1 前言
據(jù)ZigBee聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)，ZigBee技術(shù)在健康護(hù)理上的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)數(shù)逐年快速增加，如圖1所示。健康越來越引起人們的關(guān)注，這背后有很多的原因，如人口老齡化、環(huán)境污染、食品安全，以及生活質(zhì)量的提高帶來的各種慢性疾病，如糖尿病、心血管疾病等，而在中國，大量外出務(wù)工人員背井離鄉(xiāng)，留守老人在家鄉(xiāng)的身體健康更是成為一個(gè)社會化的問題。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在極大地影響我們的生活，其中ZigBee技術(shù)是目前比較熱門的無線物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，本文將討論ZigBee在醫(yī)療監(jiān)護(hù)上的應(yīng)用案例。
2 ZigBee遠(yuǎn)距醫(yī)療方案
在ZigBee聯(lián)盟關(guān)于ZigBee醫(yī)療的白皮書《ZigBee Wireless Sensor Applications for Health, Wellness and Fitness》中看到，一個(gè)良好的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)必須形成兩個(gè)“閉環(huán)”，如圖2所示。即本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)控病人(受照顧者)的體征參數(shù)，在出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)上報(bào)；遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)用于保證病患的體征信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)结t(yī)院醫(yī)生的面前，以作出恰當(dāng)?shù)脑\斷和處理意見反饋。
醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，通過ZigBee技術(shù)構(gòu)成了一個(gè)無線傳感監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)上使用中央控制器對所需要測量的生理指標(biāo)傳感器進(jìn)行控制采集數(shù)據(jù)，通過無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至ZigBee監(jiān)護(hù)基站設(shè)備，并由該基站把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C或者其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)觀察，提供必要的咨詢服務(wù)和醫(yī)療指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。
圖3中描述了遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)中包括ZigBee基站設(shè)備以及一系列醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)。
ZigBee監(jiān)護(hù)基站設(shè)備可以上傳數(shù)據(jù)到監(jiān)護(hù)中心，自然也可以通過更“親民”的方式傳遞到病患親屬手中，不難預(yù)計(jì)將會有一天，這些信息通過互聯(lián)網(wǎng)IM軟件，甚至微博等工具，可以被實(shí)時(shí)地查到，這不僅可以成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)者的新市場，也可以成為類似MyHeart等醫(yī)療機(jī)構(gòu)聯(lián)合體的新服務(wù)。
為獲得更多的專家資源，醫(yī)療傳感器接入Internet網(wǎng)絡(luò)將形成更大的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)乃至整個(gè)城市和全國的醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
3 ZigBee模塊與監(jiān)護(hù)設(shè)備的互聯(lián)
監(jiān)護(hù)設(shè)備一般是非常小巧、使用電池供電的設(shè)備，使用低功耗的ZigBee是非常合適的。市面上的ZigBee芯片一般使用串口與外部交互，只要將監(jiān)控設(shè)備的CPU串口與芯片串口相連即可，但這僅是物理上的連接，在使用ZigBee的時(shí)候，還需要注意以下的問題。
(1)半雙工工作。由于無線信號大多使用單頻段，而空間是一個(gè)共享的信道，因此必然會導(dǎo)致通信時(shí)，要設(shè)計(jì)成輪循+緊急數(shù)據(jù)主動(dòng)上報(bào)的通信模式，保證信號不會沖突。關(guān)系到人生命健康的系統(tǒng)，一定不能在設(shè)計(jì)上有這樣的漏洞，主動(dòng)上報(bào)有沖突的可能，可以加大重發(fā)次數(shù)，降低沖突概率，避過短暫的無線干擾，設(shè)置如圖5所示。
(2)信號覆蓋要全面。由于使用無線技術(shù)，病患很難了解到無線傳感器的有效使用范圍，為此，設(shè)計(jì)者一定要將信號覆蓋到可能到達(dá)的每一個(gè)角落，這時(shí)需要在某些位置放置路由中繼節(jié)點(diǎn)。
這里簡單介紹一個(gè)根據(jù)平面圖進(jìn)行路由設(shè)置的方法。在某中繼器節(jié)點(diǎn)1 m之外，信號強(qiáng)度衰減為-50 dBm，之后基本上空間衰減很小，主要是建筑物衰減，按照每堵墻20 dBm的衰減來計(jì)算，最后衰減到-95 dBm左右(ZICM2410P0模塊的接收靈敏度為-97 dBm)就需要再加一個(gè)中繼器。
(3)省電。采用電池供電的系統(tǒng)，必需考慮的是低功耗，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，喚醒ZigBee模塊，發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，再使ZigBee進(jìn)入休眠狀態(tài)。功耗方面，ZigBee模塊一般功耗是非常低的，如在定時(shí)器休眠狀態(tài)，ZigBee模塊ZICM2410功耗僅為20 μA，而深度睡眠模式，功耗低于1 μA，通過I/O口進(jìn)入休眠，使得模塊在進(jìn)入和退出休眠的時(shí)間更短。
4 結(jié)語
ZigBee聯(lián)盟近年來積極研發(fā)ZigBee應(yīng)用于健康監(jiān)護(hù)的應(yīng)用規(guī)范，于2009年公布了“ZigBee health care public application profile”，國內(nèi)各大無線物聯(lián)網(wǎng)公司及廠商開發(fā)采用ZigBee的醫(yī)療監(jiān)測裝置，積極推動(dòng)個(gè)人健康護(hù)理，目前應(yīng)用還在展開中。隨著無線互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用普及，將會有越來越多的醫(yī)療產(chǎn)品配備ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)功能。