Abstrakt. Nuvarande trådlös teknik, såsom trådlösa nätverk för kroppsyta (WBAN) och trådlösa nätverk för personliga områden (WPAN), ger lovande tillämpningar i medicinska övervakningssystem för att mäta specificerade fysiologiska data och även tillhandahålla platsbaserad information, om så krävs. Med den ökande sofistikeringen av bärbara och implanterbara medicintekniska produkter och deras integrering med trådlösa sensorer, drivs ett ständigt växande utbud av terapeutiska och diagnostiska tillämpningar av forskning och kommersiella organisationer. Syftet med detta dokument är att ge en omfattande översikt över den senaste utvecklingen inom trådlös sensorteknik för övervakning av beteenden relaterade till mänskliga fysiologiska reaktioner. Den presenterar bakgrundsinformation om användningen av trådlös teknik och sensorer för att utveckla ett trådlöst fysiologiskt mätsystem. En generisk miniatyrplattform och annan tillgänglig teknik för trådlösa sensorer har studerats när det gäller hård- och programvarustrukturkrav för ett billigt, lågeffektivt, icke-invasivt och diskret system. Nyckelord. Trådlösa sensornätverk Det är känt att den växande globala befolkningen också är en åldrande. Denna trend, tillsammans med den dagliga utvecklingen av nya diagnostiska tekniker och medicinska upptäckter, kommer att öka efterfrågan på medicinska och hälso- och sjukvårdsresurser. Det finns för närvarande mer än 650 miljoner människor över 65 år, ett antal som kommer att fördubblas under de kommande 10 åren. I USA kommer omkring 20 procent av befolkningen att vara över 65 år 2030, jämfört med 12 procent i dag. På samma sätt kommer omkring 20 % av Förenade kungarikets befolkning att vara över 65 år 2025 [1], vilket visas i figur 1. Den snabbt växande åldrande populationen har resulterat i en ökning av kroniska åldersrelaterade sjukdomar, såsom typ 2-diabetes, cancer, kronisk hjärtsvikt, kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL), artrit, osteoporos, demens och sömnapné [2]. Dessutom finns det idag mer än 1 miljard vuxna över hela världen som är överviktiga; bevis från flera studier tyder på att fetma och viktökning är förknippade med en ökad risk för diabetes. Nästan 17,5 miljoner människor (29 % av den totala befolkningen i Storbritannien) lever nu med ett långvarigt medicinskt tillstånd eller sjukdom, medan så mycket som 80 % av hälso- och sjukvårdsbudgeten används för hantering av kroniska sjukdomar [3]. Däremot har världen bara 200 000 sjukhus med 18 miljoner sängar. Det finns en ständigt ökande brist på läkare och sjuksköterskor och kvalificerad hjälppersonal och en ökande efterfrågan från medborgarna på hälso- och sjukvård [4]. Under tiden har informations- och kommunikationsteknik (IKT) blivit en central del av vårt dagliga liv. Många människor, inklusive kliniska utövare, är utrustade med mobila enheter av något slag: personsökare, mobiltelefoner, personliga digitala assistenter (PDA) och olika mobila datorenheter [4]. Idag har över 50 % av sjukhusen i USA trådlösa lokala nätverk (WLANs) och allmänt tillgängliga Wi-Fi- och WiMax-enheter, vilket gör det möjligt för utövare att få tillgång till information, både på plats för vård och någon annanstans det behövs. På samma sätt kan pekdatorer, handdatorer och bärbara datorer anslutna till WLAN omedelbart registrera medicinsk information i elektroniskt format, samt beställa tester och ordinera läkemedel vid patientens säng, allt från deras valda enhet. Konsumenterna kan dra nytta av avancerade hemövervakningssystem, telekonsultationer, personlig vård och individanpassade behandlingar [4]. Det ständigt ökande intresset för trådlös kommunikation har resulterat i utveckling av ny teknik och tillämpningar för personlig användning av radiofrekvenser. Tekniska framsteg i integrerade kretsar, tillsammans med trådlös teknik och fysiologiska sensorer, öppnar möjligheter för utveckling av små, låg effekt, lätta och intelligenta fysiologiska övervakningsanordningar. Dessa enheter kan bilda ett trådlöst Body Sensor Network (WBSN), lansera en ny era av användning av teknik för att diskret erhålla fysiologiska mätningar för förbättrad välbefinnande övervakning. Syftet med detta dokument är att ge en omfattande översyn av användningen av trådlös sensorteknik för övervakning av beteenden relaterade till mänskliga fysiologiska reaktioner. Avsnitt 2 ger en kort introduktion till trådlösa sensornätverk och pågående tillämpningar för vårdscenarier. I avsnitt 3 presenteras en designstrategi och tillhörande trådlös teknik för kroppssensornätverk (BSN). Nuvarande internationella standarder för trådlös sensorteknik ses över och dessutom diskuteras ett nytt förslag från GE Healthcare (GehC) till Federal Communications Commission (FCC) om tilldelning av nytt radiospektrum för hälso- och sjukvårdstillämpningar. I avsnitt 4 dras några slutsatser. Medicinska telemetrisystem var ursprungligen fasta installationer anslutna till patienten med ledningar. Dessa installationer har gynnats av framstegen inom elektroniksektorn (t.ex. Utrustningens storlek har minskat, vilket i vissa fall gör det möjligt att använda utrustningen i hemmet). De huvudsakliga begränsningarna med sådana trådbundna system är dock att patienten effektivt är bunden till en plats och att de relativa kostnaderna, inklusive både utrustningen och behovet av utbildad personal, är sådana att patienterna endast observeras under relativt korta perioder, vanligtvis under onormala omständigheter. Trådlösa system har undersökts för att lösa dessa problem. Tidigare var användningen av trådlös uppkoppling inom hälso- och sjukvården huvudsakligen begränsad till ambulatorisk telemetri på sjukhus. I USA ägnade FCC en del av det spektrum som var licensierat för trådlösa medicinska telemetritjänster (WMTS). Kommersiella produkter inkluderar ApexProTM från GE Healthcare, en ledande källa till trådlösa medicinska telemetrisystem. Eftersom frekvensbandet är specificerat för låg datahastighet och medicinska tillämpningar, finns det knappast några problem med otillgänglighet eller störningar, eller andra samexistensproblem. Varje nod (en per patient) kommunicerar med en nätverkscontroller i en stjärnliknande arkitektur. Nyligen har framväxten av 802.11b WLAN-teknik, som fungerar i det olicensierade 2,4 GHz-bandet, möjliggjort förflyttning av patientmonitorer (t.ex. DASH® 4000 Pro, GEHC) runt ett sjukhus eller en vårdinrättning. Det gör det också möjligt att trådlöst överföra patientdata, t.ex. demografi, läkemedelshistorik och undersökningsresultat från bärbara monitorer och sängmonitorer till hälso- och sjukvårdspersonal. Datahastigheten för att stödja denna tjänst är sannolikt mindre än 1 Mbps. Det finns andra tillämpningar som kräver högre datahastigheter (upp till 1 Gbps), inklusive överföring av röntgen- och MRI-bilder och sammankoppling av medicinsk bildutrustning. WLAN-nätverksarkitekturen kommer normalt att vara stjärnkluster runt trådlösa åtkomstpunkter. Ett trådlöst fysiologiskt mätsystem (WPMS) är användningen av ett trådlöst medium för att överföra fysiologiska mätdata i realtid från bärbara/implantaterbara medicinska sensorer till en central bearbetningsenhet. Det primära syftet med APMS är att förbättra hälso- och sjukvårdens kvalitet och effektivitet [16]. Trådlösa fysiologiska mätningar har ett antal fördelar jämfört med trådbundna alternativ, inklusive [17]: • Lätthet att använda, • minskad risk för infektion, • minskad risk för fel, • minskat användarobehag, • ökad rörlighet, • lägre kostnader för vårdleverans. Trådlösa fysiologiska mätningar har inte bara hittat tillämpningar inom hälso- och sjukvården, utan har också tillämpats inom områdena militär, säkerhet, sport och fitness övervakning. För att förbättra hälso- och sjukvårdstjänsterna är den första funktionen hos APMS att varna bäraren av ett tillvägagångssätt eller utveckling av en potentiell medicinsk nödsituation, så att försiktighetsåtgärder kan vidtas. Dessutom kan användningen av trådlösa fysiologiska mätsystem utanför sjukhuset också Den tredje funktionen hos ett trådlöst fysiologiskt mätsystem är att mäta en realtidsbiosignal för lokal bearbetning. Ett bra exempel är en automatisk inre hjärtdefibrillator (AICD, även känd som en Implantable Cardioverter Defibrillator, eller ICD), som agerar för att återställa den regelbundna hjärtrytmen genom att leverera en elektrisk chock om onormalt beteende upptäcks, potentiellt avvärja plötslig hjärtdöd. Ett annat exempel är ett implantable läkemedel leverans system: dessa levererar läkemedel mer effektivt för tillämpningar som kemoterapi, smärtlindring, diabetes insulin leverans och AIDS terapi, genom lokal bearbetning av trådlösa fysiologiska mätningar [18]. Det trådlösa fysiologiska mätsystemet kan också ge verklig biosignalinformation för efterbehandling. I militären kan en WPMS-implementering underlätta fjärrövervakning av vitala tecken på soldater under övningsövningar och strid. Till exempel kan det användas för att på distans avgöra en olyckas tillstånd av läkare i en stridssituation, utan att utsätta första-svarare för ökade risker; eller för att snabbt identifiera svårighetsgraden av skador och kontinuerligt spåra det skadade tillståndet tills de anländer säkert till en medicinsk vårdinrättning. I säkerhet och nödsituationer kan trådlös fysiologisk mätinformation också vara användbar för brandmän, arbetstagare med farligt material, bergsbestigare eller räddningspersonal som arbetar i hårda och farliga miljöer. Det kan hålla reda på en skadad persons vitala tecken, vilket gör det möjligt att snabbt sprida informationen till vårdgivare och hjälpa räddningspersonal att fatta kritiska och ofta livräddande beslut för att påskynda räddningsinsatser [19]. Trådlösa fysiologiska mätsystem kan klassificeras i kritiska och icke-kritiska tillämpningar, som visas i tabell 1 nedan.  Övervakning av kroniskt sjuka patienter med hjärtsjukdom, diabetes, epileptiska (de som behöver larm) Övervakning av fysiska tillstånd och effektivitet idrottare under övningar. Övervakning på hem och vårdhem för FCC har nyligen visat att "hälsovårdsindustrin har nått början på en våg av genombrott när det gäller att tillhandahålla vård och rehabilitering som kommer att använda radiokommunikationsteknik på olika sätt" [16]. Med de senaste framstegen inom trådlös teknik, är det möjligt att använda trådlöst som aldrig tidigare i leveransen av hälso-och sjukvårdstjänster. Ett av de mest lovande koncepten vid horisonten är det trådlösa nätverket för kroppssensorer (WBSN). WBSN består vanligtvis av flera sensornoder som bärs på kroppen, var och en kan ta prover, bearbeta och kommunicera trådlöst en eller flera fysiologiska mätningar eller miljöparametrar [20]. Dessa fysiologiska parametrar är typiskt blodsocker och syrenivåer, puls, blodtryck, dygnsrytm och vakna-sömn mönster genom aktigrafi. Antennkomponenter inbäddade i sensornoder gör det möjligt för data som genereras att överföras trådlöst till en kroppssliten eller nära placerad navenhet, vilket eliminerar behovet av kablar. Navet enheten, i sin tur, tar emot data som genereras från de olika sensornoder på kroppen och kan bearbeta data lokalt, överföra den trådlöst via en lämplig radiolänk för centraliserad bearbetning, visning och lagring, eller båda [16]. En annan fördel med WBSN är den större spektrumeffektivitet som kan uppnås. Traditionella telemetrisystem skapar i allmänhet en separat RF-länk till fjärrövervakningsstationen för varje patientsensor. WBSN använder nätverksbandbredd mer effektivt, genom att skapa ett mycket kortdistans point-to-point trådlöst nätverk, vilket möjliggör större spektrumåteranvändning. Den vanligaste metoden för WBSN är att använda en mesh topologi. Detta innebär att det finns typiskt många länkar mellan noder och varje nod kommer att välja den bästa vägen genom nätverket till destinationen. Dataöverföring sker alltså i flera "hopp" mellan noder. Mesh nätverk är i allmänhet självbildande: varje nod bygger upp en routing tabell över nätverket. Detta kan dock i vissa fall beräknas av en nätverkscontroller nod. En fördel med självbildande är att det krävs en begränsad konfiguration, ett särskilt behov av miljöanalys över relativt breda geografiska områden (t.ex. i militära tillämpningar), eller om noderna är rörliga, vilket gör nätverkets topologi dynamisk. Mesh nätverk är också relativt feltoleranta, eftersom tillgången på flera vägar gör det möjligt för nätverket att hantera enskilda noder fel graciöst. Men vissa nätverk kommer att ha en fast arkitektur och så kan använda en stjärna eller träd topologi. För närvarande finns det ingen specifik standard för WBSN som fungerar bland andra tillgängliga trådlösa konsumenttekniker. IEEE 802.15-gruppen har nyligen inlett en särskild intressegrupp som koncentrerar sig på BAN för medicintekniska produkter och ytterligare specifika användningsområden. Gruppens syfte är att ta itu med de viktigaste utmaningarna och begränsningarna, såsom strömförbrukning, upptäckt och servicekvalitet (QoS), i BAN. De viktigaste kraven i den inledande studien är stöd för mycket låga effektenheter och sensorer (med ett mål på mindre än 10 % strömförbrukning för kommunikation jämfört med den totala enheten) och att ha en enda standard med ett brett spektrum av datahastigheter - skalbarhet. I IEEE 802.15 Special Interest Groups första rapport drogs slutsatsen att WBSN (för tillämpningar med låg datahastighet) bör verka på, inom eller i närheten av kroppen med begränsat räckvidd (<0,01–2 meter). Kanalmodellen bör omfatta effekter på människokroppen, inklusive absorption och hälsoeffekter. Extremt låg förbrukningseffekt (0,1–1mW) krävs för varje anordning, vilket kan kräva att de kan drivas energisnålt/batterifritt. WBSN bör stödja en skalbar datahastighet (0,01–1000 kbps, valfritt 10 Mbps). De utplacerade anordningarna skulle ge stöd till olika klasser av QoS för hög tillförlitlighet, asymmetrisk trafik och energibelastade scenarier. Manövrering av ett stort antal samtidiga pikoner (med högst 100 enheter per nätverk) med tillämpningsspecifik säkerhet/privacy krävs. Trådlösa sensornoder, även kallade Motes, är små mikrodatorer som kan göra små mängder bearbetning, avkänning och använda trådlösa medier för att kommunicera med andra trådlösa sensornoder i sensornätverket. Motorna kombinerar bearbetning, avkänning och trådlöst nätverkande till ett enda litet paket. De viktigaste komponenterna i en trådlös sensornod är: en radiotransceiver med antenn för trådlös kommunikation, mikroprocessor, minne, analoga eller biokemiska sensorer (t.ex. EKG, temperatur, glukos) och ett batteri för elkraft. Dessa motes använder vanligtvis ett operativsystem med ett kompakt fotavtryck, i termer av minne krav och system overhead; det vanligaste exemplet är opensource TinyOS programvara, i kombination med nesC programmeringsspråket. Varje trådlös sensornod är strategiskt placerad på människokroppen som ett litet plåster eller implantat, eller gömd i användarnas tyger, vilket möjliggör allestädes närvarande fysiologiska mätningar i den naturliga miljön under en längre tid. Följande är flera typer av fysiologiska trådlösa sensornoder: 1. Sväljta piller (som innehåller en trådlös transceiver och sensorer som kan upptäcka enzymer, nukleinsyror, surhet i tarmen, tryck, sammandragningar av tarmmuskeln och andra parametrar) gör det möjligt för WBSN att delta i övervakning av gastrointestinala sjukdomar på ett icke-invasivt sätt [21]; 2. Trådade elektrodsensorer plus en lokal trådlös enhet, såsom en trådlös EKG, med flera trådbundna elektroder satt på bröstet för att mäta hjärtparametrar; 3. Patch/portabla sensorer med trådlös transceiver monterad på människokroppens yta (t.ex. en ringformad sensor som används på fingret för att övervaka hjärtfrekvens och blodtryck); 4. Inplanterbara fysiologiska sensorer, såsom en inbäddad glukosnivåmätare med ett insulininjiceringssystem som kan implanteras hos patienten en gång för att verka i människokroppen. Blodsockret övervakar automatiskt blodsockret till en subkutan kontinuerlig insulinpump, som tar de glukosvärden och annan information som användaren anger (såsom målblodglukos, insulinkänslighet och insulin-till-kolhydratförhållanden) och beräknar den mängd insulin bolus som behövs för att hålla blodglukosvärdet inom ett normalt intervall; 5. Nanofysiologiska sensorer med trådlös kommunikation är futuristiska och spännande begrepp. De använder biologiskt nedbrytbara nanomaskiner som kan köras genom blodomloppet, tar fysiologiska mätningar och vidarebefordrar data trådlöst [21]. För att tillåta långvarig allestädes närvarande övervakning och sömlös integration i en WBSN, trådlösa sensornoder måste uppfylla kraven för att vara låg profil, lätt och låg kostnad och ha låg effekt Trådlösa Fysiologiska Mätsystem, liksom andra innovationer, försöker minska risken. Alla innovationer medför dock nya risker. De viktigaste kraven och utmaningarna för ett trådlöst fysiologiskt mätsystem är: • Tillförlitlighet – den största utmaningen är att se till att informationen på ett tillförlitligt sätt når sin destination. Tillförlitligheten hos ett trådlöst fysiologiskt mätsystem bygger på många aspekter, såsom tillförlitlig trådlös kommunikation mellan noder, effektiv beräkning i varje sensornod och stabil programvaruprogrammering [23], • Biokompatibilitet - formen, storlek och material är begränsade för sensorer som direkt verkar på människokroppen. En av lösningarna är att paketera sensornoder i biokompatibla material [23]. • Portabilitet - storleken på de sensorer som används i trådlösa fysiologiska mätsystem måste vara liten och lätt, oavsett om de sväljs eller bärs; • Sekretess och säkerhet - det finns stora säkerhetsfrågor att överväga, såsom tjuvlyssnande, identitet spoofing (dvs. Antagande av en betrodd användares säkerhetsuppgifter under en kommunikationssession) och omdirigering av privata data till obehöriga personer. Säkerheten kan förbättras med hjälp av datakryptering. Det är nödvändigt att skydda privata data från felaktig åtkomst och • Lättviktsprotokoll för trådlös kommunikation - måste stödja självorganiserande nätverk (inklusive säkerhetsaspekter) och kunna utföra datainsamling och routing, • Energi-medveten kommunikation - det är önskvärt för noder att överföra vid låg effekt. Ett energimedvetet protokoll är nödvändigt för att noderna ska kunna förhandla om sin överföringskraft till ett minimum. • RF-strålningssäkerhet – den elektromagnetiska strålningen måste ligga inom de rekommenderade SAR-gränserna. I Förenta staterna har FCC fastställt den säkra exponeringsgränsen till en SAR-nivå på eller under 1,6 W/kg i 1 g vävnad. I Europa har Europeiska unionens råd antagit SAR-gränsen på 2 W/kg i 10 g vävnad. Nästa uppgift är att utforma ett trådlöst fysiologiskt mätsystem med låg strömförbrukning (för långsiktig övervakning), ingen oönskad störning med andra trådlösa system och ett effektivt protokoll på grund av begränsade beräkningsmöjligheter. Detta system måste vara både extremt tillförlitligt och extremt säkert, eftersom det handlar om användarens hälsa och liv. En annan konsekvens av detta är att den måste vara robust för förändringar i nätverkets topologi (t.ex. om en sensornod inte fungerar). Med den ökande sofistikeringen av bärbara och implanterbara medicintekniska produkter, och deras integration med trådlösa sensorer, ständigt expanderande utbud av terapeutiska och diagnostiska applikationer bedrivs av forskning och kommersiella organisationer. Internationellt har en stor del av det tidiga arbetet i WBSNs sitt ursprung vid Imperial College, London (ICL); BSN Workshop-serien (www.bsn-web.org) som initierats av ICL betraktas nu som det stora internationella forumet för BSN-forskning och lockar till sig toppforskningsinstitut och industriorganisationer varje år. Den största svårigheten är att antennen måste optimeras för att bärbara trådlösa kommunikationsenheter ska vara praktiska och prisvärda. En av de viktigaste utvecklingarna var utan tvekan inrättandet av TinyOS. Detta operativsystem med öppen källkod för små trådlösa inbyggda enheter utvecklades av Jason Hill som en del av hans doktorsexamen [26] och används nu i en betydande del av den akademiska forskningen inom detta område och även som grund för några kommersiellt producerade operativsystem (t.ex. Crossbow's MoteWorks I den tidigare kategorin satsas betydande insatser på högre nätverksfunktioner, inklusive självkonfigurerbarhet, säkerhetsrelaterade frågor och tjänstekvalitet (QoS). Ett policybaserat tillvägagångssätt genomfördes av Zhu et al (2008), där ett lätta politiska system som kallas Finger infördes i TinyOS och dess prestanda utvärderades, med fördelar i anpassningsförmåga och säkerhet av sensornoder [36]. Roman et al (2008) diskuterade nyligen kravet på att sensornoder ska vara "lägesmedvetna", tillsammans med mekanismer för att uppnå ett sådant beteende [37]. Denna förmåga har fördelar inom självkonfigurering och säkerhetsområden. Xiao (2008) har diskuterat behovet av "ansvar" i trådlösa nätverk, för att korrekt fastställa källan till fel eller skadlig aktivitet och också fungera som en mekanism för att återställa förtroende Tabell 2. I tabell 3 sammanfattas några exempel på pågående akademisk forskning i samband med utvecklingen av trådlösa fysiologiska mätsystem.  Method and Design Approach for Wireless Sensors Ett antal parametrar måste beaktas vid utformning av en trådlös sensorenhet i miniatyr. I ansökan fastställs begränsningar och krav för anordningen. Volym, form och vikt är viktiga faktorer, särskilt för bärbara sensorer. För en viss applikation, som syftar till trådlösa fysiologiska mätningar, driftlivslängd, arbetscykel, noggrannhet och stabilitet sensorutgång måste beaktas. Det mest utmanande scenariot är 24-timmars övervakning dygnet runt, där även införlivandet av sensorer i kläder kan falla under målet, vilket gör implanterade eller hudmonterade enheter nödvändiga. Implantable enheter har en nivå av invasivitet som överstiger nuvarande mainstream acceptans. Emellertid är nödvändigheten av hud-slitna enheter eller hud-kontakt enheter oundvikligt i vissa fall, såsom galvanisk hudreaktion. Enheter inbäddade i kläder är verkligen mästare på diskretion, så länge deras vikt, form och volym håller sig inom gränser [48]. För att uppfylla konstruktionskraven måste en undersökning av olika tillämpliga trådlösa tekniker utföras. Kommunikation i nätverk är en komplicerad uppgift. För att förenkla problemet bryts det ner i en uppsättning lager. Varje lager ger en funktion eller tjänst till lagret ovan; kommunikation möjliggörs genom uppbyggnaden av lagren. oberoende av hur uppgifterna representeras) till applikationsskiktet (APP), som är avsett att tillhandahålla allmänt efterfrågade kommunikationstjänster till tillämpningar. I praktiken relaterar de flesta nätverksprotokoll "stackar" endast löst till OSI-referensmodellen. För fordon av kategorierna M1 och N1 ska följande villkor vara uppfyllda: OSI:s referensmodell för dataöverföring över ett nätverk, baserad på ett exempel som ges i [49]. De streckade pilarna anger den logiska dataöverföringsvägen; de fasta pilarna anger den fysiska överföringsvägen. Varje lager lägger till ytterligare bitar till "packet", som rubriker eller sidfot till datan. Dessa rubriker innehåller information i ett fast format, vilket gör det möjligt för den mottagande noden att återställa data från de mottagna bitarna. ZigBee är en öppen, global standard som ger en låg datahastighet, låg strömförbrukning och billig trådlös teknik. Den är byggd ovanpå IEEE 802.15.4-standarden, definierad för skikten PHY och Media Access (MAC). MAC-skiktet motsvarar löst DAT-skiktet i OSI-modellen. ZigBee anger nätverk, säkerhet och tillämpning lager (se dess protokoll stack i Figur 3). MAC-skiktet styr åtkomsten till radiokanalerna med hjälp av CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access-Collision Unvivalance)-mekanismen, tillsammans med en valfri tidsrymdsstruktur och säkerhetsfunktionalitet. MAC-skiktet stöder flera nätverksarkitekturer, inklusive stjärn-, trädkluster- och meshtopologier, vilket gör det möjligt för ZigBee att skapa ett skalbart, tillförlitligt och självläkande nätverk. Det finns tre kategorier av ZigBee-enheter, som visas i figur 4 [51]: • ZigBee-samordnare (MAC Network Coordinator) -detta är en smart nod som automatiskt initierar bildandet av nätverket och upprätthåller övergripande nätverkskunskap. Det är den mest sofistikerade av de tre enheterna, kräver mest minne och processorkraft; • ZigBee Router (MAC Full Function Device) -detta är också en smart nod som länkar ihop grupper och ger multi-hopping för meddelanden. Den associerar med andra routers och end-devices; • ZigBee End-enheter (MAC Reduced Function Device) -den här noden kan bara kommunicera med en full funktionsenhet. Den har begränsad funktionalitet för att kontrollera kostnader och komplexitet. ZigBee tillhandahåller autentiserings-, krypterings- och integritetstjänster för trådlösa system genom säkerhetslagret, med 128-bitars AES-kryptering och autentisering. Transmissionsområdet är mellan 10 och 75 meter, beroende på effekt och miljöegenskaper. ZigBee-enheter förväntas ha en batteritid som sträcker sig från månader till år. Bluetooth, även känd som IEEE 802.15.1, är en billig, lågeffektiv trådlös radiofrekvensstandard för korta avstånd, som syftar till att byta kabel mellan lätta elektroniska enheter och även bygga adhoc-nätverk. Bluetooth-protokoll stacken, som visas i Figur 5, är något ovanlig jämfört med andra IEEE nätverks stackar. Bluetooth-stacken definierar många komponenter ovanför PHY- och MAC-lagren, varav några är valfria, vilket gör den komplex [50]. Bluetooth-enheter är uppdelade i en av tre klasser, som anger antennens utgångseffekt: • Klass 1-enheter som sänds med en effekt på 1-100 mW. • Klass 2-enheter som sänds med en effekt på 0,25-2,5 mW. och • Klass 3-enheter som sänds med upp till 1 mW effekt. Den maximala datahastigheten är 723 kbps vid ett maximalt signalområde på 100 m. Bluetooth-enheter bildas till piconets och, potentiellt, scatternät (dvs. Grupper av sammanlänkade bilder. Piconets består av en huvudenhet som kommunicerar direkt med upp till 7 aktiva slavenheter. Bluetooth definierar tre strömsparlägen. I hållläge hanterar enheter endast slots reserverade för synkrona länkar och sover resten av tiden. I sniffläge sover enheten för det mesta och vaknar då och då (från 1,25 ms till 40.9 s) för att kommunicera. Slutligen, i parkerat läge, stänger enheten ner sina länkar till huvudenheten, exklusive PSB (Parked Slave Broadcast) länken. Huvudenheten kan väcka upp parkerade enheter genom att beaconing dem över PSB länken [50]. ZigBee ser ganska lik Bluetooth men det är mycket enklare. ZigBee erbjuder en lägre datahastighet och noderna tillbringar större delen av tiden snoozing [52]. Denna egenskap innebär att ZigBee node kan köras på låg effekt under en period som sträcker sig från sex månader till två år, på bara två AA-batterier. En Bluetooth-nod som körs på samma batterier skulle bara pågå mellan 1 och 7 dagar. Bluetooth stöder en högre datahastighet på 750 kbps jämfört med den låga datahastigheten för ZigBee, den maximala hastigheten är 250 kbps vid 2,4 GHz. Den enkla arkitekturen i ZigBee möjliggör konfiguration av statiska och dynamiska stjärnnätverk, eller peer-to-peer-nätverk som kan stödja upp till 65000 noder i ett nätverk. I kontrast, den komplexa arkitekturen för Bluetooth bara tillåter 8 noder i en grundläggande master-slav piconet konfiguration. ZigBee använder DSSS, som tillåter noder att sova utan nära synkronisering. När en ZigBee nod går in i viloläge, kan den vakna upp och få data i cirka 15 ms. Bluetooth, å andra sidan, använder FHSS, som kräver nära synkronisering; därför skulle en Bluetooth-nod som går in i viloläge ta runt 3 s för att vakna upp och svara. ZigBee är en framväxande trådlös standard för låg datahastighet, mycket låg effekt applikationer. Den har en maximal datahastighet på 250 kbps, vilket fortfarande är tillräckligt för intelligenta sensorer. ZigBee har en enkel protokoll stack och använder AES 128-bitars autentisering och säkerhet. ZigBee är skalbar; det kan stödja ett stort antal noder och kan svara snabbt på topologiförändringar. Det är inte benägna att störas av andra enheter som arbetar inom samma frekvensområde. Det är därför en mycket bra kandidat för intern kommunikation med enskilda sensorer i WBSN. Bluetooth är en mogen teknik, redan integrerad i många mobiltelefoner och Personal Digital Assistant (PDA) enheter. Det möjliggör kommunikation bandbredd på upp till 720 kbps, vilket är mer än tillräckligt för de flesta intelligenta sensorer. Bluetooth är dock för komplex, effektkrävande och benägna att störas av andra enheter som arbetar inom samma frekvensområde. Det är bättre lämpad som en extern kommunikationsteknik för att ansluta WBSN till andra nätverk eller enheter, såsom en handdator eller mobiltelefon. En jämförelse av olika trådlösa kortdistanstekniker visas nedan i tabell 4.  Förutom de tidigare nämnda trådlösa teknikerna finns det andra protokoll för trådlös kommunikation som kan komma i fråga för användning i WBSN. Den första, och kanske mest uppenbara, uppsättningen protokoll att överväga är de som bygger på IEEE 802.11 familj av standarder, för användning i WLAN. Dessa använder i allmänhet 2,4 GHz-bandet, även om det finns ett andra band på 5,8 GHz som används i 802.11a-baserade nätverk. Den främsta motivationen för att överväga Wi-Fi/WLAN-metoden är kommersiell: den snabba tillväxten inom mobilen
För en omfattande genomgång av trådlösa kroppssensornätverk för hälsoövervakningsprogram, se REF.
Wireless body sensor networks for health-monitoring applications
{'venue': 'Physiological measurement', 'journal': 'Physiological measurement', 'mag_field_of_study': ['Engineering', 'Medicine']}