带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统及方法；它主要由无线传感器网络和监控计算机组成，其中，无线传感器网络包括终端节点、路由节点和基站节点；基站节点通过串口或网络接口和监护计算机连接。根据不同的需求有三种不同的组网监护方法。本发明专利技术较好地解决老年人和慢性病人在家或社区内即可实时传送人体生理参数到医疗监护中心的问题；同时，增强的安全功能弥补了现有无线传感器网络医疗监护系统不能有效保护数据的缺陷，对重要生理数据在传输过程中采用高效的椭圆曲线加密算法加以保护，提高了系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗监护
，尤其涉及一种带安全机制的无线实时数字 化社区医疗保健监测系统及方法。
技术介绍
目前，医疗模式是以治疗为中心，患者到医院检查身体，有时身上连接很多医疗传感器导线，这些导线通向床边监控仪器，这样可采集到人体的ECG心 电信号、血压、体温、血氧饱和度等生理特征数据，这种检查方式除了容易造 成被测患者心理紧张影响数据精度外，同时对病人的日常生活也带来诸多不便。 针对大医院不堪重负，病人去医院看病花费贵和不方便等难题，基于社区医疗 和家庭保健的医疗模式正在兴起，网络化远程可佩戴监护设备的使用，大大方 便了患者，使得疾病早发现早治疗成为可能，人们的生活品质得到提高，因而 医疗模式也从治疗为主向预防为主转变。近年来，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSN)随着微电子技术、通信技术和计算机技术的发展已成为科学研究和工业界应用的热点， 它是21世纪的一项重要技术。WSN网络技术用于某一区域的信息感知和信息收 集，能很好地应用于家庭和社区医疗卫生健康监护领域。但是，在远程医疗监护系统设计和应用中，安全问题一直是制约WSN网络 技术广泛应用的关键。在医疗卫生健康领域，患者疾病和生理参数是非常隐私 的个人问题，不应被没有授权的团体和个人知道，更不能被一些有敌意的竞争 对手获知。但是，由于无线信号在空中传输，无法保证不让对手窃听到信号， 更有甚者，有些恶意对手对WSN进行主动攻击，造成数据被窜改、泄露或系统 瘫痪。传统密码体制有对称密码体制和公钥密码体制(或称非对称密码体制)两 种。对称密码算法具有快速、计算复杂度低等优点，但缺点是密钥管理能力弱， 它使得密钥分配和广播认证设计复杂化。而公钥加密算法对节点没有时间同歩 的要求，密钥管理相对简单，但总体计算复杂度相对较高，需要较多计算资源。目前已知常用于WSN的公钥加密算法为RSA算法和椭圆曲线加密算法(Elliptic Curve Cryptography,简称ECC算法)。ECC算法使用较短的密钥可以达到RSA算 法较长密码时同样的安全性，如160位的ECC算法加密效果可和1024位的RSA算法 相当。因此，ECC算法在运算速度和传输速度上具有较大的优势，尤其在诸如WSN 环境，传感器网络节点存储资源及计算速度都有限的情况下，ECC算法显得更为 适合，本专利技术采用高效的ECC算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种带安全机制的无线实时社 区医疗保健监测系统及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 一种带安全机制的无线实时 社区医疗保健监测系统，其特征在于，它主要由无线传感器网络和监控计算机 组成；其中，所述无线传感器网络包括终端节点、路由节点和基站节点；基站 节点通过串口或网络接口和监护计算机连接。进一步地，终端节点主要由无线模块、中央处理器模块、加密模块、电源 模块和传感模块组成。所述无线模块、加密模块、电源模块和传感模块均与中 央处理器模块相连，电源模块分别与无线模块和传感模块相连。中央处理器模 块带有一存储器；所述路由节点主要由无线模块、中央处理器模块和电源模块 组成。所述无线模块和中央处理器模块分别与电源模块相连，无线模块和中央 处理器模块通过总线相连。中央处理器模块带有一存储器；所述基站节点包括 一个用于无线收发数据的节点模块和一个用于计算机网络通信及数据存储的网 关处理模块。其中，节点模块主要由无线模块、第二中央处理器模块和电源模 块组成，无线模块和第二中央处理器模块分别与电源模块相连，无线模块和第 二中央处理器模块通过总线相连。网关处理模块主要由第一中央处理器模块和 以太网接口/串口组成，第一中央处理器模块和以太网接口/串口通过总线相连， 第一处理器模块与第二处理器模块通过总线相连，第一中央处理器模块与电源 模块相连。第一处理器模块与第二处理器模块均带有一存储器。进一步地，所述监护计算机为带解密模块和本地数据库的本地监护计算机。 基站节点通过串口或网络接口与本地监护计算机连接。进一步地，所述监护计算机为带解密模块和远程数据库的远程监护计算机。 基站节点通过串口或网络接口与远程监护计算机连接。进一步地，所述监护计算机为带解密模块和本地数据库的本地监护计算机和带解密模块和远程数据库的远程监护计算机；基站节点通过串口或网络接口 与本地监护计算机或远程监护计算机连接，本地监护计算机和远程监护计算机 通过有线相连。一种应用上述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统的监控方法， 该方法包括以下步骤(1) 终端节点选择一个随机数产生终端节点的私钥，该私钥安全保存在终端节 点的存储器中；(2) 利用椭圆曲线密码体制，终端节点根据刚生成的私钥再生成一个相应的公 钥；(3) 终端节点的传感模块采集生理数据，并将生理数据传送至存储器中；(4) 终端节点的加密模块对存储器中的生理数据利用椭圆曲线密码体制进行 加密处理；(5) 终端节点通过其无线模块信道发送终端节点公钥和加密后的数据包到基 站节点。如果终端节点不能直接与基站节点通信，可通过监护区域中其它 终端节点或者路由节点以多跳方式与基站节点通信；(6) 到达基站节点的大量数据临时存储在基站节点的存储器中；(7) 若监护计算机为带解密模块和本地数据库的本地监护计算机，基站节点通 过串口或网络接口将接收到的数据传送到本地监护计算机；本地监护计算 机利用基站节点私钥和终端节点公钥，对送达的加密数据进行解密处理； 本地监护计算机对经过解密后的数据的相关字段进行提取、分析和转换等 操作，并将转换后的数据存储在本地数据库中。本地监护计算机访问位于 本地监护计算机上的本地数据库，对数据进行监护、分析、统计和告警等 后台处理；(8) 若监护计算机为带解密模块和远程数据库的远程监护计算机，基站节点通 过串口或网络接口将接收到的数据传送到远程监护计算机；远程监护计算 机利用基站节点私钥和终端节点公钥，对送达的加密数据进行解密处理； 远程监护计算机对经过解密后的数据的相关字段进行提取、分析和转换等 操作，并将转换后的数据存储在远程数据库中。远程监护计算机访问位于 远程监护计算机上的远程数据库，对数据进行监护、分析、统计和告警等 后台处理；(9) 若监护计算机为带解密模块和本地数据库的本地监护计算机和带解密模 块和远程数据库的远程监护计算机，基站节点通过串口或网络接口将接收 到的数据传送到本地监护计算机；本地监护计算机利用基站节点私钥和终端节点公钥，对送达的加密数据进行解密处理；本地监护计算机对经过解 密后的数据的相关字段进行提取、分析和转换等操作，并将转换后的数据 存储在本地数据库中。本地监护计算机访问位于本地监护计算机上的本地 数据库，对数据进行监护、分析、统计和告警等后台处理。远程监护计算 机通过计算机网络访问本地数据库，进行远程数据库与本地数据库同步； 本地数据库将所有数据备份至远程数据库中；本地数据库只保存设定时间 段内的部分本地数据，这个时间段以外的其它数据保存在远程数据库。 本专利技术的有益效果是-1. 本专利技术利用无线多通道数据传输方式，使得人们在家或社区内就可以把人体 相关生理特征信号，通过WSN网络和计算机网络实时向本地或远程监护计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特征在于，它主要由无线传感器网络和监控计算机组成。其中，所述无线传感器网络包括终端节点、路由节点和基站节点。基站节点通过串口或网络接口和监护计算机连接。

【技术特征摘要】
1、一种带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特征在于，它主要由无线传感器网络和监控计算机组成。其中，所述无线传感器网络包括终端节点、路由节点和基站节点。基站节点通过串口或网络接口和监护计算机连接。2、 根据权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特征在于，所述终端节点主要由无线模块、中央处理器模块、加密模块、电 源模块和传感模块组成。所述无线模块、加密模块、电源模块和传感模块 均与中央处理器模块相连，电源模块分别与无线模块和传感模块相连。中 央处理器模块带有一存储器。3、 根据权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特 征在于，所述路由节点主要由无线模块、中央处理器模块和电源模块组成。 所述无线模块和中央处理器模块分别与电源模块相连，无线模块和中央处 理器模块通过总线相连。中央处理器模块带有一存储器。4、 根据权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特 征在于，所述基站节点包括一个用于无线收发数据的节点模块和一个用于 计算机网络通信及数据存储的网关处理模块。其中，节点模块主要由无线 模块、第二中央处理器模块和电源模块组成，无线模块和第二中央处理器 模块分别与电源模块相连，无线模块和第二中央处理器模块通过总线相 连。网关处理模块主要由第一中央处理器模块和以太网接口/串口组成， 第一中央处理器模块和以太网接口/串口通过总线相连，第一处理器模块 与第二处理器模块通过总线相连，第一中央处理器模块与电源模块相连。 第一处理器模块与第二处理器模块均带有一存储器。5、 根据权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特 征在于，所述监护计算机为带解密模块和本地数据库的本地监护计算机。 基站节点通过串口或网络接口与本地监护计算机连接。6、 根据权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特 征在于，所述监护计算机为带解密模块和远程数据库的远程监护计算机。 基站节点通过串口或网络接口与远程监护计算机连接。7、 根据权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统，其特 征在于，所述监护计算机为带解密模块和本地数据库的本地监护计算机和 带解密模块和远程数据库的远程监护计算机。基站节点通过串口或网络接口与本地监护计算机或远程监护计算机连接，本地监护计算机和远程监护 计算机通过有线相连。8、 一种应用权利要求1所述带安全机制的无线实时社区医疗保健监测系统的监控方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘巨龙，张道远，徐展翼，尤存钎，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]