Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong việc giám sát sức khỏe,luận văn thạc sỹ kỹ thuật điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HỒ VĂN HẢI ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY TRONG VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHỎE Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS TRỊNH QUANG KHẢI TP.Hồ Chí Minh, 2014 i TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên: Hồ Văn Hải Năm sinh: 1981 Cơ quan công tác: Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lƣờng chất lƣợng Khoá: K20 Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60520203 Cán hƣớng dẫn: TS Trịnh Quang Khải Bộ môn: Kỹ thuật viễn thông Tên đề tài luận văn: ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY TRONG VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHỎE Mục đích nghiên cứu đề tài:Với mơ hình ứng dụng thử vào thực tế áp dụng y tế để kiểm tra tình trạng bệnh nhân, chuẩn đoán, quản lý dƣợc phẩm bệnh viện, kiểm tra từ xa số liệu sinh lý ngƣời Giám sát, kiểm tra bác sỹ bệnh nhân bệnh viện Phƣơng pháp nghiên cứu kết đạt đƣợc Phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu đề tài, cơng trình khoa học mạng cảm biến không dây rút kinh nghiệm làm sở phát triển đề tài Nghiên cứu lý thuyết mạng cảm biến khơng dây, mơ hình mạng cảm biến không dây ứng dụng y tế Kết đạt đƣợc: Về mặt lý thuyết, trình thực đề tài, học viên thực tìm hiểu đƣợc khái quát mạng cảm biến, nêu đầy đủ ứng ii dụng mạng cảm biến, yếu tố ảnh hƣởng đến mạng cảm biến, kỹ thuật cảm biến truyền dẫn mạng cảm biến, tìm hiểu hệ điều hành dùng mạng cảm biến,… Về mặt ứng dụng, tìm hiểu mơ hình ứng dụng mạng cảm biến việc giám sát sức khỏe, giải pháp lựa chọn phần cứng phần mềm cho mạng cảm biến, tiêu chí lựa chọn Điểm bình qn mơn học: Điểm bảo vệ luận văn: Ngày 20 tháng 05 năm 2014 Học viên Hồ Văn Hải Xác nhận cán hƣớng dẫn: Xác nhận Bộ môn: iii MỤC LỤC TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC………………………………………….i MỤC LỤC vii PHẦN MỞ ĐẦU iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xvi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 1.2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.3 MÔ TẢ HỆ THỐNG TỔNG QUÁT 1.4 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.4.1 Tiêu thụ nguồn mức thấp 1.4.2 Chi phí thấp 1.4.3 Mức độ khả dụng 1.4.4 Kiểu mạng 1.4.5 Bảo mật 1.4.6 Thông lƣợng liệu 10 1.4.7 Trễ tin 10 1.4.8 Tính di động 11 1.5 ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 11 1.5.1 Kích thƣớc vật lý nhỏ 11 1.5.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao 11 1.5.3 Khả liên kết vật lý phân cấp điều khiển hạn chế 12 1.5.4 Tính đa dạng thiết kế sử dụng 12 1.5.5 Hoạt động tin cậy 13 1.6 KIẾN TRÚC VÀ GIAO THỨC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 13 Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải iv 1.6.1 Lớp ứng dụng 15 1.6.2 Lớp giao vận 16 1.6.3 Lớp mạng 17 1.6.4 Lớp liên kết số liệu 17 1.6.5 Lớp vật lý 18 1.7 HỆ ĐIỀU HÀNH CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 20 1.7.1 TinyOS 22 1.7.2 Mate 23 1.7.3 MagnetOS 24 1.7.4 MANTIS 24 1.8 CÁC ỨNG DỤNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 25 1.8.1 Cảm biến y tế giám sát sức khoẻ 25 1.8.2 Tự động hố gia đình điện dân dụng 26 1.8.3 Cảm biến quân 28 1.8.4 Cảm biến môi trƣờng nông nghiệp thông minh 30 1.8.5 Giám sát điều khiển công nghiệp 33 CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 39 2.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 39 2.2 KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 39 2.2.1 Khái quát NODE cảm biến 39 2.2.2 Phần cứng phần mềm 40 2.2.3 Phân loại cảm biến 42 2.2.4 Môi trƣờng hoạt động sensor node (WNs) 45 2.2.5 Xu hƣớng phát triển Node cảm biến 45 2.3 KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY 46 2.3.1 Quá trình truyền sóng 46 Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải v 2.3.2 Điều chế tín hiệu 49 2.3.3 Các công nghệ không dây 51 2.3.3.1 WLAN 52 2.3.3.2 Bluetooth 56 2.3.3.3 ZigBee 57 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 59 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY TRONG VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHỎE 60 3.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 60 3.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN KHƠNG DÂY TRONG VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHỎE 60 3.2.1 Mơ hình tổng qt 62 3.2.2 Điểm bật mơ hình 63 3.3 GIẢI PHÁP LỰA CHỌN MƠ HÌNH HĨA 65 3.4 GIẢI PHÁP PHẦN CỨNG 66 3.4.1 Tiêu chuẩn lựa chọn 67 3.4.1.1 Hiệu suất 68 3.4.1.2 Sự tồn mạng không dây 68 3.4.1.3 Vị trí 69 3.4.1.4 Tính tồn vẹn liệu 70 3.4.1.5 An ninh 70 3.4.1.6 Sự chịu đƣợc biến đổi nguồn 70 3.4.2 Nghiên cứu bệnh có liên quan 71 3.5 LỰA CHỌN HỆ ĐIỀU HÀNH 72 3.5.1 Hệ điều hành 73 3.5.2 Tiêu chuẩn giao tiếp thiết bị y tế / sức khỏe ISO/IEEE 11073 73 3.6 GIẢI PHÁP PHẦN MỀM 75 Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải vi 3.6.1 Xem xét phần mềm 75 3.6.2 Ngôn ngữ lập trình 75 3.6.3 Trình biên dịch IDE 76 3.6.4 Tính minh bạch mã nguồn 76 3.6.5 Quản lý liệu 77 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 83 LỜI CẢM ƠN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải vii PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong q trình phát triển ngƣời, mạng cơng nghệ đóng vai trị quan trọng, chúng làm thay đổi ngày sống ngƣời, theo hƣớng đại Đi đôi với trình phát triển ngƣời, thay đổi tác động ngƣời tự nhiên, môi trƣờng sống diễn ra, tác động trở lại chúng ta, nhƣ nhiễm mơi trƣờng, khí hậu thay đổi, v.v Dân số tăng, nhu cầu tăng theo, dịch vụ, tiện ích từ đƣợc hình thành phát triển theo Đặc biệt áp dụng công nghệ ngành điện tử, công nghệ thông tin viễn thông vào thực tiễn sống ngƣời Công nghệ cảm biến khơng dây đƣợc tích hợp từ kỹ thuật điện tử, tin học viễn thông tiên tiến vào mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh, v.v , phạm vi ngày đƣợc mở rộng, để tạo ứng dụng đáp ứng cho nhu cầu lĩnh vực khác Công nghệ cảm biến không dây chƣa đƣợc áp dụng cách rộng rãi nƣớc ta, điều kiện kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng Song hứa hẹn đích đến tiêu biểu cho nhà nghiên cứu, cho mục đích phát triển đầy tiềm Để áp dụng công nghệ vào thực tế tƣơng lai, có khơng nhà khoa học tập trung nghiên cứu, nắm bắt thay đổi công nghệ Ngày nay, có nhiều ứng dụng mạng cảm biến đƣợc triển khai Đó ứng dụng theo dõi, tự động hóa, y tế, quân đội an ninh, Trong tƣơng lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống ngƣời phát huy đƣợc hết điểm mạnh mà mạng có đƣợc nhƣ mạng cảm biến Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải viii Trong trình phát triển, thay đổi tác động ngƣời tự nhiên, môi trƣờng sống diễn ra, tác động trở lại chúng ta, nhƣ ô nhiễm môi trƣờng, khí hậu thay đổi , làm ảnh hƣởng đến sức khỏe Một ứng dụng mạng cảm biến y tế cung cấp khả giao tiếp ngƣời khuyết tật; kiểm tra tình trạng bệnh nhân; chuẩn đoán; quản lý dƣợc phẩm bệnh viện; kiểm tra từ xa số liệu sinh lý ngƣời; giám sát, kiểm tra bác sỹ bệnh nhân bệnh viện Chính lý mà học viên chọn đề tài „ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY TRONG VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHỎE Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu mạng cảm biến không dây, ứng dụng mạng cảm biến, kỹ thuật truyền dẫn cảm biến Nghiên cứu mơ hình ứng dụng mạng cảm biến không dây việc giám sát sức khỏe Phạm vi nghiên cứu Xây dựng mơ hình, giải pháp lựa chọn mơ hình, giải pháp lựa chọn phần cứng phần mềm Mục tiêu nghiên cứu đề tài Với mơ hình ứng dụng vào thực tế, áp dụng y tế để kiểm tra tình trạng bệnh nhân, chuẩn đoán, quản lý dƣợc phẩm bệnh viện, kiểm tra từ xa số liệu sinh lý ngƣời Giám sát, kiểm tra bác sỹ bệnh nhân bệnh viện Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải ix Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu Nghiên cứu đề tài, cơng trình khoa học mạng cảm biến khơng dây rút kinh nghiệm làm sở phát triển đề tài Nghiên cứu lý thuyết mạng cảm biến không dây, mơ hình mạng cảm biến khơng dây ứng dụng y tế Phƣơng pháp thực nghiệm Ứng dụng mơ hình cảm biến khơng dây việc giám sát sức khỏe tìm mơ hình thực tế Phƣơng pháp hội thảo Tham gia hội thảo học hỏi kinh nghiệm từ giảng viên, giáo viên chuyên ngành Kết cấu luận văn:Luận văn gồm chƣơng Chƣơng 1: tổng quan mạng cảm biến không dây Chƣơng 2: kỹ thuật cảm biến truyền dẫn mạng cảm biến khơng dây Chƣơng 3: mơ hình mạng cảm biến không dây việc giám sát sức khoẻ Do nội dung đề tài rộng khó, thời gian kiến thức có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót,Tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp Thầy Cơ bạnđể Luận văn đƣợc hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn hƣớng dẫn bảo tận tình Thầy Cơ Bộ mơn Kỹ thuật Viễn thông – Trƣờng Ðại Học Giao Thông Vận Tải, đặc biệt thầy giáo TS Trịnh Quang Khải Tôi xin gửi lời cảm ơn Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 67  Tập hợp liệu cho WSN;  Phần cứng hổ trợ cho dịch vụ phân tích liệu Trong hầu hết trƣờng hợp sau thiết bịthƣơng mại nhƣ máy tính cá nhân, máy chủ, điện thoại di động Các thiết bị thƣờng hỗ trợ chuẩn truyền thông cho phép giao tiếp với nhƣ với thiết bị WSN Trọng tâm phần thảo luận lựa chọn liên quan đến cảm biến vật lý thiết bị truyền động, bao gồm vi xử lý nhúng sóng vơ tuyến 3.4.1 Tiêu chuẩn lựa chọn Có loạt cơng nghệ có sẵn cho thiết bị WSN Điều bao gồm lựa chọn thiết bị mơ-đun đƣợc kết hợp để tạo rathiết bị Khả tạo thiết bị để đáp ứng nhu cầu cụ thể Khi lựa chọn thiết bị cho cơng nghệ mạng WSN,các tiêu chí lựa chọn sau đƣợc xem xét thực hiện; Hiệu suất Sự tồn mạng không dây Chất lƣợng dịch vụ Vị trí Dữ liệu tồn vẹn An ninh Tuân thủ tiêu chuẩn Sự thay đổi lƣợng Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 68 3.4.1.1 Hiệu suất Dữ liệu truyền khơng gian bị Các yêu cầu cụ thể WSN phụ thuộc vào liệu đƣợc thu thập, làm liên tục Tỷ lệ truyền liệu thiết bị khác khác Một số cấu hình mạng dẫn đến tăng độ trễ, điều nên đƣợc đƣa vào tính tốn, giải đại diện cho nguy cho ứng dụng WSN Nói chung, WSN cho chăm sóc sức khỏe khơng tạo lƣợng lớn liệu thời điểm Trƣờng hợp ngoại lệ nơi tín hiệu liệu đa phƣơng tiện khác đƣợc thu thập, trƣờng hợp mạng lƣới cảm biến đƣợc hợp tác việc thu thập liệu thời gian thực Bảng 3.1: Tốc độ liệu điển hình cho bốnlựa chọn phổ biến công nghệ vô tuyến Công nghệ Tốc độ liệu 802.15.4 250 Kbps Bluetooth Mbps 802.11 11 Mbps UWB 100 ps 3.4.1.2 Sự tồn mạng không dây Các thiết bị làm việc với thiết bị khác WSN, mà không tác động lẫn bị gián đoạn.Số lƣợng quang phổ có sẵn, cạnh tranh cho kênh cụ thể có vấn đề, nhƣ thể Bảng 3.2 Điều liên quan chặt chẽ đến lựa chọn công nghệ không dây RF Hệ thống bên WSN vấn đề tiềm cạnh tranh tốt cho phổ bao gồm mạng LAN không dây (WiFi), điện thoại di động, Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 69 PDA, mạng Bluetooth, mạng ZigBee, modem không dây, hệ thống y tế nhƣ WMTS Các nguồn nhiễu dải biên nhiễu bao gồm radio, lị vi sóng, truyền hình đài phát thanh, nam châm lớn (ví dụ, loa), vv Bảng 3.2: Phổ sóng vơ tuyến Technology 802.15.4 /ZigBee Spectrum 2.4 - 2.4835 GHz (world) 902MHzto928MHz(America) 868.3MHz(Europe) Bluetooth 2.4–2.4835GHz 802.11 2.4,5,and3.7GHz(future) GSM900(Europe) 890–915and935–960MHz GSM850(U.S.) 824 – 849 and 869 – 894 MHz Wirelessmodems 2.4–2.4835 GHz 5.725–5.825 and 4.5–4.8 GHz (WiMax) WMTS 174–216, 470–668, and 450–470 MHz (prior to 2000) 606–614,1395–1400,and 1429–1432 MHz 3.4.1.3 Vị trí Vị trí truyền tiếp nhận thành cơng sóng vơ tuyến yếu tố quan trọng việc lựa chọn thiết bị.Vị trí bị ảnh hƣởng đáng kể chi tiết kiến trúc nhƣ bố trí xây dựng, vật liệu xây dựng, phƣơng pháp xây dựng.Nó bị ảnh hƣởng vị trí đồ nội thất trang trí Vị trí đeocảm biến thể bị ảnh hƣởng vị trí đặt cảm biến thể Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 70 thể cản trở đƣờng truyền RF, lựa chọn phổ biến đƣợc thể bảng 3.3 Bảng 3.3: Khoảng sóng vơ tuyến Technology Range 802.15.4/ZigBee/Bluetooth Short-rangeandhome Bluetooth and802.11 Near-range GSMandGPRS Long-range Tuy nhiên, tất vị trí truyền tín hiệu đƣợc hỗ trợ cơng nghệ kết nối có dây bao gồm POTS, ADSL, cáp băng thông rộng 3.4.1.4 Tính tồn vẹn liệu Làm tin tất liệu đƣợc truyền nhận mà không mát, ngƣời dùng phổ khác không gây thay đổi mạnh mẽ thực hiện.Tăng cạnh tranh cho bƣớc sóng đặc biệt dẫn đến liệu truyền chậm lại Hệ thống sóng vơ tuyến dựng sẵn chiến lƣợc để giảm can thiệp (ví dụ nhƣ nhảy tần) có liên quan 3.4.1.5 An ninh Dữ liệu cá nhân đƣợc bảo mật, tùy thuộc vào pháp luật bảo vệ quyền riêng tƣ Các WSN cần phải đƣa vào tài khoản, số thiết bị tạo thuận lợi cho bảo mật liệu 3.4.1.6 Sự chịu đƣợc biến đổi nguồn Làm thiết bị đáp ứng với vấn đề tăng điện áp sụt áp (nếu vấn đề ổn áp đƣợc hỗ trợ), tình cơng suất thấp (nếu pin lƣợng mặt trời đƣợc hỗ trợ) Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 71 3.4.2 Nghiên cứu bệnh có liên quan Nhiều nghiên cứu đƣợc thực để xác định tắc nghẽn thực tế băng thông ISM (Công nghiệp, khoa học y tế)trong bệnh viện sở y tế Hầu hết phận công nghệ thông tin bệnh viện nhận xét tắc nghẽn môi trƣờng cụ thể riêng mình, lĩnh vực ngƣời ta phải nhận thức đƣợc vấn đề liên quan đến việc cài đặt cụ thể Khi ngƣời dân sử dụngđiện thoại di động thiết bị dùngsóng vơ tuyến cho ứng dụng cá nhân, họ truy cập, họ vơ tình thêm vào tắc nghẽntrong băng tần ISM 2,4 GHz bệnh nhân Có tác động đáng kể đến chất lƣợng dịch vụ không dây cho hệ thống không dây xung quanh địa điểm quan trọng nhƣ phòng cấp cứu, đơn vị chăm sóc đặc biệt, khối phẫu thuật, X quang Số lƣợng tắc nghẽn băng tần ISM phụ thuộc vào thời gian ngày Theo dự kiến vào buổi tối ban đêm việc sử dụng băng thông không dây giảm đáng kể nhƣ việc nhân viên khách rời khỏi môi trƣờng hoạt động thiết bị Một giống mơi trƣờng chuẩn đốn khơng dây, cơng tác truyền tín hiệu khác biệt đáng kể phép đo lĩnh vực thử nghiệm mở phạm vi không dây khoảng cách thông tin liên lạc đáng tin cậy nhìn thấy thực tế chuẩn đốn Dự đốn cho thấy lĩnh vực mở có xu hƣớng đánh giá cao lĩnh vực đo nơi có cản trở Những phát từ hai báo cáo nói chứng kiến mơ hình trƣờng mở đƣợc sử dụng để đánh giá thấp mức độ lĩnh vực đo lƣờng phòng xây gạch hành lang dƣới lòng đất Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 72 Trong cố gắng để điều chỉnh kích thƣớc gói tin không dây để cải thiện chất lƣợng dịch vụ, nghiên cứu tối ƣu hóa ECG (điện tâm đồ) khơng dây sử dụng sóng IEEE 802.15.4 Trong trƣờng hợp nơi mà thiết bị đƣợc sử dụng cô lập số nghiên cứu phát tốc độ liệu tổng hợp 130% công suất từ ba máy phát dẫn đến tỷ lệít 50% Để nâng cao chất lƣợng dịch vụ, nghiên cứu giảm kích thƣớc gói lặp lặp lại thử nghiệm Việc giảm kích thƣớc gói tin sau làm tăng chậm trễ khả truy cập liệu từ máy phát Biết đƣợc mơi trƣờng sóng vơ tuyến khơng dây, điều chỉnh việc truyền tải liệu nhƣ thời gian gửi liệu quan trọng có tình trạng ùn tắc Trong tối ƣu hóa thiết kế chắn phải có mát đƣợc xem xét chất lƣợng dịch vụ, số lƣợng liệu, tiếp cận kịp thời với liệu quan trọng 3.5 LỰA CHỌN HỆ ĐIỀU HÀNH Lựa chọn phần mềm việc thiết kế phải kết hợp chặt chẽ với phần cứng.Trong việc đƣa lựa chọn này, thiết kế phần mềm phải lựa chọn môi trƣờng phát triển, biên dịch, gỡ lỗi định có hệ điều hành cho thiết bị Một số vi xử lý nhúng nhỏ hơn, chi phí thấp khơng hỗ trợ hệ điều hành thời gian thực nhƣ vậy, nhƣng dựa vào chƣơng trình vịng lặp chạy liên tục với ngắt để có chƣơng trình cho thiết bị Một số thiết bị vi mạch nhúng bị hạn chế ngơn ngữ lập trình assembly mức độ thấp hơn, vi xử lý phổ biến hỗ trợ ngơn ngữ lập trình cấp cao nhƣ C Trong trình biên dịch ngôn ngữ cấp cao hơn, bao gồm chƣơng trình xác nhận cho thiết bị nhúng Trong thiết kế phần mềm, thiết kế cần phải tăng thêm thƣ viện Khi đƣa giải pháp, thiết kế phần mềm đƣợc coi nhƣ phần trình thiết kế Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 73 3.5.1 Hệ điều hành Trong vi xử lý nhúng nhỏ, nhƣ nói trên, không hỗ trợ việc sử dụng hệ điều hành thời gian thực, số lƣợng ngày tăng thiết bị làm dịch vụ cung cấp hệ thống phần mềm có sẵn hệ điều hành TinyOS hệ điều hành lựa chọn phổ biến 3.5.2 Tiêu chuẩn giao tiếp thiết bị y tế / sức khỏe ISO/IEEE 11073 Cho phép giao tiếp y tế, chăm sóc sức khỏe thiết bị chăm sóc sức khỏe với hệ thống máy tính bên ngồi Một khía cạnh quan trọng phần mềm giao thức đƣợc sử dụng để giao tiếp thành phần mạng với thiết bị thiết bị cảm biến Theo truyền thống, nhà cung cấp cơng nghệ thơng tin chăm sóc sức khỏe thúc đẩy mơ hình độc quyền để giao tiếp liệu, điều có xu hƣớng làm ngƣời tiêu dùng phụ thuộc vào nhà sản xuất độc quyền.Tuy nhiên, thị trƣờng có nhiều nhà cung cấp thiết bị chăm sóc sức khỏe, làm tăng tính cạnh tranh nhà sản xuất.Ngƣời tiêu dùng có nhiều giải pháp lựa chọn thiết bị cho Để thống nhà sản xuất với nhau, nỗ lực để chuẩn hóa giao thức truyền thơng đƣợc sử dụng môi trƣờng công nghệ thông tin y tế đƣợc tiến hành kể từ Năm 1980, thuộc phạm vi tiêu chuẩn ISO 11073 Ủy ban tiêu chuẩn IEEE Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 74 IEEE 11.073 loạt tiêu chuẩn xác định đơn vị liệu giao thức đƣợc gửi thiết bị ("đại lý" thuật ngữ tiêu chuẩn) để tập hợp ("các nhà quản lý" thuật ngữ tiêu chuẩn), lĩnh vực quản lý trả tiền tải mà họ có.Lƣu ý tiêu chuẩn áp dụng cho mạng có dây nhƣ WSN Các tiêu chuẩn bỏ qua chi tiết công nghệ truyền thông mà đơn vị liệu giao thức qua (Bluetooth, WiFi, ZigBee, USB, vv) Triết lý tiêu chuẩn tối đa hóa gánh nặng cho ngƣời quản lý, cho phép đại lý phải đƣợc làm nhẹ tốt Một số tiêu chuẩn sau: Ba lĩnh vực chăm sóc sức khỏe; Quản lý dịch bệnh; Sức khỏe thể dục; Sống độc lập (lão hóa cách độc lập); Quản lý liệu; Lƣu trữ sau tải lên cho ngƣời quản lý; Thơng tin liên lạc thƣờng xuyên; Kết nối kết nối lại hiệu quả; "Nỗ lực tốt nhất" thông tin liên lạc; Thông tin liên lạc đáng tin cậy; Xác định giá trị số đƣợc sử dụng đơn vị liệu cho: • Loại thiết bị • Metric • Giá trị số • Chỉ xác • Dạng sóng thời gian thực • Cân, phạm vi, vv Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 75 Hồ sơ ứng dụng (phần phụ tiêu chuẩn) cho lớp khác thiết bị; Xung đo oxy (-10.404); Huyết áp (-10.407); Glucose (-10.417); 3.6 GIẢI PHÁP PHẦN MỀM 3.6.1 Xem xét phần mềm Bởi việc xây dựng sản phẩm cảm biến không dây liên quan đến nhiều lớp phần mềm Những câu hỏi sau đƣợc xem xét đánh giá nhu cầu phần mềm tảng cảm biến phần cứng có sẵn: Lập trình ngơn ngữ đƣợc hỗ trợ? Bộ vi xử lý gì, nhớ, tài nguyên lƣu trữ có sẵn? Phải có hệ điều hành? Mã nguồn độc quyền hay có sẵn? Bạn sửa đổi cách tự việc phát triển sản phẩm bạn? Lộ phần mềm nhà cung cấp gì? Lập kế hoạch để theo kịp với phiên tiêu chuẩn? 3.6.2 Ngơn ngữ lập trình Phần lớn dụng cụ phát triển cảm biến sử dụng C / C + + nhƣ ngôn ngữ phát triển Một ngoại lệ thú vị Sun Microsystems SPOT cung cấp Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 76 Sun SPOT nút cảm biến cho mạng cảm biến không dây đƣợc phát triển Sun Microsystems công bố vào năm 2007 Thiết bị sử dụng IEEE 802.15.4 tiêu chuẩn cho mạng mình, khơng giống nhƣ nút cảm biến khác có sẵn, sử dụng Squawk Java Virtual Machine Phần cứng Sun SPOT cuối phía có sẵn, bao gồm kiến trúc ARM 32 bit CPU với ARM920T lõi chạy 180 MHz Nó có 512 KB nhớ RAM MB nhớ flas Phát triển SPOT đƣợc thực Java IDE phổ biến nhƣ NetBeans đƣợc sử dụng để gỡ lỗi triển khai ứng dụng 3.6.3 Trình biên dịch IDE Mơi trƣờng phát triển tích hợp (Integrated Development Environment; viết tắt: IDE) cịn đƣợc gọi "Mơi trƣờng thiết kế hợp nhất" (Integrated Design Environment) hay "Môi trƣờng gỡ lỗi hợp nhất" (Integrated Debugging Environment) loại phần mềm máy tính có cơng dụng giúp đỡ lập trình viên việc phát triển phần mềm 3.6.4 Tính minh bạch mã nguồn Mã nguồn phần mềm viết cơng bố cho ngƣời sử dụng ngƣời sửa chửa, cải tiến ( với điều kiện phải biết lập trình) Các kỹ sƣ biết đƣợc mã nguồn chƣơng trình, qua hiểu đƣợc nguyên lý hoạt động nó, qua phát triển thêm tính cho nó, cá nhân hóa nó, bổ sung thêm thiếu sót cho nó, nói chung đóng góp phần vào cơng phát triển phần mềm Đó mục đích phần mềm mã mở, chia sẻ cho cộng đồng để cộng đồng phát triển Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 77 3.6.5 Quản lý liệu Mạng cảm biến tạo lƣợng đáng kể liệu theo thời gian Bản chất đƣợc lên kế hoạch để triển khai trì mạng lƣới nhiều năm thời điểm, có nghĩa số lƣợng liệu cảm biến nguyên liệu đƣợc tạo đáng kể Dữ liệu thơ đƣợc phân tích sở liệu phần mềm khai thác liệu, để cung cấp thông tin cần thiết cho bác sĩ lâm sàng 3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG Tóm lại giải pháp xây dựng mơ hình mạng cảm biến khơng dây việc giám sát sức khỏe quan trọng độ tin cậy liệu truyền tải Mơ hình phải đạt đƣợc chi phí thấp, khả mở rộng, khả chịu lỗi, địa chỉ, định tuyến, quy định không dây, hiệu lƣợng, quy định y tế, khả sử dụng lâu dài, riêng tƣ bảo mật Giải pháp lựa chọn phần cứng, phần mềm sử dụng mạng khơng dây có sẵn cho phù hợp Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 78 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Khi công nghệ đời ln có ý kiến đánh giá khác cơng nghệ mạng cảm biến khơng dây vậy.Với tính ƣu việt khả ứng dụng to lớn, mạng cảm biến không dây nhanh chóng giành đƣợc quan tâm nhà nghiên cứu toàn giới Để mang lại lợi ích tối ƣu cho ngƣờ sử dụng tốt tận dụng điểm mạnh riêng biệt mạng cảm biến, sensor giá thành thấp, tiêu thụ lƣợng thực đa chức Những sensor có kích cỡ nhỏ, thực chức thu phát liệu giao tiếp với chủ yếu qua kênh vố tuyến Dựa sở ngƣời ta thiết kế mạng cảm biến nhằm phát kiện tƣợng, thu thập truyền liệu cảm biến đến ngƣời dùng cuối Tuy nhiên, mạng cảm biến khơng dây cịn nhiều vấn đề cần hoàn thiện đặc biệt vấn đề lƣợng trì nguồn lƣợng cho nút cảm biến Về mặt lý thuyết, trình thực đề tài, học viên thực tìm hiểu đƣợc khái quát nhất, nêu đầy đủ ứng dụng, yếu tố ảnh hƣởng đến mạng cảm biến, kỹ thuật truyền dẫn mạng cảm biến, tìm hiểu hệ điều hành dùng mạng cảm biến,… Về mặt ứng dụng, tìm hiểu mơ hình ứng dụng mạng cảm biến việc giám sát sức khỏe, giải pháp lựa chọn phần cứng phần mềm cho mạng cảm biến, tiêu chí lựa chọn Mặc dù cố gắng nhƣng đề tài số hạn chế: đề tài dừng lại chỗ đƣa mơ hình ứng dụng mạng cảm biến khơng dây việc chăm sóc sức khỏe, giải pháp lựa chọn hệ điều hành, giải pháp Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 79 lựa chọn phần cứng phần mềm Đề tài chƣa đƣa ứng dụng cụ thể việc chăm sóc sức khỏe Trong q trình thực đề tài, kiến thức hạn chế, học viên thực mong có đóng góp quý báu thầy cô bạn đọc đề tài hoàn chỉnh Hƣớng phát triển đề tài Với lão hóa tồn cầu dân số, suy luận có nhu cầu ngày tăng dịch vụ chăm sóc sức khỏe nhu cầu tƣơng ứng cho cơng nghệ chi phí thấp để hỗ trợ việc cung cấp dịch vụ Cơng nghệ thúc đẩy mạng cảm biến khơng dây có khả hỗ trợ việc đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe ngày tăng tƣơng lai, ví dụ cách làm cho thiết bị y tế dễ dàng sử dụng hơn, cho phép chăm sóc trợ giúp nhà, cung cấp hiển thị thơng tin sức khỏe giữ gìn sức khỏe Trong tƣơng lai, học viên tiếp tục nghiên cứu ứng dụng cụ thể mơ hình ứng dụng mạng cảm biến việc giám sát sức khỏe nhƣ: kiểm tra tình trạng bệnh nhân; chẩn đốn; quản lý dƣợc phẩm bệnh viện; kiểm tra từ xa số liệu sinh lý ngƣời; giám sát, kiểm tra bác sĩ bệnh nhân bên bệnh viện Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 80 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy TS Trịnh Quang Khải tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy, Cơ Bộ mơn Kỹ thuật Viễn thơng nói riêng Thầy, Cô Bộ môn khác trƣờng Đại học Giao thông Vận tải truyền đạt cho em kiến thức, hành trang vô quý báu năm học qua tử Khóa K20.1 đứng sau em để hổ trợ mặt tinh thần, vật chất Sự đ to lớn nhiều ý nghĩa Tp HCM, ngày 20 tháng 05 năm 2014 Học viên Hồ Văn Hải Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Ngọc Anh (2005) Các Ứng Dụng Của Mạng Cảm Biến Không Dây Và Đánh Giá Bằng Mô Phỏng Luận Văn Tốt Nghiệp, Học viện bƣu viễn thơng Hà Nội [2] Ian F Akyildiz Georgia Institute of Technology, USA; Mehmet Can Vuran University of Nebraska-Lincoln, USA Wireless Sensor Networks [3] Terrance J.Dishongh, Michael McGrath Wireless Sensor Networks For Healthcare Applications Một số trang web [4] kilobook.com [5] Google search „ung dung mang cam bien y te‟ [6] www.wikipedia.org Hồ Văn Hải – Cao học KTÐT K20.1 Ðại học Giao thông Vận tải