体域网系统架构的研究

Research on Architecture of Body Area Network

Zilin LIU, Jianjun CHENG, Weidong REN

Zhangjiakou, Hebei Zhangjiakou Vocational College, China, 075000

Abstract: 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。提出了一种在异构网络环境下体域网系统的分层架构和概念模型，分析了体域网的关键技术。为本方向的应用研究提供了技术性的资料。

关键词：体域网；信息融合；IP多媒体子系统；架构

1 引言

体域网(body area network,BAN)是基于无线传感网(wireless sensor network, WSN)的，是泛在网络的一个重要组成部分，由可植入人体内的传感器、可穿戴在身体上的传感器以及分布在人体周围的传感器，个人终端设备、和网络通信设备等组成的通信网络，主要通过收集、传送以及分析处理人体的生理数据和环境数据，实现智能感知和远程监控等功能。体域网(BAN)在远程诊断、医疗保健、社区医疗以及特殊人群监护等领域的应用有着十分重要的意义和巨大的需求，可以帮助解决由世界老龄化人口不断增加引起的医疗资源相对不足，贫困地区医疗条件差，看病贵、看病难等问题，并日渐成为研究和应用的热点。体域网(BAN)除了应用于医疗保健、特殊人群监护和健康恢复等方面外，还可广泛地应用于电子信息、娱乐业，体育运动、环境智能、军事安全和社会公共等领域。

目前，体域网(BAN)正处于研究的初期阶段，研究的主要内容主要集中在以下几个方面：BAN系统架构和服务平台研究；用于减少数据冗余、快速获取特征数据和决策的数据融合方面的研究，包括轻量级数据融合算法的设计与实现[4]和生理数据的实时处理等；上下文感知及监控研究；BAN安全体系及安全技术研究以及生物传感器设计等。

随着芯片制造、无线宽带、射频识别、信息传感及网络业务等信息通信技术(ICT)的发展，信息网络将会更加全面深入地融合人与人、人与物乃至物与物之间的现实物理空间与抽象信息空间，并向无所不在的泛在网络(ubiquitous network)方向演进。在任何地点、任何时间、以任何方式为用户提供普适服务成为泛在网的重要特征。作为泛在网的一个重要分支，实现网络的无缝连接，提供可移动、上下文感知、智能化和个性化服务是BAN发展的必然趋势。

目前，在通信网和互联网的基础上实现跨网络、跨应用的高度协同和融合，是构建泛在网的主要技术，并在多个国际网络和通信组织内达成了共识。下一代网络(next generation network, NGN)基于IP协议，支持多业务、多协议和多种接入方式，能够实现业务与传送分离，控制功能独立，接口开放和服务质量(QoS)保证，使用户在任何位置、任何时候、使用任何终端都可以得到完美的通信体验。IP多媒体子系统(IP

The 2nd Asia-Pacific Conference on Information Theory (APCIT2011)

978-1-935068-75-4 © 2011 SciRes.

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multimedia subsystem, IMS)是3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统，是下一代网络的核心架构。其核心是采用SIP协议实现网络融合，并提出了一种网络融合的基础架构，这种架构实现了用户数据、业务逻辑、控制、承载和接入的分离。本文基于网络融合和协同技术，采用IP多媒体子系统，提出了一种体域网(BAN)系统架构，并对该架构中采用的关键技术进行了分析。

2 系统架构

由于体域网(BAN)是基于现有网络的，所以其网络架构仍然遵循传统的分层结构。本文提出的体域网(BAN)系统架构如图1所示，分为设备层、接入层、承载层、控制层和应用层五个层次。设备层是整个体域网(BAN)的基础，负责人体生理数据和环境数据的采集、数据处理、转发和设备控制功能。接入层主要由接入网关、无线接入点和基站节点组成，负责设备层设备的信息汇聚，协议转换以及异构网络接入等功能。承载网络实现接入层和控制层之间的信息传输，包括局域网、企业网、互联网和移动通信网络等。控制层是体域网(BAN)的核心层，由数据库服务器、应用服务器以及控制设备构成，负责数据融合、转换、分析以及应用层的服务呈现和事件的触发等，同时具有对部分终端设备控制功能。应用层为用户提供了体域网(BAN)的多种应用接口。

2.1 设备层

设备层主要由传感器、网关和终端设备组成。BAN中的传感器主要用来检测和传送人的生理数据和环境数据信息，通常分为三类：一是可植入人体的传感器，包括可吸入的传感器和可植入的生物传感器等；二是可穿戴在身体上的传感器，如葡萄糖传感器、血氧饱和度传感器和温度传感器等；三是分布在人体周围的传感器，用来识别人体的活动以及感知周围的环境。传感器、网关、终端(手机、智能手机、PDA、笔记本电脑及PC等)及其他设备构成了一个无线传感器网络(WBSN)，可看作是一个传感器节点。传感器通过UWB

或IEEE802.15.6等协议与网关连接，并将信息传送给网关。网关使用蓝牙或Zigbee协议，再将信息转发给终端。终端对接收到得信息进行轻量级的汇聚融合和过滤。另外，终端提供异构网络融合及协同技术，实现终端的无缝接入。

Figure 1. Architecture of BAN

图1. BAN的结构

2.1.1 体域网(BAN)终端

体域网(BAN)支持所有类型的用户终端，包括手机、智能手机、PAD、笔记本电脑以及PC等。同一终端可以使用多种接入方式接入网络。首先，BAN终端必须满足泛在网络的“4A”的通信要求，具有多模化和多样化的特征。其次，BAN终端还应具有高度的智能化，具有自我感知、自适应和自组织等功能。本文设计了一种IMS终端的体系结构，如图2所示。

Figure 2. BAN station architecture

图2. BAN体系结构

2.1.2 终端协同技术

体域网(BAN)采用终端协同技术，充分利用用户的各种终端和网络资源，真正实现泛在和异构融合。终端协同包括同一用户多个终端设备之间的自组织组网以及它们之间通过无线接口实现自组织组网的协同，并统一管理，实现分布式计算，并根据终端能力、用户偏好、业务特性、位置等因素，实现终端能力组件的动态发现、选择、聚合和适配，协同完成对同一业务的支持。使用终端协同技术可以实现分布式数据融合任务，减少数据传输量和提高识别精度。另外，协同技术也可以为用户和终端提供了多样化的接入方式和服务提供方式。

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