基于WSN的居家養(yǎng)老監(jiān)護預警系統的研究

王飛飛

摘要：針對目前人口老齡化帶來的生活、安全、醫(yī)療等問題，該文對現有的居家養(yǎng)老監(jiān)護系統進行分析研究，提出了一種基于無線傳感器網絡的居家養(yǎng)老監(jiān)護預警系統。該系統采用傳感器節(jié)點進行人體特征信息采集，采集到的信息通過發(fā)送節(jié)點傳輸至智能數據處理終端；在智能終端對信息進行處理，當數據超出設定范圍時進行聲音報警或撥出預先設定的電話；最后將數據發(fā)送至遠程醫(yī)療控制中心，達到遠程監(jiān)護的目的。

關鍵詞：無線傳感器網絡；監(jiān)護預警；智能終端

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）32-0212-02

The Research of Home Care Monitoring and Early Warning System Based on WSN

WANG Fei-fei

（Pingdingshan University College of Information Engineering， Pingdingshan 467000， China）

Abstract： In view of the current population aging brought about by life， safety， medical and other issues， this paper analyzes and studies the existing home care monitoring system， proposes a home care monitoring and early warning system Based on wireless sensor network. The system uses sensor nodes to collect human body characteristic information； the collected information is transmitted to the intelligent data processing terminal through the sending node； processes the information in the intelligent terminal， when the data is beyond the set range， the sound alarm or dial the preset telephone； Finally， the data is sent to the remote medical control center to achieve the purpose of remote monitoring.

Key words： wireless sensor network； monitoring and early warning； intelligent terminal

目前我國已經進入老齡化階段，子女遠離或者工作繁忙造成了“空巢老人”的產生，老人獨居所形成的各種生活、安全等日常問題隨之而來，如何對老人進行監(jiān)護、并在身體狀況出現異常時產生預警很有必要，因此居家養(yǎng)老的監(jiān)護預警問題已成為當前智慧醫(yī)療領域的一個研究熱點[1]。

現有的監(jiān)護系統主要有兩種，基于視覺監(jiān)控設備的方式和基于傳感器設備的方式?；谝曈X監(jiān)控設備的方式出現的較早，在實現技術上比較成熟，但由于其在采集數據的過程中需要全程監(jiān)控觀察者，如果將其應用在普通居家環(huán)境中具有諸多不便且所需費用較高；同時，常見的視覺監(jiān)控在監(jiān)護過程中存在視覺盲區(qū)且僅僅限于表面現象，當老人身體出現外部表現不太明顯的異常時則無法識別（如血壓、脈搏等）?；趥鞲衅髟O備的方式則不需要專人去監(jiān)控且對于日常信息的采集具有獨特的優(yōu)勢，無線傳感器節(jié)點的數據采集、信息傳輸是監(jiān)護預警的基礎，根據數據分析結果可在某些醫(yī)學生命特征數據超出正常范圍時產生預警[2-3]。因此研究和設計一個合理有效的信息采集傳輸與分析判斷的監(jiān)護預警方案，對各種體征數據進行采集與分析，實時的對老人出現的異常問題進行處理具有很大的現實意義與社會價值[4-5]。

1 數據處理系統

由于智能設備（手機、平板等）的普及，該智能數據處理終端上的人機交互軟件采用基于Android開發(fā)的應用App。

該應用功能主要包含三部分：用戶信息管理、數據處理與異常預警、信息遠程上傳，具體如圖1所示。用戶信息管理包括用戶注冊、登錄與退出；數據處理與預警包括數據分析處理與存儲，出現異常情況時發(fā)出預警；信息遠程上傳包括定時上傳與異常實時上傳。

2 數據采集與傳輸

為了方便老人使用，將傳感器節(jié)點置于可穿戴設備中（如腕表的形式），實時采集人體各項生命體征參數（血壓、脈搏等），然后將采集到的信息傳輸至智能數據處理終端，在對數據進行分析處理后發(fā)送至遠程醫(yī)療控制中心。

系統可以根據實際情況在智能終端的App中設置信息采集與傳輸的時間間隔，當設備接收到指令時，啟動其中的各種傳感器節(jié)點，完成所需人體信息的采集?？纱┐髟O備中除了用于采集信息的普通傳感器節(jié)點外，另內置一用于發(fā)送信息的增強功能的數據傳輸節(jié)點，普通傳感器節(jié)點將采集到的數據信息發(fā)送至數據傳輸節(jié)點，由其將信息統一傳輸至數據處理終端，從而減少采集節(jié)點的能量損耗。

信息傳輸時，采用文獻[6]的無線通信模型。該模型中計算發(fā)送與接收數據所消耗的能量時，節(jié)點之間的距離與傳輸的數據量是兩個重要因素，當傳輸距離較近時（小于86.2），采用自由空間信道模型，當距離較遠時（大于86.2），采用多徑衰減信道模型，由于可穿戴設備中各節(jié)點距離較近，且在居家環(huán)境中傳輸節(jié)點與數據處理終端的距離也小于臨界值，因此采用該通信模型可以減少節(jié)點能耗。由于該系統中普通節(jié)點與傳輸節(jié)點的位置相對固定，節(jié)點之間的距離可以人工設定，假設該距離為d，則普通節(jié)點發(fā)送k bit數據的能耗為：endprint

ETx（k，d）=ETx-elec（k）+ETx-amp（k，d）=Eelec*k+ξamp*k*d2

傳輸節(jié)點發(fā)送數據能耗計算公式與普通節(jié)點相同，接收kbit數據的能耗為：

ERx（k）=ERx-elec（k）=k*Eelec

為了減少發(fā)送數據量，傳輸節(jié)點將接收到的數據進行融合后再發(fā)送至智能數據處理終端。

3 數據處理與異常預警

智能數據處理終端主要對收到的信息進行處理，并包括一些簡單的輔助功能。

在智能數據處理終端的App中設置各項人體特征信息（血壓、脈搏等）的正常取值范圍，傳感器節(jié)點采集的信息傳輸至處理終端后，首先對數據進行分析轉換，將轉換后的數據直觀地顯示在界面上，同時與預先設定的值進行比較，當數值連續(xù)三次超過正常范圍則通過發(fā)出聲音的方式進行預警，提醒使用者，如果聲音預警提醒后一定時間內沒有得到回應，則撥出預先設定的電話號碼并將數據傳輸至遠程醫(yī)療監(jiān)控中心，從而達到第一時間救治的目的。正常情況下，在系統內設置數據傳輸時間，每天獲取的數據暫時保留在家庭數據終端，當到達預設的時刻則將當天數據傳輸至遠程醫(yī)療監(jiān)控中心（一旦出現異常，則如前所述進行直接傳輸），監(jiān)控中心將數據信息保存下來并進行分析，根據分析結果給出健康建議與遠程監(jiān)控診斷，對老人的身體狀況進行全程監(jiān)護。

4 結束語

基于無線傳感器網絡的居家養(yǎng)老監(jiān)護預警機制能夠人性化的采集老人的體征信息，信息通過傳輸節(jié)點統一發(fā)送給智能數據處理終端，可以延長采集節(jié)點的使用壽命；智能終端的App主要進行數據的分析存儲與顯示預警，友好的人機交互可提高系統的實用性；遠程醫(yī)療監(jiān)控中心可以實現對老人身體信息的監(jiān)護診斷，并給出具體建議，因此其在被接受度方面有著不可替代的優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] 楊蕾，楊路明，滿君豐，等.空巢老人智能監(jiān)護系統中異常情況檢測的研究[J].計算機工程與應用， 2009，45（16）：242-245.

[2] 孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網絡[M].清華大學出版社，2005（5）：3-5.

[3] 李芳芳，王靖.一種基于LEACH協議的無線傳感器網絡路由算法[J].傳感技術學報，2012，25（10）：1445-1451.

[4] 潘永友.基于物聯網技術的養(yǎng)老院管理系統設計與實現[D].杭州電子科技大學，2013.

[5] 張赟，宋紅波.居家老人的安全預警系統設計與實現[J].西安郵電大學學報，2013，18（1）：104-108.

[6] Heinzelman W，Chandrakasan A，Balakrishnan H.An Application Specific Protocol Architecture for Wireless Micro -sensor Networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2002，1（4）：660-670.endprint