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基于ZigBee技术的便携医疗设备长期护理方案

基于ZigBee技术的便携医疗设备长期护理方案

序言

  现在,在许多人们最关心的日常事务中,对健康的关心排在了靠前的位置。对健康的关心程度可通过昂贵的保险费用、降低的生产力甚至雇员的调整直接影响到公司的盈亏。然而,对健康关心,与比财务问题相比是个更深层次、更个人化的问题。2/3超过65岁的人需要长期护理,所需长期护理的平均时间超过3年,而绝大多数人在某些程度上都有可能受此影响。因此,随着人均寿命的持续提高,高质量的长期护理就成为了全世界关注的焦点。

  通过在病人家中的远程协助,自动监护系统可帮助增加病人的安全性,改善生活质量。很不幸的,现在大多数监护系统仍然要限制病人的自由行动。然而,新近的无线技术使得病人摆脱医疗器械的束缚,自由行动成为了可能,同时又为护理者提供了更高效的建立护理网络的方法。这也使得健康工作者在这个过程中监护病人们成为了可能。

  长期护理
  长期护理包含了多种改善或维持病人生活质量而设计的服务。当有许多条件可要求长期护理时,高龄是寻求长期护理的第一条件。1900年,美国的人均寿命是49.2岁。到1997年,这一数字已增加到了76.5岁  。另外,1999年10%的人口为
  老年人(60岁及以上),到2050年,这一数字将会增加到20%  。
  我们如何在优化病人护士比率的同时增加病人长期护理的安全性、改善其生活质量?对这个问题的地关注在病人、家属、护理提供者及商业公司中持续增长。2000年,光在美国的救济所就有平均1,400,000的患者。这些患者的护理要求大相径庭,18%抱怨护士常驻家中,而10%的患者则生了压迫性溃疡(褥疮)。

  

  图1,人均寿命

   

  表1,ZigBee技术与其他无线协议的比较

  ZigBee技术和IEEE? 802.15.4
  ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
  蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息,这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈,是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。在此之前Zigbee也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术,目前统称为Zigbee。简单的说,Zigbee是一种高可靠的无线数传网络,类似于CDMA和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里,并且支持无限扩展。
  Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,在整个网络范围内,每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信,每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
  ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:
  (1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
  (2) 成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
  (3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
  (4) 网络容量大: 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。
  (5) 可靠: 采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
  (6) 安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
  ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事?举一个简单的例子就可以说明这个问题,当一队伞兵空降后,每人持有一个ZigBee网络模块终端,降落到地面后,只要他们彼此间在网络模块的通信范围内,通过彼此自动寻找,很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且,由于人员的移动,彼此间的联络还会发生变化。因而,模块还可以通过重新寻找通信对象,确定彼此间的联络,对原有网络进行刷新。
  与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立,因而,它必须具有简单,使用方便,工作可靠,价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立,每个基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个Zigbee“基站”却不到1000元人民币。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象,例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控,还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外,每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内,和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。
  因为长期护理是21世纪的问题,所以我们用21世纪的方案去解决。对于医疗护理者来说,快速、准确访问患者信息能提高护理质量。医疗对策不仅仅局限于患者床边,护理质量往往取决于护理器械之外的与临床医生实时共享病人生理数据的能力。这意味着临床医生可以基于实时临床实验研究结果,立即给主治医师提供反馈,同时还能跟踪在医院之外的治疗途径和效果,从而改进以后的治疗方法。
  ZigBee技术被很快证明能有效应用在这些应用中,用于帮助患者摆脱自动监控设备的束缚,获得更大的自由行动能力。通过提供低成本、低功耗的无线技术,利用网状网络,它就能覆盖大厦和公共机构。ZigBee技术可以配置到许多产品中,以帮助确保对患者更好的的护理和更有效的护理跟踪。
继承事业,薪火相传
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