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智慧健康研究综述: 从云端到边缘的系统(8)
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摘要：2.3 智慧健康的无线传输技术 在智慧健康系统中，为了实现全面的健康服务，常常会在人体上布置众多的生理传感器，这些传感器协同工作，实时地、连续
2.3 智慧健康的无线传输技术
在智慧健康系统中，为了实现全面的健康服务，常常会在人体上布置众多的生理传感器，这些传感器协同工作，实时地、连续不断地采集所需要的生理指数，并发送到中心节点，由中心节点进行数据聚合等处理后再传送到相应的后端系统.为了实现这些生理传感器与中心节点的协同工作，研究人员提出了体域网(body sensor network，BSN)的概念.体域网是附着在人体上的小型网络，由各类小型生理传感器和中心节点组成.通过体域网，各类传感器设备可以将监测数据传输到中心节点进行数据处理,中心节点对各生理数据进行数据过滤、清洗和聚合等操作后，把数据发送到后端系统.
2.3.1 无线通信标准
传感器网络通常分为有线和无线2类，对于前者，使用常规网络线缆会导致系统的故障率上升，并且会影响用户的体验和舒适度.因此，在体域网系统中更多采用无线技术.如表4所示，有各种各样的无线技术可用于体域网，常见的例如Bluetooth,WiFi,ZigBee,WiMAX,MICS等.
Table 4 Communication Protocol for Smart Health表4 智慧健康应用主要依赖的通信协议ProtocolRange/mData Rate/MbpsFrequency/∕0.915, ,
ZigBee[56]是一种低速短距离传输的无线网络协议，媒体访问层和物理层采用IEEE 802.15.4标准.得益于ZigBee协议的超低功耗，ZigBee协议通常被用于一些低数据传输速率和长电池寿命的智慧健康应用中[57-58].这些应用对于数据速率的要求较低，并且通常具有几个月甚至几年的电池寿命.
蓝牙(最初为IEEE 802.15.1)是一种常见的短距离无线通信技术，通常用于移动设备之间交换数据.它是一种低成本的射频标准，工作在2.4～2.48 GHz频段[59].相对于ZigBee，蓝牙拥有更快的数据传输速率，并且随着低功耗蓝牙的推广，蓝牙在需要高带宽的智慧健康应用得到了越来越多的使用[60-62].
WiFi是一项基于IEEE 802.11的无线局域网技术，工作在2.4 GHz和5 GHz，是日常生活中最常见的一种无线网络技术之一.而WiMAX是一项基于IEEE 802.16的高速无线网络标准，主要用于城域网，传输距离可达几十千米.相较于ZigBee和蓝牙，WiFi具有更高的功耗，并且存在一些隐私保护问题，不太适合移动计算场景.但在室内监控和活动识别的智慧健康场景中，由于如今室内WiFi的普遍性，WiFi正逐渐发展为主要解决方案[63-64].
MICS(medical implant communications service)是一种超低功耗的专门用于医疗设备和医学试验的通信协议.MICS使用402～405 MHz频段，一般用于传输低速率数据.MICS一般用于低功耗和低数据传输速率的场景[65].
2.3.2 体域网技术的发展
体域网技术是智慧健康服务中的物联网开发的核心技术之一，它负责把各类生理传感器串连在一起，形成一个布置人体上的采集、处理和传输生理指数小型网络系统.体域网系统负责智慧健康服务中的数据来源和预处理，它的性能直接影响到智慧健康服务质量.作为一种小型网络系统，体域网对于能耗、安全和隐私的需求非常高，同时也缺乏高级软件抽象支持.基于此，研究人员把关注点放在了安全、能耗、开发框架等方面.
在能耗方面，Cho等人[66]提出了一种用于体域网的高能效双频收发器.该收发器提供30～70 MHz体通道通信和402～405 MHz医疗植入通信服务，可以实现高达30%的节能效果.Yoo等人[67]介绍了一种自配置的可穿戴BSN系统，该系统具有高效率的无线供电传感器，能够以低功耗连续监测身体选定位置的ECG和其他生命信号.
在安全方面，Gope等人[68]提出了一种使用体域网基于物联网的医疗保健系统，称为BSN-Care，系统采用了轻量级匿名身份验证协议和加密方案偏移码本来保证用户信息的安全.在体域网中，由于网络的严格资源限制，只能部署轻量级机制以满足安全需求，于是Bao等人[69]从另一个角度出发，提出用人体心跳脉冲间隔信息来生成识别传感器节点的实体标志符，用以保证安全.人体固有的传递信息能力是保护体域网内无线通信的独特且节省资源的方法.
在开发框架方面，Fortino等人[70]基于新兴的基于域的编程范例推出了一个用于体域网的开源编程框架SPINE，旨在支持体域网应用的快速灵活的原型设计和管理.Lo等人[71]提出了一种体域网硬件开发平台.凭借其低功耗、灵活和紧凑的设计，为体域网的研究和开发提供了一个多功能的环境.
3 从云到端的智慧健康应用案例
大量研究也关注到智慧健康相关的应用，越来越多的关于智慧健康的研究应用被开发出来，如表5所示，接下来将会介绍其中一些应用案例，包括健康监控系统、疾病预测和防范、智能健康硬件等方面.
文章来源：《智慧健康》 网址: http://www.zhjkzz.cn/qikandaodu/2020/0715/380.html