無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)到底有多好

在健康監(jiān)測(cè)環(huán)境下醫(yī)療監(jiān)測(cè)是一個(gè)由各個(gè)等級(jí)的醫(yī)療專業(yè)人士實(shí)施的嚴(yán)格的過程，但這些專業(yè)人士實(shí)施的過程中，仍然不能避免意外的人為錯(cuò)誤。在健康監(jiān)測(cè)環(huán)境中，人為錯(cuò)誤應(yīng)該減少到零，但是這通常是達(dá)不到的。因此在過去的十年，針對(duì)減少醫(yī)療過程中的人為錯(cuò)誤開展了很多研究工作。研究者已經(jīng)從信息通信技術(shù)（ICT）入手來減少醫(yī)療過程中的人為錯(cuò)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(dòng)監(jiān)測(cè)過程的可實(shí)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息通信技術(shù)方面比較好的技術(shù)，最初是用于軍事方面戰(zhàn)場(chǎng)上的的監(jiān)測(cè)，無線傳感器技術(shù)還有很多別的應(yīng)用，例如環(huán)境學(xué)習(xí)、動(dòng)物保護(hù)、生產(chǎn)線、樓宇安全，這樣便使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)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(shè)備的尺寸非常小，這樣可以更好的應(yīng)用于監(jiān)測(cè)病人的身體健康狀況，從而解決醫(yī)生或者護(hù)士難以全天隨時(shí)隨地守護(hù)病人的問題。同時(shí)肯定可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)全球一體化的可能性，通過因特網(wǎng)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(shè)備，因?yàn)楝F(xiàn)在任何一個(gè)醫(yī)生都有手持設(shè)備。

所以考慮到這些方面，就得更多的提到無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，它是LAN的擴(kuò)展，同時(shí)在有限的布線數(shù)量的情況下有比較遠(yuǎn)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?fù)渚W(wǎng)絡(luò)（WSMN）中的傳感器來傳送，無線傳感器拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)（WSMN）是無線傳感器和拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的組合。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)部署好后，它同時(shí)提供了不同的機(jī)能來提高環(huán)境的監(jiān)測(cè)能力。

另外一個(gè)ICT的革新是無線射頻識(shí)別（RFID），它不僅僅用于病患的監(jiān)測(cè)，還用于醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療手術(shù)設(shè)備的管理、藥品的管理以及危險(xiǎn)醫(yī)用物品的管理，物品清單控制，還包括病人的識(shí)別和定位。即使當(dāng)病人在戶外，例如病人在私人的居住地或者常規(guī)的活動(dòng)區(qū)域時(shí)，使用RFID對(duì)其進(jìn)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(duì)病人進(jìn)行監(jiān)視主要用于病人識(shí)別、定位監(jiān)視和病人醫(yī)療信息的發(fā)送。

這樣，這些設(shè)備的功能和初始化應(yīng)用可以通過引入一些帶RFID的傳感機(jī)理來加強(qiáng)。因?yàn)闊o線傳感體域網(wǎng)（WBSN）可以基于網(wǎng)絡(luò)提供可靠的基礎(chǔ)設(shè)施來支柱，所以我們現(xiàn)在提出集合了RFID傳感器和無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)（WMN）而創(chuàng)造的一個(gè)新奇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們稱之為RFID-WBSMN。

這個(gè)框架提供了一個(gè)可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來用于病人監(jiān)視和識(shí)別應(yīng)用，然后自由地使用智能體技術(shù)來做出決定是否通知醫(yī)生。使用［10］中提到的智能體技術(shù)，通過在網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算從而減少通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的必要，從而減少網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)負(fù)載和延遲的情況。智能體被放在網(wǎng)絡(luò)中固定的位置，被當(dāng)做類似于早期的報(bào)警系統(tǒng)來使用。從而監(jiān)測(cè)和報(bào)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?yàn)檫@些設(shè)備的內(nèi)存和能量有限。另外，最新的ICT革新的主要是提高信息技術(shù)（IT）系統(tǒng)，即能通過云技術(shù)來支持信息分散。這個(gè)技術(shù)作為單獨(dú)付費(fèi)使用的技術(shù)提供用戶所有信息技術(shù)的資源。從前面可以看到有三個(gè)服務(wù)可以通過云計(jì)算實(shí)現(xiàn)，分別是架構(gòu)即服務(wù)（Iaas）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。

所以觀察基于云技術(shù)提供的設(shè)備，醫(yī)療服務(wù)需要一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)連接和一個(gè)必備的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)和處理軟件，通過云來管理從而提供好的醫(yī)療服務(wù)。同時(shí)云服務(wù)可以被任何小的醫(yī)療服務(wù)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(wǎng)服務(wù)一樣來購買每個(gè)醫(yī)療服務(wù)。現(xiàn)在研究者已經(jīng)開始采取基于云的電子醫(yī)療管理系統(tǒng)［11］，使用了一個(gè)應(yīng)用程序接口連接緊急部門工作者和來自波士頓EMS救護(hù)中心之前儲(chǔ)存的醫(yī)院數(shù)據(jù)。

基于以上這些事實(shí)，我們?cè)谶@里提出了基于云系統(tǒng)的智能體，用來對(duì)病人的進(jìn)行識(shí)別和物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)，這樣云的使用作為一個(gè)倉庫來保存信息和收集信息。當(dāng)智能體提出要訪問傳感器節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集合和通知醫(yī)療工作者檢測(cè)異常傳感信息的時(shí)候。作為支柱的云儲(chǔ)存架構(gòu)為系統(tǒng)的執(zhí)行提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的平臺(tái)。這個(gè)系統(tǒng)集合了各種醫(yī)療設(shè)施和遠(yuǎn)程病人監(jiān)控。論文剩下的部分如下：論文第二部分對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究做了一個(gè)調(diào)查;論文第三部分對(duì)所提出系統(tǒng)的架構(gòu)和功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述;論文第四部分給出了一個(gè)總結(jié)，和對(duì)將來工作的一個(gè)展望。

當(dāng)前研究活動(dòng)的調(diào)查

我們將在這個(gè)部分中討論，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、智能體、云計(jì)算在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用，在詳細(xì)介紹我們所做的研究工作之前，本文將會(huì)介紹當(dāng)前在這些領(lǐng)域中的相關(guān)研究工作。

A 無線傳感器在醫(yī)療服務(wù)方面。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是一個(gè)大型的空間上分布的網(wǎng)絡(luò)，有上百個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)或者帶有一定地理位置的分布，目的是在環(huán)境中檢測(cè)或者感知一些特定的參數(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最初的應(yīng)用是在一個(gè)空曠的環(huán)境下檢測(cè)一些參數(shù)。最開始是由軍隊(duì)用于在戰(zhàn)場(chǎng)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)和一些科學(xué)家、環(huán)境研究者用于檢測(cè)氣候變化和森林環(huán)境以及地下水。然而當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)變成熱門領(lǐng)域后，它的應(yīng)用范圍也開始擴(kuò)展。在醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域我們可以看到，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展為無線體域網(wǎng)（WBAN）或者是無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)（WBSN）。隨著體積更小功能更強(qiáng)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(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，例如，IEEE802.11和IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)組織，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這些變化都是可以實(shí)現(xiàn)的。另外就是對(duì)無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)WMN進(jìn)行一個(gè)介紹，由一些公司或者是服務(wù)提供商來拓展對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)接入范圍，這個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)挑戰(zhàn)常規(guī)有線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)集合了無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造了無線人體傳感器拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)提到的應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)監(jiān)視。在監(jiān)測(cè)中病人只要佩戴可穿戴的傳感器節(jié)點(diǎn)，就可以測(cè)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(wǎng)關(guān)最后傳到中心服務(wù)器形成病人的病歷數(shù)據(jù)庫。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以用于遠(yuǎn)程病人的情況檢測(cè)，在這種情況下，在家里你只要安裝上了無線傳感器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)這些節(jié)點(diǎn)可以連入因特網(wǎng)或者是其他的通信網(wǎng)絡(luò)，同樣可以將數(shù)據(jù)傳送到醫(yī)療服務(wù)設(shè)備。這為不斷擴(kuò)大的老齡群體提供了非常方便的醫(yī)療服務(wù)，同時(shí)這也增加了醫(yī)療設(shè)備進(jìn)入家庭和養(yǎng)老醫(yī)療設(shè)備的業(yè)務(wù)。在需求增多的情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大多數(shù)出現(xiàn)在遠(yuǎn)程病人監(jiān)控例子中，在病人病情超過一定閾值后通知報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)病人的信息在醫(yī)療服務(wù)設(shè)備中有所記錄時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以通過緊急情況報(bào)警設(shè)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(zhǔn)備。這些傳感器網(wǎng)絡(luò)具有在服務(wù)區(qū)內(nèi)提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的潛在優(yōu)勢(shì)。

B.RFID技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

RFID方法并不是一個(gè)新的技術(shù)，它誕生于1960年代，像是舞臺(tái)上的一個(gè)新的表演者。應(yīng)用領(lǐng)域主要是在軍事方面和產(chǎn)品應(yīng)用鏈的管理。然而，RFID技術(shù)受到的關(guān)注和歡迎應(yīng)用領(lǐng)域也開始擴(kuò)展。

RFID技術(shù)發(fā)現(xiàn)了他進(jìn)軍醫(yī)療服務(wù)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(duì)象有需要嚴(yán)格看護(hù)的設(shè)備、藥品、雇傭者、還有病人。 在醫(yī)療服務(wù)環(huán)境中，生和死的區(qū)別可能就在僅僅于這些設(shè)備的位置。例如，電震發(fā)生器。或者別的什么東西，例如外科手術(shù)設(shè)備，在完成外科處理過程之后放在病人左邊的設(shè)備。

另外一個(gè)很重要的應(yīng)用就是對(duì)病人的跟蹤和識(shí)別。這個(gè)應(yīng)用相當(dāng)重要因?yàn)樵诋?dāng)病人不能被有效地識(shí)別的時(shí)候，會(huì)造成很多的過度醫(yī)療現(xiàn)象出現(xiàn)。RFID技術(shù)給病人提供一個(gè)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(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

在RFID技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的技術(shù)中，RFID標(biāo)簽被修改從而能支持被標(biāo)記的傳感器和他所支持的感知能力。這些標(biāo)簽被稱為RFID傳感器標(biāo)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(qiáng)功能的標(biāo)簽現(xiàn)在可以識(shí)別被標(biāo)定的物體以及檢測(cè)這些物體的參數(shù)。當(dāng)詢問機(jī)讀取這些傳感器標(biāo)簽的時(shí)候，這些參數(shù)可以被發(fā)送。如果這些詢問機(jī)的功能沒有被增強(qiáng)，那么RFID網(wǎng)絡(luò)只能被當(dāng)做單跳的網(wǎng)絡(luò)。如果RFID詢問機(jī)隨著無線傳感器而被修改為可以和多個(gè)異構(gòu)設(shè)備進(jìn)行通信，那么RFID網(wǎng)絡(luò)可以被應(yīng)用于多跳網(wǎng)絡(luò)。

在醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域，RFID和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，在設(shè)備應(yīng)用方面，具有潛在的巨大的提高空間。在之前提到這些技術(shù)的缺點(diǎn)就是不能和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。研究的主要方向是這些設(shè)備基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)管理著低功耗的Zigbee設(shè)備。

D.智能體技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

智能體技術(shù)已經(jīng)被提出并應(yīng)用于多種醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)。在上面那些文章中，有很多的思想都是將智能機(jī)應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)產(chǎn)業(yè)。在這些文章中都明確強(qiáng)調(diào)了一個(gè)研究重要性，就是將單個(gè)智能體或者多個(gè)智能體應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)行業(yè)來解決這個(gè)行業(yè)中所存在的問題。研究工作將會(huì)從基于智能體的移動(dòng)設(shè)備入手，用于醫(yī)院的選擇和預(yù)約計(jì)劃。這里還提到了一個(gè)基于智能體的研究應(yīng)用，通過無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)將病人的體溫信息發(fā)送到醫(yī)生的手持設(shè)備上。

E. 云技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

在信息通信方面最新的革新應(yīng)該是云和云計(jì)算，支持消費(fèi)者在信息技術(shù)的需求中，云計(jì)算提供了可視化硬件框架的無限可擴(kuò)展性，通過業(yè)務(wù)使這些信息技術(shù)框架被利用。美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）定義了云計(jì)算是一個(gè)模型，這個(gè)模型可以方便地按需訪問一個(gè)可配置的計(jì)算資源（例如，網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序以及服務(wù)）的公共集。這些資源可以被迅速提供并發(fā)布，同時(shí)最小化管理成本或服務(wù)提供商的干涉。云服務(wù)基于服務(wù)水平協(xié)議（SLAs）可以采用單向收費(fèi)。云服務(wù)提供商為用戶提供了常用的IT設(shè)備和依賴這些設(shè)備的不同業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)包括框架、平臺(tái)、軟件。這些業(yè)務(wù)模型主要關(guān)注的是服務(wù)提供商如何授權(quán)用戶能使用這些所提供的IT設(shè)備。

由于在過去幾年云計(jì)算領(lǐng)域具有很高人氣，所以在更多不同的領(lǐng)域得以應(yīng)用。每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都會(huì)考慮采用能滿足其需求的云計(jì)算模型類型，NIST定義了四種不同的云計(jì)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(chǔ)設(shè)施由一個(gè)組織來管理控制，它可能被安置在室內(nèi)或者一個(gè)比較偏遠(yuǎn)的地方。社區(qū)云的的云基礎(chǔ)設(shè)施由多個(gè)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(chǔ)架構(gòu)被由云服務(wù)提供商控制并向用戶出售云服務(wù)?；旌显频脑苹A(chǔ)架構(gòu)是由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的云組成，這些云保持著唯一的實(shí)體，但是通過標(biāo)準(zhǔn)或者特有的技術(shù)結(jié)合在一起，這些技術(shù)使得數(shù)據(jù)或者應(yīng)用程序具有可移植性。

醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域得益于研究者們提出各種各樣的云計(jì)算使用方案，從而為醫(yī)療服務(wù)業(yè)務(wù)和醫(yī)療服務(wù)設(shè)備以及遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了無所不在的平臺(tái)。研究者采取基于云的醫(yī)院電子管理系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)采用應(yīng)用接口可以連接帶有波士頓EMS救護(hù)車上的預(yù)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(hù)車上的重要信息，同時(shí)還可以輸入病人的電子病例信息。在這個(gè)計(jì)劃執(zhí)行前，急診室離得醫(yī)生們不得不每天手動(dòng)地將病人的病例傳真給BIDMC來儲(chǔ)存他們的數(shù)據(jù)和病例。

從這篇文獻(xiàn)的調(diào)查中可以看出并沒有太多的工作是關(guān)于通過Zigbee將RFID和傳感技術(shù)融合后應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)方面。如果這些技術(shù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式進(jìn)行，當(dāng)在這種模式下由于網(wǎng)絡(luò)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?fù)渚W(wǎng)絡(luò)來代替這種模式，我們可以集成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和Zigbee的RFID傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可靠地、實(shí)時(shí)地傳送病人的相關(guān)健康數(shù)據(jù)。

另外這些技術(shù)并沒有采用智能體在醫(yī)療服務(wù)方面的技術(shù)，也沒有采用醫(yī)療服務(wù)方面的云計(jì)算技術(shù)。將云技術(shù)與智能體技術(shù)融合對(duì)于不同醫(yī)療服務(wù)者和醫(yī)療服務(wù)設(shè)備是很有利的，甚至是對(duì)信息技術(shù)不太了解的用戶也可以通過云服務(wù)提供的服務(wù)者、電腦、別的IT基礎(chǔ)設(shè)備、軟件、平臺(tái)來使用信息技術(shù)。下面將介紹所提出的研究將會(huì)來帶兩種技術(shù)——帶Zigbee RFID感應(yīng)技術(shù)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和基于云的智能體技術(shù)。