Kroppsdatornätverk

Bärbart datornätverk ( engelsk  body area network , wireless wearable computer network WBAN ) är ett trådlöst nätverk av bärbara datorenheter . [1] [2] [3] [4] BAN-enheter kan byggas in i kroppen, implanteras, fästas på kroppens yta i ett fast läge eller kombineras med enheter som människor bär på olika ställen (i fickor, på armen eller i påsar). Trots minskningen av storleken på enheter, som nätverk som består av flera miniatyrsensorenheter (BSU) kombineras med en enda central kroppsenhet (BCU), [5] [6] enheter större än en decimeter (surfplattor, handdatorer) spelar fortfarande en stor roll och fungerar som informationskoncentratorer, vilket ger användargränssnitt för att se och hantera BAN-applikationer på plats. Utvecklingen av WBAN-teknik började runt 1995 baserat på idén om att använda trådlösa personliga nätverk för att implementera kommunikation "på", "nära" och "runt" människokroppen. Ungefär 6 år senare kom termen BAN att syfta på system där kommunikationen är helt "inom", "på" eller "i nära anslutning" till människokroppen. [7] [8] WBAN-systemet kan använda trådlös teknik som gateways för att uppnå långa avstånd. Via gateways kan bärbara enheter anslutas via Internet . Alltså, älskling. arbetare kan komma åt patientdata online via Internet, oavsett patientens plats. [9]

Allmän introduktion

Stora framsteg inom fysiologisk utrustning, integrerade kretsar med låg effekt och trådlös kommunikation har möjliggjort en ny generation av trådlösa sensornätverk, som nu används för ändamål som övervakning av trafik, grödor, infrastruktur och hälsa. Kroppsdatornätverket tillåter billig och långsiktig kroppsövervakning i realtid via Internet. Flera intelligenta fysiologiska enheter kan integreras i bärbara enheter som kan användas för datorstödd rehabilitering eller förhandskontroll av hälsa. Detta område är baserat på möjligheten att implantera mycket små sensorer inuti människokroppen, som är mycket bekväma och inte stör normala mänskliga aktiviteter. Enheter som implanteras i kroppen kommer att spåra olika fysiologiska förändringar för att övervaka patientens hälsotillstånd oavsett plats. Denna information kommer att överföras trådlöst. Enheten kommer omedelbart att överföra all information i realtid till läkare över hela världen. Om en nödsituation upptäcks kommer läkare omedelbart att informera patienten via datorsystemet genom att skicka lämpliga meddelanden eller larm. Även om tekniken fortfarande är i sin linda, forskas den omfattande och ett hälsogenombrott förväntas när den väl har antagits.

Applikationer

Initiala tillämpningar av det kroppsburna datornätverket förväntas främst inom hälso- och sjukvårdsområdet, särskilt för kontinuerlig övervakning och registrering av kritiska data om patienter som lider av kroniska sjukdomar som diabetes, astma och hjärtinfarkt.

• Det bärbara datornätverket kan varna sjukhuset över nätverket redan innan patienten får en hjärtattack genom att övervaka viktiga mänskliga förändringar.
• Tekniken möjliggör också automatisk administrering av insulin till diabetespatienter så snart insulinnivån sjunker.

Tekniken är även tillämpbar inom sport, militär eller säkerhet. Teknikens framsteg inom nya områden kommer att hjälpa det trådlösa utbytet av information mellan både människor och maskiner.

Komponenter

Ett typiskt BAN/BSN-system inkluderar monitorer för vitala tecken, rörelsedetektorer (via accelerometrar) för att fastställa platsen för den övervakade personen och någon form av kommunikation för att vidarebefordra avläsningar till allmänläkare. En sådan uppsättning kommer att bestå av enheter, en processor, en transceiver och ett batteri. Fysiologiska apparater som EKG och Sp02 har redan utvecklats. Andra enheter som en blodtrycksmaskin, en EEG -maskin och en PDA för BSN-gränssnittet är under utveckling. [tio]

Trådlösa nätverk i USA

Federal Communications Agency (USA) godkände tilldelningen av 40 MHz -spektrum för ett medicinskt BAN-system med låg effekt, radiokanaler med bred täckning som sänds i 2360-2400 MHz-bandet , vilket gör att du kan ta emot MBAN-meddelanden i vanliga Wi-Fi-zoner. [elva]

Frekvensområdet 2360-2390 MHz är tillgängligt på sekundär basis. Den federala myndigheten kommer att utöka befintliga radiolänkar för medicinsk utrustning. MBAN-enheter som använder länken kommer att fungera under en hanteringslicens. Användningen av frekvenserna 2360-2390 MHz drivs endast inomhus på de studerade personerna, är föremål för registrering och godkännande på platsen av koordinatorerna för att utesluta användning för personliga ändamål. Drift i intervallet 2390-2400 MHz är inte föremål för registrering och godkännande och kan användas i alla lokaler, inklusive bostäder. [12]

Svårigheter

Problem med användningen av teknik kan vara:

• Interoperabilitet : WBAN-system måste ge sömlös dataöverföring via standarder som Bluetooth , ZigBee , etc. för att underlätta utbytet av information mellan interagerande enheter. Dessutom måste dessa system vara skalbara, ge effektiv övergång mellan nätverk och erbjuda kontinuerlig uppkoppling.
• Systemenheter : Sensorerna som används i WBAN bör vara av låg komplexitet, små i storlek, lätta i vikt, kraftfulla, lätta att använda och konfigurerbara. Dessutom bör datalagringsenheter underlätta fjärrlagring av enheter och patientvisning, samt tillgång till externa bearbetnings- och analysverktyg via Internet .
• System- och hårdvarusäkerhet : Det krävs betydande ansträngningar för att göra BAN säkert och korrekt. Vi måste se till att patientdata inte kan blandas ihop.
• Invasion of Privacy : Människor kan se BAN-teknik som ett potentiellt hot mot deras frihet om forskning går utöver hälsosäkerhet. Allmänhetens acceptans skulle vara nyckeln till att denna teknik används mer allmänt.
• Sensorkontroll : Common sensing-enheter har hårdvaru- och nätverksbegränsningar. Detta kan resultera i att felaktig data skickas tillbaka till slutanvändaren. Av största vikt, särskilt inom hälso- och sjukvårdsområdet, är verifieringen av sensoravläsningar. Detta minskar antalet falska larm och identifierar möjliga svagheter i hårdvara och mjukvara.
• Datakonsistens : Data som finns på flera mobila enheter och trådlösa enheter

patienter bör samlas in och analyseras. I BNA kan vital patientdata flöda genom flera noder, nätverk och datorer. Om utövarens mobila enhet inte innehåller all känd information kan kvaliteten på vården försämras. [13]

• Störningar : Den trådlösa kommunikationen som används för kroppssensorer bör minimera störningar och öka samexistensen av sensorenhetsnoder med andra nätverksanslutna enheter som är tillgängliga i miljön. Detta är särskilt viktigt för implementering av storskaliga WBAN-system. [14] [15]
• Datahantering : BAN genererar data i stora volymer, så informationshantering är av största vikt. [16]

Förutom hårdvaruorienterade uppgifter bör följande mänskliga frågor beaktas vid utvecklingen av BAN: [17]

• Kostnad : Konsumenter förväntar sig nuförtiden att låga priser för hälsoövervakning kombineras med hög funktionalitet.
• Konstant övervakning : Användare kan kräva olika nivåer av övervakning, till exempel de som löper risk att drabbas av kranskärlssjukdom behöver BAN vara konstant på, medan andra i riskzonen kanske bara behöver övervaka BAN när de går eller rör sig. Nivån på övervakningen påverkar mängden energi som krävs och den specifika energiladdningen.
• Placering : WBAN ska vara lätt att sätta på, lätt och diskret. Det bör inte förändra användarens dagliga aktiviteter, belasta honom. Tekniken måste i slutändan vara användarvänlig och utföra sina övervakningsuppgifter utan användarens vetskap.
• Prestanda : WBAN-prestanda bör vara stabil. Sensormätningar måste vara korrekta även om WBAN är avstängt och på igen. Trådlösa kommunikationskanaler måste vara tillförlitliga och fungera under olika användarmiljöer.

Se även

• Datornätverk
• Dataöverföring
• Trådlösa nätverk

Anteckningar

1. ↑ Utvecklar standard för trådlösa kroppsnätverk
2. ↑ Sana Ullah, Henry Higgins, Bart Braem, Benoit Latre, Chris Blondia, Ingrid Moerman, Shahnaz Saleem, Ziaur Rahman och Kyung Sup Kwak, A Comprehensive Survey of Wireless Body Area Networks: On PHY, MAC, and Network Layers Solutions, Journal of Medical Systems (Springer), 2010.  (ej tillgänglig länk) doi : 10.1007/s10916-010-9571-3 .
3. ↑ Chen, Min; Gonzalez, Sergio och Vasilakos, Athanasios och Cao, Huasong och Leung, Victor. Body Area Networks: A Survey (obestämd tid)  // Mobile Networks and Applications (MONET). - Springer Nederländerna, 2010. - V. 16 , nr 2 . - S. 1-23 . — ISSN 1383-469X . - doi : 10.1007/s11036-010-0260-8 .  
4. ↑ Movassaghi, Samaneh; Abolhasan, Mehran och Lipman, Justin och Smith, David och Jamalipour, Abbas. Wireless Body Area Networks: A Survey  // IEEE Communications Surveys and Tutorials   : journal. — IEEE, 2014.
5. ↑ Schmidt R., Norgall T., Mörsdorf J., Bernhard J., von der Grün T. Body Area Network BAN - ett nyckelelement för infrastruktur för patientcentrerade medicinska tillämpningar  (engelska)  // Biomed Tech : journal. - 2002. - Vol. 47 , nr. 1 . - s. 365-368 . - doi : 10.1515/bmte.2002.47.s1a.365 . — PMID 12451866 .
6. ↑ O'Donovan, T., O'Donoghue, J., Sreenan, C., O'Reilly, P., Sammon, D. och O'Connor, K.: A Context Aware Wireless Body Area Network (BAN), I handlingar från Pervasive Health Conference 2009, Arkiverad från originalet den 21 juli 2011.
7. ↑ M.R. Yuce. Implementering av trådlösa kroppsnätverk område för sjukvårdssystem  //  Sensorer och ställdon A: Fysiskt: journal. - 2010. - Vol. 162 . - S. 116-129 . - doi : 10.1016/j.sna.2010.06.004 .  (inte tillgänglig länk)
8. ↑ Kroppsområdesnätverk för sjukvård - University of Twente Research Information
9. ↑ MR Yuce och JY Khan. Wireless Body Area Networks: Technology, Implementation and Applications  //  Pan Stanford Publishing: tidskrift. — 2011.
10. ↑ http://vip.doc.ic.ac.uk/bsn/m621.html
11. ↑ "Body Area Networks" borde frigöra sjukhusbandbredd, frigöra patienter - Computerworld . Hämtad: 6 juni 2012. (obestämd)
12. ↑ FCC dedikerar spektrum som möjliggör medicinska kroppsnätverk | FCC.gov . Hämtad: 6 juni 2012. (obestämd)
13. ↑ O?Donoghue, J., Herbert, J. och Kennedy, R.: Data Consistency in a Pervasive Medical Environment, In Proceedings of IEEE Sensors, Sydkorea, ISBN 1-4244-0376-6, 2006. Arkiverad 2011-07 -21 av året.
14. ↑ ScienceDirect  (nedlänk)
15. ↑ Garcia P., "A Methodology for the Deployment of Sensor Networks", IEEE Transactions On Knowledge And Data Engineering, vol. 11, nr. 4 december 2011.
16. ↑ Datahantering inom mHealth Environments
17. ↑ Lai, D., Begg, RK och Palaniswami, M. eds, Healthcare Sensor Networks: Challenges towards practical implementation, ISBN 978-1-4398-2181-7, 2011 (länk ej tillgänglig) . Hämtad 21 december 2014. Arkiverad från originalet 26 oktober 2011. (obestämd)