可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

彭軍，李津

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

1 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人口老齡化問題日益嚴(yán)重，環(huán)境問題和食品安全問題加重了人們對(duì)醫(yī)療及健康管理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，單純的以醫(yī)院為中心的醫(yī)療診斷模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐灶A(yù)防為主，以社區(qū)、家庭和個(gè)人醫(yī)療為中心的醫(yī)療模式?？纱┐鹘】当O(jiān)測(cè)系統(tǒng)是解決以上問題的關(guān)鍵支撐和核心技術(shù)，并成為新的研究應(yīng)用熱點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的強(qiáng)烈關(guān)注。其便攜性、移動(dòng)性和社交性的特點(diǎn)能夠滿足用戶對(duì)醫(yī)療健康產(chǎn)品的低成本、個(gè)性化和智能性的急迫需求，以及社會(huì)對(duì)全民健康狀態(tài)的進(jìn)一步保障，深入服務(wù)以及全局監(jiān)管的要求[1]。

2 可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究背景

可穿戴健康檢測(cè)系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種熱門的實(shí)際應(yīng)用，因而在可穿戴監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合進(jìn)行研究的時(shí)候必須考慮傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合的相關(guān)內(nèi)容[2]?？纱┐鹘】当O(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂啤r(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)融合、網(wǎng)絡(luò)安全、無線通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)管理和嵌入式操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)融合的占據(jù)重要的核心地位，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)生命期、獲取更準(zhǔn)確完整的信息、提高數(shù)據(jù)收集效率、提高識(shí)別準(zhǔn)確性和智能性。數(shù)據(jù)融合作不僅是提高通信效率和能量效率的一種有效方式，還是實(shí)現(xiàn)其他關(guān)鍵技術(shù)的共性基礎(chǔ)和重要手段，但它并不是完全獨(dú)立的，而是與其他技術(shù)相結(jié)合來解決實(shí)際應(yīng)用問題。經(jīng)過多年的建設(shè)和積累，傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)逐漸增多，這些都為數(shù)據(jù)融合提供了新的舞臺(tái)和挑戰(zhàn)，因而，可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用范圍更加的廣泛，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、日常生活等領(lǐng)域有著重要的用途。

3 可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問題分析

3.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特征

典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)有大量具有傳感、數(shù)據(jù)處理和無線通訊功能的小型嵌入式設(shè)備組成。這些被稱為傳感節(jié)點(diǎn)的嵌入式設(shè)備通過自治組網(wǎng)的方式形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以協(xié)同工作的方式完成工作任務(wù)[3]。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用場景密切相關(guān)，很多研究成果均來源于真實(shí)場景中的實(shí)際需求，因此，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，傳感器網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用方面具有如下幾個(gè)明顯的特征：、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)冗余性高、節(jié)點(diǎn)資源受限、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無控制中心、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)日益明顯。根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特征的分析，在面向?qū)嶋H應(yīng)用的研究工作中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)是最適宜的切入點(diǎn)。

3.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)特點(diǎn)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，民用領(lǐng)域的強(qiáng)烈需求是傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)，由此產(chǎn)生很多新的特征，如數(shù)據(jù)的多態(tài)性與異購性、數(shù)據(jù)的海量性、數(shù)據(jù)的時(shí)效性強(qiáng)、存儲(chǔ)位子多樣性、數(shù)據(jù)復(fù)雜性強(qiáng)及關(guān)系性強(qiáng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有各式各樣的傳感器，而每一類傳感器在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中又有不同的的用途。對(duì)于復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)關(guān)系，數(shù)據(jù)復(fù)雜到需要引用歷史數(shù)據(jù)和復(fù)雜的模式識(shí)別技術(shù)才能獲得必要的特征信息。數(shù)據(jù)關(guān)系性強(qiáng)還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)之間彼此關(guān)聯(lián)交互、缺一不可。數(shù)據(jù)間關(guān)系是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的擴(kuò)展或復(fù)雜的體現(xiàn)，是物聯(lián)網(wǎng)交互性特點(diǎn)的必要保證。

4 可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問題

總體來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)融合的作用主要體現(xiàn)在節(jié)省能量、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期、提高數(shù)據(jù)收集效率、增強(qiáng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及獲取綜合性信息。但現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)存在如下幾個(gè)缺陷：1.破壞網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)協(xié)議層的完整性，導(dǎo)致上下層協(xié)議不透明。2.為了跨協(xié)議層理解數(shù)據(jù)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，而命名機(jī)制導(dǎo)致來自同一個(gè)源節(jié)點(diǎn)的不同數(shù)據(jù)類型之間無法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。3.依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合可以根據(jù)應(yīng)用需求獲得最大限度的數(shù)據(jù)壓縮，但可能導(dǎo)致結(jié)果數(shù)據(jù)中過多信息損失，容易引入較大的時(shí)間延遲。

5 可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

在無線傳感器的快速發(fā)展過程中，可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨著如下挑戰(zhàn)：1尚未建立統(tǒng)一的融合理論和有效廣義融合模型及算法。2.針對(duì)不同應(yīng)用設(shè)計(jì)個(gè)性化智能的數(shù)據(jù)融合架構(gòu)，解決評(píng)估影響動(dòng)態(tài)性及不確定問題。3.對(duì)數(shù)據(jù)融合的具體方法的研究尚處于初級(jí)階段。4.融合系統(tǒng)中的容錯(cuò)性還沒有很好的解決。5.數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還存在許多實(shí)際問題。

6 結(jié)語

可穿戴健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)綜合計(jì)算機(jī)、通信、電子和智能信息處理等多學(xué)課交叉的應(yīng)用，但其所面臨的真正挑戰(zhàn)不僅僅是硬件技術(shù)，而是面向用戶數(shù)據(jù)挖掘分析的軟件算法和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的嚴(yán)重不足。在未來的發(fā)展下，可穿戴健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有無創(chuàng)連續(xù)檢測(cè)人體生理信息、數(shù)據(jù)無線發(fā)送和實(shí)時(shí)處理功能的集成系統(tǒng),能滿足低生理、心理負(fù)荷條件下的生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)。