[发明专利]一种适用于体域网的生理信号安全压缩方法和系统

说明书

本发明公开一种适用于体域网的生理信号安全压缩方法和系统，所述系统中，体域网为发送端，医疗机构服务器为接收端。所述加密压缩方法包括：接收端将获取的生理信号经过去噪，基于信号完整特征周期划分为固定长度的短数据段，每个短数据段采用一次性的随机测量矩阵用于加密和压缩，再通过公共无线通道分批发送到接收端；接收端获取加密后数据段，利用安全通道接收的密钥重构对应的随机测量矩阵，并一次性将多个加密数据进行解密解压处理，并重构原始新生信号。该方法实现了压缩和加密同时完成，在体域网端采用短数据段降低了计算复杂度，在服务器端则对多个数据段进行一次性解密解压，实现了实时性，适用于计算资源受限的体域网健康医疗应用。

技术领域

本发明涉及生物医学信息处理领域，尤其涉及一种生理信号的压缩、重构方法及加密系统。

背景技术

近几年来，基于无线体域网(Body Area Network, BAN)的远程医疗监护系统成为智能医疗的关键基础设施。典型的体域网节点是穿戴于体表或植入于体内的集生理数据采集与处理、无线通信等功能于一体的生物传感器。这些传感器节点构成了一个无线传感器网络，网络拓扑结构一般采用简单的星型拓扑结构或者不超过两跳的树型结构，由资源较为充足的节点担当主节点角色，通过无线通信技术上传至远程医疗结构的服务器端。但这个远程生理信号的传输过程中存在多个技术难点，主要包括：1）大数据量：以常见的心电信号监测为例，对于一个单导联心电传感器，若其模/数转换采样率为1KHz，分辨率为12bit，那么24小时采集的数据量约为124MB。而连续监控一个病人的多种生理信号(心电、脑电、肌电、血氧、加速度)在24小时可轻易达到13GB。2）安全性问题：无线通信所带来的数据安全及用户隐私保护问题将随着躯感网在医疗健康领域的广泛应用而日益突显。但是，体域网中的通信安全受到设备总体功耗、面积、复杂度等方面的制约，不能直接移植在用于网络安全等方面的加密方案。因此，需要研究体域网在生理信号远程传输过程中的压缩和安全技术。

压缩感知(Compressed Sensing ,CS)理论，通过一个M×N维的压缩矩阵Φ，将N维的信号X投影为M维的信号Y(Y＝ΦX)。由于MN，从而实现了信号的压缩。只要X具有稀疏性，则可以通过重构算法，恢复原始信号X。在其中测量矩阵不仅决定了压缩比及信号重构质量，更可当成密钥用于对信号进行加密，同时完成压缩和加密。但如果直接用测量矩阵作为共享密钥，需要大容量的存储和传输资源，这对资源受限的躯感网节点是不适宜的。因此需要开发一种适合体域网的、面向有限计算资源的安全压缩策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于体域网节点的生理信号的安全压缩系统及方法，在提高传输效率的同时提供数据安全保障。技术特点如下：1）相比于传统的信号压缩、加密、解密、解压的过程，系统实现了发送端压缩和加密同时完成以及接收端解密、解压同时完成的极简化处理流程，同时保证了生理信号传输的实时性和安全性；2）考虑到体域网和远程医疗中心的不同计算能力，在体域网节点将生理信号分为固定长度的信号段，分批进行加密和压缩，在服务器端一次接收多个信号段，同时进行解秘解压缩，提高了计算性能和实时性。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

本系统包括发送端和接收端，所述发送端为体域网节点，包括信号获取模块、预处理模块、随机测量矩阵生成模块、加密压缩模块、以及无线发送模块；所述接收端为医疗机构服务器端，包括无线接收模块、预处理模块、测量矩阵重构模块、解密解压模块，和信号重构模块；