Апаратне забезпечення сенсорних мереж

 

Сенсор – це пристрій, який перетворює зміну фізичної величини на об’єкті у певний сигнал для користувача. Лише сенсори можуть надавати об’єктивну інформацію на підґрунті якої можливо передбачувати і виконувати необхідні дії по експлуатації, керуванню і іншим діям, які необхідно виконувати користувачу. В загальному випадку найпростіший сенсор складається з чутливого елементу (датчика), селектору, підсилювача сигналу і сигналізатора.

Сучасні сенсори, які використовуються в телемедицині, є досить складними активними пристроями і мають назву – інтелектуальні сенсори. Таки інтелектуальні сенсори можуть мати в своєму складі мікрокомп’ютер, завдяки чому можуть виконувати досить складну обробку інформації, накопичувати і систематизувати отриману інформацію, а також підтримувати двосторонній зв'язок з зовнішнім середовищем (лікарняні заклади, лікарі тощо), змінювати режими роботи відповідно до результатів обробки інформації й сигналів, які приймаються від зовнішнього середовища, виконувати інші допоміжні функції.

Класифікувати сенсори пропонується [ ] за фізичною природою первісних інформаційних сигналів, як показано на рис. 1.3

Класифікація сенсорів за фізичною природою первісних сигналів

Механічні сенсори

Комбіновані сенсори

Оптичні сенсори

Електричні сенсори

Електромагнітні сенсори

Електрохімічні сенсори

Електромагнітні сенсори

Акустичні сенсори

 

Рисунок 1.3 – Класифікація сенсорів

 

При використанні сенсорів у телемедицині передбачається, що сенсори будуть встановлюватися безпосередньо на пацієнті (хворому), тому вони повинні мати досить невеликі розміри (не більш 1см³) і мати зв'язок з зовнішнім середовищем за допомогою безпроводових технологій. Загалом вимоги, що визначають архітектуру сенсора, сьогодні, можливо сформулювати таким чином:

· Тактова частота центрального процесора сенсора – не менше ніж 20 МГц;

· Об’єм оперативної пам’яті – менше 4 Кбайт;

· Швидкість передавання інформації – не менше 20 кбіт/с;

· Оптимізація операційної системи (ОС) з урахуванням архітектури сенсора. Зараз використовується ОС TinyOS, як дозволяє керувати сенсорами різних виробників;

· Мережна взаємодія сенсорів. Ця вимога визначає роботу сенсорів у мережі з урахуванням низької продуктивності центрального процесора, недостатньої ємності джерела живлення та неможливості використовувати стандартні протоколи ІР-мереж.

Загальна структура сенсора показана на рис. 1.4

Джерело живлення

Сенсор

Запам’ятовувальний пристрій

Центральний процесор

П/система отримання даних

П/система зв’язку

Радіотехнології

Операційна система й програмне забезпечення

П/система обробки даних

 

 

Рисунок 1.4 – Загальна структура сенсора

 

Саме з допомогою таких сенсорів й буде виконуватися постійний моніторинг стану пацієнта, для чого сенсори будуть розміщуватися на тілі пацієнта й об’єднуватися у сенсорну мережу. Загалом сенсорна мережа будується за тими ж принципами, що й будь-яка інша телекомунікаційна мережа.

Інші пристрої, які також повинні входити до складу сенсорної мережі визначаються, в значній мірі, її архітектурою. В загальному випадку типовий вузол сенсорної мережі може бути представлений такими пристроями:

– мережний координатор (FFD — Fully Function Device);

– пристрій з повним набором функцій (FFD — Fully Function Device);

– пристрій з скороченим набором функцій (RFD — Reduced Function Device).

Кожен з цих пристроїв має власне функціональне призначення і буде розглянутий у наступних лекціях.