基于云平臺的社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

楊剛 高偉 薛挺

摘 要： 針對傳統(tǒng)社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)采用本地部署方式導(dǎo)致形成“數(shù)據(jù)孤島”、維護困難等現(xiàn)象，結(jié)合云計算的數(shù)據(jù)共享、免運維等特性，提出基于云平臺的社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上首先介紹基于云平臺的層次化設(shè)計的總體框架；然后研究基于新浪云平臺應(yīng)用開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，對云數(shù)據(jù)庫、云推送及監(jiān)護數(shù)據(jù)健康分析等關(guān)鍵技術(shù)進行詳細描述；最后給出基于云計算的社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)的部署和應(yīng)用，并分別展示了在Web端和Android客戶端的應(yīng)用。測試表明，該系統(tǒng)能有效監(jiān)護老人日常身體健康指標和緊急狀況，并適時推送消息和定位信息，對老人就醫(yī)和養(yǎng)老起到了很好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 云平臺； 社區(qū)老人監(jiān)護； 云數(shù)據(jù)庫； 云推送； 健康分析； 數(shù)據(jù)共享

中圖分類號： TN931+.3?34； TP311； TP392 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）20?0014?04

Abstract： In allusion to the phenomena such as data island and maintenance difficulty caused by the local deployment mode in the traditional community elderly monitoring system， a community elderly monitoring system based on cloud platform is proposed， combining with the characteristics of cloud computing such as data sharing and free of operating maintenance. On this basis， the overall framework of the hierarchical design based on the cloud platform is presented. The key technologies of application development based on the Sina App Engine （SAE） platform are studied. The key technologies such as cloud database， cloud push， and health analysis of monitoring data are described in detail. The deployment and application of the community elderly monitoring system based on cloud computing are presented. Applications on the Web terminal and Android clients are displayed respectively. The test results show that the system can effectively monitor the daily health indicators and emergency situations of the elderly， push messages and positioning information timely， and play a good guiding significance for medical treatment and health care of the elderly.

Keywords： cloud platform； community elderly monitoring； cloud database； cloud push； health analysis； data sharing

0 引 言

隨著我國人口老齡化趨勢加劇及人們健康意識的提高，對老人日常生理指標、突發(fā)事件及慢性病的監(jiān)護變得尤為重要[1?2]。而目前能被大規(guī)模使用的社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)寥寥無幾，一方面是因為本地部署復(fù)雜、成本高、后期維護困難等；另一方面是存儲在本地的數(shù)據(jù)得不到共享，例如醫(yī)院等單位不能訪問這些數(shù)據(jù)作為老人看病、養(yǎng)老的依據(jù)等，從而導(dǎo)致形成“數(shù)據(jù)孤島”[3]。

近年來，隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，推動“智慧城市”快速發(fā)展，社區(qū)作為城市的重要組成部分，實現(xiàn)“智慧社區(qū)”是“智慧城市”的基礎(chǔ)[4?7]。部署到云平臺上的社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)，可以根據(jù)實際需要購買和調(diào)整基礎(chǔ)資源配置，其既能利用云平臺部署方便、成本低且有專人維護等優(yōu)勢，又可滿足共享用戶數(shù)據(jù)、推送消息、快速響應(yīng)用戶請求等方面的訴求[8?11]。

根據(jù)上述分析，開發(fā)了一個基于云平臺社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過云平臺把底層數(shù)據(jù)采集端和上層終端應(yīng)用連接起來，將底層采集數(shù)據(jù)解析并存儲在云平臺數(shù)據(jù)庫中，當上層終端發(fā)送請求時，云服務(wù)器端對數(shù)據(jù)進行處理并將結(jié)果返回給請求端。此外還對部分數(shù)據(jù)進行實時分析，在緊急情況時，應(yīng)用云平臺消息推送機制給終端發(fā)送告警。在此基礎(chǔ)上，采用Web端和Android端相結(jié)合的上層終端管控方式，為社區(qū)老人監(jiān)護提供了一種新思路。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

目前國內(nèi)云計算平臺主要包括阿里云、百度云、新浪云等?？紤]PaaS（Platform as a Service）云平臺用戶只需關(guān)注自身應(yīng)用開發(fā)，而不用考慮服務(wù)器環(huán)境搭建問題，并結(jié)合穩(wěn)定性、性價比、后期運維等因素，該系統(tǒng)選取目前國內(nèi)最大的PaaS平臺新浪云（SAE）作為社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)的云端依托，并采用SAE支持的Java語言實現(xiàn)。其整體架構(gòu)由老人數(shù)據(jù)采集層、云計算平臺層、服務(wù)端功能實現(xiàn)層以及手機和Web終端應(yīng)用層等組成，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集層將采集到的數(shù)據(jù)封裝成json格式并通過服務(wù)器端Servlet定義的Restful類型接口上傳到云平臺。服務(wù)端功能實現(xiàn)層利用云平臺資源實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能，其中云端交互模塊實現(xiàn)跟云對接的南北向接口開發(fā)，是南向接收傳感器采集數(shù)據(jù)，北向響應(yīng)事件請求、主動推送消息的基礎(chǔ)；用戶管理實現(xiàn)監(jiān)護人、社區(qū)管理員以及老人個人信息的管理；數(shù)據(jù)庫存儲模塊實現(xiàn)老人的身體指標數(shù)據(jù)、老人個人信息、監(jiān)護人信息等存儲；功能服務(wù)模塊是對身體指標數(shù)據(jù)、GPS定位信息進行分析，判斷是否有緊急狀況發(fā)生；Web和手機終端適配模塊是接收處理上層觸發(fā)的事件，主動推送消息等。

前臺客戶端選用Android客戶端和Web客戶端開發(fā)監(jiān)護人和社區(qū)管理員應(yīng)用，客戶端的請求和響應(yīng)消息管理器通過HTTP協(xié)議跟服務(wù)端Servlet進行消息交互，并采用json格式實現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳。消息管理器一方面監(jiān)控客戶端用戶操控事件，觸發(fā)服務(wù)端數(shù)據(jù)庫讀寫以及數(shù)據(jù)分析等操作，同時還監(jiān)控服務(wù)器消息推送事件，對兩種事件中服務(wù)端發(fā)送的json數(shù)據(jù)進行解析，并結(jié)合前端資源文件顯示在客戶端。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 云數(shù)據(jù)庫技術(shù)

云數(shù)據(jù)庫相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具有便捷、安全、數(shù)據(jù)共享方便等優(yōu)勢。由于本系統(tǒng)訪問云數(shù)據(jù)庫頻繁，所以在選擇云數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上又從數(shù)據(jù)庫的連接和數(shù)據(jù)庫表設(shè)計上進一步優(yōu)化數(shù)據(jù)庫。

本系統(tǒng)采用c3p0連接池來解決資源消耗嚴重的問題，具體使用步驟如下：

1） 導(dǎo)入c3p0.jar，mchange?commons.jar。

2） 在類目錄下加入c3p0的配置文件：c3p0?config.xml，主要配置driverClass，jdbcUrl，user，password等參數(shù)。

3） 通過newComboPooledDataSource（）方法在工具類靜態(tài)代碼塊中創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接池。

然后可以通過工具類寫好的連接方法從數(shù)據(jù)源中獲取數(shù)據(jù)庫連接。

在數(shù)據(jù)存儲方面，根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計了4個主要的數(shù)據(jù)庫表：

tbl_elderlyInfo表：存儲老年人的個人信息，包括姓名、身份證號、手機號、監(jiān)護人姓名和家庭住址等；

tbl_equipmentInfo表：存儲設(shè)備以及使用設(shè)備的老人和老人監(jiān)護人的綁定關(guān)系，包括設(shè)備ID、老人ID、監(jiān)護人ID等；

tbl_dynamicDataInf表：存儲定時上報的老人實時動態(tài)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備ID、經(jīng)緯度、姿態(tài)角、更新時間等；

tbl_physiologicalDataInfo表：存儲手動觸發(fā)上報的老人生理指標數(shù)據(jù)，包括設(shè)備ID、血壓、心率、更新時間等。

2.2 云推送技術(shù)

與傳統(tǒng)社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)可以在老人出現(xiàn)緊急狀況，或需要推送健康分析結(jié)果和養(yǎng)老建議時，通過云平臺的推送功能向Android和Web客戶端推送消息。

2.2.1 Android客戶端推送

Android客戶端推送是通過監(jiān)護系統(tǒng)服務(wù)器端調(diào)用云平臺的API接口實現(xiàn)，消息先存到新浪云，再由新浪云的推送服務(wù)投遞到監(jiān)護人的手機。其中新浪云的Android Push SDK，對外的調(diào)用類只有一個PushManager，通過這個類可以打開、關(guān)閉、刷新Push的通道。Push通道以TCP長連接的形式存在，保證數(shù)據(jù)送達的及時性。

在Android應(yīng)用中添加SinaPush Android SDK，為Android App增加推送功能，具體推送的步驟如下：

1） 導(dǎo)入SDK中的SinaPush_{version}_SAE_release.jar包。

2） 在應(yīng)用的AndroidManifest.xml中添加相關(guān)權(quán)限和配置服務(wù)。

3） 在調(diào)用所有接口前，先進行初始化，且初始化只需要調(diào)用一次，代碼如下：

PushManager manager = PushManager. getInstance（getApplicationContext（））；

4） 接收push消息，SDK收到push消息后會發(fā)出一個notification，當監(jiān)護人點擊notification時，會跳轉(zhuǎn)到在acts字段中設(shè)置好的界面上。

2.2.2 Web客戶端推送

2.3 健康數(shù)據(jù)分析

部署在云平臺上的監(jiān)護系統(tǒng)具有彈性擴容的特點，這為大數(shù)據(jù)存儲和計算提供了資源。經(jīng)過對采集到的大量數(shù)據(jù)分析得出，人的生理指標（如血壓、心率等）數(shù)據(jù)和健康狀況息息相關(guān)，綜合分析這些指標可以有效預(yù)判老人的健康狀況并向監(jiān)護人推送告警信息，系統(tǒng)采用有向圖描述這些關(guān)系。

生理指標與疾病的關(guān)系圖（PI?D）可以用來判斷一個人是否處于健康狀態(tài)。PI?D定義為V和E的集合：PI?D={V，E}。其中V指的是頂點集，每個頂點代表生理指標的一個范圍或一個疾病名稱，用vi=（type，value）表示，如果type=0說明vi是生理指標范圍，type=1則vi是疾病名稱。E指的是邊集，每條邊代表不同疾病之間的關(guān)系或生理指標與疾病之間的關(guān)系，用eij=表示，其中ai和aj分別是頂點i和頂點j，w是兩者間關(guān)系的強度系數(shù)。

從圖2中可以看出高血壓和心律失常是相關(guān)的，所以如果檢測到高血壓癥狀，就需要更好地監(jiān)測與心律失常相關(guān)的其他指標。

3 系統(tǒng)部署和應(yīng)用

3.1 SAE應(yīng)用系統(tǒng)部署

本地開發(fā)并驗證系統(tǒng)功能正常后，即可將應(yīng)用系統(tǒng)部署到SAE平臺，主要步驟如下：

1） 創(chuàng)建新應(yīng)用。注冊新浪賬號并登錄到SAE平臺主頁：http：//sae.sina.com.cn，點擊“創(chuàng)建新應(yīng)用”，在彈出界面設(shè)置二級域名、應(yīng)用名稱和資源配置等信息。

2） 應(yīng)用系統(tǒng)部署。本地驗證功能正常后，在 Eclipse 中點擊新浪插件中的sina web services ?>Deploy按鈕， 在彈出框中對賬號和應(yīng)用程序的標題進行設(shè)置，點擊確定，該插件自動將應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容打包、上傳并部署至SAE平臺。

3） 應(yīng)用系統(tǒng)在線訪問。部署完成后， 即可通過“創(chuàng)建新應(yīng)用”中填寫的域名即可訪問應(yīng)用系統(tǒng)，例如本文系統(tǒng)的URL為：http：//health.applinzi.com。

4） 應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)測。SAE為開發(fā)人員提供了管理自己新建應(yīng)用的統(tǒng)一平臺，如數(shù)據(jù)、版本管理、訪問量等，開發(fā)人員可以方便地監(jiān)控自己應(yīng)用的運行及使用情況。

3.2 Web客戶端應(yīng)用展示

Web客戶端主要功能包括：設(shè)備管理、老人健康檔案管理、生理指標管理、地圖顯示、閾值設(shè)置、告警查詢等應(yīng)用界面，如圖3所示。其中設(shè)備管理實現(xiàn)設(shè)備注冊、刪除等操作，并能查看設(shè)備和綁定的老人信息及對應(yīng)監(jiān)護人的相關(guān)聯(lián)信息；老人健康檔案管理可以錄入和查看老人個人信息、監(jiān)護人信息以及歷史疾病等；生理指標管理實現(xiàn)老人血壓、心率等數(shù)據(jù)的查看；通過閾值設(shè)置界面對老人的生理指標和實時動態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)置閾值，如果超過設(shè)定值，則在告警查詢界面能看到新增一條閾值超限告警；如果健康分析預(yù)判可能有疾病也會發(fā)送告警信息，并提供養(yǎng)老建議；地圖顯示能實時跟蹤老人位置信息，有助于在緊急狀況發(fā)生時對老人采取救援。

Android客戶端主要功能類似Web端，只是手機端用戶只能操作已綁定的老人數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)泄露。

指標界面可以查看生理指標和跌倒狀況信息；地圖界面實現(xiàn)電子圍欄設(shè)置以及日常跟蹤定位；個人信息界面可以綁定多個被監(jiān)護人，并可以在不同的綁定對象間自由切換，該界面還能查詢告警信息，以便及時了解被監(jiān)護人的身體健康和安全狀況。

4 結(jié) 語

本文分析了傳統(tǒng)社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，提出基于云平臺的社區(qū)老人監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效發(fā)揮了云計算平臺的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式共享存儲和訪問，從而避免“數(shù)據(jù)孤島”的現(xiàn)象。未來通過采集更多的身體健康指標數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)深入挖掘各指標間的相互關(guān)系，并在保證數(shù)據(jù)安全的前提下最大程度共享，可以在老人就醫(yī)、個性化養(yǎng)老建議、醫(yī)療保健等方面發(fā)揮更大優(yōu)勢，并最終發(fā)展成為集監(jiān)控、醫(yī)療與養(yǎng)老于一身的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 周光清，吳書裕，薛冰冰，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)健康管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2014，35（8）：53?56.

ZHOU Guangqing， WU Shuyu， XUE Bingbing， et al. Design and implementation of community health management platform based on Internet of Things [J]. Chinese medical equipment journal， 2014， 35（8）： 53?56.

[2] XU Boyi， XU Lida， CAI Hongming. Architecture of M?health monitoring system based on cloud computing for elderly homes application [C]// Proceedings of Enterprise Systems Conference. Shanghai： IEEE， 2015： 40?50.

[3] 范煒瑋，趙東升，王松俊.基于云計算的區(qū)域醫(yī)療信息共享平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軍事醫(yī)學，2015，39（4）：257?260.

FAN Weiwei， ZHAO Dongsheng， WANG Songjun.A cloud computing based implementation of regional medical information sharing [J]. Military medical sciences， 2015， 39（4）： 257?260.

[4] 張式富，姜濤，吳效明.基于B/S的智慧社區(qū)健康監(jiān)護管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機應(yīng)用與軟件，2014，31（3）：4?6.

ZHANG Shifu， JIANG Tao， WU Xiaoming. Design and implementation of health care management system software in intelligent community based on B/S [J]. Computer applications & software， 2014， 31（3）： 4?6.

[5] 宮艷雪，武智霞，鄭樹泉，等.面向智慧社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究[J].計算機工程與設(shè)計，2014，35（1）：344?349.

GONG Yanxue， WU Zhixia， ZHENG Shuquan， et al. Research on IoT architecture for smart community [J]. Computer engineering and design， 2014， 35（1）： 344?349.

[6] DOUKAS C， MAGLOGIANNIS I. Managing wearable sensor data through cloud computing [C]// Proceedings of 2011 IEEE Third International Conference on Cloud Computing Technology and Science. Athen： IEEE， 2012： 440?445.

[7] WEI Nuo， SHU Minglei， ZHANG Chongqing. Intelligent health perception system based on cloud computing [C]// Proceedings of 2015 International Conference on Computational Intelligence and Communication Networks. Jabalpur： IEEE， 2016： 894?897.

[8] 鄧仲華，宋秀芬.信息資源云的數(shù)據(jù)監(jiān)護研究[J].圖書館學研究，2014（17）：45?52.

DENG Zhonghua， SONG Xiufen. Research on data monitoring of information resource cloud [J]. Research on library science， 2014（17）： 45?52.

[9] 朱雯.基于移動互聯(lián)網(wǎng)的個人健康管理軟件設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2017.

ZHU Wen. Design and implementation of personal health management system based on the mobile network [D]. Chengdu： University of Electronic Science and Technology of China， 2017.

[10] 承驍，白光偉，華志翔，等.云代理的移動消息推送服務(wù)[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2016，37（8）：1661?1666.

CHENG Xiao， BAI Guangwei， HUA Zhixiang， et al. Cloud?based broker for mobile message pushing [J]. Journal of Chinese computer systems， 2016， 37（8）： 1661?1666.

[11] 陸佳煒，王辰昊，肖剛，等.面向多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的云推送平臺的研究與應(yīng)用[J].計算機科學，2016，43（z1）：533?537.

LU Jiawei， WANG Chenhao， XIAO Gang， et al. Research and application of cloud push platform based on multi?source heterogeneous data [J]. Computer science， 2016， 43（S1）： 533?537.