Сеть тела - Body area network

Компьютерная сеть типы
по пространственному размеру
Классификация сетей передачи данных по пространственной области видимости.svg

А сеть тела (БАН), также называемый беспроводная телесеть (WBAN) или сеть датчиков тела (BSN) или медицинская сеть (MBAN) - это беспроводная сеть носимых вычислительных устройств.[1][2][3][4][5] Устройства BAN могут быть встроены в тело как имплантаты, могут быть накладной на корпус в фиксированном положении или могут сопровождаться устройствами, которые люди могут носить в различных положениях, например, в карманах одежды, в руке или в различных сумках.[6] Хотя существует тенденция к миниатюризации устройств, в частности, сети области тела состоят из нескольких миниатюрных блоков датчиков тела (BSU) вместе с одним центральным блоком тела (BCU),[7] больший дециметровый размер (вкладка и площадка) умные устройства по-прежнему играют важную роль в качестве концентратора данных или шлюза данных и предоставления пользовательского интерфейса для просмотра и управления приложениями BAN на месте. Развитие технологии WBAN началось примерно в 1995 году с идеи использования беспроводная личная сеть (WPAN) технологии для реализации связи на человеческом теле, рядом с ним и вокруг него. Примерно шесть лет спустя термин «БАН» стал обозначать системы, в которых общение осуществляется полностью внутри человеческого тела, внутри него и в непосредственной близости от него.[8][9] Система WBAN может использовать беспроводные технологии WPAN в качестве шлюзов для увеличения дальности действия. Через шлюзовые устройства можно подключить носимые устройства на теле человека к Интернету. Таким образом, медицинские работники могут получить доступ к данным пациента в режиме онлайн через Интернет, независимо от местонахождения пациента.[10]

Концепция

Быстрый рост физиологических датчиков, маломощных интегральных схем и беспроводной связи позволил новому поколению беспроводные сенсорные сети, теперь используется для таких целей, как мониторинг трафика, посевов, инфраструктуры и здоровья. Область телесной сети - это междисциплинарная область, которая может обеспечить недорогой и непрерывный мониторинг состояния здоровья с обновлением медицинских записей в реальном времени через Интернет. Ряд интеллектуальных физиологических датчиков можно интегрировать в носимую беспроводную сеть на теле, которая может использоваться для компьютерной реабилитации или раннего обнаружения заболеваний. Эта область зависит от возможности имплантации в человеческое тело очень маленьких биосенсоров, которые удобны и не нарушают нормальную деятельность. Имплантированные в человеческое тело датчики будут собирать различные физиологические изменения, чтобы отслеживать состояние здоровья пациента независимо от их местонахождения. Информация будет передаваться по беспроводной сети на внешний процессор. Это устройство будет мгновенно передавать всю информацию в реальном времени врачам по всему миру. При обнаружении чрезвычайной ситуации врачи немедленно сообщают пациенту через компьютерную систему, отправляя соответствующие сообщения или сигналы тревоги. В настоящее время уровень предоставляемой информации и энергоресурсов, обеспечивающих питание датчиков, ограничен. Хотя технология все еще находится на начальной стадии, она широко исследуется и, как ожидается, станет прорывным изобретением в здравоохранение, что приводит к таким понятиям, как телемедицина и mHealth становится реальным.

Приложения

Ожидается, что первоначальные приложения BAN появятся в первую очередь в сфере здравоохранения, особенно для непрерывного мониторинга и регистрации жизненно важных параметров пациентов, страдающих от хронические болезни Такие как сахарный диабет, астма и сердечные приступы.

  • Запрет пациента может предупредить больницу даже до сердечного приступа, измеряя изменения в их жизненно важные признаки.
  • ЗАПРЕТ на диабетическом пациенте может автоматически вводить инсулин через помпу, как только у них снижается уровень инсулина.
  • BAN можно использовать для изучения основных переходов состояний работоспособности и динамика из болезнь[5]

Другие применения этой технологии включают спорт, военное дело или безопасность. Распространение технологии на новые области может также способствовать общению посредством беспрепятственного обмена информацией между людьми или между людьми и машинами.

Стандарты

Последним международным стандартом для BAN является IEEE 802.15.6 стандарт.[11]

Компоненты

Типичный BAN или BSN требует мониторинга показателей жизнедеятельности датчики, датчики движения (сквозные акселерометры ), чтобы помочь определить местонахождение наблюдаемого человека и какую-либо форму связи, чтобы передать показатели жизненно важных функций и движения практикующим врачам или лицам, обеспечивающим уход. Типичный сетевой комплект для тела будет состоять из датчиков, Процессор, а трансивер и аккумулятор. Физиологические датчики, такие как ЭКГ и SpO2 датчики. Другие датчики, такие как датчик артериального давления, ЭЭГ датчик и КПК для интерфейса BSN находятся в стадии разработки.[12]

Беспроводная связь в США.

FCC утвердила выделение полосы частот 40 МГц для маломощных широкозонных радиоканалов с ограниченным доступом в медицинских целях в диапазоне 2360–2400 МГц. Это позволит разгрузить связь MBAN из уже насыщенного стандартного спектра Wi-Fi в стандартный диапазон.[13]

Диапазон частот 2360–2390 МГц доступен на вторичной основе. FCC расширит существующую службу радиосвязи медицинских устройств (MedRadio) в Части 95 своих правил. Устройства MBAN, использующие этот диапазон, будут работать по принципу «лицензия за правилом», что устраняет необходимость подавать заявки на получение индивидуальных лицензий на передатчик. Использование частот 2360–2390 МГц ограничивается работой внутри помещений в медицинских учреждениях и подлежит регистрации и утверждению на месте координаторами для защиты первичного использования авиационной телеметрии. Работа в диапазоне 2390–2400 МГц не подлежит регистрации или координации и может использоваться во всех областях, включая жилую.[14]

Вызовы

Проблемы с использованием этой технологии могут включать:

  • Качество данных: Данные, созданные и собранные с помощью BAN, могут сыграть ключевую роль в процессе лечения пациентов. Важно, чтобы качество этих данных соответствовало высоким стандартам, чтобы принимаемые решения основывались на самой лучшей возможной информации.
  • Управление данными: Поскольку BAN генерируют большие объемы данных, необходимость управления и обслуживания этих наборов данных имеет первостепенное значение.[15]
  • Проверка датчика: Широко распространенные сенсорные устройства подвержены внутренним ограничениям связи и оборудования, включая ненадежные проводные / беспроводные сетевые соединения, помехи и ограниченные резервы мощности. Это может привести к передаче конечному пользователю ошибочных наборов данных. Крайне важно, особенно в сфере здравоохранения, чтобы все показания датчиков подтверждались. Это помогает уменьшить количество ложных тревог и выявить возможные слабые места в конструкции аппаратного и программного обеспечения.
  • Согласованность данных: Данные, хранящиеся на нескольких мобильных устройствах, и записи пациентов по беспроводной связи необходимо собирать и анализировать без проблем. Внутри компьютерных сетей жизненно важные наборы данных о пациентах могут быть фрагментированы по ряду узлов и по ряду подключенных к сети ПК или ноутбуков. Если мобильное устройство практикующего врача не содержит всей известной информации, качество ухода за пациентом может ухудшиться.
  • Безопасность: Потребуются значительные усилия, чтобы сделать передачу WBAN безопасной и точной. Необходимо убедиться, что «безопасные» данные пациента получаются только из выделенной системы WBAN каждого пациента и не смешиваются с данными других пациентов. Кроме того, данные, сгенерированные из WBAN, должны иметь безопасный и ограниченный доступ. Хотя безопасность является приоритетом в большинстве сетей, для сетей WBAN в этой области было проведено мало исследований. Поскольку WBAN ограничены в ресурсах с точки зрения мощности, памяти, скорости передачи данных и вычислительных возможностей, решения безопасности, предложенные для других сетей, могут быть неприменимы к WBAN. Конфиденциальность, аутентификация, целостность и свежесть данных вместе с доступностью и безопасным управлением являются требованиями безопасности в WBAN. Стандарт IEEE 802.15.6, который является последним стандартом для WBAN, пытался обеспечить безопасность в WBAN. Однако у него есть несколько проблем с безопасностью.[16]
  • Совместимость: Системы WBAN должны обеспечивать бесперебойную работу Передача данных по стандартам, таким как Bluetooth, ZigBee и т. д. для содействия обмену информацией, подключи и играй взаимодействие с устройством. Кроме того, системы должны быть масштабируемый, обеспечить эффективную миграцию между сетями и обеспечить бесперебойное подключение.
  • Системные устройства: Датчики, используемые в WBAN, должны быть несложными, компактными по форм-фактору, легкими по весу, энергоэффективными, простыми в использовании и перенастраиваемыми. Кроме того, запоминающие устройства должны облегчить удаленное хранение и просмотр данных пациента, а также доступ к внешним инструментам обработки и анализа через Интернет.
  • Энергия против точности: Политика активации датчиков должна быть определена таким образом, чтобы оптимизировать компромисс между потребляемой мощностью BAN и вероятностью неправильной классификации состояния здоровья пациента. Высокое энергопотребление часто приводит к более точным наблюдениям за состоянием здоровья пациента и наоборот.[17]
  • Вторжение в личную жизнь: Люди могут рассматривать технологию WBAN как потенциальную угрозу свободе, если приложения выходят за рамки «безопасного» медицинского использования. Общественное признание будет ключом к тому, чтобы эта технология нашла более широкое применение.
  • Вмешательство: Беспроводная связь, используемая для датчиков тела, должна уменьшить помехи и увеличить сосуществование узловых сенсорных устройств с другими сетевыми устройствами, доступными в среде. Это особенно важно при широкомасштабном внедрении систем WBAN.[8][18]
  • Расходы: Современные потребители ожидают недорогих решений для мониторинга состояния здоровья, которые обеспечивают высокую функциональность. Чтобы стать привлекательной альтернативой для потребителей, заботящихся о своем здоровье, необходимо будет оптимизировать затраты на внедрение WBAN.
  • Постоянный мониторинг: Пользователям могут потребоваться различные уровни мониторинга, например, тем, кто подвержен риску сердечной ишемии, может потребоваться, чтобы их WBAN функционировали постоянно, в то время как другим, подверженным риску падений, могут потребоваться только WBAN для мониторинга их во время ходьбы или движения. Уровень мониторинга влияет на количество требуемой энергии и жизненный цикл BAN до того, как источник энергии будет исчерпан.[5][17]
  • Ограниченное развертывание: Сеть WBAN должна быть удобной, легкой и ненавязчивой. Он не должен изменять или затруднять повседневную деятельность пользователя. В конечном итоге технология должна быть прозрачной для пользователя, т.е. она должна выполнять свои задачи мониторинга, а пользователь этого не осознает.
  • Постоянная производительность: Производительность WBAN должна быть стабильной. Измерения датчика должны быть точными и откалиброванными, даже если WBAN выключен и снова включен.[19] Беспроводные каналы должны быть надежными и работать в различных пользовательских средах.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Разработка стандарта беспроводных телесных сетей
  2. ^ Сана Улла, Генри Хиггинс, Барт Брэм, Бенуа Латре, Крис Блондиа, Ингрид Моэрман, Шахназ Салим, Зиаур Рахман и Кьюнг Суп Квак, Комплексное исследование беспроводных телесетей: на уровне PHY, MAC и сетевых уровнях, Journal of Medical Системы (Springer), 2010. Дои:10.1007 / s10916-010-9571-3.
  3. ^ Чен, Мин; Гонсалес, Серхио; Василак, Афанасий; Цао, Хуасун; Люн, Виктор (2010). «Сети тела: обзор» (PDF). Мобильные сети и приложения (MONET). 16 (2): 1–23. CiteSeerX  10.1.1.329.7097. Дои:10.1007 / s11036-010-0260-8. ISSN  1383-469X.
  4. ^ Мовассаги, Самане; Аболхасан, Мехран; Липман, Джастин; Смит, Дэвид; Джамалипур, Аббас (2014). "Беспроводные телесные сети: обзор". Обзоры и учебные пособия по коммуникациям IEEE. 16 (3): 1658–1686. Дои:10.1109 / SURV.2013.121313.00064.
  5. ^ а б c Геллер, Т., Дэвид, Ю. Б., Хмельницкий, Э., Бен-Гал, И., Уорд, А., Миллер, Д., и Бамбос, Н. (2019, май). «Изучение вероятностей перехода состояния здоровья через беспроводные сети тела» (PDF). В ICC 2019-2019 Международная конференция IEEE по коммуникациям (ICC), стр. 1-6. IEEE. 2019.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  6. ^ Послад, Стефан (2009). Интеллектуальные устройства для повсеместных вычислений, интеллектуальные среды и интеллектуальное взаимодействие. Вайли. ISBN  978-0-470-03560-3. Архивировано из оригинал на 2012-02-15. Получено 2014-06-23.
  7. ^ Шмидт Р., Норгалл Т., Мёрсдорф Дж., Бернхард Дж., Фон дер Грюн Т. (2002). «Body Area Network BAN - ключевой элемент инфраструктуры для медицинских приложений, ориентированных на пациента». Биомед Тек. 47 (1): 365–8. Дои:10.1515 / bmte.2002.47.s1a.365. PMID  12451866.
  8. ^ а б М. Р. Юс (2010). «Внедрение беспроводных телесетей для систем здравоохранения». Датчики и исполнительные механизмы A: физические. 162 (1): 116–129. CiteSeerX  10.1.1.476.3929. Дои:10.1016 / j.sna.2010.06.004.
  9. ^ Фирхаут, П. а. М .; Константас, Д .; Bults, Ричард Г. А .; Джонс, Валери М. (18 сентября 2001 г.). «Сети тела для здравоохранения» (PDF). Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  10. ^ М. Р. Юс и Дж. Й. Хан (2011). «Беспроводные телесные сети: технология, реализация и приложения». Pan Stanford Publishing. Получено 28 апреля, 2017.
  11. ^ Стандарт IEEE P802.15.6-2012 для беспроводных телесетей
  12. ^ http://vip.doc.ic.ac.uk/bsn/m621.html
  13. ^ "'Сети Body Area Networks должны освободить пропускную способность больниц, не связанных с ними пациентов - Computerworld ». 2012-06-04. Получено 2012-06-06.
  14. ^ «Федеральная комиссия связи США выделяет спектр, позволяющий создавать сети медицинского обслуживания | FCC.gov». Получено 2012-06-06.
  15. ^ Лай, Д., Бегг, Р.К. и Паланисвами, М., ред., Сенсорные сети в здравоохранении: проблемы на пути к практической реализации. В архиве 2011-10-26 на Wayback Machine, ISBN  978-1-4398-2181-7, 2011
  16. ^ Турани, Мохсен (2015). «Об уязвимостях ассоциации безопасности в стандарте IEEE 802.15.6». Финансовая криптография и безопасность данных. Конспект лекций по информатике. 8976. С. 245–260. arXiv:1501.02601. Дои:10.1007/978-3-662-48051-9_18. ISBN  978-3-662-48050-2.
  17. ^ а б Миллер Д., Чжоу З., Бамбос Н. и Бен-Гал И. (2018, июнь). «Контроль мощности с ограничением чувствительности в цифровом здравоохранении». Ежегодная американская конференция по контролю (ACC) 2018 г. (стр. 4213-4220). IEEE. 2018. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  18. ^ Гарсия П., "Методология развертывания сенсорных сетей", IEEE Transactions по разработке знаний и данных, вып. 11, вып. 4 декабря 2011 г.
  19. ^ https://www.ucc.ie/en/media/research/misl/2009publications/pervasive09.pdf

дальнейшее чтение

внешние ссылки