面向家庭的无线式多参数监护网络通信技术研究

论文摘要

研究面向家庭的无线式多参数监护系统对提高人们生活质量有重要帮助。多参数监护系统主要解决稳定性、安全性等问题，其关键技术研究已经成为热门研究方向，是未来医学的发展方向，国内外多家机构已经做了很多研究工作。本文基于ZigBee无线通信技术，对面向家庭的多参数监护系统进行设计和测试，主要解决稳定性、安全性、可靠性等问题，使医疗检测在自然环境下进行，实现生理参数连续、实时、动态检测。面向家庭的无线式多参数监护系统设计家庭监护网络模式，利用ZigBee功耗低、自组织等特点，采用3-4个固定式路由节点，与网络协调器以及佩戴在用户身体可自由移动的穿戴式检测模块构成不完全连接式网状网络拓扑，使ZigBee信号覆盖整个家庭，解决用户在室内自由移动时生理数据传输问题，并且可以使多个用户同时进行生理参数检测。该系统包含生理参数穿戴式检测模块、ZigBee近距离无线通信模块、智能化健康管理平台，可实现心电、脉搏波、呼吸波、血氧饱和度、体温等生理参数及室内温度等环境参数实时检测。无线式多参数监护系统在网状网络拓扑结构下编写各网络节点通信协议，实现生理参数及环境参数安全、可靠传输。由网络协调器构建并维护网络，通过身份认证、密钥管理等方式控制网络节点加入或退出监护网络，网络协调器与智能化健康管理平台之间、网络协调器与终端节点之间、智能化综合健康管理平台与终端节点之间通过监护系统通信协议可靠连接，有效避免通信故障。为方便监护系统维护，各移动节点具有完全互换性，只需在健康管理平台注册即可。在功耗设计方面采用低功耗电路设计、硬件软件化设计方法、软件设计方法有效降低功耗。通过网状网络拓扑、冗余路由设计、网络协调器主动侦听、网络节点状态报告等方法增强监护网络稳定性。以上所述，通过抗干扰能力测试、通信距离测试、网络自恢复能力测试、耗电量测试等实验证明无线监护系统在家庭应用中具有实用性强、可靠性高、稳定性高、安全性强、功率消耗低等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 无线监护系统国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 无线监护系统关键技术
• 1.3.1 生理参数穿戴式检测技术
• 1.3.2 无线组网与数据传输接口技术
• 1.3.3 智能化综合健康管理平台
• 1.3.4 GPRS 远程数据通信技术
• 1.4 论文研究内容和结构
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 第二章 无线式多参数监护系统架构设计
• 2.1 无线监护系统整体架构
• 2.1.1 单用户使用单个或多个检测单元
• 2.1.2 多用户使用多个不同检测单元
• 2.1.3 多用户使用多个相同检测单元
• 2.2 生理参数穿戴式检测模块
• 2.2.1 心电检测单元
• 2.2.2 脉搏波检测单元
• 2.2.3 呼吸检测单元
• 2.3 ZigBee 近距离通信模块
• 2.4 智能化健康管理平台
• 2.5 小结
• 第三章 基于 ZigBee 网络多参数监护系统协议设计
• 3.1 ZigBee 监护网络构建方式
• 3.1.1 ZigBee 监护网络建立
• 3.1.2 路由设备初始化
• 3.1.3 传感器节点的加入与断开
• 3.2 多参数监护系统协议设计
• 3.2.1 网络协调器
• 3.2.2 路由节点
• 3.2.3 终端节点
• 3.3 网络节点软件设计
• 3.3.1 网络协调器软件设计
• 3.3.2 路由节点软件设计
• 3.3.3 终端节点软件设计
• 3.4 小结
• 第四章 无线监护网络性能设计及优化
• 4.1 家庭监护网络稳定性设计
• 4.1.1 网状网络拓扑结构设计
• 4.1.2 冗余路由设计
• 4.1.3 网络协调器主动侦听
• 4.1.4 网络节点状态报告
• 4.2 家庭监护网络节能设计
• 4.2.1 低功耗电路设计
• 4.2.2 硬件软件化设计方法
• 4.2.3 软件设计方法
• 4.3 家庭监护网络安全性设计
• 4.3.1 高级加密标准
• 4.3.2 网络访问控制
• 4.3.3 循环冗余校验
• 4.4 监护网络分布与替换
• 4.5 小节
• 第五章 无线式多参数监护系统性能测试
• 5.1 实物展示及测试结果
• 5.2 抗干扰能力测试
• 5.3 通信距离测试
• 5.4 网络自恢复能力测试
• 5.5 耗电量测试
• 5.6 小结
• 总结与展望
• 工作总结
• 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件