CN108231212B - 社区医疗保健监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了社区医疗保健监测系统，包括医疗监护计算机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保健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医疗监护计算机相连。本发明实现了对社区医疗的无线监测。

Description

社区医疗保健监测系统
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体涉及社区医疗保健监测系统。
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，本发明提供社区医疗保健监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了社区医疗保健监测系统，包括医疗监护计算机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保健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医疗监护计算机相连。
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，所述的医疗监护计算机包括带本地数据库的本地监护计算机和带远程数据库的远程监护计算机，基站节点通过串口或网络接口与本地监护计算机或远程监护计算机连接，本地监护计算机和远程监护计算机通过有线相连。
优选地，所述的无线传感器网络采用的网络模型为：将医疗保健监测区域划分为多个大小相等的虚拟的正方形监测子区域，每个正方形监测子区域内的传感器节点通过竞选选出一个支配节点，剩余的传感器节点作为医疗监测节点，其中支配节点用于收集所在正方形监测子区域内医疗监测节点采集的人体生理参数信息，所有支配节点在自身的通信范围下构成连通网络，各医疗监测节点通过单跳模式与所属正方形监测子区域内的支配节点进行通信。
本发明的有益效果为：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。
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本发明的结构框图；
图2是本发明医疗监护计算机的连接框图。
附图标记：
医疗监护计算机1、无线传感器网络2、本地监护计算机10、远程监护计算机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、图2，本实施例提供的社区医疗保健监测系统，包括医疗监护计算机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保健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医疗监护计算机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，所述的医疗监护计算机1包括带本地数据库的本地监护计算机10和带远程数据库的远程监护计算机20，基站节点通过串口或网络接口与本地监护计算机10或远程监护计算机20连接，本地监护计算机10和远程监护计算机20通过有线相连。
在一个实施例中，所述的无线传感器网络2采用的网络模型为：将医疗保健监测区域划分为多个大小相等的虚拟的正方形监测子区域，每个正方形监测子区域内的传感器节点通过竞选选出一个支配节点，剩余的传感器节点作为医疗监测节点，其中支配节点用于收集所在正方形监测子区域内医疗监测节点采集的人体生理参数信息，所有支配节点在自身的通信范围下构成连通网络，各医疗监测节点通过单跳模式与所属正方形监测子区域内的支配节点进行通信。
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，按照下列公式设定正方形监测子区域的规模：
Figure BDA0001538650230000031
式中，rmax为传感器节点中的最大通信半径，rmin为传感器节点中的最小通信半径，r表示正方形监测子区域的边长，h为设定的调节因子，其中设定h的取值范围为(0.4,0.6)。
本实施例无线传感器网络2被分为支配节点和医疗监测节点两个层次，使得无线传感器网络2在结构上具有良好的拓展性，其中本实施例根据传感器节点的通信范围的实际情况控制正方形监测子区域的规模，能够在保证每个医疗监测节点与所属的支配节点能够相互通信的前提下尽可能节省通信能量消耗，从而节约无线传感器网络2的人体生理参数信息收集成本。
在一个实施例中，从正方形监测子区域内的传感器节点中竞选支配节点，具体包括：
(1)开始时，每个传感器节点退避一个随机生成的小于To的时间来广播一个带有其所属正方形监测子区域的标识符以及当前状态值的选举包，TO为设置消息发送或接收的超时时间，其中按照下列公式确定每个传感器节点的当前状态值：
Figure BDA0001538650230000032
式中，Ui为传感器节点i的当前状态值，Wi、Wimin分别表示传感器节点i的当前剩余能量、维持人体生理参数信息采集功能所需的最低剩余能量，rimax、rimin分别为传感器节点i的最大通信半径、最小通信半径，rmax、rmin分别为传感器节点中的最大通信半径、最小通信半径，L1、L2为设定的权重因子且满足1>L1>L2>0；
(2)在相同的正方形监测子区域内，若传感器节点在一轮退避时间片内没有接收到其他当前状态值更大的选举包，则该传感器节点变为候选支配节点，否则作为医疗监测节点并关闭其无线通道进入睡眠状态；
(3)当设定的超时时间TO到期，变为候选支配节点的传感器节点将变为最终的支配节点，并向所在正方形监测子区域广播成功竞选消息，接收到成功竞选消息的传感器节点作为发送该成功竞选消息的支配节点的成员，并向发送该成功竞选消息的支配节点发送加入消息；
(4)每个选举出的支配节点以最大功率广播“hello”包给相邻的支配节点，并存储相邻支配节点列表。
本实施例在进行支配节点的竞选时，当前状态值最优的传感器节点总是拥有成为支配节点的更高优先权，使得选出的支配节点能够更好地承担人体生理参数信息汇聚的任务，有利于维护无线传感器网络2的稳定性，本实施例设置的支配节点竞选机制保证了无线传感器网络2中任意个正方形监测子区域只竞选出一个支配节点，使得支配节点在无线传感器网络2的网络模型中分布均匀，有利于平衡无线传感器网络2的传感器节点的能量消耗，延长无线传感器网络2的网络生命周期，从而保障社区医疗保健监测系统能够长期正常运行。
在一个实施例中，所述的支配节点与基站节点为多跳距离时，采用多跳传输的形式将汇聚的人体生理参数信息传输至基站节点，其中，支配节点获取其各邻居支配节点作为下一跳中继节点的优先级，并从中选取优先级最大的邻居支配节点作为下一跳中继节点，将汇聚的人体生理参数信息发送至该下一跳中继节点，若选出的中继节点失效，支配节点将在剩余的邻居支配节点中选取优先级最大的邻居支配节点作为备用节点。
其中，支配节点的优先级按照下列公式计算：
Figure BDA0001538650230000041
式中，Gj表示支配节点e的第j个邻居支配节点的优先级，V(e,sink)表示支配节点e到基站节点的跳数，V(j,sink)表示支配节点e的第j个邻居支配节点到基站节点的跳数，rj表示支配节点e的第j个邻居支配节点的最大通信半径，/(e,j)表示支配节点e与其第j个邻居支配节点之间的距离，Wj0、Wj分别表示支配节点e的第j个邻居支配节点的初始能量、当前剩余能量，K1、K2、K3皆为设定的权重因子，且满足K1+K2+K3＝1。
本实施例中，若选出的中继节点失效，支配节点将在剩余的邻居支配节点中选取优先级最大的邻居支配节点作为备用节点，从而能够提供鲁棒的路由机制；支配节点通过优先级选取下一跳中继节点，该量度综合考虑了邻居支配节点距离基站节点的跳数、链路质量和能量三个方面的因素，能够保障路由的可靠性，并且有利于平衡无线传感器网络2中传感器节点的能量，提高无线传感器网络2的安全性，从而保障社区医疗保健监测系统的稳定运行。
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 (5)

1.社区医疗保健监测系统，其特征是，包括医疗监护计算机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保健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医疗监护计算机相连；
所述的无线传感器网络采用的网络模型为：将医疗保健监测区域划分为多个大小相等的虚拟的正方形监测子区域，每个正方形监测子区域内的传感器节点通过竞选选出一个支配节点，剩余的传感器节点作为医疗监测节点，其中支配节点用于收集所在正方形监测子区域内医疗监测节点采集的人体生理参数信息，所有支配节点在自身的通信范围下构成连通网络，各医疗监测节点通过单跳模式与所属正方形监测子区域内的支配节点进行通信；
按照下列公式设定正方形监测子区域的规模：
Figure FDA0003275584600000011
式中，rmax为传感器节点中的最大通信半径，rmin为传感器节点中的最小通信半径，r表示正方形监测子区域的边长，h为设定的调节因子，其中设定h的取值范围为(0.4，0.6)；
从正方形监测子区域内的传感器节点中竞选支配节点，具体包括：
(1)开始时，每个传感器节点退避一个随机生成的小于TO的时间来广播一个带有其所属正方形监测子区域的标识符以及当前状态值的选举包，TO为设置消息发送或接收的超时时间，其中按照下列公式确定每个传感器节点的当前状态值：
Figure FDA0003275584600000012
式中，Ui为传感器节点i的当前状态值，Wi、Wimin分别表示传感器节点i的当前剩余能量、维持人体生理参数信息采集功能所需的最低剩余能量，rimax、rimin分别为传感器节点i的最大通信半径、最小通信半径，rmax、rmin分别为传感器节点中的最大通信半径、最小通信半径，L1、L2为设定的权重因子且满足1＞L1＞L2＞0；
(2)在相同的正方形监测子区域内，若传感器节点在一轮退避时间片内没有接收到其他当前状态值更大的选举包，则该传感器节点变为候选支配节点，否则作为医疗监测节点并关闭其无线通道进入睡眠状态；
(3)当设定的超时时间TO到期，变为候选支配节点的传感器节点将变为最终的支配节点，并向所在正方形监测子区域广播成功竞选消息，接收到成功竞选消息的传感器节点作为发送该成功竞选消息的支配节点的成员，并向发送该成功竞选消息的支配节点发送加入消息；
(4)每个选举出的支配节点以最大功率广播“hello”包给相邻的支配节点，并存储相邻支配节点列表。
2.根据权利要求1所述的社区医疗保健监测系统，其特征是，所述的医疗监护计算机包括带本地数据库的本地监护计算机和带远程数据库的远程监护计算机，基站节点通过串口或网络接口与本地监护计算机或远程监护计算机连接，本地监护计算机和远程监护计算机通过有线相连。
3.根据权利要求1所述的社区医疗保健监测系统，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所述的社区医疗保健监测系统，其特征是，所述的支配节点与基站节点为多跳距离时，采用多跳传输的形式将汇聚的人体生理参数信息传输至基站节点，其中，支配节点获取其各邻居支配节点作为下一跳中继节点的优先级，并从中选取优先级最大的邻居支配节点作为下一跳中继节点，将汇聚的人体生理参数信息发送至该下一跳中继节点，若选出的中继节点失效，支配节点将在剩余的邻居支配节点中选取优先级最大的邻居支配节点作为备用节点。
5.根据权利要求4所述的社区医疗保健监测系统，其特征是，支配节点的优先级按照下列公式计算：
Figure FDA0003275584600000021
式中，Gj表示支配节点e的第j个邻居支配节点的优先级，V(e，sink)表示支配节点e到基站节点的跳数，V(j，sink)表示支配节点e的第j个邻居支配节点到基站节点的跳数，rj表示支配节点e的第j个邻居支配节点的最大通信半径，D(e，j)表示支配节点e与其第j个邻居支配节点之间的距离，Wj0、Wj分别表示支配节点e的第j个邻居支配节点的初始能量、当前剩余能量，K1、K2、K3皆为设定的权重因子，且满足K1+K2+K3＝1。
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