است]۲[. از طرفی دیگر افزایش بیماری ها و هزینه های درمانی ناشی از آن سبب پیدایش تکنیکهایی برای حل این مشکلات شده است. یکی از این تکنیک ها به کارگیری شبکه های بی سیم بدنی می باشد]۳ [. WBANشامل چندین حسگر کوچک الکترونیکی است که به انسان متصل هستند و به طور خاص به مشکلاتی مانند فشار خون، قند خون، جنبش اندام و… نظارت میکنند و به یک هماهنگ کننده میفرستند. این سنسورهای کوچک اطلاعات مربوط به سلامتی را جمع آوری کرده و با پزشکان یا سرورهای پزشکی ارتباط برقرار کرده، به طوری که آنها می توانند پارامترهای سلامتی بیمار را تجزیه و تحلیل کنند و مورد نظارت قرار دهند]۴[.
توسعه تکنولوژی WBAN از سال ۱۹۹۵ شروع شد و ایده آن از WPAN(شبکه های بیسیم شخصی ناحیهای) تکنولوژی در نزدیکی و اطراف بدن انسان گرفته شده است. حدود شش سال بعد، اصطلاح (BAN)[5] اشاره به سیستمی که به طور کامل در داخل و روی بدن انسان در قرار دارد به وجود آمد]۵ [.
کاردبردها و مزایای WBAN
کاربردهای WBAN به دو دسته کلی پزشکی و غیر پزشکی تقسیم میشوند که در شکل ۱ نشان داده شده است]۶[. کاربردهای پزشکی شامل جمعآوری اطلاعات حیاتی بیمار به طور پیوسته و ارسال آن به ایستگاههای راه دور برای تحلیل بیشتر است. این حجم زیاد از اطلاعات بیمار می تواند در جلوگیری از احتمال حملات قلبی، همچنین مراقبت در برابر بیماریهای خطرناکی مثل سرطان ، آسم، اختلالات اعصاب و… موثر باشد. موارد متعددی از به کارگیری WBAN برای تشخیص و درمان بیماری وجود دارد. بسیاری از محققان به تحقیق در این رابطه پرداختهاند]۳[. همچنین برای افرادی که ناتوانی جسمی دارند، مفید است. برای مثال چیپهای مصنوعی شبکه چشم می تواند درون چشم انسان قرار بگیرد و سطحی از دیدن را فراهم کند]۷[. کاربردی در کمک به افراد معلول مطرح شده است. کاربردهای غیر پزشکی شامل کاربردهای نظامی، بازیها و شبکه های اجتماعی میباشد. در کاربردهای نظامی میتوان به استفاده از یک WBAN در میدان جنگ اشاره کرد. در این کاربرد، WBAN به منظور مرتبط کردن سربازان و گزارشهای آنها به فرماندهان استفاده می شود. در بازیها، حسگر WBAN می تواند جابجایی مختصات قسمت های مختلف بدن را جمعآوری کند و متقاعبا این حرکت را به شخصیت مورد نظر در بازی منتقل کند. به عنوان مثال بازی تنیس. با بهره گرفتن از WBAN ، شبکه های اجتماعی به کاربرانشان اجازه می دهند تا پروفایل دیجیتالی خود را با تکان دادن دستها تغییر دهند]۸ [.
شکل(۱):کاربردهای WBAN ]6[.
WBAN که به منظور اهداف پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد چند مزیت مهم در مقایسه با سیستمهای پایش[۶] قدیمی دارد اولین مزیت به دلیل ماهیت بیسیم بودن شبکه های WBAN میباشد که باعث راحتی هر چه بیشتر بیمار می شود به طوری که بیمار می تواند تمام فعالیتهای روزمرهی خود را (با وجود حسگرها) بدون هیچ مزاحمتی انجام دهد. دومین مزیت ، سهولت نظارت بر بیمار (مشاهده علائم فیزیولوژی بدن بیمار) به دلیل مستقل بودن از موقعیت بیمار است. به این ترتیب که یک فرد بیمار چه در خانه باشد چه در محیط کار به طور دائم مورد نظارت قرار گیرد و نتیجه این عمل نظارت به صورت دراز مدت است]۶[. علاوه بر این، برخی از دستگاه های بی سیم کاشته می تواند درد بیماران در هنگام تشخیص و درمان را کاهش دهد]۹[. اطلاعات جمعآوری شده از بیمار در طولانی مدت نقش بسزایی در تشخیص و درمان بسیاری از بیماریها دارد. یکی از مشخصات WBAN که آن را از دیگر تکنولوژیهای موجود همچون شبکه های حسگر بیسیم (wsn)[7] متمایز کرده است، محدوده کمی است که توسط این شبکه پوشش داده می شود. این محدوده در حدود ۲ متر میباشد و در بعضی کاربردها به ۵ متر هم میرسد. دیگر مشخصات WBAN در جدول (۱) نشان داده شده است]۲[.
| جدول (۱): مشخصات WBAN ]2[ | |
| مشخصه | مقدار |
| فاصله | ۲متر،در بعضی حالات ۵ متر |
| زمان راه اندازی | <100 نانو ثانیه |
| زمان برپایی شبکه | <1 ثانیه به ازای هر دستگاه |
| مصرف انرژی | تقریبا ۱ میلی وات به ازای هر ۱ مگابیت بر ثانیه |
سخت افزار WBAN
در قسمت زیر به بررسی اجزاء سختافزاری یک حسگر پرداخته و سپس به بیان انواع حسگرهای بیسیم بدنی میپردازیم.
اجزاء سخت افزاری
با توجه به عملکرد متفاوت شبکه های حسگر بدنی، هر گره می تواند با توجه به وظایف تعریف شده از اجزای متنوعی تشکیل شده باشد ولی در حالت کلی هر گره از یکسری اجزای کلی تشکیل شده است که عبارتند از واحد پردازش مرکزی[۸]، فرستنده-گیرنده رادیویی، منبع تغذیه [۹] که می تواند از طریق باطری یا سلولهای خورشیدی یا ترکیب هر دو، انرژی مورد نیاز سیستم را فراهم کند ، یک یا تعدادی حسگر که داده های مورد نظر را جمع آوری می کنند، انواع حافظه های جانبی در صورت نیاز، (GPS)[10] درصورت نیاز و سایر اجزایی که بسته به کاربرد های متفاوت می تواند در هر گره گنجانده شود .
فرستنده - گیرنده رادیویی:
فرستنده-گیرنده رادیویی یکی از اجزای با اهمیت در گره های شبکه های حسگر میباشد و بسته به کاربردهای مختلف، می تواند تنوع زیادی داشته باشد . مهمترین مشخصه در انتخاب فرستنده –گیرندهها، برد[۱۱] مورد نیاز برای ارتباط بین گرههای شبکه است .از آنجایی که در شبکه های حسگر بدنی گرهها در فواصل نزدیک به هم قرار دارند میتوان از فرستندههای کم مصرف استفاده کرد. یک نمونه از فرستنده-گیرندههایی که برای این کار مناسب است (TR1000) است که این فرستنده-گیرنده، دارای برد کمی میباشد و توان مصرفی آن کمتر از فرستنده-گیرندههای دیگر میباشد.
۲٫۳٫ محدودیتهای سختافزاری یک گره حسگر
عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، قابلیت مورد انتظار، تعداد انبوه گرهها و نهایتا عملی شدن ایده ها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره یکسری محدودیتهای سختافزاری داشته باشد. این محدودیتها در ذیل اشاره شده و در مورد هر کدام توضیحی داده شده است:
هزینه پایین: بایستی سیستم نهایی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد. چون تعداد گرهها خیلی زیاد بوده و برآورد هزینه هر گره در تعداد زیادی(بالغ بر چند هزار) ضرب میگردد. بنابراین هر چه از هزینه هر گره کاسته شود، در سطح کلی شبکه صرفهجویی زیادی صورت خواهد گرفت و سعی میشودهزینه هر گره به کمتر از یک دلار برسد.
حجم کوچک: گرهها به نسبت محدودهای که زیر نظر دارند، بخشی را به حجم خود اختصاص می دهند. لذا هر چه این نسبت کمتر باشد به همان نسبت کارایی بالاتر میرود و از طرفی در اکثر موارد برای اینکه گرهها جلب توجه نکند و یا بتوانند در برخی مکانها قرار بگیرند نیازمند داشتن حجم بسیار کوچک میباشند.
توان مصرفی پایین: منبع تغذیه در گرهها محدود میباشد و در عمل، امکان تعویض یا شارژ مجدد آن مقدور نیست، لذا بایستی از انرژی موجود به بهترین نحو ممکن استفاده گردد.
نرخ بیت پایین: به خاطر وجود سایر محدودیتها، ملا میزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در گرهها، نسبتا پایین میباشد.
