امنیت در شبکه‌های حسگر بیسیم بدنی

فناوری‌های جدید در زمینه مخابرات بی‌سیم و الکترونیک توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربردهای گوناگون را امکان‌پذیر کرده است. حسگرهای کوچک شامل، حسگر واحد پردازش و واحد ارتباط می‌باشند، ایده شبکه حسگر بی‌سیم بدنی را بر مبنای همکاری و هماهنگی تعداد زیادی از این گره‌ها ایجاد نموده‌اند.
در چند سال گذشته، افزایش عظیمی در تعداد و تنوع تجهیزات پایش سلامت به وجود آمده است. پایشگرهای ساده پالس، پایشگرهای فعالیت، پایشگرهای قابل حمل سیگنال قلب یا حسگرهای گرانقیمت و پیچیده قابل جایگذاری در بدن، نمونه‌هایی از این تجهیزات هستند. با این حال سیستم‌های موجود هنوز با محدودیت‌های مهمی مواجهند که استفاده از آ‌ن‌ها را برای پایش پیوسته و تشخیص اختلالات پزشکی، غیرعملی می‌سازد. با این دستگاه‌ها، تنها جمع‌آوری، پردازش و تحلیل خارج از خط داده‌ها میسر است. کابل‌های زیاد بین حسگرها و سیستم پایش، فعالیت بیمار و سطح راحتی وی را محدود می‌کند که اثر منفی روی نتایج اندازه‌گیری شده می‌گذارد. نکته مهم دیگر استقلال عملکرد این حسگرهاست که معمولا انعطاف لازم برای مجتمع شدن با سایر تجهیزات را ندارند و نیز این که سیستم‌های موجود به ندرت مقرون به صرفه هستند. دستگاه‌های معمول پایش وقایع فیزیولوژیکی بیمارستانی با کلینیکی، دید کمی از وضعیت بیمار ارائه می‌دهند. دست کم سه محدودیت اصلی برای پایش کلینیکی قابل ذکر است:
۱. ممکن است نتوانند اتفاقات نادر را نمونه‌برداری کنند.
۲. آنها نمی‌توانند پاسخ‌های فیزیولوژیک را در حین دورههای فعالیت استراحت و خواب طبیعی فرد اندازه‌گیری کنند که نشان دهنده‌های واقعیتری از سلامت بیمار نسبت به پاسخ‌های بیمار به محرک درمانی هستند. حتی تلاش‌های کلینیکی برای شبیه‌سازی استرس‌زاهای فیزیولوژیک مثلا تست ورزشی، ممکن است نتوانند پاسخ فیزیولوژیک صحیح را به آرایه پیچیده استرس‌زاهای فیزیکی و روانی جفت کنند.
۳. دوره‌های کوتاه پایش نمی‌توانند تغییرات شبانه‌روزی در سیگنالهای فیزیولوژیک را که منعکس کننده پیشرفت بیماری است آشکار کنند.
یک روش نویدبخش در مراقبت سلامت انسان و کاربردهای پزشکی، استفاده از شبکه‌های حسگر پزشکی (بیومدیکال) بی‌سیم (BSN) است که از جمله مهمترین کاربردهای شبکه‌های حسگر می‌باشد. ظهور شبکه‌های حسگر پزشکی نمایانگر جهشی در تکنولوژی و علم پزشکی و علم پزشکی است. این شبکه‌ها، شاخه جدید و جالبی در دنیای پایش سلامت از راه دور ایجاد کرده‌اند.
امروزه بحث سیستم‌های کنترل و نظارت از راه دور یکی از مباحث پر چالش در زمینه علوم الکترونیک و کامپیوتر می‌باشد. لذا تحقیقات در هر زمانی به دنبال راه‌حلی می‌باشد تا شرایط خاص و انتظارات مدنظر را پاسخ دهد؛ در شرایط و کیفیت کاری یکسان هر چه نسبت هزینه به کارائی پائین‌تر باشد، همان قدر محبوبیت آن شیوه بالاتر خواهد رفت. برای آگاهی از تغییرات محیط اطراف و یا وضعیت هر مجموعه نیازمند یکسری تجهیزاتی هستیم که بعنوان حسگر شناخته می شوند و اینها تغییرات مدنظر(تغییرات فیزیکی یا شیمیائی) را در قالب یک پاسخ، به منظور اندازه‌گیری میزان تغییرات و یا وجود آن، ارائه می‌دهند. پس از جمع‌آوری اطلاعات مورد نیاز می‌توان سایر عملیات را بر اساس پاسخ ارائه شده انجام داد.
با توجه به نرخ رشد جمعیت سالمندان(افراد ۶۵ ساله و بالاتر) و محدودیت مالی منابع، سیستم‌های مراقبت بهداشت فعلی با چالش های جدید روبرو هستند. با توجه به آمار ایالات متحده آمریکا تعداد افراد مسن آمریکا (۶۵-۸۵ ساله) از ۳۵ میلیون به ۷۰ میلیون نفر در سال ۲۰۲۵ پیشبینی شده است. این روند نشان می دهد که جمعیت سالمندان جهان به دو برابر (از ۳۷۵میلیون نفردر سال ۱۹۹۰ به۷۶۱میلیون در سال ۲۰۲۵ ) خواهد رسید. علاوه براین، هزینه های مراقبت‌های بهداشتی به طور کلی در ایالات متحده ۸/۱تریلیون دلار در سال ۲۰۰۴ بوده،و این عدد در سال ۲۰۲۰ 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 ]۱[. 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 ]۲[. 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 ]۳[. WBAN شامل 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 ]۴[
توسعه تکنولوژی WBAN از سال ۱۹۹۵ 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) اشاره به سیستمی که به طور کامل در داخل و روی بدن انسان در قرار دارد به وجود آمد ]۵[.
بیان مساله این اثر علمی
پیشرفت‌های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی‌سیم باعث شده بتوانیم گره‌های حسگر چندکاره، با توان مصرفی پایین و هزینه کم داشته باشیم که از نظر اندازه خیلی کوچک هستند و برای مسافت‌های کوتاه می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. این گره‌های حسگر کوچک طبق نظریه شبکه‌های حسگر، دارای تجهیزات حس کردن، پردازش داده‌ها و مخابره آنها و همچنین منابع انرژی می باشند. تفاوت اصلی شبکه‌های حسگر با سایر شبکه‌ها در ماهیت داده‌محور و همچنین منابع انرژی و پردازشی بسیار محدود در آنهاست که موجب شده تا روش‌های مطرح شده جهت انتقال داده‌ها در سایر شبکه ها و حتی شبکه هایی که تا حد زیادی ساختاری مشابه شبکه‌های حسگر دارند (مانند شبکه‌های موردی)، در این شبکه‌ها قابل استفاده نباشند. روند توسعه این شبکه‌ها در حدی است که مطمئنا این شبکه‌ها در آینده نزدیک، نقش مهمی را در زندگی روزمره ما ایفا خواهند کرد. شبکه حسگر بی سیم در زمینه محاسبات به عنوان یک سیستم پیچیده کارآمد متشکل از سازمان های کوچک توزیع محدود تعریف می شود. پیچیدگی های گسترده این سیستم حاصل محدودیت ها و چالش های سیستم است. این یک واقعیت است که شبکه گیرنده بی سیم از نظر مصرف انرژی، سطح ارتباطات، هزینه های لینک، پهنای باند پایین، پردازش و ذخیره سازی محدود است. نظر به اینکه کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم، به صورت روزافزون در حال گسترش است، طراحی این شبکه ها به نحوی که منطبق بر احتیاجات کابردی خاص باشند، چالش بزرگی به شمار می رود. طراحان شبکه، متناسب با کاربرد مدنظر، جهت افزایش کارائی شبکه، پارامترهای مختلفی را برای بهبود در نظر می گیرند. پارامترهایی هم چون پوشش ناحیه، طول عمر شبکه، قابلیت اطمینان و مانند آن. بنابراین یک رویکرد کلی وهمه جانبه برای بهبود عملکرد همه جانبه یک شبکه حسگر بی سیم از اهمیت خاصی برخوردار است و در کاربرد های حساس یک ضرورت به حساب می آید که علی رغم پژوهش ها و تحقیقات فراوان باز هم زمان و مسیر فراوانی تا بهبود و بهینه سازی کامل این شبکه ها وجود دارد.
اما اضافه کردن طول عمر شبکه به توابع متضادی مانند افزایش پوشش شبکه و حسگر های فعال خود چالش بزرگی است زیرا طول عمر شبکه پارامتر بسیار ضروری و مهمی است که مرتبط به عملکرد اجرایی شبکه ی سنسور است و در سطوح مختلفی مانند طراحی ،عملیات و ارایش و ترتیب و گسترش سنسور ها و کل شبکه نقش مهمی ایفا می نماید. است .