無線傳感器網絡技術有哪些好處

在健康監(jiān)測環(huán)境下醫(yī)療監(jiān)測是一個由各個等級的醫(yī)療專業(yè)人士實施的嚴格的過程，但這些專業(yè)人士實施的過程中，仍然不能避免意外的人為錯誤。在健康監(jiān)測環(huán)境中，人為錯誤應該減少到零，但是這通常是達不到的。因此在過去的十年，針對減少醫(yī)療過程中的人為錯誤開展了很多研究工作。研究者已經從信息通信技術（lank“》ICT）入手來減少醫(yī)療過程中的人為錯誤。需要說明的是 ICT 所帶來的創(chuàng)新不僅僅是提高患者自動監(jiān)測過程的可實施性，更重要的是極大的提高了該過程可靠性。

無線傳感器網絡技術是信息通信技術方面比較好的技術，最初是用于軍事方面戰(zhàn)場上的的監(jiān)測，無線傳感器技術還有很多別的應用，例如環(huán)境學習、動物保護、生產線、樓宇安全，這樣便使無線傳感器網絡可以應用于醫(yī)療環(huán)境來提高病患監(jiān)視的可信度。

基本上，無線傳感器設備的尺寸非常小，這樣可以更好的應用于監(jiān)測病人的身體健康狀況，從而解決醫(yī)生或者護士難以全天隨時隨地守護病人的問題。同時肯定可以實現(xiàn)一個全球一體化的可能性，通過因特網發(fā)送該重要病人的身體健康信息到別的專家醫(yī)生的手持設備，因為現(xiàn)在任何一個醫(yī)生都有手持設備。

所以考慮到這些方面，就得更多的提到無線拓撲網絡，它是 LAN 的擴展，同時在有限的布線數(shù)量的情況下有比較遠范圍的通信距離，這樣使重要的信息能通過處于無線傳感器拓撲網絡（WSMN）中的傳感器來傳送，無線傳感器拓撲網絡（WSMN）是無線傳感器和拓撲網絡的組合。當網絡部署好后，它同時提供了不同的機能來提高環(huán)境的監(jiān)測能力。

另外一個 ICT 的革新是無線射頻識別（RFID），它不僅僅用于病患的監(jiān)測，還用于醫(yī)療設備醫(yī)療手術設備的管理、藥品的管理以及危險醫(yī)用物品的管理，物品清單控制，還包括病人的識別和定位。即使當病人在戶外，例如病人在私人的居住地或者常規(guī)的活動區(qū)域時，使用 RFID 對其進行定位也是可能的。從這些考慮來看，我們可以看出使用 RFID 對病人進行監(jiān)視主要用于病人識別、定位監(jiān)視和病人醫(yī)療信息的發(fā)送。

這樣，這些設備的功能和初始化應用可以通過引入一些帶 RFID 的傳感機理來加強。因為無線傳感體域網（WBSN）可以基于網絡提供可靠的基礎設施來支柱，所以我們現(xiàn)在提出集合了 RFID 傳感器和無線拓撲網絡（WMN）而創(chuàng)造的一個新奇的網絡結構，我們稱之為 RFID-WBSMN。

這個框架提供了一個可靠的網絡架構來用于病人監(jiān)視和識別應用，然后自由地使用智能體技術來做出決定是否通知醫(yī)生。使用［10］中提到的智能體技術，通過在網絡中計算從而減少通過網絡發(fā)送數(shù)據(jù)的必要，從而減少網絡出現(xiàn)負載和延遲的情況。智能體被放在網絡中固定的位置，被當做類似于早期的報警系統(tǒng)來使用。從而監(jiān)測和報告異常給特定的醫(yī)療工作者。

一般情況下，這些傳感器不能完成這些功能，因為這些設備的內存和能量有限。另外，最新的 ICT 革新的主要是提高信息技術（IT）系統(tǒng)，即能通過云技術來支持信息分散。這個技術作為單獨付費使用的技術提供用戶所有信息技術的資源。從前面可以看到有三個服務可以通過云計算實現(xiàn)，分別是架構即服務（Iaas）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）。

所以觀察基于云技術提供的設備，醫(yī)療服務需要一個好的網絡連接和一個必備的基礎設施、平臺和處理軟件，通過云來管理從而提供好的醫(yī)療服務。同時云服務可以被任何小的醫(yī)療服務診所和多專業(yè)的醫(yī)院使用，在有的國家可以想購買因特網服務一樣來購買每個醫(yī)療服務。現(xiàn)在研究者已經開始采取基于云的電子醫(yī)療管理系統(tǒng)［11］，使用了一個應用程序接口連接緊急部門工作者和來自波士頓 EMS 救護中心之前儲存的醫(yī)院數(shù)據(jù)。

基于以上這些事實，我們在這里提出了基于云系統(tǒng)的智能體，用來對病人的進行識別和物理參數(shù)的監(jiān)測，這樣云的使用作為一個倉庫來保存信息和收集信息。當智能體提出要訪問傳感器節(jié)點、數(shù)據(jù)集合和通知醫(yī)療工作者檢測異常傳感信息的時候。作為支柱的云儲存架構為系統(tǒng)的執(zhí)行提供了一個經濟有效的平臺。這個系統(tǒng)集合了各種醫(yī)療設施和遠程病人監(jiān)控。論文剩下的部分如下：論文第二部分對相關技術的研究做了一個調查;論文第三部分對所提出系統(tǒng)的架構和功能進行了詳細的描述;論文第四部分給出了一個總結，和對將來工作的一個展望。

當前研究活動的調查

我們將在這個部分中討論，無線傳感器網絡、RFID、智能體、云計算在醫(yī)療服務方面的應用，在詳細介紹我們所做的研究工作之前，本文將會介紹當前在這些領域中的相關研究工作。

A 無線傳感器在醫(yī)療服務方面。

無線傳感器網絡通常是一個大型的空間上分布的網絡，有上百個節(jié)點隨機或者帶有一定地理位置的分布，目的是在環(huán)境中檢測或者感知一些特定的參數(shù)。無線傳感器網絡最初的應用是在一個空曠的環(huán)境下檢測一些參數(shù)。最開始是由軍隊用于在戰(zhàn)場上進行監(jiān)測和一些科學家、環(huán)境研究者用于檢測氣候變化和森林環(huán)境以及地下水。然而當無線傳感器網絡變成熱門領域后，它的應用范圍也開始擴展。在醫(yī)療服務領域我們可以看到，無線傳感器網絡擴展為無線體域網（WBAN）或者是無線人體傳感器網絡（WBSN）。隨著體積更小功能更強大的傳感器的發(fā)展，誕生了取代或者重新起草管理這些設備的標準，例如，IEEE802.11 和 IEEE802.15 標準組織，無線傳感器網絡這些變化都是可以實現(xiàn)的。另外就是對無線拓撲網絡 WMN 進行一個介紹，由一些公司或者是服務提供商來拓展對有線網絡的一個接入范圍，這個領域將會挑戰(zhàn)常規(guī)有線網絡架構。這種無線拓撲網絡集合了無線人體傳感器網絡，創(chuàng)造了無線人體傳感器拓撲網絡。這個網絡提到的應用于醫(yī)療服務監(jiān)視。在監(jiān)測中病人只要佩戴可穿戴的傳感器節(jié)點，就可以測得其的身體情況，例如血壓，體溫，脈搏。這樣這些信息通過上傳至路由或者是網關最后傳到中心服務器形成病人的病歷數(shù)據(jù)庫。無線傳感器網絡還可以用于遠程病人的情況檢測，在這種情況下，在家里你只要安裝上了無線傳感器節(jié)點，同時這些節(jié)點可以連入因特網或者是其他的通信網絡，同樣可以將數(shù)據(jù)傳送到醫(yī)療服務設備。這為不斷擴大的老齡群體提供了非常方便的醫(yī)療服務，同時這也增加了醫(yī)療設備進入家庭和養(yǎng)老醫(yī)療設備的業(yè)務。在需求增多的情況下，無線傳感器網絡的應用大多數(shù)出現(xiàn)在遠程病人監(jiān)控例子中，在病人病情超過一定閾值后通知報警系統(tǒng)。當病人的信息在醫(yī)療服務設備中有所記錄時，無線傳感器網絡還可以通過緊急情況報警設備來通知和發(fā)送重要病人的信息，這樣的話可以讓醫(yī)療工作者為緊急情況做好充分的準備。這些傳感器網絡具有在服務區(qū)內提高醫(yī)療服務質量的潛在優(yōu)勢。

B.RFID 技術在醫(yī)療服務方面的應用

RFID 方法并不是一個新的技術，它誕生于 1960 年代，像是舞臺上的一個新的表演者。應用領域主要是在軍事方面和產品應用鏈的管理。然而，RFID 技術受到的關注和歡迎應用領域也開始擴展。

RFID 技術發(fā)現(xiàn)了他進軍醫(yī)療服務行業(yè)的發(fā)展方向，通過他最擅長的即提高有效性的保障。對象有需要嚴格看護的設備、藥品、雇傭者、還有病人。 在醫(yī)療服務環(huán)境中，生和死的區(qū)別可能就在僅僅于這些設備的位置。例如，電震發(fā)生器?；蛘邉e的什么東西，例如外科手術設備，在完成外科處理過程之后放在病人左邊的設備。

另外一個很重要的應用就是對病人的跟蹤和識別。這個應用相當重要因為在當病人不能被有效地識別的時候，會造成很多的過度醫(yī)療現(xiàn)象出現(xiàn)。RFID 技術給病人提供一個可以被讀寫的卡片，上面包含了病人的各種醫(yī)療信息包括病人現(xiàn)在在哪家醫(yī)院就診等信息。

C. RFID 無線傳感器網絡在醫(yī)療服務方面的應用

在 RFID 技術和無線傳感器網絡技術融合的技術中，RFID 標簽被修改從而能支持被標記的傳感器和他所支持的感知能力。這些標簽被稱為 RFID 傳感器標簽，可以處于積極狀態(tài)、消極狀態(tài)和半積極狀態(tài)。這些具有增強功能的標簽現(xiàn)在可以識別被標定的物體以及檢測這些物體的參數(shù)。當詢問機讀取這些傳感器標簽的時候，這些參數(shù)可以被發(fā)送。如果這些詢問機的功能沒有被增強，那么 RFID 網絡只能被當做單跳的網絡。如果 RFID 詢問機隨著無線傳感器而被修改為可以和多個異構設備進行通信，那么 RFID 網絡可以被應用于多跳網絡。

在醫(yī)療服務領域，RFID 和無線傳感器網絡的結合，在設備應用方面，具有潛在的巨大的提高空間。在之前提到這些技術的缺點就是不能和網絡相結合。研究的主要方向是這些設備基于 IEEE802.15.4 標準。IEEE802.15.4 標準管理著低功耗的 Zigbee 設備。

D. 智能體技術在醫(yī)療服務方面的應用

智能體技術已經被提出并應用于多種醫(yī)療服務系統(tǒng)。在上面那些文章中，有很多的思想都是將智能機應用于醫(yī)療服務產業(yè)。在這些文章中都明確強調了一個研究重要性，就是將單個智能體或者多個智能體應用于醫(yī)療服務行業(yè)來解決這個行業(yè)中所存在的問題。研究工作將會從基于智能體的移動設備入手，用于醫(yī)院的選擇和預約計劃。這里還提到了一個基于智能體的研究應用，通過無線人體傳感器網絡將病人的體溫信息發(fā)送到醫(yī)生的手持設備上。

E. 云技術在醫(yī)療服務方面的應用

在信息通信方面最新的革新應該是云和云計算，支持消費者在信息技術的需求中，云計算提供了可視化硬件框架的無限可擴展性，通過業(yè)務使這些信息技術框架被利用。美國國家標準技術研究院（NIST）定義了云計算是一個模型，這個模型可以方便地按需訪問一個可配置的計算資源（例如，網絡、服務器、存儲設備、應用程序以及服務）的公共集。這些資源可以被迅速提供并發(fā)布，同時最小化管理成本或服務提供商的干涉。云服務基于服務水平協(xié)議（SLAs）可以采用單向收費。云服務提供商為用戶提供了常用的 IT 設備和依賴這些設備的不同業(yè)務。這些業(yè)務包括框架、平臺、軟件。這些業(yè)務模型主要關注的是服務提供商如何授權用戶能使用這些所提供的 IT 設備。

由于在過去幾年云計算領域具有很高人氣，所以在更多不同的領域得以應用。每個應用領域都會考慮采用能滿足其需求的云計算模型類型，NIST 定義了四種不同的云計算部署模型，它們分別是私有云、社區(qū)云、公有云、混合云模型。私有云的云基礎設施由一個組織來管理控制，它可能被安置在室內或者一個比較偏遠的地方。社區(qū)云的的云基礎設施由多個組織來管理控制，通常帶有一定的共同目的。公有云的云基礎架構被由云服務提供商控制并向用戶出售云服務?；旌显频脑苹A架構是由兩個或者兩個以上的云組成，這些云保持著唯一的實體，但是通過標準或者特有的技術結合在一起，這些技術使得數(shù)據(jù)或者應用程序具有可移植性。

醫(yī)療服務領域得益于研究者們提出各種各樣的云計算使用方案，從而為醫(yī)療服務業(yè)務和醫(yī)療服務設備以及遠程醫(yī)療提供了無所不在的平臺。研究者采取基于云的醫(yī)院電子管理系統(tǒng)，這個系統(tǒng)采用應用接口可以連接帶有波士頓 EMS 救護車上的預留醫(yī)院數(shù)據(jù)的急診部門的工作者。BIDMC 的醫(yī)生可以在醫(yī)院的急癥室的儀器表上查看救護車上的重要信息，同時還可以輸入病人的電子病例信息。在這個計劃執(zhí)行前，急診室離得醫(yī)生們不得不每天手動地將病人的病例傳真給 BIDMC 來儲存他們的數(shù)據(jù)和病例。

從這篇文獻的調查中可以看出并沒有太多的工作是關于通過 Zigbee 將 RFID 和傳感技術融合后應用于醫(yī)療服務方面。如果這些技術采用點對點模式進行，當在這種模式下由于網絡的不可靠性，那么是不能保證能成功傳送數(shù)據(jù)的。所以采用無線拓撲網絡來代替這種模式，我們可以集成拓撲網絡和 Zigbee 的 RFID 傳感技術來實現(xiàn)可靠地、實時地傳送病人的相關健康數(shù)據(jù)。

另外這些技術并沒有采用智能體在醫(yī)療服務方面的技術，也沒有采用醫(yī)療服務方面的云計算技術。將云技術與智能體技術融合對于不同醫(yī)療服務者和醫(yī)療服務設備是很有利的，甚至是對信息技術不太了解的用戶也可以通過云服務提供的服務者、電腦、別的 IT 基礎設備、軟件、平臺來使用信息技術。下面將介紹所提出的研究將會來帶兩種技術——帶 Zigbee RFID 感應技術的拓撲網絡和基于云的智能體技術。

審核編輯 黃昊宇