体域网系统架构的研究

基于人体环境的无线体域网网络结构研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展和人体健康监测需求的日益增长，基于人体环境的无线体域网（Wireless Body Area Network，WBAN）已成为当前研究的热点领域。

WBAN作为一种特殊的无线传感器网络，通过在人体表面或内部部署各种传感器节点，实现对人体健康信息的实时、连续、无线监测和传输。

这种网络结构不仅为医疗保健、运动健康等领域提供了全新的技术手段，也对无线通信技术、网络协议设计、数据处理等方面提出了新的挑战。

本文旨在深入研究基于人体环境的无线体域网网络结构，从网络拓扑、通信协议、能量管理、数据安全等多个方面展开分析。

介绍WBAN的基本概念和特点，阐述其研究背景和应用价值。

然后，对现有的WBAN网络结构进行综述，分析其在人体环境中的优势和不足。

在此基础上，提出一种新型的WBAN网络结构，通过优化网络拓扑、设计高效通信协议、实现能量管理和数据安全保障等措施，提高WBAN 的性能和可靠性。

通过实验验证所提网络结构的有效性和可行性，为WBAN的实际应用提供理论支持和技术指导。

本文的研究不仅有助于推动WBAN技术的进一步发展，也为相关领域的研究提供了有益的参考和借鉴。

对于提升我国在无线通信技术、医疗健康等领域的创新能力，具有重要的现实意义和社会价值。

二、人体环境对无线体域网的影响分析人体环境对无线体域网的影响是多方面的，涵盖了从生理特征到日常活动等多个层面。

人体的生理特征，如皮肤电阻、体温和汗水等，都直接影响无线信号的传输。

例如，皮肤电阻的变化可能会影响天线的性能，而体温和汗水则可能影响无线信号的衰减。

人体的日常活动，如行走、跑步和跳跃等，都会对无线体域网产生动态影响。

这些活动可能导致天线位置的改变，从而影响信号的稳定性和可靠性。

人体的姿态和动作还可能引起信号的多径效应和阴影效应，进一步增加无线体域网设计的复杂性。

除了上述直接影响外，人体环境还可能通过影响周围环境和设备来间接影响无线体域网。

无线体域网MAC层若干问题研究无线体域网（Wireless Body Area Network，简称WBAN）是近年来兴起的一种新型无线传感器网络，它主要应用于人体监测、医疗健康等领域。

WBAN的通信层主要涉及到物理层、介质访问控制层（Medium Access Control，简称MAC层）和网络层等方面。

本文将重点研究WBAN中MAC层存在的若干问题。

首先，为了满足WBAN中传感器节点对功耗和延迟的要求，传统的无线传感器网络协议栈在MAC层引入了一些控制机制，如时间分割多路复用（TDMA）和载波感应多路访问（CSMA）。

然而，这些传统机制在WBAN中可能存在问题。

其一是协议的灵活性不足。

由于传感器节点可能处于不同工作状态下，例如静止状态、运动状态等，因此MAC层应具备适应性和灵活性，能够根据节点的状态进行相应调整和控制。

然而，传统的TDMA和CSMA机制往往无法很好地适应不同的工作状态，导致在某些情况下性能下降。

其二是节点间干扰问题。

在WBAN中，由于节点之间距离较近，节点间的干扰会更加明显。

而传统的CSMA机制对干扰的抑制能力有限，可能会导致严重的碰撞问题。

因此，在WBAN中需要设计新的MAC层协议，能够更好地应对干扰问题，提高网络性能。

其三是能耗控制问题。

WBAN中的传感器节点通常由电池供电，能耗是一个至关重要的问题。

传统的MAC层机制往往无法很好地控制传感器节点的能耗，在工作时可能过度消耗能量，缩短节点的寿命。

因此，为了提高WBAN的可靠性和持久性，需要在MAC层设计中考虑能耗控制的问题。

为解决上述问题，近年来研究者们提出了一些新的MAC层协议。

例如，基于自适应信道切换的MAC协议（Adaptive Channel Hopping-based MAC Protocol）能够根据节点状态和环境变化自适应调整信道，以减少干扰并提高网络性能。

此外，一种基于时间优先级与功耗权衡的MAC协议（MAC Protocol based on Time Priority and Energy Trade-off）能够根据节点的能耗情况动态调整TDMA时隙的分配，以实现能耗控制。

面向无线体域网的跨域安全通信方案研究汇报人：2023-11-27•引言•无线体域网的基本原理与架构•跨域安全通信方案设计•方案实现与优化•安全通信方案评估与展望•结论与贡献引言无线体域网（BAN）的发展及其在医疗、健身、智能家居等领域的应用保障BAN跨域安全通信的重要性现有研究在解决跨域安全通信问题上的不足研究背景与意义当前BAN跨域安全通信的研究现状及主要成果面临的挑战和亟待解决的问题本研究在已有研究基础上的创新和突破研究现状与挑战01020304研究内容设计一种面向BAN的跨域安全通信方案，解决跨域安全通信问题研究方法结合密码学、网络安全、通信协议等技术手段，构建一个高效、安全的跨域通信系统技术路线从理论分析、系统设计、实验验证等多个方面展开研究，综合运用多种技术手段进行方案设计和优化实验评估通过实验验证方案的可行性和有效性，分析方案的性能和优势，并提出改进措施。

研究内容与方法无线体域网的基本原理与架构无线体域网的概念与特点无线体域网是一种以人体为中心，由各种传感器节点组成的无线通信网络，主要用于实时监测和收集人体的生理数据。

无线体域网具有低功耗、低成本、小型化和便携化的特点，同时具有较高的隐私保护和安全性能要求。

传感器节点负责采集人体生理数据，并将数据传输到汇聚节点；汇聚节点负责将数据汇总、处理后发送到外部网络。

跨域通信无线体域网需要与其他网络进行跨域通信，因此需要解决跨域认证、跨域路由等问题。

可以采用跨域认证协议、跨域路由协议等技术实现。

低功耗设计由于无线体域网需要长时间佩戴，因此低功耗设计是关键技术之一，可以采用低功耗芯片、节能算法等方法实现。

数据安全由于涉及个人隐私，数据安全是无线体域网的重要问题之一。

可以采用数据加密、数据完整性保护等方法确保数据安全。

网络拓扑无线体域网的拓扑结构直接影响到网络的性能和能耗。

可以采用自组织网络、分布式协同等技术优化网络拓扑。

跨域安全通信方案设计在无线体域网中，数据传输的机密性是至关重要的，需要采取有效的加密措施来防止数据泄露。

基于蓝牙的无线体域网研究的开题报告一、研究背景和意义随着移动设备市场的不断壮大、智能化程度的不断提高，无线网络的需求也越来越大。

为了满足人们对于无线网络高速、稳定、安全的需求，基于蓝牙的无线体域网成为了一种很有潜力的技术。

基于蓝牙的无线体域网是指通过蓝牙技术建立的一种无线网络，它可以连接多个有蓝牙功能的设备，形成一个网络，实现数据的传输和共享。

与其他无线网络相比，基于蓝牙的无线体域网有许多优势，比如低功耗、低成本、安全性高等等。

因此，研究基于蓝牙的无线体域网，对于提升无线网络的性能，推动移动互联网技术向前发展具有重要的意义。

二、研究内容和方法本研究将重点研究以下方面内容：1. 基于蓝牙的无线体域网的架构设计；2. 基于蓝牙的无线体域网的传输协议研究；3. 基于蓝牙的无线体域网的安全性研究；4. 基于蓝牙的无线体域网的性能优化研究。

本研究将采用以下方法进行：1. 文献研究：调研已有的基于蓝牙的无线体域网相关文献资料，对其技术特点、应用场景、存在的问题进行深入分析和研究；2. 模块化设计：将基于蓝牙的无线体域网拆分成多个模块，对每个模块进行详细设计，实现模块化重构；3. 实验室验证：使用模拟环境搭建实验平台，进行各个模块的功能验证和测试，收集实验数据，对数据进行分析和优化。

三、研究成果和预期目标本研究的目标是实现一个性能稳定、安全可靠、运行效率高的基于蓝牙的无线体域网，并在实验室验证中取得较好的成果。

本研究的成果将具有以下几方面的贡献：1. 设计并实现一个高效、稳定的基于蓝牙的无线体域网；2. 探究基于蓝牙的无线体域网的安全机制，解决网络安全问题；3. 对基于蓝牙的无线体域网进行性能优化，提高网络性能。

四、研究计划本研究的具体时间安排如下：前期阶段（2周）：1. 调研已有文献资料，分析市场需求和发展趋势；2. 分析基于蓝牙的无线体域网的技术特点、应用场景和存在的问题；3. 设计研究方案和实验计划。

中期阶段（8周）：1. 进行模块化设计，将基于蓝牙的无线体域网拆分成不同的模块；2. 分别设计、实现各个模块的功能；3. 进行模块测试和优化。

基于可穿戴计算的体域网技术应用现状与趋势研究*寇家华1㊀唐雷2㊀乔峙1㊀张嵩3(1.中国信息通信研究院云计算与大数据研究所,北京100191;2.中国信息通信研究院泰尔终端实验室,北京100191;3.国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心,北京100081)摘要:随着以医疗健康物联网㊁智能可穿戴设备为代表的数字健康产业蓬勃发展,基于可穿戴计算的体域网等医疗健康物联网技术也日渐受到广泛关注㊂以基于可穿戴计算的体域网为研究对象,梳理了体域网系统基本架构㊁传感器节点架构和网络层通信标准协议,研究了该技术的基本特征㊁发展态势和监管策略,阐明了云计算㊁大数据和区块链技术与其融合发展将成为未来的主要趋势,以及监管规范化和技术标准化对行业发展具有的重要意义㊂关键词:可穿戴计算;体域网;传感器;通信协议;物联网1㊀引言后疫情时代,医疗健康已成为社会热点话题㊂以医疗健康物联网㊁智能可穿戴设备㊁互联网医院㊁人工智能辅助诊断为代表的数字健康应用备受关注㊂随着复工复产提档加速,物联网㊁5G网络㊁人工智能㊁工业互联网等新基建全面布局,智能可穿戴设备与医疗健康物联网也迎来重大发展机遇㊂与此同时,我国老龄化进程不断加快,人民群众对 主动健康 与 被动医疗 的关注与日俱增, 主动健康和老龄化科技应对 重点专项等科学研究日渐深入,医疗健康物联网也将持续引领新一轮的行业变革㊂2基于可穿戴计算的体域网技术可穿戴计算(Wearable Computing)作为医疗健康物联网的关键技术支撑,引起了学术界和产业界的广泛讨论㊂智能可穿戴设备是近年来可穿戴计算技术得以实现的重要载体,以传感㊁通信㊁数据处理组件为其核心组成部分,涉及传感器㊁显示㊁无线通信㊁数据交互㊁数据安全等多个技术领域㊂多个智能可穿戴设备节点可组成无线体域网(Body Area Network,BAN),由功能更加丰富的协调器统一调度,以实现对人体健康态多项指标的协同监测,协调器通常为智能手机㊁平板电脑㊁外置智能终端等设备㊂因此,高效㊁稳定的无线通信网络是可穿戴技术迭代演进的重要保障,智能可穿戴设备与无线体域网技术的融合应用也成为近年来的热点话题㊂目前,上市的智能可穿戴设备主要以蓝牙㊁Wi-Fi 等短距离无线通信技术为主,具备低功耗㊁传输速率稳定的无线通信与数据交互功能㊂少数产品也可接入公用移动通信网络,作为与云平台直接交互的独立可穿戴计算节点㊂部分在研可穿戴设备样机与专利也在探索以ZigBee㊁Lora㊁近场通信技术等实现快捷组网㊁极低功耗的无线通信㊂同时,体域网通信资源分配策略和融合算法呈现百家争鸣态势,对未来构建人体健康∗基金项目:国家重点研发计划 主动健康和老龄化科技应对 重点专项2018年度项目(No.2018YFC2000800)资助态数字孪生体具有重要意义㊂可穿戴计算作为医疗健康物联网领域的创新引领技术,以体域网为核心载体,以人体健康监测设备为主要数据交互节点,通过采集多种人体健康态数据,实现人体健康态的综合评估与监测预警㊂可穿戴计算技术目前业界尚无较精确定义,但互操作性㊁设备可靠性㊁系统安全性㊁数据一致性㊁生物相容性㊁数据隐私㊁无线链路设备共存等为其主要技术特征㊂体域网作为医疗健康物联网的重要组成部分,是由围绕在人体周围的可穿戴㊁可植入㊁可侵入式的智能电子设备组成的传感网络,在医疗健康领域具有广阔的应用前景㊂目前,心电图(ECG)㊁血压计㊁脉搏血氧仪㊁肌电图(EMG)㊁脑电图(EEG)㊁运动惯性测量仪等已被研究人员用来尝试组建体域网,以实现人体步态分析㊁术后康复㊁睡眠质量检测㊁睡眠呼吸暂停检测㊁情绪识别㊁心脏健康态监测㊁呼吸系统疾病预防等功能㊂LifeGuard㊁Fitbit㊁VitalSense㊁LveNeti㊁AMON㊁Human++㊁HealthGear等大量实践项目均在同步推进[1-5]㊂2.1体域网系统基本架构完整的体域网系统通常可分为传感层和个人网络层㊂(1)传感层由体内植入系统与体外穿戴系统两部分构成,包括多组智能可穿戴设备的传感器节点㊂各个植入或穿戴式节点均能够完成采集和检测一项或多项人体健康态生理指标的功能㊂例如,肌电图传感器能够利用侵入式肌电极监测肌肉活动;连续血糖监测系统能够利用植入式血糖测量传感器实时监测患者动态血糖情况;脉搏血氧仪能够对血液中的血红蛋白进行无创测量;脑电图传感器能够利用体外电极无创监测不同类型的脑电波㊂(2)个人网络层以协调器为核心,运行用户应用程序,提供与上层平台进行交互的数据接口,可看作人体健康态云监控平台的边缘计算节点㊂个人网络层负责配置和管理网络功能,感知和激活接入传感器,完成传感器数据存储和处理,建立安全通信通道,并能在网络连接不可用时完成离线数据存储和分析[1-3]㊂2.2㊀传感器节点架构体域网内传感器便携㊁无扰㊁低功耗的特点决定了其不断向微型化㊁智能化㊁融合化方向迈进的发展路径㊂各类传感器通常均包含感知单元㊁模数转换器㊁微处理控制单元㊁收发器单元㊁外部存储器㊁电源等部分㊂目前,感知单元作为传感器的核心,大量采用MEMS工艺设计传感组件,包括温度传感器㊁湿度传感器㊁生物阻抗传感器㊁光学传感器㊁加速度计㊁陀螺仪以及新型柔性传感器和微流控传感器,具有效率更高㊁功耗更低等优势㊂此外,多传感器融合技术应用趋势液日趋凸显,如以代谢热整合法为原理的无创血糖监测可穿戴医疗设备,通过融合多种传感器实现血糖指标测算㊂感知单元主要将非电信号转换为电压㊁电流等信号后,模数转换器再将电压㊁电流等模拟信号转化为数字信号,便于后续进行高效处理㊂微处理控制单元通常对数字信号进行分析㊁变换㊁滤波㊁检测㊁调制和解调,并根据实际需要对数字信号进行快速傅里叶变换㊁沃尔什变换㊁数论变换等快速算法处理㊂微处理控制单元也负责管理其他硬件资源㊂收发器单元负责将节点连接至网络,通常采用光学或射频设备㊂电源在很大程度上决定了传感器节点的生命周期㊂通信㊁感知和数据处理是其主要能耗来源㊂其中,通信功耗是最大的决定因素㊂目前,学术界大量工作聚焦于功率自感知通信协议㊁功率自感知通信算法㊁节点数据融合和聚合技术,旨在优化各单元工作时间,降低系统功耗㊂2.3㊀个人网络层通信协议与标准体域网个人网络层通信因系统各节点功耗限制,采用短距离无线通信为最佳策略,且应保证通信协议具有足够的鲁棒性㊁容错率和自配置能力㊂业界大多数个人网络层选择ISM无线电频谱,极少数设备节点采用红外通信㊂目前,功率限制较小的单节点体域网可由Wi-Fi实现通信㊂对通信延迟㊁通信建立时间和设备连接数有较多限制的多节点体域网,通常采用IEEE802.15.6㊁IEEE802.15.4㊁蓝牙4.0㊁ANT等低功耗技术标准[4-8]㊂IEEE802.15.6作为专门的体感网通信标准长期备受业界关注㊂IEEE802.15系列标准协议IEEE 802.15.6只提出了物理层㊁媒介访问控制层的建议标准,尚未对网络层㊁传输层和应用层进行规范㊂在物理层中,IEEE802.15.6定义了窄带通信(Narrow Band)㊁超宽带通信(Ultra-Wide Band)和人体通信(Human Body Communication,HBC)㊂IEEE802.15.6以低复杂度㊁低成本㊁高可靠性㊁超低功耗和超短通信为其主要特征,兼具最高至10Mbit/s的传输速率,因此适用于人体内㊁人体表和人体周围的多传感器节点无线通信,满足安全和生物友好型等需求[9-10]㊂IEEE802.15.4是无线传感网的通用标准,对物理层和媒介访问控制层进行了规范,旨在在尚无底层基础架构的前提下,为附近设备节点提供低成本的通信支持㊂IEEE802.15.4适用于具有低时延㊁高可靠性以及低功耗特点的体域网㊂ZigBee协议对IEEE 802.15.4标准进一步完善,规范了网络层㊁应用层㊁设备对象和制造商定义的应用对象㊂因其传输速率制约,在体感网中应用受限㊂蓝牙4.0与ANT作为低功耗无线通信协议,受到业内广泛关注,在医疗保健㊁远程监控等方面均有所应用㊂3㊀基于可穿戴计算的体域网技术发展趋势在2012年IEEE802.15.6标准正式发布之前,基于可穿戴计算的体域网技术主要聚焦于网络通信协议㊁MEMS传感器设计和设备组网方式等方面的研究㊂2012年之后,随着云计算㊁大数据㊁区块链㊁人工智能等新一代信息技术与产业的蓬勃发展,基于可穿戴计算的体域网技术也呈现出新的发展态势㊂3.1㊀云计算成为集群体域网的关键技术支撑基于可穿戴计算的体域网在采集㊁处理数据流的同时,也不断将数据上传到云平台进行深度分析㊂对集群体域网产生的大量人体健康态数据进行传输㊁存储和分析,也推动着基于可穿戴计算的体域网与云监控平台的深度融合㊂该类平台具有云计算SaaS服务的显著特征,能够帮助体域网高效采集大量异构传感器数据,对不同类的数据均具有强大的处理能力,并能不断优化数据存储的可扩展性㊂目前,已有研究人员基于自主云环境开发出用于托管ECG数据分析服务㊂部分研究人员提出了新颖的 人体云(Body Cloud) 系统架构,支持对传感器数据流进行存储和管理,并进行大规模数据共享和应用协作,开发出ECGaaS(心脏监测即服务)㊁REHABaaS(远程康复即服务)等应用服务[11]㊂3.2㊀大数据技术助力体域网数据处理能力基于可穿戴计算的体域网通常需要上传大量与时间有关的数据流㊂通过数据挖掘等大数据分析技术,能够为医护人员远程分析大量患者健康状态㊁及时预警异常情况提供便捷㊂苹果Health Kit㊁谷歌Google Fit㊁华米开放平台㊁华为HiHealth和HiResearch等生态体系如火如荼,利用平台实时采集的多类人体健康态数据,通过大数据分析技术实现多种疾病筛查预警㊂目前,Apple Watch Series4已实现实时ECG功能,华为智能可穿戴设备基于HiResearch平台和PPG技术,通过数据挖掘对数十万人完成房颤高风险筛查㊂3.3㊀区块链技术有效提升体域网数据安全性因集群体域网数据交互频繁,汇聚节点传输的用户隐私数据容易遭到泄露与篡改㊂而在数据上传云平台后,数据依然存在恶意泄露和篡改的风险㊂目前,已经开始利用区块链技术搭建无信任共识网络系统㊂研究人员充分利用区块链技术不可更改㊁不可伪造㊁完全可追溯的安全特性,限制多用户对云存储中体域网感知数据的访问,确保集群体域网中大量传感器节点的数据安全㊂同时,基于联盟区块链的体域网信息安全应用也在不断探索中㊂依靠分布式账本和区块的哈希链充分保障体域网接入用户的数据完整性,并根据身份管理实现数据隔离,充分提高人体健康态数据的隐私性㊂4㊀基于可穿戴计算的体域网技术监管策略差异化特征明显㊀㊀在医疗健康技术监管领域,接入基于可穿戴计算的体域网各类设备,根据其是否纳入医疗器械监管,分为智能可穿戴医疗器械与智能可穿戴健康设备㊂两者均具有生命体征监测㊁人体健康态评估等功能,但在测量指标和精度㊁监管法规㊁临床应用等方面存在显著差异㊂4.1㊀各国对智能可穿戴医疗器械监管开放程度迥异针对智能可穿戴医疗器械,中国㊁美国㊁欧盟的监管策略均聚焦于产品有效性和安全性,监管开放程度则存在较大差异㊂欧盟监管策略较为开放,尚无专项监管,多归为消费电子类设备认证体系㊂美国则对可穿戴医疗器械做出明确界定,单独划出常规可穿戴医疗器械体系,与疾病治疗无关㊁超低风险㊁用于慢性病辅助管理为其主要特征㊂对该类设备实所宽松的监管策略,而超出界定范围的可穿戴医疗器械将面临严格监管㊂我国对智能可穿戴医疗器械监管依从‘移动医疗器械注册技术审查指导原则“和产品分类界定通知,其配套的软件一并纳入监管㊂相较而言,我国监管策略最为严格,并未划分出常规体系,一并纳入医疗器械㊂4.2㊀智能可穿戴健康设备监管尚未实现规范化和系统化㊀㊀针对智能可穿戴健康设备,尚无单独界定监管文件可循,亦无国家与行业层面的技术标准㊂目前,仅有通用可穿戴设备标准规范体系和少量团体标准可作为监管依据,CCC㊁SRTC㊁CTA等可作为上市认证依据,事关用户生命体征隐私数据的网络安全和数据交互技术标准亟待提出㊂国际第三方检测认证机构德国莱茵TUV,于2014年发布包含传感器精度㊁无线通信㊁电磁兼容㊁电池安全等内容的可穿戴设备认证标准㊂中国通信标准化协会于2018年发布腕带式可穿戴无线通信设备行业标准㊂中国国家标准委员会近两年连续发布3项可穿戴设备推荐性国家标准,分别涉及应用服务框架㊁产品分类与标识㊁数据规范,初步构建了通用可穿戴设备的标准体系㊂主动健康物联网㊁光辐射安全要求等国家标准尚在讨论与征求意见阶段㊂5㊀结束语医疗健康产业受到社会各界广泛关注,对我国医疗健康领域可穿戴计算技术和体域网技术的发展既是挑战又是机遇㊂在产品层面,多数基于可穿戴计算的体域网产品和服务依然面临场景单一㊁同质化监测严重㊁安全性/有效性评估欠缺㊁数据隐私保护存疑等问题㊂在产业层面,企业平台自成体系㊁关键技术尚存壁垒㊁数据采集标准不一等问题依然严峻㊂同时,个人医疗健康数据互联互通也将是大势所趋㊂通过基于可穿戴计算的体域网定期采集监测数据,从而构建人体健康态数字孪生体依然是行业愿景㊂参考文献[1]Amit Choudhary,M.Nizamuddin,ManishZadoo,VibhavKumar Sachan.Multi-objective optimization framework complying IEEE802.15.6communication standards for wireless body area networks[J].Springer US,2020.[2]Bander A.Alzahrani,AzeemIrshad,AiiadAlbeshri,etal.Aprovably secure and lightweight patient-healthcare authentication protocol in wireless body area networks [J]㊂Springer US,2020.[3]Leila AissaouiFerhi,KaoutharSethom,FethiChoubani.Energyefficiency optimization for wireless body area networks under802.15.6standard[J].Springer US,2019.[4]刘志强.无线体域网中资源分配策略研究[D].中国科学技术大学,2018.[5]詹卡洛.福尔蒂诺,拉法埃莱.格雷维纳.可穿戴计算[M].北京:机械工业出版社2019.[6]刘怡.无线体域网关键技术的研究[D].北京邮电大学,2017.[7]KinzaShafique,Bilal A.Khawaja,Munir A.Tarar,et al.A wearable ultra-wideband antenna for wireless body areanetworks[J].Microwave and Optical Technology Letters,2016.[8]Rim Negra,ImenJemili,AbdelfettahBelghith.Wirelessbodyarea networks:applications and technologies[J].ElsevierB.V.,2016,83.[9]Anil K.Jacob,Lillykutty Jacob.Energyefficient MAC forQoS traffic in wireless body area network[J].SAGE Publications,2015.[10]Vladimir Kopta,Erwan Le Roux,Franz Pengg,ChristianEnz.A2.4-GHz low power polar transmitter for wireless body area network applications[J].Springer US,2014.[11]刘毅,宋余庆.无线体域网技术研究[J].小型微型计算机系统,2013,34(8):1757-1762.作者简介:寇家华㊀中国信息通信研究院云计算与大数据研究所工程师,主要从事智慧医疗健康领域相关标准㊁技术和产业研究唐雷㊀㊀中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师,主要从事智慧医疗健康领域政策与产业研究乔峙㊀㊀中国信息通信研究院云计算与大数据研究所工程师,主要从事智慧医疗㊁远程医疗相关标准㊁评测和产业研究张嵩㊀㊀国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心主审审评员,副研究员,主要从事重症㊁心血管介入和心脏电生理㊁内分泌㊁急诊等领域医疗器械的安全性和有效性评价Current situation and trend of body area network based onwearable computingKOU Jiahua1,TANG Lei2,QIAO Zhi1,ZHANG Song3(1.Cloud Computing&Big Data Research Institute,China Academy of Information and Communications Technology,Beijing100191,China;2.CTTL Terminal labs,China Academy of Information and Communications Technology,Beijing100191,China;3.Centerfor Medical Device Evaluation,National Medical Products Administration,Beijing100181,China)Abstract:With the vigorous development of the digital health industry represented by the healthcare Internet of Things and smart wearable devices,the body area network technology based on wearable computing has also attracted widespread attention.This paper takes the wearable computing-based body area network as the research object,combing through the basic architecture of the body area network system,the sensor node architecture and the network layer communication standard protocol.Then,it studies the basic characteristics,development trend and supervision strategy of the technology.It is clarified that cloud computing,big data,block chain technology and their integration will become the main trend in the future,and regulatory standardization and technical standardization are of great significance to the development of the industry.Key words:wearable computing;body area network;sensors;communication protocols;IoT(收稿日期:2020-05-10)。

无线体域网的体系结构及面临的挑战作者：刘璐薛秀芹罗先露金凡孙俊来源：《电脑知识与技术》2012年第29期摘要：作为物联网的重要组成部分，WBAN被广泛应用于医疗保健方面来提高人民医疗保健的水平，并因此日益受到研究人员和企业的关注。

该文围绕WBAN的概念、研究现状和发展趋势给出了较全面的介绍并分析了体域网发展所面临的挑战，最后对WBAN未来研究给出了展望。

关键词：体域网；物联网；节点；信息传输中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）29-6918-03人口高龄化是一种全球性的发展趋势。

根据联合国的调查预测，2030 年中国65 岁及以上高龄人口将占总人口的15.7%。

全球人口老龄化以及医疗成本上升导致世界卫生保健基础设施的紧张。

在中国，曾经的婴儿潮一代正进入一个受到慢性疾病影响的年龄段。

根据卫生部的统计，目前我国60岁以上的老人已经超过1.8亿，而且每年还以500万-800万的数量不断增加，人口老龄化所带来的慢性疾病、医疗保健以及老年生活质量等问题已经成为我国社会发展的重要挑战。

由于疾病负担的加重，医疗保健系统将无法提供足够的专业人士来照顾病人。

我们正处在一个用以往成熟科技满足当今急需解决的医疗需求的时期，例如如何提高卫生保健覆盖率和质量、降低卫生保健成本。

无线体域网技术就是解决该问题的重要手段之一。

本文将围绕WBAN的概念、研究现状和发展趋势进行介绍并分析体域网发展所面临的挑战，对WBAN未来研究给出展望1 WBAN体系结构概述1.1 WBAN的概念无线体域网（WBAN，Wireless Boay Area Network），是以人体为中心，以采集人体各种生理参数为目的，由分布在人体表面或植入人体内部的传感器及个人数据采集处理终端组成的通信网络。

通过WBAN，人可以和其身上携带的个人电子设备（如PDA、手机等）进行通信、数据同步等。

WBAN可以和其它数据通信网络（比如其他人的WBAN、无线/有线接入网络、移动通信网络等）成为整个通信网络的一部分，和网络上的任何终端（如PC、手机、电话机、媒体播放设备、数码相机、游戏机等）进行通信【1】。

体域网，英文为Body Area Network(BAN)，是附着在人体身上的一种网络，由一套小巧可移动、具有通信功能的传感器和一个身体主站(或称BAN协调器)组成。

每一传感器既可佩戴在身上，也可植入体内。

协调器是网络的管理器，也是BAN和外部网络(如3G、WiMAX、Wi-Fi等)之间的网关，使数据能够得以安全地传送和交换。

由于这些传感器通过无线技术进行通信，所以体域网也叫无线体域网(WBAN)。

体域网是一种可长期监视和记录人体健康信号的基本技术，早期应用主要是用来连续监视和记录慢性病(如糖尿病、哮喘病和心脏病等)患者的健康参数，提供某种方式的自动疗法控制。

比如，糖尿病患者一旦他的胰岛素水平下降，他身上的BAN马上可以激活一个泵，自动为患者注射胰岛素，使患者不用医生也能把胰岛素控制在正常水平。

体域网未来还可广泛应用于消费者电子、娱乐、运动、环境智能、畜牧、泛在计算、军事或安全等领域。

不仅如此，眼前仍停留在科幻小说之中的所谓“智慧尘埃”(具有处理能力和无线通信能力的显微镜器件)将来也完全有可能出现在体域网中。

体域网在国际上已经得到了广泛研究，包括医疗技术提供商、医院、保险公司以及工业界的各方人士正在开展战略性合作，但目前仍处在早期阶段，在毫瓦级网络能耗、互操作性、系统设备、安全性、传感器验证、数据一致性等方面面临一系列挑战。

IEEE802.15任务组6正在制定的BAN通信标准有望在2010年完成。

这种技术一旦被接纳采用，将在医疗保健方面取得重大突破。

体域网虽然是覆盖面最小的网络，但却是惠及面极广的网络，万万不可等闲视之。

截至2008年底，我国老年人口已达1.69亿，占总人口的12.79%。

我国是世界老年人口最多的国家，占全球老年人口总量的五分之一。

老年人为国家、为人民作出了巨大贡献。

作为一种回报，我们应该让体域网这种先进技术服务于我国老年人的医疗保健。

与此同时，在某种程度上BAN的应用还可以缓解医院拥挤看病难的问题以及助推远程医疗等构想的真正实施。

无线体域网组网及管理研究综述张政【摘要】通信技术的发展、生理传感技术的进步和日益增长的人体生理信息跟踪需求等催生了无线体域网（Wireless Body Area Network），WBAN旨在提供实时的、无处不在的人体监测来执行独立的早期预测、诊断和身体跟踪响应的护理，并日渐成为研究和应用的热点。

作为传感器网络的一个分支，其日渐成为研究的重点。

随着WBAN在人类日常生活中的重要性日趋突出，专用于无线体域网(WBAN)的标准IEEE802.15.6于2012年颁布。

主要针对多个体域网网间组网及其管理进行研究，同时对体域网间组网及管理的研究现状进行分析和总结。

最后，分析了无线体域网组网及管理需要解决的问题和未来研究的方向。

%The wireless body area network is required by meas of the development of communication technology, the advancement of physiological sensing technology and the increasing human physiological information. WBAN aims to provide real-time and ubiquitous body monitoring to perform au-tonomous early prediction, diagnostic, and tracking the response of the body to treatments,becoming a hot spot of research and application. Asthe importance of WBAN in daily life has become increasingly prominent, the standard IEEE 802.15.6 was published in 2012, which was specifi cally designed for WBAN. This article focuses on the networking and management in WBAN, analyzing the research status and the insuffi cientof networking and management. Finally, several key issues of networking and management in WBAN are discussed and future directions are pointed out.【期刊名称】《电信工程技术与标准化》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P82-86)【关键词】无线体域网;网间组网;网间管理【作者】张政【作者单位】重庆邮电大学，重庆 400065【正文语种】中文【中图分类】TN915张政（重庆邮电大学，重庆 400065）目前，无线体域网（Wireless Body Aree Network, WBAN）倾向于是无线个域网的延伸，在近距离无线通信领域，虽然存在无线个域网技术，但体域网这一概念将近距离无线通信的传输距离规定得更短，从而限定在人体周围。

无线体域网(WBAN)通信关键技术研究的开题报告一、选题背景随着移动医疗技术的不断发展，人们对于健康监测的需求越来越高。

而传统的医疗监测方式存在着许多限制，比如需要进行数据线缆连接、患者需要在医院内等待等问题。

无线体域网(WBAN)技术的出现，可以很好地解决这些问题，可以使医生远程地监控患者的生理参数，患者也可以在家中自主地监测自己的健康状况。

因此，研究无线体域网技术对于推进移动医疗技术具有重要的意义。

二、研究目的本研究旨在探究无线体域网通信关键技术，包括传感器选择、通信方式、协议等方面，分析各种技术的优缺点，为移动医疗监测的应用提供参考。

三、研究内容1.无线体域网概述及发展历程介绍无线体域网的基本概念、特点、国内外发展现状，以及应用领域等方面的内容。

2.传感器选择分析不同类型的传感器在无线体域网中的应用情况，如心电图、体温、血压等。

3.通信方式对比研究不同的通信方式，如蓝牙、ZigBee、6LoWPAN等在无线体域网中的应用情况，分析各种技术的优劣，为无线体域网的应用提供选择依据。

4.协议介绍无线体域网中常用的协议，如IEEE 802.15.4、Bluetooth LE、ZigBee Pro等，分析各种协议的应用场景、特点、优劣等方面的内容。

5.无线体域网实验研究进行无线体域网实验，测试不同的通信方式、不同的协议等的性能，验证研究的结论，为无线体域网的应用提供实践依据。

四、研究意义1.推动移动医疗技术发展。

无线体域网技术的研究和应用，可以很好地解决传统医疗监测方式的各种限制，为医疗监测领域提供了全新的解决方案，为移动医疗技术的发展提供了支撑。

2.推进物联网技术应用。

无线体域网技术是物联网技术的重要组成部分，研究无线体域网技术对于推进物联网技术的应用有重要意义。

3.促进学术研究。

无线体域网技术涉及到多个学科领域，如通信工程、计算机科学、医疗科学等，本研究对于促进多个学术领域的相互交流和合作具有重要意义。

第一周体域网的概念、研究背景和发展领域概念及研究领域：体域网（wireless body sensor network , WBSN）又可称为生物医疗传感器网络（biomedical sensor network）和无线体域传感网（wireless body area sensor network，WBASN或BAN）。

作为无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）的一个分支，是人体上的生理参数收集传感器或移植到人体内的生物传感器共同形成的一个无线网络，这些传感器节点能够采集身体重要的生理信号（如温度、血糖、血压等）、人体活动或动作信号以及人体所在环境信息，处理这些信号并将它们传输到身体外部附近的本地基站。

它拥有自己的系统架构，目前多采用先分布式采集或感知、再集中式处理的方式。

由于WBSN网络规模较小，并且每对传感器节点之间的通信也不是必须的，,因此分布式采集部分经常采用星形拓扑结构。

目前的研究状况：BSN中情景感知和周围环境感知的研究；对BSN可穿戴性、可扩展性和资源优化等进行研究；基于多种通信方式构建混合的BSN，移动BSN中跟踪和能量感知MAC；从低能耗和通信的角度构建新型的BSN系统对BSN的架构展开了深入研究；构建新型的BSN平台并对BSN中数据融合技术；BSN对人体活动的监控；此外BSN的自适应性和可调节性、中间件、信号处理算法、健康及活动监控和网络可靠性研究领域：信道研究；无线体域网帧结构设计；基于体域网路由设计；基于蓝牙的体域网研究；关键技术：WBAN是一种新的交叉技术，和无线个域网（WPAN）、无限传感网络（WSN）、泛在传感网络（USN）、无限短距通信技术、传感器技术等都有密切关系。

WBAN的关键问题是要实现终端到终端间的通信，主要使用短距无线通信，如UWB，ZigBee和NFC等。

实现WBAN需要的短距信息技术主要考虑再相同的功率下数据传输速率更高，或者在相同的数据传输速率下需要的功率更低。

探究网络安全体系架构及网络安全技术在当今数字化时代，网络已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。

从在线购物、社交娱乐到企业运营、政务服务，几乎所有的活动都依赖于网络。

然而，随着网络的普及和应用的不断深化，网络安全问题也日益凸显。

网络攻击、数据泄露、恶意软件等威胁给个人、企业和国家带来了巨大的损失和风险。

因此，构建完善的网络安全体系架构和运用有效的网络安全技术，成为保障网络安全的关键。

网络安全体系架构是一个综合性的框架，旨在保护网络系统及其相关资源免受各种威胁。

它涵盖了多个层面和组件，包括物理安全、网络安全、系统安全、应用安全和数据安全等。

物理安全是网络安全的基础，它涉及到对网络设备、服务器和数据中心等物理设施的保护。

这包括防止未经授权的人员进入设施、控制环境条件（如温度、湿度）以确保设备正常运行，以及采取防火、防盗等措施。

网络安全主要关注网络层面的防护，如防火墙、入侵检测系统（IDS）和入侵防御系统（IPS）等技术的应用。

防火墙作为网络边界的第一道防线，可以根据预设的规则对网络流量进行过滤和控制，阻止非法访问。

IDS 和 IPS 则能够实时监测网络中的异常活动，并采取相应的措施进行防范和响应。

系统安全侧重于操作系统和服务器的安全配置和管理。

及时更新系统补丁、关闭不必要的服务和端口、设置强密码策略等都是保障系统安全的重要手段。

应用安全针对各种应用软件，如 Web 应用、电子邮件系统等进行防护。

通过输入验证、权限管理、加密技术等保障应用的安全性，防止应用程序被攻击和滥用。

数据安全是网络安全的核心，包括数据的机密性、完整性和可用性。

加密技术是保护数据机密性的常用方法，通过对数据进行加密，即使数据被窃取，攻击者也难以获取其真实内容。

数据备份和恢复技术则确保了数据的可用性，即使发生灾难或故障，也能够快速恢复数据。

在网络安全技术方面，有多种技术手段共同发挥作用。

加密技术是保障网络安全的基石之一。

它通过将明文转换为密文，使得只有拥有正确密钥的授权人员能够解密并读取信息。

无线体域网环境下的定位技术研究随着科技的不断进步，智能手机、车载导航、物联网等智能设备的应用越来越广泛，无线定位技术也逐渐成为现代社会的重要基础架构。

采用无线技术实现定位可以帮助用户更加精准地了解周围环境，更好地规划行动，也是安全防范、生产管理等领域中的必备技术。

本文将从无线体域网环境下的角度出发，对当前定位技术的研究现状进行分析，并结合热点应用领域来探究未来的发展方向。

一、无线体域网络概述无线体域网（Wireless Mesh Network，简称WMN）是一种以多个具有路由功能的无线设备组成的网络，这些设备可以互相通信，在没有中心控制器的情况下自动协调合作实现无缝覆盖广域或者局域网络。

WMN的核心特点在于其自组织和自适应能力，能够有效解决传统无线网络覆盖范围小、干扰大、容易中断的问题。

同时，WMN还具有成本低、扩展性好、易于管理等优点，是一种非常理想的新型网络架构。

二、无线定位技术的研究现状目前，常用的无线定位技术主要包括GPS定位、蓝牙（Bluetooth）定位、WiFi定位、NFC和 RFID等。

虽然这些技术已经发展成熟并适用于多种场景，但是在无线体域网环境下，它们也面临着一些困难和挑战。

2.1 GPS定位技术GPS（Global Positioning System）全球定位卫星系统是一种基于卫星信号的定位技术。

通过接收卫星信号，可以确定接收器的位置、速度和时间。

由于GPS技术基于卫星信号，对天线接收质量的要求较高，有室内定位难、信号干扰大等问题，所以在室内或者城市峡谷等环境下，GPS定位精度难以满足要求。

2.2 蓝牙定位技术蓝牙定位技术是一种利用蓝牙信号来实现定位的技术。

它基于蓝牙信号范围的距离和信号强度来计算设备的位置，具有定位精度高、成本低的优点。

但是它的覆盖范围有限，只适用于局域定位，无法满足大范围定位的需求。

2.3 WiFi定位技术WiFi定位技术是一种采用WiFi信号来实现室内定位的技术，其主要原理是通过手机等设备扫描周围的WiFi热点，再根据已知的WiFi热点位置和WiFi信号强度等信息计算设备的位置。

无线体域网（WBAN）中超宽带及可穿戴天线的研究无线体域网（WBAN）中超宽带及可穿戴天线的研究摘要：无线体域网（WBAN）是一种针对医疗和健康监测应用的无线通信技术，其能够实现对人体生理状态的实时监测和数据传输。

而超宽带（UWB）和可穿戴天线是WBAN中实现高速数据传输的重要技术之一。

本文将探讨WBAN中超宽带及可穿戴天线的研究进展和应用前景。

一、引言无线体域网（WBAN）作为一种新型的无线通信技术，已经成为医疗和健康监测领域的研究热点。

WBAN可以将多个传感器节点部署在人体附近，通过无线通信实现对人体各项生理指标的监测，如心率、体温、血氧等。

同时，WBAN还能够实时传输监测数据至医疗服务中心，为医护人员提供及时准确的数据支持。

二、超宽带技术在WBAN中的应用超宽带（UWB）技术指的是采用宽带和短脉冲的无线通信技术。

在WBAN中，UWB可以提供高速率和低能耗的数据传输。

UWB的工作频段位于3.1GHz到10.6GHz，可以实现较大带宽的数据传输。

同时，UWB的低能耗特性使其非常适合于WBAN系统中功耗有限的无线传感器节点。

三、可穿戴天线在WBAN中的应用可穿戴天线是指将天线技术与可穿戴设备相结合，用于无线通信。

WBAN中的可穿戴天线可以将传感器节点直接集成到人体服装或配饰中，实现对人体各项生理指标的监测。

相比传统的固定式天线，可穿戴天线能够更好地适应人体的运动和变化。

同时，可穿戴天线还可以减少WBAN系统中的电磁辐射对人体的影响。

四、超宽带及可穿戴天线联合应用超宽带技术和可穿戴天线在WBAN中可以实现更高的数据传输速率和更准确的监测结果。

通过将超宽带技术和可穿戴天线相结合，可以实现更广泛的应用场景，包括医疗监测、体育运动、老年关怀等。

五、研究进展和应用前景目前，超宽带及可穿戴天线在WBAN中的研究正在不断发展。

研究者们致力于优化超宽带技术的带宽利用率和功耗，提高可穿戴天线的稳定性和性能。

同时，WBAN的应用前景也非常广阔，将为医疗和健康监测领域带来巨大的发展机会。

体域网通信的关键技术探讨作者：钱兰美吴芳来源：《电脑知识与技术》2019年第13期摘要：分析体域网的3层网络架构。

针对体域网的通信协议IEEE802.15.4和IEEE802.15.6，分析通信中的时延、数据量、节点能耗和通信带宽等技术难点;进而，得出两类体域网通信优化的关键技术。

关键词：体域网;通信协议;通信优化中图分类号：TP393 ; ; ; ;文献标识码：A文章编号：1009-3044（2019）13-0052-02Abstract： This paper mainly analyzes the 3-layer network architecture for the body sensor network. Basing on the communication protocols of IEEE802.15.4 and IEEE802.15.6， the technical difficulties such as delay， data yield， node energy consumption and communication bandwidth are analysed. The key technologies for the communication optimization of two types of body senser network are obtained.Key words： body sensor network; communication protocol; communication optimization1 网络结构体域网融合了传感器技术、短距离无线通信技术、分布式信息处理技术[1]。

通过置于人体及其周围的传感器节点感知各种生理和环境参数，以无线方式发送至基站或移动单元，再经由蜂窝网络将数据发送至应用层实施远程监控。

体域网的3层通信架构如图1所示。

Research on Architecture of Body Area NetworkZilin LIU, Jianjun CHENG, Weidong RENZhangjiakou, Hebei Zhangjiakou Vocational College, China, 075000Abstract: This reality, wireless sensor networks based on a systematic in-depth analysis, and on the BAN and things, the further integration of the ubiquitous network for the network integration and collaboration tech-nology, for use of IP Multimedia Subsystem, a body of domain Network (BAN) network architecture, and body area network (BAN) need to address some of the key technologies. Presents a heterogeneous network environment in the lower body area network system, layered architecture and conceptual model of the body area network of the key technologies. The direction of applied research based technical information provided. Keywords: body area network (BAN); information fusion; IP multimedia subsystem (IMS); architecture体域网系统架构的研究刘子林，程建钧，任卫东张家口职业技术学院，河北张家口，中国，075000摘 要：本文结合实际，对基于无线传感器网络进行了系统深入的分析，并且对BAN与物联网、泛在网进一步融合进行了网络融合和协同技术研究，针对采用IP多媒体子系统，提出了一种体域网(BAN)网络架构，以及体域网(BAN)需要解决的一些关键技术。