專利名稱：基于后3g高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的裝置涉及對(duì)于擁有突發(fā)性疾病、精神性疾病等相關(guān)疾病患者的緊急情況護(hù)理、 監(jiān)護(hù)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以及高速無(wú)線后3G網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用領(lǐng)域，微型嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。特別是 一種可以進(jìn)行遠(yuǎn)程跟蹤診斷預(yù)警的移動(dòng)式醫(yī)療護(hù)理裝置。
背景技術(shù)：
目前，疾病的治療轉(zhuǎn)向疾病預(yù)防和保健。當(dāng)今社會(huì)，人類對(duì)于自身的健康越來(lái)越關(guān)注， 疾病的預(yù)防和保健己經(jīng)成為人類生活中不可或缺的一部分，與其忍受疾病治療時(shí)帶來(lái)的痛苦 和煩惱，不如在日常生活中就保持對(duì)自身身體狀況的時(shí)刻關(guān)注。尤其是對(duì)于患有潛在危險(xiǎn)性 疾病者，不僅需要保持對(duì)自身情況了解，更需要實(shí)時(shí)處于醫(yī)院、醫(yī)生的監(jiān)護(hù)之下，從而在緊 急情況發(fā)生時(shí)能采取相應(yīng)的護(hù)理手段。
HHCE (家庭醫(yī)療保健工程)的興起表達(dá)了人類對(duì)健康的重視。HHCE作為一門正在興起的 學(xué)科，正隨人類對(duì)健康的重視和國(guó)內(nèi)外科技的發(fā)展而逐漸走進(jìn)人類的生活中，它提倡的是一 種"在家就醫(yī)，自我保健，遠(yuǎn)程診斷"的概念，把高科技與醫(yī)療診斷結(jié)合起來(lái)。朋CE的出現(xiàn) 符合21世紀(jì)的社會(huì)老齡化、醫(yī)療費(fèi)用日益高漲以及人們生活健康質(zhì)量高要求的趨勢(shì)，同時(shí)可 以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源共享，并能提高邊遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療水平，因此具有特別旺盛的生命力。
嵌入式的發(fā)展使得電子產(chǎn)品有了一次新的飛躍，產(chǎn)品的功能更加多樣，配之網(wǎng)絡(luò)通信的 發(fā)展、無(wú)線通信新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得連網(wǎng)設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)，各種信息得以交流共享。制造 工藝的提高也使芯片集成度更高，產(chǎn)品也更加便攜簡(jiǎn)單化。不斷進(jìn)步的科技力量為種種突發(fā) 性疾病的預(yù)防工程領(lǐng)域提供了技術(shù)基礎(chǔ)。因此，對(duì)應(yīng)于這種趨勢(shì)，許多高新科技被逐漸運(yùn)用 于該領(lǐng)域。
在我國(guó)，家庭數(shù)字醫(yī)療監(jiān)護(hù)保健系統(tǒng)已被列入國(guó)家"863"計(jì)劃。在面向家庭的遠(yuǎn)程醫(yī)療 方面，基于Internet的醫(yī)療網(wǎng)站發(fā)展迅速，如中國(guó)金衛(wèi)網(wǎng)、中華遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)、明天遠(yuǎn)診網(wǎng)、 中華網(wǎng)——網(wǎng)上醫(yī)院、新世紀(jì)保健網(wǎng)、新健康網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)上醫(yī)院等。這些網(wǎng)站都提供了比較豐富 的醫(yī)學(xué)信息査詢功能，并有醫(yī)療專家提供醫(yī)療咨詢。近年來(lái)，在遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)方面，國(guó)內(nèi)一些單 位正積極致力研究，也開發(fā)了一些產(chǎn)品，如心電BP機(jī)、心電/血壓遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等。清華大 學(xué)白凈教授1995年領(lǐng)導(dǎo)研制出了家庭貼心小護(hù)士系列，該研究成果己經(jīng)形成產(chǎn)品。而我國(guó)基 于社區(qū)的家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)保健系統(tǒng)的研究剛剛進(jìn)入實(shí)質(zhì)啟動(dòng)階段。
參考目前已公開的一些專利信息，可以看到在該領(lǐng)域已存在眾多的發(fā)明和實(shí)用新型。然 而，目前所擁有的許多產(chǎn)品和專利也存在一些不足，例如中國(guó)專利第200410009853. 8號(hào)提出 了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、裝置及方法，其雖然可以通過(guò)無(wú)線的方法接入網(wǎng)絡(luò)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)，然而其網(wǎng)絡(luò)搭建過(guò)程復(fù)雜(多層接入)，覆蓋范圍有限(超出傳感器覆蓋 區(qū)域便無(wú)法搜索到)，無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤被監(jiān)護(hù)者位置，傳輸數(shù)據(jù)量有限(只可以GSM短消息方式 發(fā)送數(shù)據(jù))，并且該專利闡述的裝置在本地?zé)o法處理大量數(shù)據(jù)，基本上都是將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程 處理機(jī)處理。因此僅僅適用于在小區(qū)、醫(yī)院護(hù)理區(qū)等范圍有限的區(qū)域使用。另外如專利號(hào) 200610122088. X發(fā)明所述的醫(yī)療監(jiān)護(hù)裝置，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外病人的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，并能及時(shí)通知 醫(yī)院前去救治。然而支持該裝置的網(wǎng)絡(luò)為GSM或CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)帶寬有限，在 圖像、聲音及視頻數(shù)據(jù)的傳輸上并不理想；并目.其雖然能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程定位，卻僅依賴于GPS 定位系統(tǒng)，而忽略了在大樓中、房間中等GPS信號(hào)覆蓋不到或微弱的地方，因此只適用于在 戶外開闊的位置使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明構(gòu)建出一套借助于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置。 該裝置提供了一種對(duì)于家庭、社區(qū)醫(yī)療、醫(yī)院監(jiān)護(hù)及出診醫(yī)生的有效便捷的移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī) 療護(hù)理解決方案。其核心部分為 一臺(tái)可供用戶隨身佩戴的護(hù)理終端設(shè)備，并需要和各種無(wú)創(chuàng) 智能醫(yī)用傳感器組配套使用。
裝置由無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口、 A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、無(wú)線通信模塊、 精確跟蹤定位模塊、對(duì)外接口、人機(jī)界面及接口、智能模糊診斷及預(yù)警模塊、中央處理器、 電源管理系統(tǒng)組成，無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接U與A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相連接，A/D數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換器通過(guò)數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)器相連接，存儲(chǔ)器分別與屮央處理器和智能模糊診斷及預(yù)警模塊 相連接，中央處理器分別與無(wú)線通信模塊、精確跟蹤定位模塊、對(duì)外接口中、I/O系統(tǒng)、智 能模糊診斷及預(yù)警模塊相連接，智能模糊診斷及預(yù)警模塊與I/O系統(tǒng)相連接，無(wú)線通信模塊 與精確跟蹤定位模塊相連接，電源管理系統(tǒng)通過(guò)軟件為無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口、 A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、無(wú)線通信模塊、精確跟蹤定位模塊、對(duì)外接口、人機(jī)界面及接口、 智能模糊診斷及預(yù)警模塊、中央處理器提供電源管理；
① 無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)釆集接口。該接口的作用是接入無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器導(dǎo)連線，并 采集相應(yīng)的生理信號(hào)，如血壓、脈搏、血氧、心跳等模擬量，采集完畢后將數(shù)據(jù)傳到模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊進(jìn)行下一步處理。為了適應(yīng)各種不同型號(hào)的醫(yī)用傳感器，該設(shè)備提供DB11PIN、 DB9PIN 等多種符合AHA標(biāo)準(zhǔn)的插口，目的是盡量收集多種傳感器的生理信號(hào)。
② A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。該模塊的作用是將采集到的人體生理模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用于中央處理 器運(yùn)算處理的數(shù)字信號(hào)，并在轉(zhuǎn)換后經(jīng)由數(shù)據(jù)總線存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。該模塊的解決方案可采 用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的ADC0832芯片，或者M(jìn)axim公司的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX12557等。
③ 存儲(chǔ)器。該模塊用于存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)'f-生理信號(hào)，并可供中央處理器調(diào)用、運(yùn)算、處理。該模塊包括RAM、 R(M、 RASH等隨機(jī)、只讀存儲(chǔ)器，不僅可以存儲(chǔ)采集到的生 理數(shù)據(jù)，更可存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程中和運(yùn)算處理后的數(shù)據(jù)，如用于體診、預(yù)警和人機(jī)界面顯示的數(shù) 據(jù)。可選用如AMD公司的29F400BT、 ATMEL公司的49F040T或INTEL公司的E82802AC等相關(guān) 存儲(chǔ)芯片。
④ 無(wú)線通信模塊。該模塊綜合了硬件芯片和軟件編程兩大部分。其支持新一代無(wú)線傳輸 協(xié)議(WCDMA、 IMT-2000等)并向下兼容現(xiàn)存的GPRS、 C畫A網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)經(jīng)該模塊可直接接入后 3G高速移動(dòng)網(wǎng)(3GPP或4G);同時(shí)該模塊還支持接入符合802. 15協(xié)議的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)， 使多個(gè)該裝置作為無(wú)線節(jié)點(diǎn)組成移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)大量該裝置密布于某移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中， 則可將一些醫(yī)療護(hù)理信息共享，并應(yīng)用安全路由協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎LAN簇頭，由簇頭再安全 路由數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)關(guān)，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)將本地?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到3GPP基站上去，減小了3GPP基站的負(fù) 荷。無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)采用硬件芯片解決，分別為接入后3G無(wú)線網(wǎng)的3GPP射頻處理器芯片和 在移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行跳頻數(shù)據(jù)收發(fā)的DDS芯片AD9851 ，其優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)對(duì)部分頻帶干擾、 多址干擾、加性高斯白噪聲干擾等無(wú)線鏈路干擾。無(wú)線數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議采用自主研發(fā)的 基于隨機(jī)密鑰分配的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)混合安全路由協(xié)議，該協(xié)議通過(guò)編程的方式寫到存儲(chǔ)器 中供處理器調(diào)用，協(xié)調(diào)無(wú)線數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)。
⑤ 無(wú)線通信模塊——混合安全路由協(xié)議。該協(xié)議由中央處理器調(diào)用，應(yīng)用于短距離移動(dòng) 傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信中。該模塊的特點(diǎn)是在物理層采用跳頻調(diào)制技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)層采用混合安 全路由，在最大化網(wǎng)絡(luò)連通性的同時(shí)，應(yīng)用隨機(jī)預(yù)置密鑰方法保證路由安全性。該協(xié)議考慮 到在無(wú)線鏈路受到干擾的情況下，為了可靠的信號(hào)傳輸，干擾值越大，所需要的信號(hào)發(fā)射強(qiáng) 度就越高，耗費(fèi)能量就越多。因此，為了使干擾節(jié)點(diǎn)對(duì)跳頻無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的影響盡可能小， 需要計(jì)算鏈路上的干擾阻力值，避開受到干擾人的節(jié)點(diǎn)，選擇干擾最小的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 這是該路由協(xié)議的核心思想。因?yàn)樵垂?jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的距離可以通過(guò)跳數(shù)來(lái)計(jì)算，即到達(dá) 目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)越少表示到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的距離越短，并且擁有最少跳數(shù)的路徑所消耗的能量 也是最少的。所以在選擇干擾阻力值最小的無(wú)線鏈路前提下，選擇到達(dá)源節(jié)點(diǎn)跳數(shù)最少的路 徑節(jié)點(diǎn)作為新加入節(jié)點(diǎn)的上游節(jié)點(diǎn)，從而減少源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)，以減少組播樹 能量消耗，是該協(xié)議要達(dá)到的目的。同時(shí)，該協(xié)議采用隨機(jī)預(yù)置密鑰的方案保證移動(dòng)傳感器 網(wǎng)絡(luò)路由的安全性。其基本思想是預(yù)設(shè)一個(gè)比較大的密鑰池，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有密鑰池中的 一部分密鑰，只要節(jié)點(diǎn)之間擁有一對(duì)相同的密鑰就可以建立安全鏈路。該方案利用任意兩節(jié) 點(diǎn)間共享密鑰的可能性，利用簡(jiǎn)單的共享密鑰發(fā)現(xiàn)協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)密鑰的分發(fā)、撤銷以及節(jié)點(diǎn) 密鑰的更新。
⑥ 精確跟蹤定位模塊。該模塊采用GPS0ne定位方案，以實(shí)現(xiàn)更精確、可靠的定位。GPS0ne
6技術(shù)是傳統(tǒng)GPS定位技術(shù)與CDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)巧妙結(jié)合的混合型定位技術(shù)， GPS0ne=AGPS+/\FLT+CellID，即進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位。GPS0ne模塊同時(shí)從GPS衛(wèi)星和 蜂窩ZPCS網(wǎng)絡(luò)收集測(cè)量數(shù)據(jù)，然后通過(guò)組合這些數(shù)據(jù)生成精確的三維定位信息。在GPS衛(wèi)星 信號(hào)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)都無(wú)法單獨(dú)完成定位的情形下，GPSOne模塊會(huì)組合這兩種信息源，只要 有一顆衛(wèi)星和一個(gè)小區(qū)站點(diǎn)就可以完成定位。實(shí)現(xiàn)技術(shù)可采用高通公司的GPSOne芯片。
⑦對(duì)外接口?？赏ㄟ^(guò)對(duì)外接口將處理過(guò)的數(shù)據(jù)保存在外部存儲(chǔ)媒介中，如利用USB接口 接入PC機(jī)，使用PC機(jī)硬盤保存數(shù)據(jù)，也可插入存儲(chǔ)卡將病人數(shù)據(jù)存在卡中。另外還可通過(guò) 對(duì)外接口將每臺(tái)裝置進(jìn)行標(biāo)識(shí)和驗(yàn)證，以插入智能卡的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。智能卡中存儲(chǔ)了每個(gè)被 監(jiān)護(hù)者的個(gè)人信息和身份認(rèn)證標(biāo)志，系統(tǒng)認(rèn)證這些信息以達(dá)到安全接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的目的。
@1/0系統(tǒng)。1/0系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，主要由顯示屏、小鍵盤、攝像頭、話筒、喇叭 組成。顯示屏采用3.5寸TFT液晶顯示屏，其大屏幕能夠?qū)⑻幚砗蟮娜梭w生理數(shù)據(jù)以數(shù)字或 曲線圖的方式顯示出來(lái)并供被監(jiān)護(hù)者査詢?yōu)g覽3小鍵盤采用4X4小鍵盤，不同按鍵對(duì)應(yīng)顯示 不同類型的數(shù)據(jù)。攝像頭采用1/4"索尼成像CCD的紐扣式微型攝像頭。話筒采用微機(jī)電式 (MEMS)硅微型麥克風(fēng)。喇叭采用高保真微型擴(kuò)音器。系統(tǒng)處理過(guò)程為在通過(guò)處理器讀取存 儲(chǔ)器后，液晶屏以數(shù)字+曲線圖的方式將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，同時(shí)結(jié)合智能模糊診斷及預(yù)警模塊顯 示出被監(jiān)護(hù)者的個(gè)人身體狀況和相關(guān)建議，當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)信息時(shí)系統(tǒng)中斷，觸發(fā)報(bào)警喇叭振鈴 報(bào)警。用戶還可利用利用液晶屏、話筒、喇叭、攝像頭同醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻通話、診斷。
⑨ 智能模糊診斷及預(yù)警模塊。該模塊由軟件編程實(shí)現(xiàn)，參考了模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 及其相互融合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于疾病的診斷的原理。借助基于誤差反傳學(xué)習(xí)(Back2P r叩agat ion learning, BP)算法，該算法簡(jiǎn)介如下對(duì)輸入矩陣X ，以期望輸出矩陣T為 教師進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷反向調(diào)整權(quán)值W，以減少誤差E，當(dāng)E最終收斂于(局部)極 小值時(shí)，學(xué)習(xí)結(jié)束，此時(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值分布W存貯的就是訓(xùn)練樣本集〈X， T〉中 蘊(yùn)含的邏輯關(guān)系信息，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工作階段，對(duì)新的輸入向量X'，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正 向計(jì)算過(guò)程，就是推理的過(guò)程，其輸出向量Y',就是對(duì)問(wèn)題的推理結(jié)果。該算法具有自我學(xué) 習(xí)的功能，可通過(guò)不斷輸入精確的或模糊的醫(yī)學(xué)生理信號(hào)使該判斷過(guò)程逐漸精確。在具體應(yīng) 用中，輸入向量為人體的各個(gè)生理數(shù)據(jù)，輸出向量為對(duì)生理數(shù)據(jù)的推理結(jié)果，若結(jié)果為超過(guò) 危險(xiǎn)指標(biāo)，則產(chǎn)生中斷，并調(diào)用人機(jī)界面及接口模塊中的報(bào)警裝置報(bào)警。
⑩ 中央處理器。該模塊為整個(gè)裝置的核心部分，起著協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間工作狀態(tài)的作用， 包括模塊間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有多種處理器可以選擇， 但主要應(yīng)該選擇應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的片上32位/64位處理器，如ARM系列處理器，常用型號(hào) 為三星公司的s3c2410， AMD公司的AMD Geode LX等。
7O)電源管理系統(tǒng)。由于該裝置需要具有便攜的優(yōu)勢(shì)，容量有限的電池是其惟一的能量來(lái)
源，因此，為了利用有限的電能為便攜設(shè)備提供最高性能，需要在該便攜設(shè)備中采用嵌入電 源管理單元芯片，同時(shí)加以軟件輔助的電源管理。電源管理的步驟是先要分析系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài) 及任務(wù)信息，之后分別處理系統(tǒng)在Running (工作)狀態(tài)、Tdle (空閑)狀態(tài)和Sle印(休眠) 狀態(tài)的任務(wù)調(diào)度，通過(guò)電源管理單元(PMU)進(jìn)行相應(yīng)功率調(diào)配。整個(gè)過(guò)程采用在嵌入式LINUX 系統(tǒng)中進(jìn)行C語(yǔ)言編程的方法實(shí)現(xiàn)，該電源管理芯片可采用Maxim公司的MAX8660。
綜上所述，該護(hù)理裝置可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到被監(jiān)護(hù)者的身體各類信息(如心電信號(hào)、腦電信 號(hào)、脈搏、呼吸休溫等生理醫(yī)學(xué)信號(hào))，并將這些信號(hào)參數(shù)通過(guò)液晶顯示屏，以數(shù)字和波形形 式顯示出來(lái)，使個(gè)人能直觀獲得自己身體各類指標(biāo)是否正常，方便的對(duì)自身的健康狀況進(jìn)行 自我檢測(cè)和分析；同時(shí)裝置fi身可提供數(shù)據(jù)分析功能，自動(dòng)模糊診斷個(gè)人生理狀態(tài)，并在緊 急情況報(bào)警。另一方面，X集到的身體信息還能被存儲(chǔ)起來(lái)，方便對(duì)數(shù)據(jù)的后續(xù)分析處理。 借助新一代后3G高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用于密集小區(qū)的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，裝置可將被監(jiān)護(hù)者與醫(yī) 療服務(wù)端(如醫(yī)院、家屬、私人醫(yī)師、監(jiān)護(hù)中心等)建立連接，實(shí)時(shí)將被監(jiān)護(hù)者的身體狀況 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)或決策支持系統(tǒng)，并支持通過(guò)話筒和攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻護(hù)理知 道。 一來(lái)可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，二來(lái)還真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)診斷，讓被監(jiān)護(hù)者不 用去醫(yī)院就能得到最及時(shí)有效的診斷。
本發(fā)明所能實(shí)現(xiàn)的功能主要有
① 被監(jiān)護(hù)者可通過(guò)所述裝置的液晶顯示屏實(shí)時(shí)獲得自身生理數(shù)據(jù)，了解自己的身體狀況。
② 所述裝置可根據(jù)經(jīng)由醫(yī)用傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)智能模糊判斷病情，從而能夠在危險(xiǎn)情況發(fā) 生前告知被監(jiān)護(hù)者及相關(guān)人員和機(jī)構(gòu)。
③ 所述裝置可借助后3G (3GPP或4G)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將處在遠(yuǎn)程的被監(jiān)護(hù)者的生理數(shù)據(jù)傳輸 到相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)，并記錄在案。
④ 可借助無(wú)線短距離傳輸技術(shù)(基于IPV6協(xié)議)將所述裝置在一定小區(qū)范圍內(nèi)組成跳頻 移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)基于隨機(jī)密鑰分配的混合安全路由協(xié)議將數(shù)據(jù)路由到網(wǎng)關(guān)，經(jīng)網(wǎng)關(guān) 接入到后3G網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，以提高傳輸數(shù)據(jù)的速度和可靠性，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，減少基站負(fù)荷。
⑤ 所述裝置具有突發(fā)緊急情況處理功能，當(dāng)被監(jiān)護(hù)者的生理信息超過(guò)設(shè)定范圍便可向當(dāng) 地發(fā)出報(bào)警信息尋求幫助，同時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和被監(jiān)護(hù)者家屬發(fā)出報(bào)警信息 通知。
⑥ 所述裝置具有遠(yuǎn)程精確跟蹤功能，監(jiān)護(hù)者可通過(guò)CDMA+GPS結(jié)合方式(GPS0ne)隨時(shí)獲 取被監(jiān)護(hù)者的地理位置進(jìn)行遠(yuǎn)程追蹤，以便及時(shí)采取行動(dòng)。
⑦ 可以通過(guò)所述裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程交互視頻護(hù)理，即通過(guò)后3G網(wǎng)絡(luò)的高速大容量數(shù)據(jù)傳輸功能令監(jiān)護(hù)者和被監(jiān)護(hù)者進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻通話，使得監(jiān)護(hù)工作能雙向溝通。
⑧可配合該裝置在遠(yuǎn)程的護(hù)理調(diào)度中心搭建決策支持系統(tǒng)，其維護(hù)了處于不同地點(diǎn)的不 同患者的生理數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。另外通過(guò)在服務(wù)器開發(fā)數(shù)據(jù)管理、決策支持系統(tǒng)， 開放對(duì)外接口權(quán)限，可使處于各地的醫(yī)院、醫(yī)療護(hù)理機(jī)構(gòu)、家庭以及能接入到互聯(lián)網(wǎng)的地方 的相關(guān)人員登錄該系統(tǒng)獲取病人資料并進(jìn)行初步診斷。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明裝置搭建的整體系統(tǒng)圖。 圖2為本發(fā)明裝置的基本硬件構(gòu)成。
圖3為對(duì)應(yīng)于本發(fā)明裝置搭建的遠(yuǎn)程護(hù)理調(diào)度中心的數(shù)據(jù)處理及決策支持系統(tǒng)(軟件系統(tǒng))。
圖4為對(duì)應(yīng)本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)流程圖。
圖5、圖6為移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)混合安全路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)半徑變化時(shí)的路由對(duì)比圖，圖5為 半徑改變前的路由，圖6為半徑改變后的路由。
圖7為移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路徑隨機(jī)密鑰建立過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)該發(fā)明的詳細(xì)步驟和相關(guān)技術(shù)實(shí)施方法，現(xiàn)結(jié)合

如下。 首先參閱圖1,該圖從整體上描述了應(yīng)用本發(fā)明裝置搭建的體診預(yù)警系統(tǒng)?？梢钥吹?， 該系統(tǒng)由幾大部分組成，分別為由該裝置組成的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)群，GPS0ne移動(dòng)精確跟蹤 功能群，無(wú)線3GPP或4G應(yīng)用群，護(hù)理調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理群和數(shù)據(jù)接收群。在移動(dòng)傳感器網(wǎng) 絡(luò)群中，該裝置可以直接作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入到無(wú)線網(wǎng)關(guān)中，還可自動(dòng)判斷周圍是否有其他同 樣裝置存在，并同其他裝置一起組成移動(dòng)中的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)族，可指定一族的族長(zhǎng)，令其 他裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送到族長(zhǎng)的裝置中，再由族長(zhǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線網(wǎng)關(guān)中，從而實(shí)現(xiàn)在諸如家 屬區(qū)、大樓中、療養(yǎng)院活動(dòng)區(qū)等佩戴該裝置的被護(hù)理人員聚集區(qū)的集中監(jiān)護(hù)，不僅便于管理， 而且易于精確定位跟蹤。從圖中還可看出，該移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)發(fā)送到無(wú) 線基站，從而接入后3G(3GPP或4G)網(wǎng)絡(luò)，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心。在GPS0ne 移動(dòng)精確跟蹤功能群中，被護(hù)理者佩戴的該裝置可以結(jié)合通信衛(wèi)星和無(wú)線通信基站進(jìn)行被護(hù) 理者的精確追蹤定位，該技術(shù)被成為GPSOne遠(yuǎn)程定位，該技術(shù)使用后3G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)輔助 衛(wèi)星GPS通信，是一種目前已經(jīng)在應(yīng)用的比較精確的遠(yuǎn)程衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在大樓等 衛(wèi)星信號(hào)較弱的地方的精確跟蹤定位。在無(wú)線3GPP或4G應(yīng)用群中，系統(tǒng)采用后3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 數(shù)據(jù)通信，不僅可以傳輸文字、圖像信息，更可傳輸視頻數(shù)據(jù)，充分利用了 3GPP或4G網(wǎng)絡(luò) 的帶寬和傳輸速度。在護(hù)理調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理群和數(shù)據(jù)接收群中，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線基站被傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的護(hù)理調(diào)度中心，該中心存儲(chǔ)著從各地收集的被監(jiān)護(hù)者的生理信息，并開發(fā)了一套智 能決策系統(tǒng)，用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，根據(jù)判斷結(jié)論做出相應(yīng)動(dòng)作，如報(bào)警通知相關(guān)醫(yī) 療機(jī)構(gòu)等。數(shù)據(jù)接收群主要包括各大醫(yī)院、被監(jiān)護(hù)者家庭和其他相關(guān)醫(yī)療護(hù)理機(jī)構(gòu)，由于智 能決策系統(tǒng)采用基于S0A模式的B/S架構(gòu)開發(fā)，各接收群可利用瀏覽器登錄這套系統(tǒng)進(jìn)行數(shù) 據(jù)查詢和監(jiān)控，以便及時(shí)做出相應(yīng)處理措施。另外還有一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)接收群為被監(jiān)護(hù)者家 屬，因此該決策系統(tǒng)還可將決策結(jié)果通過(guò)無(wú)線基站發(fā)送到家屬手機(jī)上令其對(duì)被監(jiān)護(hù)者信息有 所了解。
圖2描述的是本發(fā)明裝置的基本硬件構(gòu)成。該硬件設(shè)備配合無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器組可進(jìn)行運(yùn) 作。在硬件的設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，以符合高可靠度，平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)的方式布局電路板， 將各部分安排和實(shí)現(xiàn)如下進(jìn)行
1. 首先布局醫(yī)用傳感器的采集接口。無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器有多種接口，本裝置旨在最大限度 匹配符合AHA標(biāo)準(zhǔn)的6PIN、 9PIN、 IIPIN等導(dǎo)連線插口。該采集接口安裝在電路板邊緣，根 據(jù)目前市場(chǎng)上的醫(yī)用傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)，提供6PIN、 9PIN、 11PIN三種標(biāo)準(zhǔn)的心電導(dǎo)連線、血 氧探頭接入插口 (可擴(kuò)展)。該采集接口不僅有接收數(shù)據(jù)的功能，更可將數(shù)據(jù)通過(guò)放大濾波電 路進(jìn)行放大、過(guò)濾，使輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬數(shù)據(jù)更加清晰可辨。
2. A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊同醫(yī)用傳感器數(shù)據(jù)采集接口相連，即將采集接口輸出的數(shù)據(jù)輸入到 A/D芯片中進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，該A/D芯片采用Maxim公司的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX12557，它是 具有高速、低功耗、高性能的14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用差分方式連接模擬采集端，輸出的14 位數(shù)據(jù)引腳可根據(jù)需要選擇位數(shù)，最終將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到存儲(chǔ)器中。
3. 存儲(chǔ)器模塊。A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)總線接入到存儲(chǔ)器模塊的輸入端，其包 括有只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)兩種類型的存儲(chǔ)芯片。其中隨機(jī)存儲(chǔ)器一般集 成在處理器芯片中，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，處理器將需要處理的數(shù)據(jù)寫入到RAM中作為臨時(shí)存儲(chǔ)， 由于系統(tǒng)掉電以后，存儲(chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)將會(huì)全部丟失，因此還需要有只讀存儲(chǔ)器進(jìn)行配合 來(lái)在掉電時(shí)保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)。本裝置的只讀存儲(chǔ)器采用閃存(FLASH MEMORY),安置有SAMSUNG 公司生產(chǎn)的型號(hào)為K8S6415ETB的64Mb(4Mxl6位)NOR FLASH和K9F1208的512 Mb(64MX8 位)NAND Flash兩種芯片，NOR Flash為并行數(shù)據(jù)傳輸，NAND Flash為串行數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò) 數(shù)據(jù)總線接收到的A/D芯片傳來(lái)的數(shù)據(jù)主要借助中央處理器的協(xié)調(diào)存儲(chǔ)在NAND FLASH中。
4. 中央處理器。采用三星公司生產(chǎn)的S3C2410 32位ARM9處理器，其通過(guò)數(shù)據(jù)總線同存 儲(chǔ)器模塊相連，通過(guò)控制總線同其他功能模塊相連。中央處理器的操作主要通過(guò)移植嵌入式 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，配合軟件編程達(dá)到協(xié)調(diào)整個(gè)裝置各個(gè)模塊動(dòng)作的目的。
5. 無(wú)線通信模塊同中央處理器相連，也同GPSOne精確跟蹤定位模塊相連?？梢赃x用博通的單片HSPA(高速分組接入)處理器BCM21551配合3G DigRF接口模塊進(jìn)行分組數(shù)據(jù)包的收發(fā)， 軟件協(xié)議采用基于IPV6的TCP/IP協(xié)議棧，集成在嵌入式操作系統(tǒng)中，還可加入短距離無(wú)線傳 輸協(xié)議將多個(gè)該設(shè)備組建成無(wú)線局域網(wǎng)，并作為網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送到后3G網(wǎng)絡(luò)中。 一般由 中央處理器發(fā)出控制中斷命令到無(wú)線發(fā)射模塊使其發(fā)出無(wú)線信號(hào)，當(dāng)該模塊接收到數(shù)據(jù)包時(shí) 也會(huì)向處理器發(fā)出相應(yīng)指令通知接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。由于GPS0ne的實(shí)現(xiàn)需要無(wú)線基站信號(hào)輔 助，因此需要同無(wú)線通信模塊相連共享數(shù)據(jù)。
6. GPS0ne精確跟蹤定位模塊采用高通公司的GPS0ne芯片。其具備了四種運(yùn)作模式，這 四種模式包括了基本獨(dú)立GPS功能(Standalone GPS)、基站基本定位功能(Mobile Station based)、基站協(xié)助功能(Mobile Station Assisted)以及基站混合功能(Mobile Station Assisted/Hybrid), gpsOne除了具備一般A-GPS功能以外，也可藉由基站定位功能來(lái)達(dá)到更 精確定位。該芯片的一端同無(wú)線通信模塊連接，共享無(wú)線基站數(shù)據(jù)；另一端同中央處理器相 連，執(zhí)行處理器命令。
7. 外設(shè)擴(kuò)展接口 。主要由USB插口 、智能卡插口 、五合一讀卡器插口組成，還可根據(jù)需 要擴(kuò)展其他外設(shè)接口。該擴(kuò)展接口的主要功能是完成數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)和身份安全驗(yàn)證。其中USB 插口直接整合在設(shè)備主板上，通過(guò)背板總線連接到中央處理器。讀卡器采用微型內(nèi)置五合一 讀卡器，將其安裝在主板的邊緣，并同中央處理器用數(shù)據(jù)總線相連。不論是USB插口還是讀 卡器插口，其目的都是將數(shù)據(jù)輸出到外部存儲(chǔ)設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，其命令由中央處理器提 供。智能卡插口支持符合ISO 7810/7816或IS0CP8AFN0R標(biāo)準(zhǔn)的0. 76[. 030]厚集成電路型智 能卡，智能卡接口同中央處理器相連，中央處理器接收智能卡數(shù)據(jù)并進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證和入 網(wǎng)許可驗(yàn)證，通過(guò)后即產(chǎn)生中斷，并通知各模塊運(yùn)作，其連接方法為數(shù)據(jù)總線方式連接。
8. 1/0系統(tǒng)包括各種人機(jī)交互設(shè)備，分別為3. 5寸TFT液晶顯示屏、標(biāo)準(zhǔn)4X4小鍵盤、 1/4〃索尼成像CCD的紐扣式微型攝像頭、微機(jī)電式(MEMS)硅微型麥克風(fēng)、高保真微型擴(kuò)音器。 四種設(shè)備都焊接在主板上，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)總線和控制總線同中央處理器相連，進(jìn)行信息交互 傳輸。其中顯示屏、喇叭為輸出設(shè)備，小鍵盤、攝像頭、麥克風(fēng)為輸入設(shè)備。
9. 智能模糊診斷和預(yù)警信息處理模塊為軟件模塊，采用純軟件編程方式實(shí)現(xiàn)，將指令集 成在嵌入式操作系統(tǒng)中循環(huán)執(zhí)行，其步驟為每隔l秒讀取一次NAND FLASH中的生理數(shù)據(jù)， 根據(jù)模糊推理算法判斷是否超出安全范圍，如果超出則向中央處理器發(fā)出中斷信號(hào)請(qǐng)求觸發(fā) 喇叭發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)觸發(fā)無(wú)線通信模塊向遠(yuǎn)程發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào)請(qǐng)求醫(yī)院援助。如果沒(méi) 有達(dá)到危險(xiǎn)值，則繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行定時(shí)讀取數(shù)據(jù)。
10. 電源管理系統(tǒng)。采用Maxim公司的電源管理單元(PMU)芯片MAX8660，該芯片將多 個(gè)的DC/DC轉(zhuǎn)換器(通常是23個(gè))，數(shù)個(gè)LD0 (通常是614個(gè))，充電以及保護(hù)電路、電流/電壓檢測(cè)整合在一起，為各個(gè)負(fù)載元件設(shè)備分配不同的功率。分配的方法采用軟件編程驅(qū)動(dòng) 硬件的方式實(shí)現(xiàn)，并固化在嵌入式操作系統(tǒng)中。電源管理系統(tǒng)同各個(gè)元件都連接在一起，能 夠減少各部分功耗，提高工作效率。
圖3為對(duì)應(yīng)于本發(fā)明裝置搭建的遠(yuǎn)程護(hù)理調(diào)度中心的數(shù)據(jù)處理及決策支持系統(tǒng)，其設(shè)置 在遠(yuǎn)程，是一個(gè)軟件系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)為一個(gè)專家決策支持系統(tǒng)，采用最新的S0A 技術(shù)，將一個(gè)個(gè)模塊封裝成構(gòu)件，以便利用MVC三層調(diào)用的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不僅管理方 便，更增加了智能判決功能。從圖中可以看出，首先需要將該智能決策系統(tǒng)相關(guān)選項(xiàng)設(shè)置完 畢，然后將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在生理數(shù)據(jù)庫(kù)中供系統(tǒng)的各個(gè)模塊調(diào)用，這些模塊包括
遠(yuǎn)程交互視頻護(hù)理系統(tǒng)。醫(yī)生可以通過(guò)攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程交互的視頻指導(dǎo)，其圖像顯示在 該醫(yī)療休診裝置的液晶屏幕上，醫(yī)生可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候給予被監(jiān)護(hù)者建議，以避免突發(fā)性疾 病的發(fā)生。
前端被監(jiān)護(hù)者信息顯示。該部分為MVC三層中的表示層，根據(jù)不同的登錄權(quán)限，可以向 用戶顯示不同的監(jiān)護(hù)者信息，不僅面向醫(yī)生，也面向監(jiān)護(hù)者家屬。
后臺(tái)被監(jiān)護(hù)者信息管理及備份。由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)，包括對(duì)被監(jiān)護(hù)者數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、分 類、加密等動(dòng)作。
專家決策系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)被監(jiān)護(hù)者數(shù)據(jù)調(diào)用不同的算法判決患者情況并做出最優(yōu)判決， 包括普通的護(hù)理指導(dǎo)和緊急情況處理。
智能模糊判斷和預(yù)警。專家決策系統(tǒng)調(diào)用的模塊，不僅判斷被監(jiān)護(hù)者情況，還可利用聲 光等手段通知醫(yī)院等護(hù)理機(jī)構(gòu)派出救護(hù)車緊急救護(hù)患者。
圖4所示為對(duì)應(yīng)本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)流程圖?，F(xiàn)對(duì)照該圖說(shuō)明整個(gè)跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置 的工作流程。
首先，安裝在身體各個(gè)部分的無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器實(shí)時(shí)采集被監(jiān)護(hù)者的生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù) 包括有體溫、脈搏、心率及其他相關(guān)生理信息。
接著，模擬生理數(shù)據(jù)采集完畢后通過(guò)該體診裝置的采集接口輸入到設(shè)備中，再經(jīng)由A/D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳送到裝置的存儲(chǔ)器模塊中，存儲(chǔ)器 保存所測(cè)得的數(shù)據(jù)，中央處理單元讀取數(shù)據(jù)并運(yùn)算處理后顯示給佩帶裝置的被監(jiān)護(hù)者。
之后，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中后，該裝置的預(yù)警模塊采用模糊技術(shù)循環(huán)判斷測(cè)得數(shù)據(jù)是 否超過(guò)危險(xiǎn)值，若超過(guò)則開啟報(bào)警模塊向周圍報(bào)警，同時(shí)通過(guò)無(wú)線向遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心發(fā)送報(bào)警 信號(hào)。如果未達(dá)到危險(xiǎn)值則繼續(xù)監(jiān)護(hù)。
然后，中央處理器開啟定時(shí)器通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊定時(shí)向周圍廣播數(shù)據(jù)包以尋找相鄰?fù)?裝置，若自身處于一個(gè)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，則指定無(wú)線網(wǎng)關(guān)，此時(shí)所有在該無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線裝置皆通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)向無(wú)線基站發(fā)送數(shù)據(jù)。如果該裝置未處于傳感器網(wǎng)絡(luò)中，則直接 發(fā)送無(wú)線信號(hào)到無(wú)線基站，該無(wú)線基站搭建的M絡(luò)基于后3G技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)類型為3GPP或4G網(wǎng) 絡(luò)。
同時(shí)，在發(fā)送無(wú)線信號(hào)時(shí)，GPSOne芯片開始運(yùn)作，該芯片讀取無(wú)線基站的數(shù)據(jù)、讀取衛(wèi) 星數(shù)據(jù)、共享設(shè)備無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)，綜合多種數(shù)據(jù)判斷用戶所處位置進(jìn)行嚴(yán)格精確跟蹤定位， 實(shí)時(shí)確定被監(jiān)護(hù)者的位置。
最后，被監(jiān)護(hù)者的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線基站傳送到護(hù)理調(diào)度中心，由調(diào)度中心的數(shù)據(jù)處理智能 決策系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)判斷，各個(gè)地K的醫(yī)院、醫(yī)療護(hù)理機(jī)構(gòu)和家庭更可通過(guò)高速互聯(lián)網(wǎng)登錄該 系統(tǒng)獲取被監(jiān)護(hù)者信息。如果被監(jiān)護(hù)者家屬希望實(shí)時(shí)獲得被監(jiān)護(hù)者的信息，還可令決策系統(tǒng) 通過(guò)無(wú)線基站將數(shù)據(jù)發(fā)送到家屬手機(jī)中，該業(yè)務(wù)可以作為移動(dòng)公司的增值業(yè)務(wù)。
圖5、圖6所示為移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)混合安全路由協(xié)議屮節(jié)點(diǎn)半徑變化時(shí)的路由對(duì)比圖， 圖5是半徑改變前的路由，圖6是半徑改變后的路由。自適應(yīng)混合路由協(xié)議AHRP (Ad鄰tive Hybrid Routing Protocol)的網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的可 變區(qū)域半徑，這個(gè)節(jié)點(diǎn)在該區(qū)域中稱中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)半徑大小受控于節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包丟失率。在 節(jié)點(diǎn)半徑區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)間的通信路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)采用反向地址解析協(xié)議(JARP)實(shí)現(xiàn)， 在節(jié)點(diǎn)和域外節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，X用區(qū)域間路由協(xié)議(IERP)來(lái)進(jìn)行路由尋找。本協(xié)議采用 混合的思想是利用現(xiàn)有協(xié)議IARP獲得節(jié)點(diǎn)半徑區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信路由信息，在節(jié)點(diǎn)區(qū)域外利 用IERP獲得路由信息。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有各自的半徑區(qū)域，因此存在節(jié)點(diǎn)半徑區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn) 交錯(cuò)重疊的情況，這樣到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的通信就存在很多條路由。在充分考慮這些路由數(shù)據(jù)包 傳輸可靠性的情況下，決定是否增加或減少節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域半徑，以增加或減少節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的 節(jié)點(diǎn)數(shù)量，改善網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信性能。為此，在網(wǎng)絡(luò)中引入半徑?jīng)Q策機(jī)制該機(jī)制能評(píng)估在 周期T內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信的路由失敗率，并根據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸失敗率的情況決定節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域半徑是 否增加或減少l個(gè)單位，設(shè)R (T)是當(dāng)前的區(qū)域半徑，下一個(gè)區(qū)域半徑為R (t+T) =R (t) 或者R (t+T) =R (t) ±1。下面參照?qǐng)D5、圖6進(jìn)行說(shuō)明。
在圖5中，源節(jié)點(diǎn)S需要向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)包。為了找出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸路由，S首先 檢查D是否在自己的半徑區(qū)域之內(nèi)，如果節(jié)點(diǎn)D處于S的覆蓋區(qū)域之內(nèi)，則S已經(jīng)知道通往 D的路由，這些過(guò)程都是通過(guò)IARP來(lái)完成的。如果節(jié)點(diǎn)D不在S的覆蓋區(qū)域之內(nèi)，則節(jié)點(diǎn)S 就向周邊節(jié)點(diǎn)C、 G、 H發(fā)送查詢命令，隨后這些節(jié)點(diǎn)也采用相同的方法向周邊節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢 信息，直到找出通往節(jié)點(diǎn)D的路由，并返回給節(jié)點(diǎn)S。最終成功的查詢線路為S發(fā)送查詢消 息給H, H發(fā)送給B， B再發(fā)送給D，并接收D的響應(yīng)消息，這樣S到D的路由為S-H-B-D。 IERP 協(xié)議完成上述過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)包傳送，如果節(jié)點(diǎn)S判斷達(dá)到D的路由并不穩(wěn)定，可能是由于節(jié)點(diǎn)H中轉(zhuǎn)的原因，因此可以通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)S的覆蓋半徑來(lái)跳過(guò)S到H的傳輸線路。增 加半徑1個(gè)單位后的數(shù)據(jù)包傳輸示意圖見圖6。節(jié)點(diǎn)S到D的傳輸路由為S-B-D，減少了數(shù)據(jù) 包中間傳輸過(guò)程，降低了數(shù)據(jù)通信量和數(shù)據(jù)延時(shí)。由于該方法增加了節(jié)點(diǎn)發(fā)送半徑，因此加 大了通信能量的損耗。降低節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域半徑的方法類似。
圖7所示為移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路徑隨機(jī)密鑰建立過(guò)程圖。當(dāng)節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)沒(méi)有共享密鑰 時(shí)，可以通過(guò)其他鄰居節(jié)點(diǎn)建立的安全連接進(jìn)行密鑰協(xié)商建立共享密鑰。節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)D之 間沒(méi)有共享密鑰，但是可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C建立連接。 .
結(jié)合該圖說(shuō)明隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案
(1) 密鑰的預(yù)置首先在離線階段由密鑰服務(wù)器產(chǎn)生一個(gè)大的密鑰池，并為每個(gè)密鑰 分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，然后從密鑰池中隨機(jī)選取m個(gè)密切以及密鑰對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)符存入節(jié)點(diǎn) 的存儲(chǔ)器里，m個(gè)密鑰稱為節(jié)點(diǎn)的密鑰環(huán)，m的選擇應(yīng)保證每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間至少擁有一個(gè)共享 密鑰的概率大于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的概率。
(2) 共享密鑰的發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的初始化階段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播自己密鑰環(huán)中所有密鑰的標(biāo) 識(shí)符，周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)收到信息后査看自己的密鑰列表，如有相同的標(biāo)識(shí)符則回復(fù)源節(jié)點(diǎn)信 息，這樣節(jié)點(diǎn)就找到了與自己有共享密鑰的鄰居節(jié)點(diǎn)。共享密鑰發(fā)現(xiàn)階段建立了節(jié)點(diǎn)排列的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在共享密鑰時(shí)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間就可以存在-個(gè)連接，通過(guò)鏈路加 密所有基于該連接的通信都是安全的。
(3) 路徑密鑰的建立當(dāng)節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)沒(méi)有共享密鑰時(shí)，可以通過(guò)其他鄰居節(jié)點(diǎn)建立 的安全連接進(jìn)行密鑰協(xié)商建立共享密鑰。節(jié)點(diǎn)首先確定到達(dá)該鄰居節(jié)點(diǎn)的一條安全路徑，然 后通過(guò)這條安全路徑與該鄰居節(jié)點(diǎn)協(xié)商一對(duì)路徑密鑰。未來(lái)這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信將直接通 過(guò)這一對(duì)路徑密鑰進(jìn)行，而不再需要多次的中間轉(zhuǎn)發(fā)。如圖7所示。
下面說(shuō)明 一下應(yīng)用該協(xié)議進(jìn)行路由選擇的方案
對(duì)網(wǎng)絡(luò)G(V, E)引入兩個(gè)向量Q[i]和T[i]。其中Q[i]表示節(jié)點(diǎn)i到源節(jié)點(diǎn)s的最短路 徑的權(quán)值(在跳頻無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中代表鏈路的千擾阻力值)；T[i]表示i到源節(jié)點(diǎn)s的跳數(shù)。
初始時(shí)以源節(jié)點(diǎn)s為原始組播樹T;以后每次選擇有相同密鑰具有最小Q[i]值(即鏈路阻力
值)的節(jié)點(diǎn)i加入樹T，若i通過(guò)不同節(jié)點(diǎn)加入樹T有相同的鏈路阻力值，則選擇至源節(jié)點(diǎn)s 跳數(shù)最小的節(jié)點(diǎn)加入組播樹T。其實(shí)質(zhì)是在節(jié)點(diǎn)i加入樹T過(guò)程中存在先后三層約束條件。 第一層約束條件是要與上級(jí)節(jié)點(diǎn)存在相同預(yù)置密鑰；第二層約束條件由Q[i]值決定鏈路阻力 值最小的節(jié)點(diǎn)i加入組播樹T;若該節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)s有多條最小阻力路徑時(shí)，采用第三層約 束條件，i選擇到達(dá)源節(jié)點(diǎn)s的路徑中具有最小跳數(shù)的路徑節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，加入生成樹T。 通過(guò)兩個(gè)約束條件，首先保證了生成的組播樹是最短路徑樹，同時(shí)若存在多條最小阻力路徑，則盡量通過(guò)減少信息傳輸距離來(lái)降低組播樹的能量消耗。
在網(wǎng)絡(luò)G(V， E)中，尋找源節(jié)點(diǎn)s到目的節(jié)點(diǎn)集Dldl， d2， d3，…，dj)中所有節(jié)點(diǎn)的最 小阻力路徑，構(gòu)造以s為根節(jié)點(diǎn)包含所有目的節(jié)點(diǎn)的最小阻力組播樹T。對(duì)于任意兩點(diǎn)u和w， 若存在邊(u， w)，則兩節(jié)點(diǎn)之間鏈路阻力值為W(u， w)〉0，否則認(rèn)為W(u， w)=^。
本協(xié)議進(jìn)行設(shè)定如下
(1) 在傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間若存在相同密鑰則可以相互通信；
(2) 節(jié)點(diǎn)之間權(quán)值計(jì)算方法，參考Michal B. Pursley在文獻(xiàn)〃Network Protocols for Frequency-Hop Packet Radios with Decoder Side Information〃中提出的無(wú)線節(jié)點(diǎn)間阻力 計(jì)算方法；
(3)節(jié)點(diǎn)采用全向天線。 為了描述方便，定義如下幾個(gè)向量
Q[i]—一表示節(jié)點(diǎn)i到源節(jié)點(diǎn)s的最短路徑的權(quán)值(在跳頻無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中代表鏈路 的阻力值)；
T[i] — _表示節(jié)點(diǎn)i到源節(jié)點(diǎn)s的跳數(shù)； ADJ[i] — 一表示節(jié)點(diǎn)i的相鄰節(jié)點(diǎn)； P[i]—一表示節(jié)點(diǎn)i的父節(jié)點(diǎn)；
W[i， j]一一表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間鏈路權(quán)值(鏈路阻力值)； RC——表示待計(jì)算節(jié)點(diǎn)集，存儲(chǔ)生成樹的相鄰節(jié)點(diǎn)。 路由選擇過(guò)程步驟如下所述
步驟l: 初始化網(wǎng)絡(luò)對(duì)于任意節(jié)點(diǎn)WEV，如果WGADJ(S)，則Q[W]—W[S， W] ; T [W] —1; P[W]—S; W加入RC;否則Q[W]—①；T [W] — °° ; P[W]—null。
步驟2 :以源節(jié)點(diǎn)s為初始組播樹，Q[s]—0; T[s]—0， P[s]—null。
步驟3 :選擇節(jié)點(diǎn)u， uERC，使得Q[u]=min{Q[m] | mERC };如果u是目的節(jié)點(diǎn)，且
存在與上級(jí)節(jié)點(diǎn)相同的密鑰，則建立從s到u的最小阻力樹，將最短路徑加入樹T。從目的
節(jié)點(diǎn)集D中刪除u。
步驟4:選擇節(jié)點(diǎn)v， vGADJ(u)且與上級(jí)節(jié)點(diǎn)存在相同密鑰，如果Q[v]:^。，則將v 加入RC待計(jì)算；
如果Q[u]+T[u， v]<Q[v]，則Q[v]—Q[u]+W[u， v] ， T[v]—T[u]+1， P[v]—u; 如果Q[u]+T[u， v]=Q[v]，選擇min(T[u]+l， T[v]}的樹上節(jié)點(diǎn)作為v節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)， 并更新v節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)值為此最小值。
步驟5 :判斷D是否為空集，如果非空則返回步驟3，否則結(jié)束。
權(quán)利要求
1、基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于裝置由無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、無(wú)線通信模塊、精確跟蹤定位模塊、對(duì)外接口、人機(jī)界面及接口、智能模糊診斷及預(yù)警模塊、中央處理器、電源管理系統(tǒng)組成，無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口與A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相連接，A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)器相連接，存儲(chǔ)器分別與中央處理器和智能模糊診斷及預(yù)警模塊相連接，中央處理器分別與無(wú)線通信模塊、精確跟蹤定位模塊、對(duì)外接口中、I/O系統(tǒng)、智能模糊診斷及預(yù)警模塊相連接，智能模糊診斷及預(yù)警模塊與I/O系統(tǒng)相連接，無(wú)線通信模塊與精確跟蹤定位模塊相連接，電源管理系統(tǒng)通過(guò)軟件為無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、無(wú)線通信模塊、精確跟蹤定位模塊、對(duì)外接口、人機(jī)界面及接口、智能模糊診斷及預(yù)警模塊、中央處理器提供電源管理；采用無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口與無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，將無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口傳送給A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，采用A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采用存儲(chǔ)器保存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息，采用存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)采集到的生理數(shù)據(jù)、運(yùn)算過(guò)程數(shù)據(jù)及運(yùn)算處理數(shù)據(jù)，采用無(wú)線通信模塊將存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)接入后3G網(wǎng)絡(luò)，采用精確跟蹤定位模塊定位護(hù)理裝置的地理位置，采用對(duì)外接口將外部存儲(chǔ)媒介中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入裝置中，也可以將裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠看鎯?chǔ)媒介中，采用I/O系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，采用智能模糊診斷及預(yù)警模塊監(jiān)控使用者生理數(shù)據(jù)并可以做出預(yù)警，采用中央處理器協(xié)調(diào)各模塊間工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用電源管理系統(tǒng)對(duì)裝置進(jìn)行電源管理。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于-所述的無(wú)創(chuàng)醫(yī)用傳感器生理數(shù)據(jù)采集接口為符合AHA標(biāo)準(zhǔn)的插口；所述存儲(chǔ)器由隨機(jī)存儲(chǔ) 器和只讀存儲(chǔ)器組成。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于 所述的無(wú)線通信模塊選用TTPCom公司的3G DigRF接口模塊或博通公司的單片高速分組接入 處理器BCM21551，在物理層采用跳頻調(diào)制技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)層采用混合安全路由方法，在最大化 網(wǎng)絡(luò)連通性的同時(shí)，應(yīng)用隨機(jī)密鑰預(yù)置方法保證路由安全性。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于 所述的精確跟蹤定位模塊選用高通公司生產(chǎn)的GPS0ne芯片。
5、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于 所述的對(duì)外接口為USB接口或用于作為身份識(shí)別的智能卡接口。
6、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于所述的I/0系統(tǒng)選用顯示屏、小鍵盤、攝像頭、話筒、喇叭作為輸入/輸出工具。
7、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于 所述的智能模糊診斷及預(yù)警模塊采用故障診斷專家系統(tǒng)中的模糊推理算法實(shí)現(xiàn)。
8、 如權(quán)利要求1所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于所述的中央處理器為嵌入式系統(tǒng)的片上32位/64位處理器；所述的電源管理系統(tǒng)硬件部分選 用Maxim公司的MAX8660芯片。
9、 如權(quán)利要求4所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于 所述的混合安全路由方法是利用現(xiàn)有IARP方法獲得節(jié)點(diǎn)半徑區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信路由信息，在節(jié) 點(diǎn)區(qū)域外利用IERP獲得路由信息，在比較路由數(shù)據(jù)包傳輸可靠性的情況下，決定是否增加或 減少節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域半徑，以增加或減少節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
10、 如權(quán)利要求4所述的基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置，其特征在于 所述的隨機(jī)預(yù)置方法為當(dāng)節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)沒(méi)有共享密鑰時(shí)，可以通過(guò)其他鄰居節(jié)點(diǎn)建立的安 全連接進(jìn)行密鑰協(xié)商建立共享密鑰。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療衛(wèi)生監(jiān)護(hù)領(lǐng)域、新一代高速移動(dòng)通信領(lǐng)域，以及智能嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。該裝置名稱為基于后3G高速無(wú)線網(wǎng)的跟蹤體診預(yù)警護(hù)理裝置。配合該裝置的使用還需一套用于獲取人體生理數(shù)據(jù)的醫(yī)用傳感器。需要解決的技術(shù)問(wèn)題包括多參數(shù)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)醫(yī)用傳感器的參數(shù)獲??；傳感器信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換；短距離小型移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建；后3G網(wǎng)絡(luò)空中接入問(wèn)題；后3G網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法；遠(yuǎn)程精確追蹤方法等。其要點(diǎn)主要在于利用最新的無(wú)線移動(dòng)技術(shù)對(duì)具有潛伏突發(fā)性疾病攜帶者、精神疾病患者、臨產(chǎn)婦、器官移植者等群體進(jìn)行實(shí)時(shí)護(hù)理和診斷，并在出現(xiàn)突發(fā)危險(xiǎn)時(shí)做出及時(shí)處理。該發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各大醫(yī)療護(hù)理機(jī)構(gòu)，也適合于家庭小規(guī)模監(jiān)護(hù)。
文檔編號(hào)H04L29/08GK101292866SQ20081011564
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者周賢偉, 超 王, 王建萍, 悅 申 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)