基于ZigBee技術的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)設計方案

　　該監(jiān)護傳感器的工作原理為，首先由控制單元發(fā)出開始監(jiān)測某項生理參數(shù)的指令，然后通過無線數(shù)據(jù)通信單元把指令發(fā)給生理信息與數(shù)據(jù)采集單元，對人體生理信號（體溫、血壓、脈搏、血糖、血氧等）進行采集，最后通過無線數(shù)據(jù)通信單元將數(shù)據(jù)傳給控制和顯示單元中的信息處理模塊，一方面對接收到的數(shù)據(jù)進行處理和顯示，另一方面將結果數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供檢索和回放。節(jié)點的核心是無線數(shù)據(jù)通信單元和生理信息與數(shù)據(jù)采集單元。

　　2. 2　無線數(shù)據(jù)通信單元

　　在醫(yī)院里，所應用的醫(yī)療監(jiān)護設備對電磁輻射的要求很高。對于設備來講，輻射的電磁波既不能干擾其他設備正常工作，同時也應具有一定的抗干擾能力，不受其他設備輻射出的電磁波干擾。因此，在醫(yī)院或者使用無線通信的家庭中使用的醫(yī)療設備，設計中必須對此進行充分考慮。

　　在本系統(tǒng)中，所使用的射頻通信為全球公開的免費2. 4 GHz的ISM頻段，采用的通信標準為802. 15. 4 /ZigBee標準。它是一種低復雜度、低功耗和低成本的無線通信技術，可在10～75 m范圍內，以20 ～250 kb / s的傳輸速率來傳輸醫(yī)療數(shù)據(jù)。它依據(jù)802. 15. 4標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調實現(xiàn)通信。這些傳感器只需少量能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳至另一個傳感器，因此，通信效率非常高。它可用普通干電池作電源，在一般情況下，可支持6～24個月，大大減少了頻繁更換電池的麻煩。

　　為降低成本，ZigBee標準中定義了兩種類型的設備：全功能設備（ full function device, FFD）和簡化功能設備（ reduced function device, RFD ） 。

　　FFD可以在3 種不同模式下工作： ①個人網絡（personal area network , PAN）協(xié)調者； ②協(xié)調者；③設備。RFD作為從設備不需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，且只占用很少的資源。用一個FFD加上一個RFD就可組建一個最簡單的WPAN,其中FFD作為PAN協(xié)調者來執(zhí)行通信功能，因此，在任何一個星形網絡中都必須至少有一個FFD 來作為PAN協(xié)調者。在本系統(tǒng)中， ZigBee設備通常以星形和網狀形兩種網絡結構存在，其網絡拓撲結構如圖4所示。

圖4 ZigBee網絡拓撲結構圖

　　星形網絡結構的通信是以FFD作為PAN協(xié)調者完成與設備之間的通信，在該網絡中PAN協(xié)調者的功能是初始化網絡、中止和路由信息。星形網絡廣泛應用于自動化家居、個人醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)和醫(yī)院病房等小區(qū)域。

　　2. 3　生理信息與數(shù)據(jù)采集單元

　　系統(tǒng)中，醫(yī)療傳感器模塊主要實現(xiàn)以下幾種功能：體溫、血壓、血氧和血糖的測量等。其中，體溫測量集成了北京邁創(chuàng)公司所生產的YSI體溫探頭，血壓測量集成了邁創(chuàng)公司的KNM無創(chuàng)血壓測量模塊，血氧測量集成了邁創(chuàng)公司的SWS01血氧測量模塊。

　　無線節(jié)點為傳感器的擴展留出了豐富的接口，如果需要其他類型的生理指標數(shù)據(jù)，如體溫、心電等數(shù)據(jù)，則只需要將相應的傳感器接入預留的接口，形成新的無線傳感器節(jié)點，開發(fā)相應的嵌入式控制及處理軟件，就可以將節(jié)點直接加入到該無線傳感器網絡中。

　　3　GPRS /UM TSWLAN網關

　　相對于WLAN 高傳輸速率、低覆蓋范圍而言， GPRS/UMTS具有低傳輸速率和高覆蓋范圍的特點。本系統(tǒng)利用GPRS/UMTSWLAN網關實現(xiàn)UMTS與WLAN 之間的無縫連接。這樣使得配有UMTS和WLAN 接口的設備可以自由地在這兩個網絡之間進行切換。