پیشرفتهای جدید در زمینههای مدار های مجتمع، ارتباط بیسیم، تکنولوژیهای نیمههادی و علم کوچک سازی[1] باعث رشد شبکه حسگر در کاربرد وسیعی از جمله پزشکی و سازمان بهداشت و درمان شده است. از طرفی دیگر افزایش بیماریها و هزینههای درمانی ناشی از آن سبب پیدایش تکنیکهایی برای حل این مشکلات شده است. یکی از این تکنیکها به کارگیری شبکههای بیسیم بدنی میباشد. انتظار میرودWBAN انقلابی در نظارتهای سلامتی انسانها به وجود آورد. اما این تکنولوژی در مراحل اولیه توسعه خود قرار دارد. در این سمینار خلاصهای از شبکههای بدنی بیسیم ارائه شده است که شامل کاربردها، مزایا و معماری WBAN میباشد. سپس امنیت در شبکههای بدنی بیسیم که شامل سه مرحله رمزنگاری، احراز هویت و تشخیص صحیح خطای انتقال را بیان کرده و تهدیدات امنیتی و انواع حملات درWBAN بررسی میشوند و چالشهای موجود در WBAN مورد مطالعه قرار میگیرد. علاوه بر آن استانداردهای 802.15.6 که برای شبکههای WBAN به کار میرود، مورد مرور و دو قسمت اصلی آن شامل لایه فیزیکی، لایه دسترسی کنترل رسانه(MAC)[2] مورد بحث قرار میگیرد. از جمله نتایج این تحقیق این است که ما مشاهده کردیم این است که با وجود اینکه توپولوژی ستاره به طور طبیعی برای این شبکهها به کار میرود نشان داده شد که این توپولوژی از لحاظ مصرف انرژی و برقراری ارتباط مطمئن چندان کارا نیست و در عوض توپولوژی چند پرشی عملکرد بهتری دارد . کلمات کلیدی:WBAN، شبکه های بدنی بیسیم، حسگر، 802.15.6 فهرست مطالب1.3. اجزاء سخت افزاری.. 42.3. محدودیتهای سختافزاری یک گره حسگر.. 53.3. انواع حسگرهای بدنی.. 61.4. زیر ساخت WBAN.. 72.4. معماری سه لایهای سیستم نظارت بر سلامتی بیمار.. 91.2.4. معماری ارتباطات داخلBAN.. 102.2.4. معماری ارتباط بین BAN.. 133.2.4. ارتباط فراتر از BAN.. 151.5. نیازمندیهای امنیتی.. 162.5. تهدیدات امنیتی.. 173.5. انواع حملات در WBAN.. 181.3.5. حمله ارسال انتخابی.. 182.3.5. حمله حفره.. 193.3.5 حمله سایبل.. 194.3.5 حمله تهدید مکان بیمار.. 205.3.5 حمله رهگیری فعالیت.. 206.3.5. حمله انکار سرویس.. 204.5. مکانیسمهای امنیتی.. 201.6. مشخصات لایه فیزیکی.. 231.1.6 NB 232.1.6 UWB.. 243.1.6 HBC.. 252.6. زیر لایه کنترل دسترسی رسانه(MAC).. 261.2.6 Beacon mod with super frame. 262.2.6 non-Beacon mode with super frame. 271.7. بهبود طراحی حسگر.. 272.7. مجتمع شدن با سیستم درمانی.. 273.7. امنیت و قابلیت اطمینان اطلاعات.. 274.7. کیفیت سرویس(QoS).. 285.7. مصرف انرژی.. 281.8. بهبود طول عمر باتری.. 292.8. پایین آوردن مصرف انرژی.. 293.8. مزاحم نبودن سنسورها.. 294.8. سیستمهای بهداشت و درمان پیشگیرانه.. 295.8. مسیریابی.. 30 1.مقدمه:امروزهبحث سيستمهايكنترلونظارتازراهدور یكيازمباحثپرچالشدر زمينهعلومالكترونيكوكامپيوتر ميباشد.لذا تحقيقاتدرهرزمانيبهدنبال راهحليميباشدتاشرايطخاصوانتظاراتمدنظرراپاسخدهد؛در شرايط و كيفيت كاري يكسانهرچهنسبت هزينهبهكارائيپائينترباشد،همان قدر محبوبيتآنشيوهبالاترخواهدرفت. برايآگاهيازتغييرات محيطاطرافويا وضعيتهرمجموعهنيازمند يكسريتجهيزاتيهستيمكهبعنوانحسگر[3] شناختهميشوندو اينهاتغييراتمدنظر(تغييراتفيزيكي ياشيميائي) رادرقالبيكپاسخ، بهمنظور اندازهگيريميزان تغييرات و ياوجودآن،ارائه ميدهند.پسازجمعآورياطلاعات موردنياز ميتوانسايرعملياترابراساسپاسخارائهشده انجامداد.پيشرفتهاي اخيردر زمينهالكترونيكومخابراتبيسيمباعثشدهبتوانيمگرههايحسگرچندكاره، باتوانمصرفي پایينوهزينهكمداشتهباشيمكهازنظراندازهخيليكوچكهستندوبرايمسافتهاي كوتاهميتوانندباهمارتباطبرقرار كنند.اينگرههايحسگركوچكطبقنظريه شبكههايحسگر،دارايتجهيزاتحسكردن،پردازشدادههاومخابرهآنها وهمچنين منابعانرژي ميباشند. تفاوتاصليشبكههايحسگرباسايرشبكههادرماهيت داده–محور وهمچنينمنابعانرژيو پردازشيبسيارمحدوددرآنهاستكهموجبشدهتا روشهايمطرحشدهجهتانتقالدادههادرسايرشبكههاوحتي شبكههاييكهتاحدزياديساختاريمشابهشبكههايحسگردارند(مانندشبكههايموردي)،دراينشبكههاقابلاستفاده نباشند. روندتوسعهاينشبكههادرحدياستكهمطمئنااينشبكههادرآيندهنزديك،نقشمهميرادرزندگيروزمرهما ايفاخواهندكرد.از جملهكاربردهاييكهدرحالحاضربرايشبكهحسگرمطرحمیشود در زمینه پزشکی میباشد. با تولید حسگرهایی با توانایی اندازهگیری دقیق و سریع علائم حیاتی بدن، میتوان انتظار استفاده بیش از پیش شبکههای حسگر بیسیم برای ارائه بهتر خدمات درمانی به بیماران و آسیبدیدگان در سوانح مختلف را داشت. تلاشهای کنونی در جهت نیل به سیستمی است که به صورت خودکار علائم حیاط بدن را اندازهگیری کرده و در صورت لزوم آن را به پزشک ارائه دهد که اینگونه از سیستمها به نام سیستمهای نظارت بر سلامت بیمار [4] شناخته میشوند.با توجه به نرخ رشد جمعیت سالمندان(افراد 65 ساله و بالاتر) و محدودیت مالی منابع، سیستم های مراقبت بهداشت فعلی با چالش های جدید روبرو هستند. با توجه به آمار ایالت متحده آمریکا تعداد افراد مسن آمریکا (65-85 ساله) از 35 میلیون به 70 میلیون نفر در سال 2025 پیشبینی شده است. این روند نشان می دهد که جمعیت سالمندان جهان به دو برابر (از 375میلیون نفردر سال 1990 به761میلیون در سال 2025 ) خواهد رسید. علاوه براین، هزینه های مراقبتهای بهداشتی به طور کلی در ایالات متحده 8/1تریلیون دلار در سال 2004 بوده،و این عدد در سال 2020 به سه برابر پیشبینی شده است. این بحران قریبالوقوع، پژوهشگران، صنعتگران، واقتصاددانان را نسبت به پیدا کردن راه حل مطلوب وسریع در حوزه سلامت جذب کرده است]1[. پیشرفت های جدید در زمینههای مدار های مجتمع، ارتباط بی سیم، تکنولوژی های نیمه هادی و علم کوچک سازی باعث رشد شبکه حسگر در کاربرد وسیعی از جمله پزشکی و سازمان بهداشت و درمان شده است]2[. از طرفی دیگر افزایش بیماری ها و هزینههای درمانی ناشی از آن سبب پیدایش تکنیکهایی برای حل این مشکلات شده است. یکی از این تکنیک ها به کارگیری شبکه های بی سیم بدنی می باشد]3 [. WBANشامل چندین حسگر کوچک الکترونیکی است که به انسان متصل هستند و به طور خاص به مشکلاتی مانند فشار خون، قند خون، جنبش اندام و... نظارت میکنند و به یک هماهنگ کننده میفرستند. این سنسورهای کوچک اطلاعات مربوط به سلامتی را جمع آوری کرده و با پزشکان یا سرورهای پزشکی ارتباط برقرار کرده، به طوری که آنها می توانند پارامترهای سلامتی بیمار را تجزیه و تحلیل کنند و مورد نظارت قرار دهند]4[.توسعه تکنولوژی WBAN از سال 1995 شروع شد و ایده آن از WPAN(شبکههای بیسیم شخصی ناحیهای) تکنولوژی در نزدیکی و اطراف بدن انسان گرفته شده است. حدود شش سال بعد، اصطلاح (BAN)[5] اشاره به سیستمی که به طور کامل در داخل و روی بدن انسان در قرار دارد به وجود آمد]5 [. 2.کاردبردها و مزایای WBANکاربردهای WBAN به دو دسته کلی پزشکی و غیر پزشکی تقسیم میشوند که در شکل 1 نشان داده شده است]6[. کاربردهای پزشکی شامل جمعآوری اطلاعات حیاتی بیمار به طور پیوسته و ارسال آن به ایستگاههای راه دور برای تحلیل بیشتر است. این حجم زیاد از اطلاعات بیمار میتواند در جلوگیری از احتمال حملات قلبی، همچنین مراقبت در برابر بیماریهای خطرناکی مثل سرطان ، آسم، اختلالات اعصاب و... موثر باشد. موارد متعددی از به کارگیری WBAN برای تشخیص و درمان بیماری وجود دارد. بسیاری از محققان به تحقیق در این رابطه پرداختهاند]3[. همچنین برای افرادی که ناتوانی جسمی دارند، مفید است. برای مثال چیپهای مصنوعی شبکه چشم میتواند درون چشم انسان قرار بگیرد و سطحی از دیدن را فراهم کند]7[. کاربردی در کمک به افراد معلول مطرح شده است. کاربردهای غیر پزشکی شامل کاربردهای نظامی، بازیها و شبکههای اجتماعی میباشد. در کاربردهای نظامی میتوان به استفاده از یک WBAN در میدان جنگ اشاره کرد. در این کاربرد، WBAN به منظور مرتبط کردن سربازان و گزارشهای آنها به فرماندهان استفاده میشود. در بازیها، حسگر WBAN میتواند جابجایی مختصات قسمتهای مختلف بدن را جمعآوری کند و متقاعبا این حرکت را به شخصیت مورد نظر در بازی منتقل کند. به عنوان مثال بازی تنیس. با استفاده از WBAN ، شبکههای اجتماعی به کاربرانشان اجازه میدهند تا پروفایل دیجیتالی خود را با تکان دادن دستها تغییر دهند]8[.شکل(1):کاربردهایWBAN]6[. WBAN که به منظور اهداف پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد چند مزیت مهم در مقایسه با سیستمهای پایش[6] قدیمی دارد اولین مزیت به دلیل ماهیت بیسیم بودن شبکههای WBAN میباشد که باعث راحتی هر چه بیشتر بیمار میشود به طوری که بیمار میتواند تمام فعالیتهای روزمرهی خود را (با وجود حسگرها) بدون هیچ مزاحمتی انجام دهد. دومین مزیت ، سهولت نظارت بر بیمار (مشاهده علائم فیزیولوژی بدن بیمار) به دلیل مستقل بودن از موقعیت بیمار است. به این ترتیب که یک فرد بیمار چه در خانه باشد چه در محیط کار به طور دائم مورد نظارت قرار گیرد و نتیجه این عمل نظارت به صورت دراز مدت است]6[. علاوه بر این، برخی از دستگاه های بی سیم کاشته می تواند درد بیماران در هنگام تشخیص و درمان را کاهش دهد]9[. اطلاعات جمعآوری شده از بیمار در طولانی مدت نقش بسزایی در تشخیص و درمان بسیاری از بیماریها دارد. یکی از مشخصات WBAN که آن را از دیگر تکنولوژیهای موجود همچون شبکههای حسگر بیسیم (wsn)[7] متمایز کرده است، محدودهی کمی است که توسط این شبکه پوشش داده میشود. این محدوده در حدود 2 متر میباشد و در بعضی کاربردها به 5 متر هم میرسد. دیگر مشخصات WBAN در جدول (1) نشان داده شده است]2[. جدول (1): مشخصات WBAN]2[مشخصهمقدارفاصله2متر،در بعضی حالات 5 مترزمان راه اندازی<100 نانو ثانیهزمان برپایی شبکه<1 ثانیه به ازای هر دستگاهمصرف انرژیتقریبا 1 میلی وات به ازای هر 1 مگابیت بر ثانیه 3. سخت افزار WBANدر قسمت زیر به بررسی اجزاء سختافزاری یک حسگر پرداخته و سپس به بیان انواع حسگرهای بیسیم بدنی میپردازیم. 1.3. اجزاء سخت افزاریباتوجهبهعملكردمتفاوتشبكههايحسگر بدنی،هرگرهميتواندباتوجهبهوظايفتعريفشدهازاجزايمتنوعيتشكيل شدهباشدوليدرحالتكليهرگرهازيكسرياجزايكليتشكيلشدهاستكهعبارتندازواحدپردازشمركزي[8]،فرستنده-گيرنده راديويي،منبعتغذيه[9]كهميتواندازطريقباطريياسلولهايخورشيديياتركيبهردو،انرژيموردنيازسيستمرا فراهمكند،يكياتعداديحسگركهدادههايموردنظرراجمعآوريميكنند،انواعحافظههايجانبيدرصورتنياز، (GPS)[10] درصورتنيازوسايراجزاييكهبستهبهكاربردهايمتفاوتميتوانددرهرگرهگنجاندهشود.فرستنده - گيرندهراديويي:فرستنده-گيرنده راديويييكيازاجزايبااهميتدرگرههايشبكههايحسگرميباشدوبستهبهكاربردهايمختلف، ميتواندتنوعزياديداشتهباشد . مهمترينمشخصهدرانتخابفرستنده –گيرندهها،برد[11]موردنيازبرايارتباطبينگرههاي شبكهاست .از آنجایی که در شبکههای حسگر بدنی گرهها در فواصل نزدیک به هم قرار دارند میتوان از فرستندههای کم مصرف استفاده کرد. یک نمونه از فرستنده-گیرندههایی که برای این کار مناسب است (TR1000) است که این فرستنده-گیرنده، دارای برد کمی میباشد و توان مصرفی آن کمتر از فرستنده-گیرندههای دیگر میباشد.عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، قابلیت مورد انتظار، تعداد انبوه گرهها و نهایتا عملی شدن ایدهها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره یکسری محدودیتهای سختافزاری داشته باشد. این محدودیتها در ذیل اشاره شده و در مورد هر کدام توضیحی داده شده است:1- هزینه پایین: بایستی سیستم نهایی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد. چون تعداد گرهها خیلی زیاد بوده و برآورد هزینه هر گره در تعداد زیادی(بالغ بر چند هزار) ضرب میگردد. بنابراین هر چه از هزینه هر گره کاسته شود، در سطح کلی شبکه صرفهجویی زیادی صورت خواهد گرفت و سعی میشودهزینه هر گره به کمتر از یک دلار برسد.2- حجم کوچک: گرهها به نسبت محدودهای که زیر نظر دارند، بخشی را به حجم خود اختصاص میدهند. لذا هر چه این نسبت کمتر باشد به همان نسبت کارایی بالاتر میرود و از طرفی در اکثر موارد برای اینکه گرهها جلب توجه نکند و یا بتوانند در برخی مکانها قرار بگیرند نیازمند داشتن حجم بسیار کوچک میباشند.3- توان مصرفی پایین: منبع تغذیه در گرهها محدود میباشد و در عمل، امکان تعویض یا شارژ مجدد آن مقدور نیست، لذا بایستی از انرژی موجود به بهترین نحو ممکن استفاده گردد.4- نرخ بیت پایین: به خاطر وجود سایر محدودیتها، ملا میزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در گرهها، نسبتا پایین میباشد.5- خودمختار بودن: هر گرهای بایستی از سایر گرهها مستقل باشد و بتواند وظایف خود را طبق تشخیص و شرایط خود، به انجام برساند.6- قابلیت انطباق: در طول انجام نظارت بر محیط، ممکن است شرایط در هر زمانی دچار تغییر و تحول شود. مثلا بعضی از گرهها خراب گردند. لذا هر گره بایستی بتواند وضعیت خود را با شرایط به وجود آمده جدید تطبیق دهد.7- چگالی بالا: در توزیع گرهها در ناحیه عملیاتی8- وجود استعداد خرابی در گرهها9- تغییرات توپولوژی به صورت پویا و احیانا متناوب10- استفاده از روش پخش همگانی در ارتباط بین گرهها در ارتباط نقطه به نقطه10- داده محور بودن شبکه به این معنی که گرهها کد شناسایی ندارند. 3.3. انواع حسگرهای بدنیحسگرها عمل اصلي درشبكههاي حسگر بدنی يعني عمل جمعآوري اطلاعات را برعهده دارند .انواع گوناگونی از حسگرها برای شبکههای بدنی طراحی شده که در جدول 2 به بخشی از آنها اشاره شده است]10[.