健康远程监护中生理信号安全传输及网络的设计研究

论文摘要

由于平均寿命的增长和人口出生率的下降,使得现实中人口老龄化问题凸显。老年人由于年龄的增长,生理机能逐渐衰弱,会患上各种慢性病和退化性疾病,需要得到特殊的监护。近年来随着穿戴式远程医疗仪器和网络技术的发展,使得针对社区独居老人的远程监护成为可能。健康远程监护是指利用信息技术实现对人体生理参数的远距离监护,以达到实时掌握被监护者的生理状态。穿戴式远程医疗仪器可实现对人体无创和非介入式的医疗诊断监测。它具备可移动操作、使用简便、可长时间连续工作、可智能显示诊断结果和发生异常时报警、无线数据传输以及生理数据的远程实时监控等特点。而网络技术的发展特别是无线通讯网络技术的发展,则为实现移动医疗提供了保障,使得远程监护过程不会影响到老年人在家的日常活动。本论文首先详细介绍了远程监护的研究背景,并描述了目前国内外在远程监护方面的研究现状,其次介绍了人体传感器网络(BSN)以及高级加密标准(AES)的相关知识。然后,本论文针对躯感网内部的消息安全问题,综合考虑人体内部的多种生理消息,提取其生物特征转化为数字代码,并运用密码学的方法对其进行相应密码学特性分析,选取了心电信号波峰之间的时间间隔进行身份识别和验证。针对躯感网的特点,采用了一种基于新型的生物识别技术的混合加密系统,该系统包括密钥产生、密钥管理以及低功耗数据加密和认证算法。本论文还给出了数据传输的信号帧格式,并采用高级加密标准的流密码和分组密码两种模式对帧格式中的不同部分进行加密。其可以解决生理信号在用户端躯感网(BSN)内部的安全传输,为监护中心实现数据挖掘和实时决策提供保证。最后本论文设计了一种新型的远程监护网络系统结构,详细讨论了其实现的所需的关键技术研究,并描述了其重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 远程监护的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的研究内容和章节安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 人体传感器网络
• 2.1 无线传感器网络
• 2.2 人体传感器网络
• 2.3 穿戴式医疗仪器
• 2.4 人体生物特征识别技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 高级加密标准AES
• 3.1 高级加密标准算法基础
• 3.1.1 数学基础
• 3.1.2 AES 算法描述
• 3.2 A ES 算法的设计原则
• 3.2.1 分组密码的设计原则
• 3.2.2 Rijndael 算法的设计原则
• 3.3 高级加密标准算法的整体结构与安全性
• 3.3.1 迭代分组密码的几种整体结构
• 3.3.2 Rijndael 算法的整体结构与安全性
• 3.4 分组密码和流密码
• 3.4.1 分组密码
• 3.4.2 流密码
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于高级加密标准的躯感网信息安全方案
• 4.1 人体生理参数的密码学特性
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 生物特征的选取
• 4.2.2 生物特征的编码
• 4.3 编码后生物特征的密码学特性分析
• 4.3.1 个体的汉明相关性
• 4.3.2 二元序列的随机性分析
• 4.4 基于AES 的人体躯感网信息安全方案
• 4.4.1 AES 作为一种流密码
• 4.4.2 密钥的产生和分布方法
• 4.4.3 采用的解决方法
• 4.5 密钥匹配效果的仿真
• 4.6 安全性和可行性的分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 一种新型的远程监护网络设计
• 5.1 无线穿戴式躯感网（ BSN ） 平台的研究
• 5.2 基于生物特征识别技术的躯感网（ BSN ） 信息安全的研究
• 5.3 基于穿戴式躯感网（ BSN ） 的生理状态监测决策支持系统的研究
• 5.4 “地图最后100 米”数据精细建模问题的研究
• 5.5 数据挖掘和空间决策的研究
• 5.6 救援预案的发送
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢