Rețea de zonă corporală - Body area network

Tipuri
de rețele de calculatoare după domeniul spațial
Clasificarea rețelelor de date după domeniul spațial.svg

O rețea de suprafață corporală ( BAN ), denumită, de asemenea, o rețea de rețea fără fir (WBAN) sau o rețea de senzori de corp (BSN) sau o rețea de suprafață medicală (MBAN), este o rețea fără fir de dispozitive de calcul purtabile. Dispozitivele BAN pot fi încorporate în interiorul corpului ca implanturi, pot fi montate la suprafață pe corp într-o poziție fixă sau pot fi însoțite de dispozitive pe care oamenii le pot transporta în diferite poziții, cum ar fi în buzunarele hainelor, cu mâna sau în diverse pungi . Deși există o tendință spre miniaturizarea dispozitivelor, în special, rețele organism format din mai multe unități de senzori corpului miniaturizate (BSUs) , împreună cu o singură unitate de corp central (BCU), decimetru mai mare (tab și pad) dimensionată dispozitive inteligente joacă încă un rol important în ceea ce privește acționarea ca hub de date sau gateway de date și furnizarea unei interfețe cu utilizatorul pentru vizualizarea și gestionarea aplicațiilor BAN, in-situ. Dezvoltarea tehnologiei WBAN a început în jurul anului 1995 în jurul ideii de a folosi tehnologii de rețea personală fără fir (WPAN) pentru a implementa comunicații pe, în apropierea și în jurul corpului uman. Aproximativ șase ani mai târziu, termenul „BAN” s-a referit la sistemele în care comunicarea este în întregime în interiorul, pe și în imediata apropiere a unui corp uman. Un sistem WBAN poate utiliza tehnologiile fără fir WPAN ca gateway-uri pentru a ajunge la distanțe mai mari. Prin intermediul dispozitivelor gateway, este posibil să conectați dispozitivele purtabile de pe corpul uman la internet. În acest fel, profesioniștii din domeniul medical pot accesa datele pacienților online folosind internetul independent de locația pacientului.

Concept

Creșterea rapidă a senzorilor fiziologici, a circuitelor integrate de consum redus și a comunicațiilor fără fir a permis o nouă generație de rețele de senzori fără fir , utilizate acum în scopuri precum monitorizarea traficului, culturilor, infrastructurii și sănătății. Domeniul rețelei de corp este o zonă interdisciplinară care ar putea permite monitorizarea sănătății necostisitoare și continuă, cu actualizări în timp real ale fișelor medicale prin Internet. Un număr de senzori fiziologici inteligenți pot fi integrați într-o rețea portabilă fără fir a corpului, care poate fi utilizată pentru reabilitarea asistată de computer sau pentru detectarea precoce a afecțiunilor medicale. Această zonă se bazează pe fezabilitatea implantării unor biosenzori foarte mici în corpul uman care sunt confortabili și care nu afectează activitățile normale. Senzorii implantați în corpul uman vor colecta diverse modificări fiziologice pentru a monitoriza starea de sănătate a pacientului, indiferent de locația lor. Informațiile vor fi transmise fără fir către o unitate de procesare externă. Acest dispozitiv va transmite instantaneu toate informațiile în timp real către medicii din întreaga lume. Dacă este detectată o urgență, medicii vor informa imediat pacientul prin intermediul sistemului informatic, trimițând mesaje sau alarme adecvate. În prezent, nivelul informațiilor furnizate și resursele energetice capabile să alimenteze senzorii sunt limitate. În timp ce tehnologia este încă în stadiul său primitiv, este în curs de cercetare pe scară largă și odată adoptată, este de așteptat să fie o invenție revoluționară în domeniul sănătății , ducând la concepte precum telemedicina și MHealth .

Aplicații

Se așteaptă ca aplicațiile inițiale ale BAN să apară în primul rând în domeniul asistenței medicale, în special pentru monitorizarea continuă și înregistrarea parametrilor vitali ai pacienților care suferă de boli cronice, cum ar fi diabetul , astmul și atacurile de cord .

  • O BAN pe loc pentru un pacient poate alerta spitalul, chiar înainte de a avea un atac de cord, prin măsurarea modificărilor semnelor lor vitale .
  • O BAN pe un pacient cu diabet ar putea injecta automat insulina printr-o pompă, de îndată ce scade nivelul de insulină.
  • Se poate utiliza o BAN pentru a afla tranzițiile și dinamica stării de sănătate care stau la baza unei boli

Alte aplicații ale acestei tehnologii includ sport, militare sau securitate. Extinderea tehnologiei la noi domenii ar putea ajuta, de asemenea, comunicarea prin schimburi fără probleme de informații între indivizi sau între indivizi și mașini.

Standarde

Cel mai recent standard internațional pentru BAN este standardul IEEE 802.15.6 .

Componente

Un BAN sau BSN tipic necesită senzori de monitorizare a semnelor vitale , detectoare de mișcare (prin accelerometre ) pentru a ajuta la identificarea locației individului monitorizat și a unei forme de comunicare, pentru a transmite citirile vitale ale semnelor și mișcării către medicii sau furnizorii de îngrijire. Un kit tipic de rețea pentru corp este format din senzori, un procesor , un transceiver și o baterie . S-au dezvoltat senzori fiziologici, cum ar fi senzorii ECG și SpO2 . Alți senzori precum un senzor de tensiune arterială, un senzor EEG și un PDA pentru interfața BSN sunt în curs de dezvoltare.

Comunicare wireless în SUA

FCC a aprobat alocarea a 40 MHz lățimii de bandă a spectrului pentru legăturile radio BAN medicale de joasă putere, cu zonă largă, pe banda 2360–2400 MHz. Acest lucru va permite descărcarea comunicării MBAN de la spectrul Wi-Fi standard deja saturat la o bandă standard.

Gama de frecvență 2360–2390 MHz este disponibilă pe o bază secundară. FCC va extinde serviciul existent de radiocomunicații pentru dispozitive medicale (MedRadio) în partea 95 din regulile sale. Dispozitivele MBAN care utilizează banda vor funcționa în baza „licenței după regulă”, ceea ce elimină necesitatea de a solicita licențe individuale de emițător. Utilizarea frecvențelor de 2360–2390 MHz este limitată la funcționarea în interior la unitățile de îngrijire a sănătății și este supusă înregistrării și aprobării amplasamentului de către coordonatori pentru a proteja utilizarea primară a telemetriei aeronautice. Operarea în banda 2390–2400 MHz nu este supusă înregistrării sau coordonării și poate fi utilizată în toate zonele, inclusiv rezidențiale.

Provocări

Problemele legate de utilizarea acestei tehnologii ar putea include:

  • Calitatea datelor : Datele generate și colectate prin intermediul BAN-urilor pot juca un rol cheie în procesul de îngrijire a pacientului. Este esențial ca calitatea acestor date să fie la un standard ridicat pentru a se asigura că deciziile luate se bazează pe cele mai bune informații posibile
  • Managementul datelor : Deoarece BAN-urile generează volume mari de date, necesitatea de a gestiona și menține aceste seturi de date este de cea mai mare importanță.
  • Validarea senzorului : Dispozitivele de detectare penetrantă sunt supuse constrângerilor inerente de comunicare și hardware, inclusiv legături de rețea fără fir cu fir / fără fir, interferențe și rezerve de energie limitate. Acest lucru poate avea ca rezultat transmiterea seturilor de date eronate către utilizatorul final. Este extrem de important, în special într-un domeniu medical, ca toate citirile senzorilor să fie validate. Acest lucru ajută la reducerea generării de alarme false și la identificarea posibilelor puncte slabe din cadrul proiectării hardware și software.
  • Coerența datelor : datele care se află pe mai multe dispozitive mobile și note wireless ale pacienților trebuie colectate și analizate într-un mod perfect. În cadrul rețelelor de zone corporale, seturile de date vitale ale pacienților pot fi fragmentate pe un număr de noduri și pe un număr de PC-uri sau laptopuri în rețea. Dacă dispozitivul mobil al unui medic nu conține toate informațiile cunoscute, atunci calitatea îngrijirii pacientului se poate degrada.
  • Securitate : ar fi necesar un efort considerabil pentru ca transmisia WBAN să fie sigură și precisă. Ar trebui să ne asigurăm că datele „sigure” ale pacientului sunt derivate doar din sistemul WBAN dedicat fiecărui pacient și nu sunt amestecate cu datele altor pacienți. În plus, datele generate de WBAN ar trebui să aibă acces sigur și limitat. Deși securitatea este o prioritate ridicată în majoritatea rețelelor, s-au făcut puține studii în acest domeniu pentru WBAN-uri. Deoarece WBAN-urile sunt constrânse de resurse în termeni de putere, memorie, viteză de comunicație și capacitate de calcul, soluțiile de securitate propuse pentru alte rețele pot să nu fie aplicabile WBAN-urilor. Confidențialitatea, autentificarea, integritatea și prospețimea datelor, precum și disponibilitatea și gestionarea sigură sunt cerințele de securitate din WBAN. Standardul IEEE 802.15.6, care este cel mai recent standard pentru WBAN, a încercat să ofere securitate în WBAN. Cu toate acestea, are mai multe probleme de securitate.
  • Interoperabilitate : sistemele WBAN ar trebui să asigure un transfer de date fără probleme între standarde precum Bluetooth , ZigBee etc. pentru a promova schimbul de informații, interacțiunea plug-and-play . Mai mult, sistemele ar trebui să fie scalabile , să asigure migrarea eficientă între rețele și să ofere conectivitate neîntreruptă.
  • Dispozitive de sistem : Senzorii utilizați în WBAN ar trebui să aibă o complexitate redusă, un factor de formă redus, o greutate redusă, eficiență energetică, ușor de utilizat și reconfigurabil. Mai mult, dispozitivele de stocare trebuie să faciliteze stocarea și vizualizarea de la distanță a datelor pacienților, precum și accesul la instrumente de procesare și analiză externe prin Internet .
  • Energie vs. acuratețe : politica de activare a senzorilor ar trebui să fie determinată pentru a optimiza compromisul între consumul de energie al BAN și probabilitatea de clasificare greșită a stării de sănătate a pacientului. Consumul ridicat de energie duce adesea la observații mai precise asupra stării de sănătate a pacientului și invers.
  • Invazia vieții private : Oamenii ar putea considera tehnologia WBAN ca o potențială amenințare la adresa libertății, dacă aplicațiile depășesc utilizarea medicală „sigură”. Acceptarea socială ar fi cheia pentru ca această tehnologie să găsească o aplicație mai largă.
  • Interferențe : legătura wireless utilizată pentru senzorii corpului ar trebui să reducă interferențele și să crească coexistența dispozitivelor nodului senzorului cu alte dispozitive de rețea disponibile în mediu. Acest lucru este deosebit de important pentru implementarea pe scară largă a sistemelor WBAN.
  • Cost : consumatorii de astăzi se așteaptă la soluții de monitorizare a sănătății cu costuri reduse, care oferă funcționalitate ridicată. Implementările WBAN vor trebui optimizate din punct de vedere al costurilor pentru a fi alternative atrăgătoare pentru consumatorii conștienți de sănătate.
  • Monitorizare constantă : utilizatorii pot necesita diferite niveluri de monitorizare, de exemplu, cei cu risc de ischemie cardiacă ar putea dori ca WBAN-urile lor să funcționeze constant, în timp ce alții cu risc de cădere ar putea avea nevoie doar de WBAN-uri pentru a le monitoriza în timp ce merg sau se mișcă. Nivelul de monitorizare influențează cantitatea de energie necesară și ciclul de viață al BAN înainte ca sursa de energie să fie epuizată.
  • Implementare constrânsă : WBAN trebuie să poată fi purtat, ușor și neintrusiv. Nu ar trebui să modifice sau să împiedice activitățile zilnice ale utilizatorului. Tehnologia ar trebui să fie în cele din urmă transparentă pentru utilizator, adică ar trebui să își îndeplinească sarcinile de monitorizare fără ca acesta să-și dea seama.
  • Performanță consecventă : Performanța WBAN ar trebui să fie consecventă. Măsurătorile senzorilor trebuie să fie precise și calibrate, chiar și atunci când WBAN este oprit și repornit. Legăturile fără fir ar trebui să fie robuste și să funcționeze în diferite medii de utilizator.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe