اقرأ في هذا المقال
في عالم اليوم للاتصال اللاسلكي تطبيق رئيسي في مشاركة المعلومات في أي مكان وفي أي وقت ويمكن استخدام الشبكات اللاسلكية على شكل (WLAN) أو (Wi-Fi) في مجالات مختلفة، مثل التعليم والرعاية الصحية والقطاع الصناعي، ومع نمو التكنولوجيا يتزايد مطالب المستخدمين وكذلك الطلب على الشبكات في كل مكان، ويسمح (WBAN) للمستخدم بنقل آخر دون الحاجة إلى تقييد كابل لمشاركة المعلومات.
أساسيات شبكة WBAN
مصطلح شبكة منطقة الجسم اللاسلكية صاغه فان دام في عام 2001م وإنّها في الأساس شبكة تحتوي على عقد استشعار متصلة بجسم الإنسان، وتستخدم لقياس الإشارات الحيوية أي معدل ضربات القلب وضغط الدم وإشارات الدماغ للإنسان ولديها غالبية التطبيقات في القطاع الطبي، بحيث يكون الاتصال في شبكات مستشعرات الجسم من نوعين:
- التواصل داخل الجسم.
- التواصل على الجسم.
تم تصميم WBAN بجهاز استشعار لأغراض خاصة يمكنه الاتصال بشكل مستقل بأجهزة استشعار وأجهزة مختلفة موجودة داخل وخارج جسم الإنسان وعقدة التنسيق تتصل عقد المستشعر بالكامل مباشرةً مع عقدة تنسيق تُعرف باسم وحدة التحكم المركزية (CCU)، وتتحمل (CCU) مسؤولية جمع المعلومات من عقد الاستشعار وتقديمها إلى القسم التالي.
لا توجد تقنية لاسلكية ثابتة لاستهداف (WBAN) وباستثناء معيار الشبكة الخلوية تتوفر جميع هذه التقنيات بشكل شائع للاتصال قصير المدى، وتُعد (WMTS) والنطاق العريض للغاية تقنية أخرى يمكن استخدامها لنظام مراقبة الجسم لأنها تعمل بقدرة إرسال منخفضة.
وفي اتصال (WBAN) يمكن أن تكون العقدة المتنقلة بوابة إلى محطة بعيدة لإرسال رسائل الجوال إلى شبكة خلوية باستخدام GSM / 3G / 4G، كما يمكن أن يكون جهاز التوجيه أو جهاز الكمبيوتر عقدة بعيدة للاتصال عبر البريد الإلكتروني أو خدمة أخرى باستخدام (Ethernet).
على مدى السنوات الماضية تم التعرف على اهتمام متزايد في مجال الاتصالات اللاسلكية لتطوير نظام مراقبة لمراقبة أنشطة الأعضاء الحيوية البشرية عن بعد، وشبكة منطقة الجسم اللاسلكية (WBAN) هي شبكة توفر مراقبة مستمرة فوق أو داخل جسم الإنسان لفترة طويلة، ويمكن أن تدعم نقل حركة المرور في الوقت الفعلي مثل البيانات والصوت والفيديو لمراقبة حالة وظائف الأعضاء الحيوية.
ملاحظة:الاتصال داخل الجسم، هو الاتصال بين عقد الاستشعار المزروعة داخل جسم الإنسان ويمكن استخدام الاتصال نظام اتصالات الغرسة الطبية (MICS) فقط للتواصل داخل الجسم، ويحدث الاتصال على الجسم بين الأجهزة القابلة للارتداء والتي تتكون من عقد استشعار، ولا يمكن استخدام نطاق (ISM) واتصالات النطاق العريض للغاية (UWB) إلّا للتواصل على الجسم.
ملاحظة:“WLAN” هي اختصار لـ “wireless local area network” و”WBAN” هي اختصار لـ “Wireless Body Area Network”.
ملاحظة:“UWB” هي اختصار لـ “Ultra wideband” و”ISM” هي اختصار لـ “Industrial, scientific and medical networks”.
ملاحظة:“GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile Communications” و”CCU” هي اختصار لـ “center console unit”.
ملاحظة:“WMTS” هي اختصار لـ “Wireless Medical Telemetry Service” و”MICS” هي اختصار لـ “Medical Implant Communications Service”.
متطلبات شبكة WBAN
- استهلاك منخفض للطاقة.
- التوافقية.
- الشفاء الذاتي.
- الحماية.
- القليل من الكمون.
بنية شبكة WBAN:
1- جزء WBAN
يحتوي على عدد من عقد الاستشعار الرخيصة ومنخفضة الطاقة، والتي يمكن استخدامها للمراقبة المستمرة لمعدل ضربات القلب وتخطيط القلب وضغط الدم، وكونها لاسلكية بطبيعتها فإنّ هذا لا يحد من تنقل الشخص للتقييم المستمر، ومن ثم يتم استخدام (WBAN) في أنظمة الرعاية الصحية لمراقبة المرضى.
2- وحدة التحكم المركزية CCU
توفر جميع عقد أجهزة الاستشعار مخرجاتها إلى عقدة تنسيق مركزية موجودة في وحدة التحكم المركزية، وتستقبل وحدة (CCU) الإشارات من العقد وتنقلها إلى القسم التالي لمراقبة جسم الإنسان.
3- اتصالات WBAN
يتلقى المعلومات من (CCU) ويعمل كبوابة لنقل المعلومات إلى الوجهة، وعلى سبيل المثال العقدة المتنقلة هي بوابة إلى محطة بعيدة لإرسال رسالة إلى الشبكة الخلوية باستخدام GSM / 3G / 4G.
الجيل الثالث
4- مركز التحكم
مركز التحكم: هي مسؤولة عن تخزين معلومات المستخدم التي يمكن استخدامها في المستقبل أو لغرض المراقبة، وهو يتألف من أجهزة العقد الطرفية مثل الهواتف المحمولة للرسائل وأنظمة الكمبيوتر للمراقبة والخادم لتخزين المعلومات في قاعدة البيانات.
تطبيقات شبكة WBAN
1- التطبيقات الطبية:
- مراقبة الرعاية الصحية عن بعد، يتم وضع أجهزة استشعار على جسم المريض لمراقبة معدل ضربات القلب وضغط الدم وتخطيط القلب.
- التطبيب عن بعد، يقدم خدمات الرعاية الصحية لمسافات طويلة بمساعدة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات.
2- التطبيقات غير الطبية:
- الرياضة، يمكن استخدام المستشعرات لقياس الملاحة والمؤقت والمسافة ومعدل النبض ودرجة حرارة الجسم.
- العسكري، يمكن استخدامه للتواصل بين الجنود وإرسال معلومات حول الهجوم أو التراجع أو الركض إلى قائد قاعدتهم.
- أسلوب الحياة والترفيه، مشغل موسيقى لاسلكي وإجراء مكالمات فيديو.
معايير وتقنيات WBAN
نظراً لأن (WBAN) عبارة عن شبكات لاسلكية قصيرة المدى، فيمكن استخدام أنواع مختلفة من التقنيات اللاسلكية قصيرة المدى في مراحل مختلفة:
1- البلوتوث
البلوتوث (Bluetooth): هي معيار (IEEE 802.15.1) المعروف باسم (WPAN)، وتم تصميم تقنية (Bluetooth) كمعيار للاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى، ومن المتوقع أن تشكل شبكة ذات أمان واستهلاك منخفض للطاقة، كما تشكل شبكة (Bluetooth) النموذجية (Piconet)، حيث يعمل جهاز (Bluetooth) كجهاز رئيسي وسبعة أجهزة (Bluetooth) أخرى.
العمل كفروع ممّا يعطي كل جهاز للتواصل مع بعضهم البعض في وقت واحد، ويمكن تشكيل نوع آخر من شبكات (Bluetooth) باستخدام أكثر من (Piconet) تُعرف باسم (Scatternet)، وفي (Scatternet) تنضم عقدة (Piconet) ويمكن أن تكون رئيساً أو فرعاً كفرع في (Piconet) آخر.
وعلى الرغم من أنّ بروتوكول (Bluetooth) الأساسي لا يدعم الترحيل ولكن من الممكن دمج العديد من (Piconet) معاً في (Scatternet) كبير، وتوسيع الحجم المادي للشبكة خارج النطاق المحدود لـ (Bluetooth) باستخدام الطريقة المتبعة، بحيث تعمل أجهزة البلوتوث في نطاق (2.4 جيجاهرتز ISM) وباستخدام قفز التردد بين القنوات بـ (1 ميجاهرتز) بمعدل اسمي يبلغ (1600 قفزة / ثانية) لتجنب التداخل.
وهي مصنفة بثلاث فئات من الأجهزة مع تغطية تتراوح من (1 متر) إلى (100 متر) وقوى نقل مختلفة تتراوح من (1 ميجاوات) إلى (100 ميجاوات) بمعدل بيانات (3 ميجابايت في الثانية)، والميزة الرئيسية لـ (Bluetooth) هي أنّه يمكن لجميع أجهزة (Bluetooth) الاتصال ببعضها البعض في حالة (NLOS)، وتُعد تقنية (Bluetooth) مناسبة لتطبيقات نقل البيانات لمسافات قصيرة مثل بين خوادم (WBAN) أو بين (WBAN) وجهاز كمبيوتر شخصي.
- “NLOS” هي اختصار لـ “Non-Line Of Sight”.
2- تقنية ZigBee
تقنية (ZigBee): هو أحد حلول (IEEE 802.15.4) القياسية للاتصالات اللاسلكية المصممة لأجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم ومناسبة للاستخدام في الظروف القاسية أو المعزولة، وهي واحدة من أكبر مزايا شبكة (ZigBee) هي استهلاكها المنخفض للطاقة.
والهيكل النموذجي لشبكة (ZigBee) يتكون من ثلاثة أنواع من الأجهزة أو العقد مثل المنسق وجهاز التوجيه والجهاز النهائي، ويوجد منسق واحد في كل شبكة من شبكات (ZigBee) ويبدأ الشبكة ويتعامل مع وظائف الإدارة بالإضافة إلى وظائف توجيه البيانات، والأجهزة الطرفية هي أجهزة تعمل بالبطارية بسبب استهلاكها المنخفض للطاقة، وإنّهم في وضع الاستعداد معظم الوقت ويصبحون نشطين لجمع البيانات ونقلها.
