无线人体局域网技术浅析

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BAN节点和标准

BAN节点设计的挑战包括：

外形尺寸体积和重量对BAN传感器尤为重要，因为它们直接影响患者的舒适性。节点面积和重量越小，它对患者活动的限制就越小。但是，它必须同其他要求一起进行权衡，例如：传感器信噪比、抗噪性能和无线通信链接天线的效率等。由于各大公司都在根据客户的应用进行BAN设计，因此用户友好和可靠性便成为增加用户接受度的重要因素。

功耗与流耗电池使用时间是BAN节点设计面临的一个巨大挑战。频繁更换电池或者充电，对穿戴式节点来说并不理想，对许多植入式节点而言更是不可接受的。传感器与通信忙闲度以及超级再生无线电接收器的使用，带来更长的工作时间，并实现了电池自主性。一些设计师正关注能源采集技术领域取得的许多新进展，想要通过这些技术延长其BAN产品的工作寿命。

可靠性在进行医疗器件和应用设计时，系统必须要能够提供足够高的数据准确性和可靠性。患者的安全程度取决于传感和无线传输层BAN系统的可重复性、准确性和可靠性。

安全性 BAN节点必须有足够的安全措施，以保护患者个人隐私和防止黑客入侵。

智能本地信号处理能力的大小，决定了智能程度的高低；所需信号处理算法的灵活程度，决定了网络节点的多少，以及采集信号的带宽。由于嵌入式微处理器的功耗不断降低，节点正变得越来越智能。

今天，我们可以使用多种无线连接标准来实施BAN技术，例如：蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、ANT或者低功耗蓝牙等。然而，这些无线连接标准制定之初并非为BAN技术应用而开发。

表1列出了一些标准的初始目标应用。有些标准的功耗过高，不能满足穿戴式BAN器件小于3mA的峰值功耗(耗电量)要求。但是，标准制定机构和行业组织已经实施了医疗专用计划，旨在满足这些BAN要求。

表1：无线连接标准的初始目标应用。

我们还可以使用各厂商提供的专有解决方案来实施BAN系统。这类系统通常都使用不同的工作频率(取决于各个国家)，且不可通用。另一方面，相比公共无线标准，专有解决方案允许BAN专为满足一些特定需求而定制，因而拥有更好的特性，例如低功耗等。

为了开发出一种适合BAN应用的低功耗器件优化型通信标准，IEEE于2007年成立了IEEE802.15工作组6(BAN)，目的是开发IEEE802.15.6标准。相比现有标准，IEEE802.15.6拥有许多优势：它侧重于短距离、低成本、低功耗和低实施复杂度。IEEE802.15.6标准对物理(PHY)层、媒体访问控制(MAC)协议和安全层进行了定义。

IEEE802.15.6架构

图2显示了IEEE802.15.6架构。它由一个PHY层和一个公共MAC及安全层组成。PHY层被分为三个频带，目的是满足医疗和消费类应用的不同数据速率要求：窄频带、超宽频带和人体通信频带。它的目标通信距离为3米，支持100kbps到1Mbps之间的各种数据速率，最大耗电量为3mA。MAC协议控制可访问该信道。

该标准还定义了三个安全等级：0级--非安全通信；1级--需身份认证；2级--同时需要身份认证和数据加密。

图2: IEEE802.15.6架构。