基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺設(shè)計(jì)

武傳寶

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺設(shè)計(jì)

武傳寶

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

文章以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感技術(shù)和醫(yī)療信息技術(shù)為核心，構(gòu)建了以家庭、社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)、醫(yī)院和區(qū)域衛(wèi)生信息平臺為架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)對不同需求人群生理狀況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。

物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；服務(wù)平臺；無線通信

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要利用無線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，遠(yuǎn)程收集人體的生理狀況數(shù)據(jù)，通過多個(gè)監(jiān)護(hù)服務(wù)終端的協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生對采集數(shù)據(jù)的分析和評估，并提供準(zhǔn)確及時(shí)的醫(yī)療服務(wù)。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)服務(wù)終端的數(shù)據(jù)信息共享，確保醫(yī)生不受地域的限制，隨時(shí)隨地可以對需求人群進(jìn)行遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)，給予醫(yī)療指導(dǎo)和自救培訓(xùn)。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)不僅需要采集和感知設(shè)備，還包括網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備和醫(yī)療器械等。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理平臺以監(jiān)護(hù)前端、管理服務(wù)和傳輸網(wǎng)絡(luò)3層基礎(chǔ)架構(gòu)為中心，與穿戴式技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理平臺架構(gòu)。

1.1 監(jiān)護(hù)前端

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)前端主要包括各種感知設(shè)備和多類型的信息采集設(shè)備，隸屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層。監(jiān)護(hù)前端的主要功能是采集人體的生命參數(shù)，主要包括心跳、脈搏、血壓、體溫、血氧飽和度、血?dú)夂托募埩Φ壬頂?shù)據(jù)。這些熱學(xué)量、化學(xué)量和機(jī)械量都需要采用合適的傳感器轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。本文根據(jù)客戶的實(shí)際需要設(shè)計(jì)了一種兼具識別和感知功能的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)備，這種智能節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括如下功能：能夠識別多種不同協(xié)議的射頻標(biāo)簽，具有很強(qiáng)的兼容性；內(nèi)部嵌有能夠感知生理參數(shù)的傳感模塊，實(shí)現(xiàn)一站式采集；具備標(biāo)準(zhǔn)的可編程接口，通過硬件編程來對設(shè)備的操作進(jìn)行控制；動(dòng)態(tài)連接中間件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這種智能節(jié)點(diǎn)設(shè)備硬件采用嵌入式ARM模塊設(shè)計(jì)，軟件采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行編程，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)包括各種通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中介設(shè)備和設(shè)備接口模塊等，隸屬于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層。傳輸網(wǎng)絡(luò)通過有線網(wǎng)、無線WiFi、藍(lán)牙、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wirless Sensor Network，WSN）、4G信號等多種移動(dòng)組網(wǎng)方式來實(shí)現(xiàn)家庭和廣域網(wǎng)之間的通信連接，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)護(hù)平臺和終端。

1.3 管理服務(wù)

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的管理服務(wù)包括服務(wù)中心、管理中心和用戶中心3部分，隸屬于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層。該系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供相關(guān)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、表格和資料文件等，通過平臺服務(wù)中心完成對采集數(shù)據(jù)的過濾、匯總、加載和顯示，開發(fā)出一致的數(shù)據(jù)交換和處理系統(tǒng)。由于需求人群的個(gè)體差異性使得傳輸網(wǎng)絡(luò)的功能設(shè)計(jì)和流程不盡相同，為了方便系統(tǒng)根據(jù)需要進(jìn)行子功能的擴(kuò)充，也為將來發(fā)展統(tǒng)一化的區(qū)域監(jiān)護(hù)平臺，本系統(tǒng)需要預(yù)留出支持二次開發(fā)的接口。一方面滿足功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化配置，一方面實(shí)現(xiàn)外部互聯(lián)網(wǎng)拓展的接口服務(wù)。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺的架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺的架構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足如下的性能：

（1）系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)層和表現(xiàn)層3層架構(gòu)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)邏輯與標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)用功能。

（2）為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)星型、單向、網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)據(jù)交換方式的并行。

（3）為了便于移動(dòng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)監(jiān)測，系統(tǒng)應(yīng)該能夠支持基于C/S架構(gòu)的查詢服務(wù)與信息管理系統(tǒng)，充分體現(xiàn)跨平臺的應(yīng)用服務(wù)。

（4）嚴(yán)格遵循醫(yī)療信息規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，支持不同架構(gòu)監(jiān)護(hù)平臺之間數(shù)據(jù)的互訪功能，支持統(tǒng)一消息服務(wù)。

（5）系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要對所需人群的個(gè)人資料和信息進(jìn)行隱私保護(hù)，排除數(shù)據(jù)采集傳輸過程中的安全隱患。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺的框架

當(dāng)前信息系統(tǒng)的建設(shè)大部分采用面向服務(wù)架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）的體系設(shè)計(jì)，這種架構(gòu)體系能夠在功能上完美地實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的服務(wù)模型。服務(wù)模型的各個(gè)功能模塊之間相互獨(dú)立，互不干擾。只要定義好模塊自身的接口和服務(wù)流程，其他模塊就可以按照既定的數(shù)據(jù)格式對此模塊進(jìn)行功能調(diào)用。所有模塊都具有標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化的特性，具備服務(wù)耦合功能。本系統(tǒng)使用的SOA組件系統(tǒng)服務(wù)包括服務(wù)儲(chǔ)備、服務(wù)使用者和服務(wù)提供者。服務(wù)儲(chǔ)備包括各種服務(wù)方式、服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)上下文。服務(wù)使用者是指系統(tǒng)內(nèi)的終端設(shè)備和醫(yī)護(hù)人員等。服務(wù)提供者主要是指為服務(wù)使用者提供儲(chǔ)存和系統(tǒng)服務(wù)的服務(wù)器或者集群，當(dāng)前最熱門的服務(wù)器有百度云、阿里云等云服務(wù)平臺。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)的功能

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺一方面實(shí)現(xiàn)對需求人群的生理參數(shù)顯示、分析和評估的功能，另一方面實(shí)現(xiàn)醫(yī)生對需求人群的遠(yuǎn)程醫(yī)療管理。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理平臺的監(jiān)控軟件由客戶端軟件和服務(wù)器軟件兩部分組成。服務(wù)器軟件采用C/S系統(tǒng)架構(gòu)，作為醫(yī)生和監(jiān)護(hù)人的監(jiān)控平臺，為需求人群提供初步治療方案和緊急情況下的上門護(hù)理工作?？蛻舳塑浖x用當(dāng)前比較流行的安卓Android或者iOS系統(tǒng)，支持手機(jī)或者IPAD等移動(dòng)設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，為家庭客戶對生理參數(shù)進(jìn)行查詢和互動(dòng)提供方便。

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框架

3.2.1 客戶端軟件的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)客戶端軟件應(yīng)用程序的開發(fā)，需要在宿主機(jī)上搭建安卓Android編譯環(huán)境和開發(fā)環(huán)境。

（1）安裝JDK，SDK和Eclipse等開發(fā)環(huán)境，客戶端軟件應(yīng)用程序采用Java和C語言同步開發(fā)，C語言程序用來完成底層設(shè)備的接口驅(qū)動(dòng)，Java編程用來完成和服務(wù)器端軟件的SOCKET通訊、人機(jī)界面的顯示和接收傳感器傳來的生理參數(shù)等功能。程序內(nèi)部采用多線程編程設(shè)計(jì)，加快多任務(wù)的實(shí)時(shí)處理速度。

（2）搭建編譯環(huán)境和交叉編譯工具，對安卓Android源代碼進(jìn)行編譯連接?？蛻舳塑浖凑展δ軇澐譃槎鄠€(gè)模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。

客戶端模塊具體包括下面3種：視頻采集模塊和編解碼器，此模塊具有捕獲、壓縮、解壓縮視頻信息的功能；人機(jī)交互界面模塊，此模塊是系統(tǒng)軟件為用戶提供的操作界面，用戶可以輸入相關(guān)信息，也可以對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出打印等功能；音頻采集模塊和編解碼器，此模塊具有捕獲、壓縮、解壓縮音頻信息的功能。

3.2.2 服務(wù)器端軟件的設(shè)計(jì)

服務(wù)器端軟件的開發(fā)環(huán)境和編譯環(huán)境的配置和客戶端軟件相同，最后把編譯通過的安卓智能操作系統(tǒng)移植到遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理平臺，服務(wù)端軟件的應(yīng)用程序采用Java語言進(jìn)行編程，用來完成服務(wù)器和客戶端之間的SOCKET通信、界面顯示、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等功能。服務(wù)端軟件也采用多線程編程設(shè)計(jì)，以提高數(shù)據(jù)的處理速度。

服務(wù)器端軟件按照功能劃分為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。具體包括下面3種：音、視頻混合處理模塊，該模塊接收遠(yuǎn)程音頻和視頻信息，通過通道分配分別進(jìn)行解碼，解碼之后進(jìn)行信息混合；遠(yuǎn)程醫(yī)療管理和控制模塊，遠(yuǎn)程醫(yī)療管理和控制模塊對所有的用戶進(jìn)程進(jìn)行管理和控制，有權(quán)設(shè)置IP權(quán)限和添加刪除用戶，在多點(diǎn)控制單元的服務(wù)器邏輯模塊中完成；IP組播模塊，此模塊的功能是按照組播地址對多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。需要配置獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)器來安裝服務(wù)器軟件，當(dāng)服務(wù)器通過廣域網(wǎng)對遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端進(jìn)行訪問時(shí)，必須為服務(wù)器配置一個(gè)真實(shí)的固定IP地址，不可以使用虛擬IP地址。服務(wù)器可以在防火墻之后打開所需的TCP或者UDP端口。

4 結(jié)語

本文主要以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合迅速發(fā)展的智能傳感設(shè)備，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺的構(gòu)建架構(gòu)，開啟了遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的醫(yī)療模式，為智能醫(yī)療的發(fā)展提供了技術(shù)支撐和管理方案。隨著健康物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等等技術(shù)將成為強(qiáng)有力的支撐，為遠(yuǎn)程家庭和社區(qū)提供更優(yōu)質(zhì)的監(jiān)護(hù)服務(wù)，推進(jìn)我國區(qū)域化醫(yī)療信息技術(shù)的發(fā)展。

[1]羅世亮，藍(lán)立新，劉漢明，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理服務(wù)平臺設(shè)計(jì)—社區(qū)心血管疾病患者[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（8）：196.

[2]廖學(xué)峰. 基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程心血管疾病監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].廣州：南方醫(yī)科大學(xué)，2013.

[3]孫永明，王穎璐，賈麗.基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（4）：1-6.

Design of remote monitoring management service platform based on Internet of Things

Wu Chuanbao
（Qiqihar Engineering College, Qiqihar 161005, China）

In this paper, networking technology, wireless communication technology, sensor technology and medical information technology are taken as the core to build a family and community health service institutions, hospitals and regional health information platform for the architecture of remote monitoring management service platform, which achieve real-time remote monitoring of the physiological conditions of different needs of the population.

Internet of Things; remote monitoring; service platform; wireless communication

武傳寶（1978— ），男，遼寧法庫，碩士研究生，副教授。