引言

    隨著我國(guó)老齡化程度的逐步加劇，空巢老人問(wèn)題凸顯，并已成為老齡化問(wèn)題的新焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在大城市中空巢家庭已接近30％，而京滬津三直轄市則高達(dá)33％以上。空巢老人生活能力差以及經(jīng)濟(jì)壓力大，敬老院無(wú)疑是他們晚年生活的理想選擇。將全面的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控理念引入敬老院，組建網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高助老助殘服務(wù)品質(zhì)，變革傳統(tǒng)養(yǎng)老方式，主動(dòng)面對(duì)未來(lái)養(yǎng)老領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。
    以太網(wǎng)、WLAN技術(shù)日趨成熟，其傳輸速率、安全性和穩(wěn)定性也不斷提高。本文采用WLAN便攜監(jiān)測(cè)設(shè)備接入以太網(wǎng)，結(jié)合RFID、視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)庫(kù)及人機(jī)界面開(kāi)發(fā)等熱點(diǎn)技術(shù)完成了老人狀況和監(jiān)護(hù)中心的無(wú)縫銜接。未來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的整體方向是：數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化是監(jiān)控系統(tǒng)的主流趨勢(shì)，它大大地簡(jiǎn)化和提高了信息傳遞的方式和速度。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及市場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境的逐步成熟，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向。對(duì)于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，需要考慮到線(xiàn)纜布局的合理性，比如特殊地理環(huán)境、工作內(nèi)容、開(kāi)闊地等環(huán)境，鋪設(shè)線(xiàn)纜將耗費(fèi)大量人力與物資或者無(wú)法布線(xiàn)等。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不需布線(xiàn)，組網(wǎng)方式靈活，具備遠(yuǎn)距離監(jiān)控，良好的擴(kuò)充性，可管理性，易于與其它系統(tǒng)集成等優(yōu)勢(shì)。
1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    目前我國(guó)大型敬老院、福利院大多住宿條件良好，入住率高達(dá)100％，排隊(duì)入住的情況屢見(jiàn)不鮮。但這些機(jī)構(gòu)中從事醫(yī)療監(jiān)護(hù)工作的人員較少且助老助殘?jiān)O(shè)施相對(duì)陳舊，技術(shù)水平落后，在很大程度上限制了對(duì)老人身體健康狀況的了解。
    對(duì)老人的生命特征、護(hù)理情況、活動(dòng)范圍等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅可以實(shí)時(shí)了解老人當(dāng)前的健康狀況，還可預(yù)測(cè)老人未來(lái)的情況。敬老院網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。老人通過(guò)便攜式無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備不僅能定時(shí)獲取血壓、脈搏、體溫等生理參數(shù)，還可通過(guò)對(duì)有源RFID標(biāo)簽信號(hào)進(jìn)行識(shí)別確定位置，通過(guò)基站接入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將信息匯總于監(jiān)護(hù)中心。監(jiān)護(hù)中心可實(shí)時(shí)了解老人的各項(xiàng)信息并將其存儲(chǔ)，以便將來(lái)分析查看。如遇緊急狀況，監(jiān)護(hù)中心可通過(guò)定位信息切換視頻監(jiān)視器，結(jié)合生理參數(shù)派出相應(yīng)救護(hù)人員到達(dá)確切事發(fā)地進(jìn)行救治，實(shí)現(xiàn)了有限人力資源的優(yōu)化整合，完成了信息和視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)控、監(jiān)控和救護(hù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(灰)和視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(黑)兩部分組成

2.1數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)又分為有線(xiàn)網(wǎng)(以太網(wǎng))和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)(WLAN)兩部分。
(1)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)
    WLAN所采用的CSMA／CA(載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)／沖突避免)型介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制遵守以太網(wǎng)協(xié)議(CSMA／CD，載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)／沖突檢測(cè))并與主流網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)兼容，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)AP完好地接入以太網(wǎng)而不需任何修改；WLAN的輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通GSM手機(jī)，更為綠色環(huán)保。此外，WLAN相對(duì)其他移動(dòng)通信技術(shù)(如Bluetooth、Zig Bee)移動(dòng)性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，傳輸速率高。
     由于涉及WLAN的室外使用，選用TENDA的TWL5401A加裝TENDA 24 dB網(wǎng)狀型定向天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)。TWL5401A是戶(hù)外遠(yuǎn)距離AP，采用高密封、防腐蝕、抗干擾鋁機(jī)殼和IEEE802.3a／PoE以太網(wǎng)電源，覆蓋范圍廣(無(wú)障礙2 km)，支持AP、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、中繼和無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端等模式，靈敏度高，配合看門(mén)狗和無(wú)線(xiàn)安全標(biāo)準(zhǔn)WPA2使得無(wú)線(xiàn)通信安全可靠。
     無(wú)線(xiàn)終端集脈搏、血壓、溫度傳感器于一體。首先利用光電傳感器通過(guò)測(cè)試血液對(duì)光強(qiáng)的吸收能力間接測(cè)脈搏數(shù)，然后用壓力傳感器測(cè)血壓，通過(guò)溫度傳感器測(cè)體溫。老人定位屬較低的區(qū)域定位，故根據(jù)RFID信號(hào)采用質(zhì)心定位算法便可滿(mǎn)足要求。無(wú)線(xiàn)終端可采用TI公司的醫(yī)用低功耗芯片，如OPT101光電傳感器和FG47x系列MCU。RFID方面可選擇北京烽火聯(lián)拓或上海秀派公司的有源標(biāo)簽和閱讀器。

無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：

   1、綜合成本低，性能更穩(wěn)定。只需性投資，無(wú)須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠(yuǎn)及已裝修好的場(chǎng)合;

   2、組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用。根據(jù)用戶(hù)實(shí)際情況采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式組網(wǎng)，限度地使用鏈路帶寬，管理人員可以迅速將新的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)投入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，不需要為新建的傳輸鏈路鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，輕而易舉地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控;

   3、維護(hù)費(fèi)用低。無(wú)線(xiàn)設(shè)備管理方式以及安裝非常便利，前端設(shè)備是即插即用、免維護(hù)系統(tǒng);

   4、無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控和無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的結(jié)合，它可以將不同地點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊手段傳送到無(wú)線(xiàn)監(jiān)控中心，并且自動(dòng)形成視頻數(shù)據(jù)庫(kù)便于日后的檢索;

   5、監(jiān)控中心的交換機(jī)必須具備組播轉(zhuǎn)發(fā)控制功能，防止廣播風(fēng)暴發(fā)生。通過(guò)無(wú)線(xiàn)設(shè)備特性管理，組播方式傳輸碼流緩解鏈路帶寬壓力。

2.2視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
    視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由各類(lèi)監(jiān)控?cái)z像機(jī)(全景型、低照度型等)、監(jiān)護(hù)中心大屏幕和視頻傳輸線(xiàn)路組成，該系統(tǒng)協(xié)同數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)影像定位的聯(lián)動(dòng)監(jiān)護(hù)，如圖1所示。在需要晝夜監(jiān)視的區(qū)域可選SONY SSC-DC59xx系列攝像機(jī)，確保達(dá)到低照度監(jiān)視要求。
3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分析與應(yīng)用

    Ethernet／IP在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入了TCP／IP，故通過(guò)使用Socket可簡(jiǎn)化監(jiān)控軟件的制作。此外，其抽象監(jiān)控節(jié)點(diǎn)為對(duì)象模型，提供了一套完整的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)程，促進(jìn)了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。，通過(guò)商用以太網(wǎng)硬件便可支撐Ethernet／IP底層通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)方便，性?xún)r(jià)比高。
3.1通信協(xié)議結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)封裝

    Ethernet／IP的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。其在TCP／IP之上定義了數(shù)據(jù)封裝、應(yīng)用和傳輸層以及用戶(hù)層。應(yīng)用和傳輸層中定義了數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)程(顯式、I／O信息)，用戶(hù)層可自定義應(yīng)用對(duì)象及其對(duì)應(yīng)設(shè)備行規(guī)。
                                 
    Ethernet／IP數(shù)據(jù)封裝在協(xié)議總體數(shù)據(jù)封裝(以太網(wǎng)幀)中的位置如下所示，有關(guān)Ethernet／IP的具體封裝格式請(qǐng)參看協(xié)議卷。
                             
3.2無(wú)線(xiàn)終端通信模塊
    以無(wú)線(xiàn)終端的通信模塊為例，將其節(jié)點(diǎn)內(nèi)部路徑化，建立對(duì)象模型如圖3所示。
                                
    數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)程：Ethernet／IP的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)基于應(yīng)用連接，確保了數(shù)據(jù)的安全和可靠。若尚未建立顯式或I／O連接，需通過(guò)未連接報(bào)文管理器(UCMM)將報(bào)文送至報(bào)文路由器派發(fā)。通過(guò)UCMM信息經(jīng)連接管理對(duì)象可建立顯式或I／O連接。顯式連接用于不定期數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)(如血壓值)，采用TCP問(wèn)答的形式；I／O連接則通過(guò)UDP傳遞現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息(如實(shí)時(shí)位置)。
    應(yīng)用對(duì)象及其設(shè)備行規(guī)：建立電子血壓儀、體溫計(jì)以及實(shí)時(shí)定位模塊的應(yīng)用對(duì)象如圖4所示。集合對(duì)象對(duì)后兩者的測(cè)量值綁定形成設(shè)備行規(guī)2。設(shè)備行規(guī)定義了現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)數(shù)據(jù)的通信組織形式，行規(guī)1、2如圖4所示。
                                
以上述設(shè)備行規(guī)形式組織的數(shù)據(jù)首先被Ethernet／IP封裝在其命令相關(guān)數(shù)據(jù)域中，之后依次加上IP、TCP頭放人以太網(wǎng)幀中，從現(xiàn)場(chǎng)上傳到監(jiān)護(hù)中心。
4結(jié)語(yǔ)

    將全面的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控理念運(yùn)用到敬老院環(huán)境中，通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)、WLAN、RFID和視頻監(jiān)視等技術(shù)的綜合應(yīng)用完成了系統(tǒng)組網(wǎng)，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了對(duì)老人全方位、全天候的聯(lián)動(dòng)監(jiān)護(hù)。此外，在將Ethernet／IP協(xié)議引人助老助殘網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，給出了監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)流程，實(shí)踐結(jié)果表明，用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控系統(tǒng)，具有成本低，性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。