基于WSN的居家养老监护预警系统的研究

王飞飞

摘要：针对目前人口老龄化带来的生活、安全、医疗等问题，该文对现有的居家养老监护系统进行分析研究，提出了一种基于无线传感器网络的居家养老监护预警系统。该系统采用传感器节点进行人体特征信息采集，采集到的信息通过发送节点传输至智能数据处理终端；在智能终端对信息进行处理，当数据超出设定范围时进行声音报警或拨出预先设定的电话；最后将数据发送至远程医疗控制中心，达到远程监护的目的。

关键词：无线传感器网络；监护预警；智能终端

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

目前我國已经进入老龄化阶段，子女远离或者工作繁忙造成了“空巢老人”的产生，老人独居所形成的各种生活、安全等日常问题随之而来，如何对老人进行监护、并在身体状况出现异常时产生预警很有必要，因此居家养老的监护预警问题已成为当前智慧医疗领域的一个研究热点[1]。

现有的监护系统主要有两种，基于视觉监控设备的方式和基于传感器设备的方式。基于视觉监控设备的方式出现的较早，在实现技术上比较成熟，但由于其在采集数据的过程中需要全程监控观察者，如果将其应用在普通居家环境中具有诸多不便且所需费用较高；同时，常见的视觉监控在监护过程中存在视觉盲区且仅仅限于表面现象，当老人身体出现外部表现不太明显的异常时则无法识别（如血压、脉搏等）。基于传感器设备的方式则不需要专人去监控且对于日常信息的采集具有独特的优势，无线传感器节点的数据采集、信息传输是监护预警的基础，根据数据分析结果可在某些医学生命特征数据超出正常范围时产生预警[2-3]。因此研究和设计一个合理有效的信息采集传输与分析判断的监护预警方案，对各种体征数据进行采集与分析，实时的对老人出现的异常问题进行处理具有很大的现实意义与社会价值[4-5]。

1 数据处理系统

由于智能设备（手机、平板等）的普及，该智能数据处理终端上的人机交互软件采用基于Android开发的应用App。

该应用功能主要包含三部分：用户信息管理、数据处理与异常预警、信息远程上传，具体如图1所示。用户信息管理包括用户注册、登录与退出；数据处理与预警包括数据分析处理与存储，出现异常情况时发出预警；信息远程上传包括定时上传与异常实时上传。

2 数据采集与传输

为了方便老人使用，将传感器节点置于可穿戴设备中（如腕表的形式），实时采集人体各项生命体征参数（血压、脉搏等），然后将采集到的信息传输至智能数据处理终端，在对数据进行分析处理后发送至远程医疗控制中心。

系统可以根据实际情况在智能终端的App中设置信息采集与传输的时间间隔，当设备接收到指令时，启动其中的各种传感器节点，完成所需人体信息的采集。可穿戴设备中除了用于采集信息的普通传感器节点外，另内置一用于发送信息的增强功能的数据传输节点，普通传感器节点将采集到的数据信息发送至数据传输节点，由其将信息统一传输至数据处理终端，从而减少采集节点的能量损耗。

信息传输时，采用文献[6]的无线通信模型。该模型中计算发送与接收数据所消耗的能量时，节点之间的距离与传输的数据量是两个重要因素，当传输距离较近时（小于86.2），采用自由空间信道模型，当距离较远时（大于86.2），采用多径衰减信道模型，由于可穿戴设备中各节点距离较近，且在居家环境中传输节点与数据处理终端的距离也小于临界值，因此采用该通信模型可以减少节点能耗。由于该系统中普通节点与传输节点的位置相对固定，节点之间的距离可以人工设定，假设该距离为d，则普通节点发送k bit数据的能耗为：endprint

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

传输节点发送数据能耗计算公式与普通节点相同，接收kbit数据的能耗为：

ERx（k）=ERx-elec（k）=k*Eelec

为了减少发送数据量，传输节点将接收到的数据进行融合后再发送至智能数据处理终端。

3 数据处理与异常预警

智能数据处理终端主要对收到的信息进行处理，并包括一些简单的辅助功能。

在智能数据处理终端的App中设置各项人体特征信息（血压、脉搏等）的正常取值范围，传感器节点采集的信息传输至处理终端后，首先对数据进行分析转换，将转换后的数据直观地显示在界面上，同时与预先设定的值进行比较，当数值连续三次超过正常范围则通过发出声音的方式进行预警，提醒使用者，如果声音预警提醒后一定时间内没有得到回应，则拨出预先设定的电话号码并将数据传输至远程医疗监控中心，从而达到第一时间救治的目的。正常情况下，在系统内设置数据传输时间，每天获取的数据暂时保留在家庭数据终端，当到达预设的时刻则将当天数据传输至远程医疗监控中心（一旦出现异常，则如前所述进行直接传输），监控中心将数据信息保存下来并进行分析，根据分析结果给出健康建议与远程监控诊断，对老人的身体状况进行全程监护。

4 结束语

基于无线传感器网络的居家养老监护预警机制能够人性化的采集老人的体征信息，信息通过传输节点统一发送给智能数据处理终端，可以延长采集节点的使用寿命；智能终端的App主要进行数据的分析存储与显示预警，友好的人机交互可提高系统的实用性；远程医疗监控中心可以实现对老人身体信息的监护诊断，并给出具体建议，因此其在被接受度方面有着不可替代的优势。

参考文献：

[1] 杨蕾，杨路明，满君丰，等.空巢老人智能监护系统中异常情况检测的研究[J].计算机工程与应用， 2009，45（16）：242-245.

[2] 孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].清华大学出版社，2005（5）：3-5.

[3] 李芳芳，王靖.一种基于LEACH协议的无线传感器网络路由算法[J].传感技术学报，2012，25（10）：1445-1451.

[4] 潘永友.基于物联网技术的养老院管理系統设计与实现[D].杭州电子科技大学，2013.

[5] 张赟，宋红波.居家老人的安全预警系统设计与实现[J].西安邮电大学学报，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