基于无线传感器网络的医疗监护系统设计

【摘要】：人体生理参数是衡量人体健康状况的重要参考,以生理参数为依据对人体进行实时监测在疾病诊断和治疗中起着重要的作用。而传统的监测仪器体积庞大,操作复杂,对环境要求苛刻,使用时需要完备的专业知识,不利于人体生理参数的监测。传统病房巡检中也存在诸多不足,如传统巡检需要医生、护士定时查房,人工测量病人的多个常规参数,耗费大量人力资源。若病人离开病房就无法及时测量,医生不能及时了解病人病情的变化。为克服传统医疗监护系统的弊端,本文设计了基于ZigBee技术的无线医疗监护系统,并对路径选择策略进行了改进和优化,实现了提高ZigBee网络整体性能的目的。论文的主要工作如下:(1)阐述了无线传感器网络的通讯方式及其特点,重点分析了 ZigBee路由协议的特点和网络拓扑结构、设备能耗、ZigBee协议栈。(2)针对实际工程项目进行需求分析,确定了基于ZigBee网络的医疗监护系统设计方案,进行了详细的布点设计。设计了用于监测病人体温、脉搏和血氧的无线传感网络系统,由终端传感器节点对被监护对象的生理数据进行采集,通过处理后由ZigBee模块发送出去,最后协调器节点将数据发送到上位机。传感器节点负责体温、脉搏和血氧等生理数据的采集。路由器节点负责终端节点与网络协调器节点之间的通信。网络协调器节点负责无线传感网络的建立、终端节点采集数据的汇总和上位机的通信。(3)针对ZigBee路由协议能量消耗方面存在一定缺陷,提出了一种改进的基于能量管理和蚁群优化的ZigBee路由协议算法。通过探索路径过程中避免连接能量低的节点,在最优路径和负载能量均衡间寻找平衡点,从而避免了电池能量过度消耗而过早的产生失效节点现象。(4)在NS2仿真平台对ZigBee组网和路由选择算法进行了仿真实验。通过与粒子群算法和遗传算法等方法的对比性研究,实验结果表明本文提出的算法产生的失效节点数少,网络整体耗能大幅减少,延长了网络生命周期。