CN108184258A - 一种医疗智能无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种医疗智能无线监测系统，包括基于计算机的医疗监护模块和用于医疗监测的无线传感器网络，所述的无线传感器网络包括基站节点以及多个部署于设定的医疗监测区域内的传感器节点，所述基站节点通过串口或者网络接口与基于计算机的医疗监护模块相连。本发明实现了对社区医疗的无线监测。

Description

一种医疗智能无线监测系统

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种医疗智能无线监测系统。

背景技术

相关技术中，医疗模式是以治疗为中心，患者到医院检查身体，有时身上连接很多医疗传感器导线，这些导线通向床边监控仪器，这样可采集到人体的心电信号、血压、体温、血氧饱和度等生理特征数据，这种检查方式除了容易造成被测患者心理紧张影响数据精度外，同时对病人的日常生活也带来诸多不便。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种医疗智能无线监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种医疗智能无线监测系统，包括基于计算机的医疗监护模块和用于医疗监测的无线传感器网络，所述的无线传感器网络包括基站节点以及多个部署于设定的医疗监测区域内的传感器节点，所述基站节点通过串口或者网络接口与基于计算机的医疗监护模块相连。

优选地，所述传感器节点包含传感器、模数转换电路、放大电路、定位模块、微控制器模块、无线通信模块和电源模块，所述每个传感器的输出端依次经过模数转换电路、放大电路连接微控制器模的输入端，所述定位模块、无线通信模块和电源模块分别与微控制器模块连接，所述无线通信模块包含控制器模块以及与其连接的无线射频发射器。

优选地，所述的基于计算机的医疗监护模块包括带本地数据库的本地医疗监护模块和带远程数据库的远程医疗监护模块，基站节点通过串口或网络接口与本地医疗监护模块或远程医疗监护模块连接，本地医疗监护模块和远程医疗监护模块通过有线相连。

优选地，所述的传感器节点以设定的密度b泊松分布于医疗监测区域内，网络初始化时，将医疗监测区域沿纵向划分为K个大小相等的虚拟的条形医疗监测区域，每个条形医疗监测区域沿纵向平均划分多个矩形监测子区域，每个矩形监测子区域中的传感器节点通过选举确定一个汇聚处理节点和一个转发节点，剩余的传感器节点作为成员医疗监测节点，其中汇聚处理节点用于接收并处理所在矩形监测子区域内各成员医疗监测节点采集的人体生理参数监测数据，所述的转发节点用于由汇聚处理节点处理后的人体生理参数监测数据与自身采集的人体生理参数监测数据进行聚合，并传输到下一跳节点或基站节点。

本发明的有益效果为：较好地解决了老年人和慢性病人在家或社区内即可实时传送人体生理参数到医疗监护中心的问题。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的的结构框图；

图2是本发明一个实施例的医疗监护模块的连接框图。

附图标记：

医疗监护模块1、无线传感器网络2、本地医疗监护模块10、远程医疗监护模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的一种医疗智能无线监测系统，包括基于计算机的医疗监护模块1和用于医疗监测的无线传感器网络2，所述的无线传感器网络2包括基站节点以及多个部署于设定的医疗监测区域内的传感器节点，所述基站节点通过串口或者网络接口与基于计算机的医疗监护模块1相连。

在一个实施例中，所述传感器节点包含用于采集人体生理参数信息的传感器、模数转换电路、放大电路、定位模块、微控制器模块、无线通信模块和电源模块，所述每个传感器的输出端依次经过模数转换电路、放大电路连接微控制器模的输入端，所述定位模块、无线通信模块和电源模块分别与微控制器模块连接，所述无线通信模块包含控制器模块以及与其连接的无线射频发射器。

在一个实施例中，如图2所示，所述的基于计算机的医疗监护模块1包括带本地数据库的本地医疗监护模块10和带远程数据库的远程医疗监护模块20，基站节点通过串口或网络接口与本地医疗监护模块10或远程医疗监护模块20连接，本地医疗监护模块10和远程医疗监护模块20通过有线相连。

在一个实施例中，所述的传感器节点以设定的密度b泊松分布于医疗监测区域内，网络初始化时，将医疗监测区域沿纵向划分为K个大小相等的虚拟的条形医疗监测区域，每个条形医疗监测区域沿纵向平均划分多个矩形监测子区域，每个矩形监测子区域中的传感器节点通过选举确定一个汇聚处理节点和一个转发节点，剩余的传感器节点作为成员医疗监测节点，其中汇聚处理节点用于接收并处理所在矩形监测子区域内各成员医疗监测节点采集的人体生理参数监测数据，所述的转发节点用于由汇聚处理节点处理后的人体生理参数监测数据与自身采集的人体生理参数监测数据进行聚合，并传输到下一跳节点或基站节点。

本发明上述实施例能够较好地解决老年人和慢性病人在家或社区内即可实时传送人体生理参数到医疗监护中心的问题。

在一个实施例中，对各个条形医疗监测区域按照距离基站节点由近到远的距离依次设为P₁,P₂,…,P_K，其中前一个条形医疗监测区域划分的矩形监测子区域的数量比下一个条形医疗监测区域划分的矩形监测子区域的数量多1个；

设P₁,P₂,…,P_K划分的矩形监测子区域的数量分别为N,N-1,N-2,…,N-(K-1)，按照下列公式确定N的具体数值：

式中，ε_fs为传感器节点的通信模型采用自由空间模型时的功率放大损耗，ε_mp为传感器节点的通信模型采用多路径衰减模型时的功率放大损耗，Φ为医疗监测区域的面积，r_max为传感器节点中的最大通信半径，int[·]表示取整运算。

本实施例综合考虑与基站节点之间的距离、医疗监测区域的面积、传感器节点的通信范围以及能量损耗的实际情况，对条形医疗监测区域划分的规模进行控制，使得距离基站节点更远的矩形监测子区域的面积更大，包含更多的传感器节点来分担能耗负载，整体上实现了对汇聚处理节点和转发节点的数目的优化控制，有利于较大程度地实现传感器节点的能耗平衡，为医疗智能无线监测系统的稳定运作奠定基础。

在一个实施例中，在竞选汇聚处理节点和转发节点时，传感器节点在其通信范围内向其他传感器节点广播自身的剩余能量以及位置信息，所有收到该信息的传感器节点被视为该传感器节点的邻居节点，且在收到该信息后更新自身的邻居信息列表，并具体执行：

(1)设定能量阈值W_T，矩形监测子区域内所有剩余能量大于能量阈值W_T的传感器节点选举成为候选节点，每个候选节点计算自身的汇聚处理节点竞争能力值和转发节点竞争能力值，设分别表示第c个转发节点的汇聚处理节点竞争能力值、转发节点竞争能力值， 按照下列公式计算：

式中，W_c表示第c个转发节点的当前剩余能量，W_cs表示第c个转发节点的第s个邻居节点的当前剩余能量，m_c表示第c个转发节点的邻居节点数目，D_cs表示第c个转发节点与其第s个邻居节点之间的距离，r_c表示第c个转发节点的当前通信半径，D_co表示第c个转发节点与基站节点之间的距离，j₁、j₂为设定的权重系数；

(2)汇聚处理节点竞争能力值最大的候选节点竞选成为汇聚处理节点，转发节点竞争能力值最大的候选节点竞选成为转发节点。

在一个实施例中，若同时出现两个相等的汇聚处理节点竞争能力值或者转发节点竞争能力值的最高值，选择具有较大剩余能量的候选节点；若存在一个候选节点同时具有汇聚处理节点竞争能力值和转发节点竞争能力值的最高值，该候选节点竞选成为转发节点，同时选择具有次高汇聚处理节点竞争能力值的候选节点为汇聚处理节点。

本实施例中，通过竞选选出汇聚处理节点和转发节点对人体生理参数监测数据进行收集和转发操作，来替代现有技术中常用的单个簇头节点，有利于均衡矩形监测子区域内传感器节点的能耗，减少汇聚处理节点和转发节点的竞选轮次；

其中本实施例基于剩余能量和距离的综合考虑，提出了转发节点和汇聚处理节点的路由竞选机制，该机制使得选举出的汇聚处理节点在满足能量要求的同时能够与成员医疗监测节点之间的距离较近，有利于降低传感器节点间的通信能耗，且使得选举出的转发节点在保证能量要求的前提下尽量靠近基站节点，有利于降低人体生理参数监测数据的转发通信成本，从而能够在整体上节省无线传感器网络2的通信成本，延长无线传感器网络2的生命周期，进一步节省医疗智能无线监测系统的运营成本。

在一个实施例中，设转发节点的最大通信半径为r_q-max，与基站节点的距离为D_qo，若0.8r_q-max≥D_qo，则该转发节点与基站节点直接通信，若0.8r_q-max<D_qo，则该转发节点通过多跳形式与基站节点通信；

转发节点通过多跳形式与基站节点通信时，设转发节点为γ，且位于条形医疗监测区域P_ξ，该转发节点在位于距离基站节点更近的条形医疗监测区域P_ξ+1中的汇聚处理节点中选择一个最优的作为下一跳节点，具体包括：

γ在条形医疗监测区域P_ξ+1中的汇聚处理节点中选择距离该转发节点最近的两个汇聚处理节点，设为α、β，若满足下列条件，γ选择α作为下一跳节点，否则选择β作为下一跳节点：

0.8(W_α-W_β)-ε_fs×H_γ×(D_αγ-D_αβ)>0

式中，W_α为汇聚处理节点α的当前剩余能量，W_β为汇聚处理节点β的当前剩余能量，ε_fs为传感器节点的通信模型采用自由空间模型时的功率放大损耗，H_γ为转发节点γ需向下一跳节点传输的人体生理参数监测数据量，D_αγ为汇聚处理节点α与转发节点γ的距离，D_αβ为汇聚处理节点β与转发节点γ的距离。

本实施例在选择下一跳节点时，综合考虑了转发节点与基站节点的距离、汇聚处理节点的剩余能量和转发节点的能耗，从中选取最优的汇聚处理节点作为下一跳节点，能够极大提高传感器节点能量的利用率，均衡无线传感器网络2的总能耗，有利于节省医疗智能无线监测系统的运营成本，确保能够为医疗智能无线监测系统长期有效地提供人体生理参数监测数据。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种医疗智能无线监测系统，其特征是，包括基于计算机的医疗监护模块和用于医疗监测的无线传感器网络，所述的无线传感器网络包括基站节点以及多个部署于设定的医疗监测区域内的传感器节点，所述基站节点通过串口或者网络接口与基于计算机的医疗监护模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种医疗智能无线监测系统，其特征是，所述的基于计算机的医疗监护模块包括带本地数据库的本地医疗监护模块和带远程数据库的远程医疗监护模块，基站节点通过串口或网络接口与本地医疗监护模块或远程医疗监护模块连接，本地医疗监护模块和远程医疗监护模块通过有线相连。

3.根据权利要求1所述的一种医疗智能无线监测系统，其特征是，所述传感器节点包含传感器、模数转换电路、放大电路、定位模块、微控制器模块、无线通信模块和电源模块，所述每个传感器的输出端依次经过模数转换电路、放大电路连接微控制器模的输入端，所述定位模块、无线通信模块和电源模块分别与微控制器模块连接，所述无线通信模块包含控制器模块以及与其连接的无线射频发射器。

4.根据权利要求1所述的一种医疗智能无线监测系统，其特征是，所述的传感器节点以设定的密度b泊松分布于医疗监测区域内，网络初始化时，将医疗监测区域沿纵向划分为K个大小相等的虚拟的条形医疗监测区域，每个条形医疗监测区域沿纵向平均划分多个矩形监测子区域，每个矩形监测子区域中的传感器节点通过选举确定一个汇聚处理节点和一个转发节点，剩余的传感器节点作为成员医疗监测节点，其中汇聚处理节点用于接收并处理所在矩形监测子区域内各成员医疗监测节点采集的人体生理参数监测数据，所述的转发节点用于由汇聚处理节点处理后的人体生理参数监测数据与自身采集的人体生理参数监测数据进行聚合，并传输到下一跳节点或基站节点。

5.根据权利要求4所述的一种医疗智能无线监测系统，其特征是，设转发节点的最大通信半径为r_q-max，与基站节点的距离为D_qo，若0.8r_q-max≥D_qo，则该转发节点与基站节点直接通信，若0.8r_q-max<D_qo，则该转发节点通过多跳形式与基站节点通信。

6.根据权利要求5所述的一种医疗智能无线监测系统，其特征是，转发节点通过多跳形式与基站节点通信时，设转发节点为γ，且位于条形医疗监测区域P_ξ，该转发节点在位于距离基站节点更近的条形医疗监测区域P_ξ+1中的汇聚处理节点中选择一个最优的作为下一跳节点，具体包括：

γ在条形医疗监测区域P_ξ+1中的汇聚处理节点中选择距离该转发节点最近的两个汇聚处理节点，设为α、β，若满足下列条件，γ选择α作为下一跳节点，否则选择β作为下一跳节点：

0.8(W_α-W_β)-ε_fs×H_γ×(D_αγ-D_αβ)>0

式中，W_α为汇聚处理节点α的当前剩余能量，W_β为汇聚处理节点β的当前剩余能量，ε_fs为传感器节点的通信模型采用自由空间模型时的功率放大损耗，H_γ为转发节点γ需向下一跳节点传输的人体生理参数监测数据量，D_αγ为汇聚处理节点α与转发节点γ的距离，D_αβ为汇聚处理节点β与转发节点γ的距离。