیص رخدادی که زندگی بیمار را تهدید میکند، باعث مرگ وی شود. محققان روشهای متعددی برای بهبود قابلیت اطمینان مطرح کردهاند. در سادهترین روش بسته چند بار ارسال میشود تا اعلام وصول آن دریافت شود. این ارسالهای چندباره سربار زیادی بر روی شبکه تحمیل میکنند. روش دیگر برای افزایش قابلیت اطمینان استفاده از کدهای تصحیح کننده خطا میباشد.[28]
.3,8کیفیت سرویس((QoS
به دلیل وجود کاربردهای بلادرنگ و غیر بلادرنگ در شبکههای بدنی، نیاز به سطوح مختلف سرویسدهی و تجزیه و تحلیل و برآورد دقیقی از سطوح کیفیت سرویس احساس میشود. بستههای حاوی اطلاعات اورژانسی بیمار باید با استفاده از سطوح مختلف QoS طوری سرویس
6
بگیرند که بتوانند در موقعیتهای مختلف که بیمار در شرایط خطرناکی قرار دارد به وی کمکی قابل اعتماد و فراگیری انجام دهند. این موضوع وقتی ظرفیت شبکه محدود است، بحرانیتر خواهد بود. در میان پارامترهای مختلف QoS دسترسپذیری به عنوان نیازهای اصلی سیستمهای بهداشت و روان در نظر گرفته میشود. چالشهای عمدهای برای پشتیبانی از کیفیت سرویس در [29] مطرح شده است. این چالشها عبارتند از: محدودیت منابعی همچون باتری و پهنای باند، الگوهای ترافیک غیر قابل پیشبینی،بیثباتی شبکه، توزیع یکنواخت انرژی بین گرهها، بحرانی بودن برخی بستهها، پشتیبانی از ترافیکهای نامتعادل و ... .
.4,8مصرف انرژی
مدیریت توان در شبکههای بدنی یک موضوع کاربردی بسیار مهم است. مصرف توان با بهینه کردن فرایندهای لایه فیزیکی و MAC به حداقل میرسد. یک لایه فیزیکی با انتخاب کدینگ و مودلاسیون مناسب میتواند احتمال ارسال بسته به طور موفقیت آمیز را افزایش دهد. هرچه این احتمال بیشتر باشد به همان نسبت هم در مصرف انرژی صرفهجویی میشود. از طرف دیگر لایه MAC با بکارگیری تکنیکهایی از جمله تکنیکهای دسترسی به کانال، تکنیکهای سیگنالینگ هوشمند و همچنین استفاده از ساختار بهینه بسته میتواند در کاهش مصرف توان نقش بسیار مهمی داشته باشد.
.9نتیجه
در این سمینار ابتدا تکنولوژی شبکههای بدنی بیسیم معرفی و برخی از ویژگیهای آن را بیان کردیم. سپس برای پیادهسازی این تکنولوژی جهت کاربردهای پزشکی توصیف شد . که شامل سه نوع زیرساخت برایWBAN است که عبارتند از: شبکههای بدنی مدیریت شده، خودمختار و هوشمند. انواع کاربردهای WBAN نیز به طور خلاصه ذکر گردید. در ادامه معماریهای رایج برایWBAN بحث شد و با وجود اینکه توپولوژی ستاره به طور طبیعی برای این شبکهها به کار میرود نشان داده شد که این توپولوژی از لحاظ مصرف انرژی و برقراری ارتباط مطمئن چندان کارا نیست و در عوض توپولوژی چند پرشی عملکرد بهتری دارد . IEEE802 یک گروه کاری به نام IEEE802,15,6را برای استاندارد کردن WBAN مشخص کرد. هدف این گروه ایجاد یکاستاندارد به منظور برقراری یک ارتباط بیسیم برای
مجموعه مقالههای دومین همایش ملی فناوریهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر 3مهر1393، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فسا،
واحد ELECCOMP2-xxxx
فسا
محدودهی کوتاه با توان کمم و قابلیت اطمینان بالا بود که در نزدیکی
یا داخل بدن انسان بتواند کار کند. که در این سمینار به مرور این
استاندارد پرداختیم. به دلیل ماهیت اطلاعات ردوبدل شده در WBAN،
امنیت یکی از اساسیترین موضوعات این شبکههاست. امنیت شامل
سه فرآیند رمزنگاری، احراز هویت و تصحیح خطای انتقال است که در
این سمینار بررسی شد. در آخر هم چالشهای مهم در این نوع
تکنولوژی که مهمترین آن میتوان به انرژی اشاره کرد، بیان گردید. و
البته با توجه به جدید بودن این تکنولوژی مسائل زیادی از جمله بهبود
عمر باتری ، پایین آوردن مصرف انرژی ، مزاحم نبودن سنسورها و...
وجود دارد که باید بر روی آن مطالعات و تحقیقات بیشتری صورت
پذیرد.
منابع:
B.Latre, C.Blondia, B.Braem, H.Higgins, [1]S.Ullah,
K.S.Kwak, ”A Z.Rahman, S.Saleem, I.Moerman,
Comprehensive Survey of Wireless Body Area
Layers Network MAC, and On PHY, Networks
2010© August 19 online: Published Solutions,”,
Springer Science+Business Media,2010 [2] D. M. Barakah; M. Ammad, “A Survey of Challenges
and Applications of Wireless Body Area Network (WBAN) and Role of a Virtual Doctor Server in Existing Architecture” , Intelligent Systems, Modelling
and Simulation (ISMS), 2012
[3] C. A. Chin, G.V. Crosby, T. Ghosh, R.
Murimi,“Advances and challenges of wireless body area networks for healthcare applications, ”,Maui, HI:
Computing Networking and Communications (ICNC),
2012 [4]N. A. Alrajeh, S. Khan,”Multi-Channel Framework for Body Area Networking Health Monitoring,”,2013 [5] M. R. Yuce,”Implementation of wireless body area
, Int'l J. of Communications, Network and System Sciences, Vol. 2 No. 8, 2009
[9 ] A. Natarajan, M . Motani, B. d. Silva, K. C. Chua, “
Investigating network architectures for body sensor networks” , Published in Proceeding HealthNet '07
Proceedings of the 1st ACM SIGMOBILE , 2007 [10] J. Y. Khan , R. Yuce , “Wireless Body Area Network
(WBAN) for Medical Applications ”, January 1, 2010 [11] A. ISIKMAN, L. Cazalon,f. Chen, “body area
network ”, 2010
[12 ] M. Chen , S. Gonzalez , A . Vasilakos , H. Cao , C . M.
Leung,” Body Area Networks: A Survey”, Published online: 18 August 2010, © Springer Science+Business
Media, 2010 [13] S. Lim , T. H. Oh , B. Young ,T. Lakshman.,
“Security Issues on Wireless Body Area Network for Remote Healthcare Monitoring ” ,2010
[14] M. Somasundaram , R. Sivakumar,“Security in
Wireless Body Area Networks: A survey ” , ICBMG,
2011 [15] K. Lorincz; D. J. Malan,” Sensor Networks for
Emergency Response: Challenges andOpportunities”,
2004 [16] K. Lorincz; M. MoteTrack, “Decentralized
Approach to RF-Based Location Tracking”. Pers.
Ubiquit. Comput, 2006
[17] G. Z. Yang, “body sensor networks”; springer:
London , uk, 2006
networks for healthcare systems,”, Sensors and
Actuators A: Physical,2010 [6] K. S. Kwak, “An overview of IEEE 802,15,6 standard ”
, Applied Sciences in Biomedical and Communication Technologies (ISABEL), 2010
[7] X. Chen; K. Makki; K. Yen; N. Pissinou, “Sensor
Network Security: A Survey”, IEEE Commun. Surv.
Tutor, 2009 [8] S.ollah, P.khan, s.saleem, k.kwak., “A Review of Wireless Body Area Network for Medical Application ”
7
رتویپماک و قرب یسدنهم رد نیون یاهیروانف یلم شیامه نیمود یاههلاقم هعومجم
[30] V.Leonov “ Thermoelectric Converters of human
Warmth for Self-Powered Wireless Sensor Node, ”
IEEE Sensors Journal, vol.7,pp.650-657, 2007
،اسف دحاو یملاسا دازآ هاگشناد ،1393رهم3
