体域网系统架构、关键技术与应用

   无线体域网对于实现医疗信息数字化、诊疗过程实时化、医疗流程科学化、服务沟通人性化意义重大，能够满足医疗健康信息、公共卫生安全的智能化管理与监控等方面的需求，有利于促进个体与医务人员、医疗机构、医疗设备间的互动。本书深入探讨了体域网的系统架构和关键技术，介绍了各类生命体征参数的检测方法，提出了近体信道建模及天线方案，讨论了体域网预处理集成电路和数字基带芯片的设计方法，分析了可穿戴体征参数感测节点电路结构，详细描述了应用示范案例。
本书可为从事智慧健康方面的科研人员提供科学指导,也可为物联网、集成电路设计的本科生及研究生,以及人工智能等生产实践人员提供参考。

第1章体域网体系结构1
1.1医疗物联网服务需求1
1.1.1医疗物联网的概念2
1.1.2医疗物联网的服务模式3
1.2无线体域网系统构架5
1.2.1无线传感器网络概述5
1.2.2无线体域网概述8
1.2.3体域网的研究现状10
1.3无线体域网技术需求11
1.3.1传感器节点11
1.3.2可靠通信11
1.3.3生物相容性12
1.3.4生理信号检测12
1.3.5数据融合12
1.3.6安全性和私密性13
参考文献13
第2章生命体征信息感测与处理方案15
2.1体温感测技术15
2.2心电信息处理与分析方法16
2.2.1心电信号感知理论基础16
2.2.2心电信号预处理18
2.2.3心电信号波群定位22
2.2.4心率变异性分析31
2.3血氧信息感测技术34
2.3.1血氧信号感知理论基础34
2.3.2检测步骤39
2.3.3血氧饱和度的计算40
2.4血压信息解析方法48
2.4.1血压信号感知理论基础48
2.4.2血压信号处理与计算51
2.5计步与跌倒检测54
2.5.1加速度传感器基础原理54
2.5.2步数计算方法55
2.5.3跌倒检测方法60
参考文献64
第3章体域网信道建模与天线设计65
3.1体内与体外信道建模65
3.1.1路径损耗信道模型67
3.1.2多径衰落信道模型68
3.2人体模型与比吸收率71
3.2.1身体组织建模71
3.2.2比吸收率计算与分析78
3.3体域网窄带天线设计84
3.3.1天线结构设计84
3.3.2天线优化设计88
3.3.3仿真与测试分析90
参考文献92
第4章体域网物理层设计93
4.1总体方案93
4.1.1基带发/收端模型94
4.1.2射频发/收端架构95
4.2基带发射端设计95
4.2.1数据组帧95
4.2.2信道编码98
4.2.3扩频、交织和扰码101
4.2.4信号调制103
4.2.5成型滤波106
4.3基带接收端设计109
4.3.1匹配滤波109
4.3.2分组检测112
4.3.3符号同步118
4.3.4载波频率同步120
参考文献123
第5章体域网介质接入层设计125
5.1超帧结构设计125
5.2介质接入机制126
5.2.1冲突避免的载波监听方法126
5.2.2时隙Aloha方法127
5.2.3时分多址接入方法128
5.2.4MAC协议对网络性能的影响129
5.3介质接入机制建模130
5.3.1Aloha接入机制模型130
5.3.2CSMA接入机制模型133
5.3.3TDMA接入机制模型134
5.3.4仿真与分析135
5.4MAC层保护时间136
5.4.1分布式保护时间136
5.4.2集中式保护时间137
5.5自适应调整保护时间的MAC协议的设计138
5.5.1超帧结构模型138
5.5.2自适应保护时间设计139
5.5.3时间漂移140
5.6MAC协议的性能仿真142
5.6.1参数设置142
5.6.2能耗仿真143
5.7传感器节点组网方法146
5.7.1网络拓扑结构146
5.7.2组网机制与实现146
5.8多系统共存方案148
5.9加密与认证149
5.9.1数据加密与密钥动态刷新方案设计150
5.9.2加密结果与分析154
参考文献157
第6章体征信号预处理芯片设计158
6.1采集与放大模块158
6.1.1前级放大器159
6.1.2滤波电路163
6.1.3后级放大电路164
6.2ADC采样模块166
6.2.1SARADC的工作原理166
6.2.2SARADC的性能指标168
6.2.3SARADC的误差因素分析171
6.3带隙基准电源设计174
6.3.1一阶带隙基准电压源原理及性能参数175
6.3.2高阶BGR电路设计177
6.3.3仿真及性能分析185
参考文献187
第7章生命体征参数感测节点189
7.1节点方案设计189
7.2体温节点191
7.2.1CC2530+MSP430双MCU方案的选择191
7.2.2无线通信模块191
7.2.3数据处理模块电路设计192
7.2.4体温采集模块电路设计194
7.3心电节点196
7.4血氧节点198
7.5血压节点200
7.5.1血压测量原理200
7.5.2血压测量节点硬件框图201
参考文献204
第8章基于体域网的远程健康监护应用205
8.1总体方案设计205
8.2HRV远程健康监护系统206
8.2.1时域参数计算206
8.2.2频域参数计算207
8.2.3非线性参数计算207
8.2.4实验结果与分析208
8.2.5精神压力评估209
8.3客户端开发214
8.3.1体征参数监测模块215
8.3.2网络通信模块220
8.4远程服务端开发221
8.4.1服务端总体方案221
8.4.2包和类的设计222
8.4.3WEB交互模块223
8.4.4HRV分析模块225
8.4.5数据服务模块226
8.4.6医生监护模块228
8.5系统测试及结果分析231
8.5.1软件功能测试231
8.5.2算法准确性测试232
8.5.3软件实时性测试235
8.5.4软件兼容性测试237
8.5.5服务器端测试237
参考文献244