CN107833627A - 一种基于IPv6的健康监护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于IPv6的健康监护系统，包括若干人体生理参数采集单元、传感云平台及若干移动智能终端，人体生理参数采集单元与移动智能终端数量相同，且一一对应；各人体生理参数采集单元包含若干附着体表的传感器节点和一个边界节点，传感器节点采集生理数据，并由边界节点基于IPv6协议传输至传感云平台，传感云平台对生理数据进行处理和健康风险评估；移动智能终端由传感云平台获取处理结果。此种系统运用物联网、云计算和IPv6等技术，发挥地址自动配置，高移动性、高安全性等优势，扩大监护的自由度、便携性，方便心脑血管患者在家庭生活、社区生活中得到有效监护，降低心血管疾病的潜在威胁。本发明还公开一种IPv6的健康监护方法。

Description

一种基于IPv6的健康监护系统及方法

技术领域

本发明属于医疗信息领域，特别涉及一种基于IPv6的健康监护系统健康监护方法。

背景技术

据统计，2015年60岁及以上人口达到2.22亿，占总人口的16.15％。预计到2020年，老年人口达到2.48亿，老龄化水平达到17.17％；2025年，六十岁以上人口将达到3亿，中国将成为超老年型国家，对老人的健康照护需求非常巨大。

据《2015年中国心血管病报告》显示，中国心脑血管病死亡率呈上升趋势。2014年脑卒中，冠心病，急性心肌梗塞(AMI)中国城市居民中国城市居民脑血管病死亡率为125.78/10万，107.5/10万，55.32/10万。大量医学实践表明，心脑血管哪怕是猝发性心脏疾病，如果事先能监测到细微征兆并采取有效的预防措施，其中70％-80％的患者可以避免死亡。

综上所述，为适应中国老龄化社会发展方向，心脑血管患者(如脑卒中、冠心病，急性心肌梗塞(AMI)等)需要在日常生活中长期监护，特别是家中或其所熟悉的社区生活中面临健康风险时能即时报警，第一时间发现并给予救护。健康监护对帮助老人日常掌控和预防心血管病变风险具有重要意义，为高质量老年生活提供重要健康、安全保障。

中国公开号204698548U，公开日为2015-10-14，名称为《便携式心电监测仪系统》的实用新型专利，包括采集人体体表心电信号的采集单元、加速度传感器单元、对数据处理的信号处理单元、内部Flash存储单元、传送数据信息的蓝牙无线射频单元和手机，所述采集单元通过导联电极及心电导联接口与信号处理单元连接，通过蓝牙无线射频发射单元与手机通讯联络。该实用新型解决采用智能手机作为心电图的显示媒介，但数据隐私、移动距离有很大的局限性。

中国公开号102551689 A，公开日为2012-07-11，名称为《基于无线移动端终的人体生命指征监测系统》，设计了生理参数监护仪，24小时不间断测量病人各个参数的变化，同时将这些参数通过蓝牙技术传递到手机，再由手机无线网络与社区服务器通讯，最后将病人参数反映到医生专用的PC客户端系统界面，实现远程医疗。该发明专利未能有效解决数据传递的安全和隐私问题，生理参数监护仪只显示实时监测信息，智能手机只是数据转发到社区服务器的网关。

基于以上描述，健康监护方法仍属较薄弱的领域，而且现有方法(IPv4,蓝牙)移动受限，不能保证保证安全性和监测数据隐私，有待改进。

新一代网络通讯协议IPv6可以为家庭生活、社区生活中的老人的健康监护提供了重要协议支撑。由于IPv6具有地址资源丰富、地址自动配置以及移动范围优势等优点，可以为各类生理传感器提供独立的IP地址，既改善(IPv4,蓝牙)移动受限的缺陷，又保证满足安全性以及身份认证需求。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种IPv6的健康监护系统及方法，其运用物联网、云计算和IPv6等技术，发挥地址自动配置，高移动性、高安全性等优势，扩大监护的自由度、便携性，方便心脑血管患者在家庭生活、社区生活中得到有效监护，降低心血管疾病的潜在威胁。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于IPv6的健康监护系统，包括若干人体生理参数采集单元、传感云平台及若干移动智能终端，其中，人体生理参数采集单元与移动智能终端的数量相同，且一一对应；各人体生理参数采集单元包含若干附着体表的传感器节点和一个边界节点，所有传感器节点负责采集生理数据，该生理数据由相对应的边界节点基于IPv6协议传输至传感云平台，传感云平台对接收的生理数据进行处理和健康风险评估；相对应的移动智能终端以WIFI或GPRS接入方式由传感云平台获取处理结果。

上述人体生理参数采集单元中若干附着体表的传感器节点和一个边界节点基于支持μIPv6的蓝牙协议构成无线传感网络。

上述各传感器节点包含生理传感器、数据转换模块、电源模块、存储单元和无线收发器，其中，生理传感器用于采集生理数据，数据转换模块用于将生理传感器采集的生理数据进行转换；无线收发器用于实现传感器节点与边界节点之间基于支持μIPv6的蓝牙协议通信；存储单元用于存储数据转换模块转换后的数据；电源模块用于对传感器节点中的各模块提供电源。

上述相对应的边界节点和移动智能终端分开设置或集成于一体。

一种基于IPv6的健康监护方法，包括如下步骤：

步骤1，利用附着体表的若干传感器节点采集生理数据；

步骤2，基于IPv6协议，将步骤1采集的生理数据通过边界节点传感至传感云平台；

步骤3，传感云平台对接收的生理数据进行处理和健康风险评估；

步骤4，移动智能终端以WIFI或GPRS方式与传感云平台建立连接，通过移动智能终端由传感云平台获取处理结果。

上述步骤1中，各传感器节点都具有唯一的IPv6地址，即由全局路由前缀、子网ID和接口ID构成，采用无状态自动配置。

上述各传感器节点都具有唯一的48位蓝牙设备地址，由IEEE EUI 64转换算法得到IPv6地址的接口ID。

上述各传感器节点支持轻量μIPv6协议，边界节点以双栈方式支持IPv6协议，传感云平台和移动智能终端都直接支持IPv6协议。

上述步骤3中，传感云平台采用MapReduce算法框架实现健康风险评估，具体过程是：

步骤①：将小规模生理监测数据复制到传感云平台的每个Hadoop节点的内存中，并将训练数据划分为多个互不重叠的分区；

步骤②：各Hadoop节点并行地对本地数据执行推理计算过程，判定健康风险评估规则库是否达到预期效果，并更新规则库；

步骤③：对各节点的推理结果进行合并，消除结果中的重复规则并输出更新后健康风险规则库；

步骤④：面对个体生理监测数据时，利用步骤③获得健康风险规则库，编写Map函数和Reduce函数最终实现健康风险评估。

采用上述方案后，本发明采用IPv6通信协议相比传统家庭健康监护方法(或系统)有以下优势：

(1)每个传感器节点和边界节点都分配唯一的IPv6地址，特别是在整个生命周期和完整的健康监测过程都能保证唯一性；

(2)具有网络地址自动配置，高移动性、高安全性等优势，能保证监测数据的隐私，具有很强的应用价值；

(3)具备低功耗、低体积、便携性好等特点，扩大监护的自由度，方便心脑血管疾病人在家庭生活、社区生活中得到有效监护，有效降低心血管疾病的潜在威胁；

(4)移动智能终端展示传感云平台对生理监测数据的存储、处理、分析和决策结果，得到运动推荐、膳食推荐等健康监护服务，也为制定更有效、个性化的健康干预措施提供支持。

附图说明

图1是本发明的整体架构图；

图2是本发明的数据处理流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于IPv6的健康监护系统，包括若干人体生理参数采集单元、传感云平台及若干移动智能终端，其中，每个人体生理采集单元均包含若干附着体表的传感器节点和一个边界节点，人体生理参数采集单元与移动智能终端的数量相同，且一一对应，每个使用者(主要是心脑血管患者)可对应使用一个人体生理参数采集单元和一个移动智能终端；若干附着体表的传感器节点负责采集生理数据，该生理数据由对应的边界节点基于IPv6协议传输至传感云平台，传感云平台对接收的生理数据进行处理，使用者手持移动智能终端与传感云平台基于XML数据交换框架实时交互，移动智能终端展示传感云平台对生理数据存储、处理、分析和决策结果，心脑血管患者可以得到运动推荐、膳食推荐等健康监护服务。因此，本系统中的所有传感器节点、传感云平台、移动智能终端都必须支持IPv6。

每个边界节点基于蓝牙连接相应的多个传感器节点。传感器节点集成生理传感器、数据转换模块、电源模块、存储单元、无线收发器等主要功能模块。各生理传感器负责分别采集生理数据，包括：心率、心电、血压、血氧、呼吸率等生理参数；无线收发器负责实现传感器节点之间以及传感器节点与边界节点之间的通信。无线收发器协议栈至底向上采用蓝牙物理层、蓝牙链路层、逻辑链路控制与适配协议、6LowPAN、μIPv6协议栈。边界节点集成蓝牙和WIFI，其中蓝牙协议栈至底向上采用蓝牙物理层、蓝牙链路层、逻辑链路控制与适配协议、6LowPAN和IPv6协议栈；WIFI协议栈至底向上采用物理层、链路层和IPv6协议栈。传感云平台支持物理层、链路层、IPv6协议栈。所述健康监护系统融合基于蓝牙的传感网络与IPv6网络技术，从而保证比现有的人体生理参数采集单元(蓝牙，IPv4)更强的移动特性、安全特性和路由特性。

传感器节点都具有唯一的IPv6地址，即由全局路由前缀、子网ID和接口ID构成，采用无状态自动配置。由于每个传感器节点都拥有唯一的48位蓝牙设备地址，包括24位LAP(Lower Address Part)域、8位UAP(Upper Address Part)域、以及16位NAP(Non-significant Address Part)域，因此，由IEEE EUI 64转换算法很容易得到接口ID。具体过程如下：48位蓝牙设备地址中第1字节的第2位反转，并在第3和第4字节之间插入特定16位值0xFFFE，形成64位接口ID；接口ID再加上路由前缀FE80::/64，就自动配置得到128位本地链路地址。

所述传感云平台基于IPv6协议，采用MapReduce算法框架实现健康风险评估，将评估结果反馈给移动智能终端，为制定个性化的健康干预措施提供支持。传感器节点和传感云平台之间可以实现端到端通信，由IPv6协议中IPSec部分保证安全性。

所述传感云平台采用MapReduce算法框架实现健康风险评估的具体过程是：

步骤①：将小规模生理数据复制到传感云平台的每个Hadoop节点的内存中，并将训练数据划分为多个互不重叠的分区。每个Hadoop节点拥有模式数据的分类规则和部分训练数据。在健康风险评估执行过程中，Hadoop节点将不需要从其他节点得到数据或者其他控制信息，亦即各节点之间是相互独立的，可以并行地执行推理计算。

步骤②：各Hadoop节点并行地对本地数据执行推理计算过程，该阶段主要负责判定健康风险评估规则库是否达到预期效果，并更新规则库。

步骤③：负责对各节点的推理结果进行合并，消除结果中的重复规则并输出更新后健康风险规则库。

步骤④：面对个体生理数据时，利用步骤③获得健康风险规则库，编写Map函数和Reduce函数最终实现健康风险评估。

所述移动智能终端是一种基于IPv6通信协议的软硬件一体化设备，由中央处理器、存储器、LCD显示器、触摸屏输入接口、通信转换接口等硬件模块构成，移动智能终端以WIFI、GPRS等方式连接到传感云平台；基于硬件结构利用HTML5+JQuery开发并集成监护系统功能，包括：在线展示生理数据、实时智能报警、健康风险评估、健康运动推荐、健康膳食推荐等功能于一体的应用软件系统。所述移动智能终端与传感云平台基于XML数据交换框架信息实时交互和共享；移动智能终端展示传感云平台对生理数据存储、处理、分析和决策结果。

本发明在使用时，首先，人体穿戴传感器节点(生理传感器)、设置边界节点，构成基于支持μIPv6的蓝牙协议的人体生理参数采集单元。所述人体生理参数采集单元智能采集人体各项生理数据，包括：心率、心电、血压、血氧、呼吸率等生理参数；传感器节点、边界节点和传感云平台构成IPv6网络，如图1所示。其中，传感云平台直接支持IPv6协议，边界节点以WIFI、GPRS等方式连接传感云平台；每一传感器节点、边界节点、传感云平台、移动智能终端都具有唯一的IPv6地址。最后，移动智能终端节点支持物理层、链路层、IPv6协议栈，基于硬件结构利用HTML5+JQuery开发了并集成监护系统功能，并展示传感云平台对生理数据存储、处理、分析和决策结果。

在具体实施中，边界节点和移动智能终端可以集成于一体，但移动智能终端用户往往受限在心脑血管患者；边界节点和移动智能终端相互分开的优势在于，除心脑血管患者外，移动智能终端的用户可以涵盖特约医生、医疗小分队、患者亲友、健康照护工作者，提供包括：医生决策、远程医疗、通知亲友、照护等全方位的监护服务。

健康监测数据流：(1)生理数据由人体生理参数采集单元负责采集，包括：体温、心率、心电、血压、血氧、呼吸率等，由基于支持μIPv6的蓝牙协议传输至边界节点；(2)边界节点接收生理数据进行处理,并以WIFI、GRPS方式传输至到传感云平台；(3)传感云平台接收、存储和分析生理数据；(4)移动智能终端与传感云平台信息交互；(5)传感云平台支持基于IPv6访问生理传感器节点。

如图2所示，基于IPv6的健康监护整体框架分为四个层次：监测感知层、数据信息层、数据处理与决策层、数据展示层。

监测感知层：布置在人体表面的各类生理传感器，包括：血压传感器，心率传感器，加速度器、体温传感器等，构成人体生理参数采集单元的基础设施。

数据信息层：边界节点接收由传感器节点传送的生理数据，并以基于HL7标准封装消息包传输至传感云平台。其中，体温、心率、心电、血压、血氧、呼吸率等生理参数信息，构成人体生理多元信息结构体系；通过特征提取后，将结构型、半结构型、非结构性数据通过集成XML构造模块封装成基于HL7标准的标准共享文档。

数据处理与决策层：传感云平台将健康监测数据作为健康监测档案的一部分；在专家知识库的帮助下，基于MapReduce算法框架实现健康风险评估，并提供相应的健康干预措施。

数据展示层：使用者手持移动智能终端，与传感云平台基于XML数据交换框架信息实时交互和共享；移动智能终端利用HTML5+JQuery开发了并集成监护系统功能，包括：在线展示实时展示健康在线监测结果；展示健康风险评估报告；根据健康情况，合适推荐膳食和运动，增进健康。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于IPv6的健康监护系统，其特征在于：包括若干人体生理参数采集单元、传感云平台及若干移动智能终端，其中，人体生理参数采集单元与移动智能终端的数量相同，且一一对应；各人体生理参数采集单元包含若干附着体表的传感器节点和一个边界节点，所有传感器节点负责采集生理数据，该生理数据由相对应的边界节点基于IPv6协议传输至传感云平台，传感云平台对接收的生理数据进行处理和健康风险评估；相对应的移动智能终端以WIFI或GPRS接入方式由传感云平台获取处理结果。

2.如权利要求1所述的一种基于IPv6的健康监护系统，其特征在于：所述人体生理参数采集单元中若干附着体表的传感器节点和一个边界节点基于支持μIPv6的蓝牙协议构成无线传感网络。

3.如权利要求2所述的一种基于IPv6的健康监护系统，其特征在于：所述各传感器节点包含生理传感器、数据转换模块、电源模块、存储单元和无线收发器，其中，生理传感器用于采集生理数据，数据转换模块用于将生理传感器采集的生理数据进行转换；无线收发器用于实现传感器节点与边界节点之间基于支持μIPv6的蓝牙协议通信；存储单元用于存储数据转换模块转换后的数据；电源模块用于对传感器节点中的各模块提供电源。

4.如权利要求1所述的一种基于IPv6的健康监护系统，其特征在于：所述相对应的边界节点和移动智能终端分开设置或集成于一体。

5.一种基于IPv6的健康监护方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，利用附着体表的若干传感器节点采集生理数据；

步骤2，基于IPv6协议，将步骤1采集的生理数据通过边界节点传输至传感云平台；

步骤3，传感云平台对接收的生理数据进行处理和健康风险评估；

步骤4，移动智能终端以WIFI或GPRS方式与传感云平台建立连接，通过移动智能终端由传感云平台获取处理结果。

6.如权利要求5所述的一种基于IPv6的健康监护方法，其特征在于：所述步骤1中，各传感器节点都具有唯一的IPv6地址，即由全局路由前缀、子网ID和接口ID构成，采用无状态自动配置。

7.如权利要求6所述的一种基于IPv6的健康监护方法，其特征在于：所述各传感器节点都具有唯一的48位蓝牙设备地址，由IEEE EUI 64转换算法得到IPv6地址的接口ID。

8.如权利要求5所述的一种基于IPv6的健康监护方法，其特征在于：所述各传感器节点支持轻量μIPv6协议，边界节点以双栈方式支持IPv6协议，传感云平台和移动智能终端都直接支持IPv6协议。

9.如权利要求5所述的一种基于IPv6的健康监护方法，其特征在于：所述步骤3中，传感云平台采用MapReduce算法框架实现健康风险评估，具体过程是：

步骤①：将小规模生理监测数据复制到传感云平台的每个Hadoop节点的内存中，并将训练数据划分为多个互不重叠的分区；

步骤②：各Hadoop节点并行地对本地数据执行推理计算过程，判定健康风险评估规则库是否达到预期效果，并更新规则库；

步骤③：对各节点的推理结果进行合并，消除结果中的重复规则并输出更新后健康风险规则库；

步骤④：面对个体生理监测数据时，利用步骤③获得健康风险规则库，编写Map函数和Reduce函数最终实现健康风险评估。