基于无线传感器网络的远程医疗监护系统研究

论文摘要

随着电子半导体、数据处理,系统集成、无线通信等技术的高速发展及其在医疗系统中不断深入的应用,为医疗服务的更灵活性、更智能化、更高效的发展提供了契机,而医疗监护系统研究已成为现代医疗服务中的重要议题之—。本文利用无线传感器的灵活性、智能性、低功耗以及可实时采集处理数据等优点,设计了基于无线传感器网络的医疗监护系统。本文选择ZigBee技术作为监护系统节点之间的无线通信方式。在系统设计上,首先完成监护节点的硬件设计,包括芯片的选型和硬件电路设计工作：网关节点选用MSP430作为主处理器,CC2430为负责数据传输的无线通信模块；传感器节点和路由节点的数据处理和无线通信功能分别由CC2430内置的工业型8051微控制器和射频部分完成。节点硬件电路的设计包括处理器部分、无线通信部分、电源部分以及其它外围接口电路部分的设计工作,实现数据的采集、处理和无线通信功能。其次,本文的软件部分主要研究了传感器专用操作系统TinyOS,并详细描述了nesC语言及其编译过程,同时研究实现了基于CC2430硬件平台的TinyOS的移植开发。软件部分还设计完成了监护系统节点工作的软件流程和监护中心的软件监控平台。本文最后部分为监护系统中节点的定位研究,在分析理解了定位原理及相关技术基础上,通过改进DV-Hop算法、使用遗传算法优化三边测量法来提高节点定位精度,并通过MATLAB仿真验证其可行性。本文设计的基于无线传感器网络的医疗监护系统,不仅弥补了传统医疗监护设备的体积大、功耗大、不方便移动等诸多缺点,而且节点的定位系统还可以快速、准确的确定病人位置,从而更进一步完善了监护系统的跟踪定位病人的工作机制,快速、准确的确定病人位置,为生理数据出现异常变化的病人提供及时有效的医疗诊治。图[61]表[11]参[57]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 基于无线传感器网络的远程医疗监护概述
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 远程医疗的发展状况
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究状况
• 1.4 论文的研究内容和结构安排
• 1.4.1 论文主要研究内容
• 1.4.2 论文的结构安排
• 2 无线传感器网络技术
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.2 无线医疗监护系统通信技术选择
• 2.2.1 常用无线通信技术
• 2.2.2 无线医疗监护系统通信技术要求
• 2.3 ZigBee协议栈及其关键技术
• 2.3.1 ZigBee网络拓扑结构
• 2.3.2 ZigBee协议结构
• 3 医疗监护系统硬件设计
• 3.1 医疗监护系统的架构
• 3.1.1 医疗监护系统的整体架构
• 3.1.2 医疗监护系统节点硬件模块结构
• 3.2 监护系统节点处理器模块硬件
• 3.2.1 传感器节点和路由节点处理器
• 3.2.2 网关节点处理器
• 3.3 医疗监护系统节点无线通信模块硬件
• 4 医疗监护系统软件设计
• 4.1 无线传感器网络操作系统概述
• 4.2 TinyOS操作系统
• 4.2.1 TinyOS的原理与架构
• 4.2.2 TinyOS的任务调度机制
• 4.3 nesC语言及其编译
• 4.3.1 nesC语言介绍
• 4.3.2 nesC的编译
• 4.4 TinyOS的移植
• 4.4.1 TinyOS的移植过程
• 4.4.2 TinyOS系统测试
• 4.5 远程医疗监护系统节点工作的软件实现
• 4.6 监控平台的设计与实现
• 5 传感器节点在医疗监护中的定位系统
• 5.1 医疗监护节点定位跟踪的意义
• 5.2 无线传感器网络节点定位技术概述
• 5.2.1 节点定位机制
• 5.2.2 三边测量法
• 5.3 DV-HOP节点定位算法及其改进方法
• 5.3.1 DV-Hop算法基本思想
• 5.3.2 DV-Hop算法的改进方法
• 5.4 基于遗传算法的节点定位
• 5.4.1 遗传算法基本思想
• 5.4.2 基于遗传算法的三边测量法误差函数的优化实验
• 5.5 医疗监护系统中的定位系统
• 6 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要研究成果