基于認(rèn)知無(wú)線電通信的智能助老服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李滿江 周立 魏健 雷可君

摘 ? 要：文章提出了一種基于認(rèn)知無(wú)線電通信的智能助老服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建模式。一方面，將傳感測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)應(yīng)用于助老服務(wù)，在醫(yī)療服務(wù)和生活服務(wù)方面嘗試用人工智能來(lái)完成部分工作，以提高助老服務(wù)的先進(jìn)性和可靠性。另一方面，針對(duì)智能化帶來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)急劇增加的情況，考慮通過(guò)認(rèn)知無(wú)線電來(lái)搭建專(zhuān)用的助老服務(wù)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

關(guān)鍵詞：助老服務(wù);智能;系統(tǒng);通信;認(rèn)知無(wú)線電

隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)，老年人尤其是獨(dú)居、空巢、孤寡老人的養(yǎng)老成為一個(gè)日益嚴(yán)峻的社會(huì)問(wèn)題。當(dāng)今社會(huì)生存競(jìng)爭(zhēng)激烈，家庭子女特別是獨(dú)生子女沒(méi)有足夠的時(shí)間和精力照顧老人，傳統(tǒng)的“養(yǎng)兒防老”觀念在現(xiàn)實(shí)的沖擊下逐漸弱化，完全依靠家庭來(lái)養(yǎng)老的模式難以滿足社會(huì)需求[1]。高齡老年人的自我照料能力差、行為和語(yǔ)言能力下降，需要大量的人力和物力對(duì)他們進(jìn)行特別護(hù)理。然而，在目前的助老服務(wù)模式下，我國(guó)在短時(shí)間內(nèi)很難通過(guò)社會(huì)養(yǎng)老來(lái)完全代替家庭養(yǎng)老[2]。因此，老年人對(duì)被照顧的需求與家庭和社會(huì)能提供的養(yǎng)護(hù)供給之間的矛盾日趨尖銳。將助老服務(wù)和現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)具有一定護(hù)理能力的助老服務(wù)系統(tǒng)以幫助老人生活起居，成了一種新型的“居家養(yǎng)老”模式。這種新型的養(yǎng)老模式符合時(shí)代發(fā)展的要求，是解決我國(guó)老年人養(yǎng)老過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題的有效途徑[3]。

鑒于此，筆者深入分析助老服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)該具備的各項(xiàng)功能，提出了一種基于認(rèn)知無(wú)線電通信的智能助老服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、專(zhuān)網(wǎng)通信、服務(wù)內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，不僅注重老年人生活質(zhì)量的提高，而且關(guān)注老年人的精神狀態(tài)和心理健康，能為老年人提供諸如日常護(hù)理、線上線下陪伴、醫(yī)療幫助和康復(fù)指導(dǎo)等方面的服務(wù)，并在老年人遇到緊急情況時(shí)給予及時(shí)的救助。

1 ? ?智能助老服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建思路

要解決傳統(tǒng)助老服務(wù)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，需要投入大量的人力和物力，尤其是專(zhuān)業(yè)的醫(yī)護(hù)團(tuán)隊(duì)、心理輔導(dǎo)團(tuán)隊(duì)和成熟的老年人活動(dòng)策劃團(tuán)隊(duì)的建立。隨著我國(guó)老齡化的日益嚴(yán)重，老年人口日益增多，而勞動(dòng)力尤其是具有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的勞動(dòng)力難以進(jìn)入到助老服務(wù)系統(tǒng)中，因此，利用信息網(wǎng)絡(luò)的資源共享功能、智能檢測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)能力、人工智能的替代作用和認(rèn)知無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)安全高效的特點(diǎn)，建立具有及時(shí)通信、實(shí)時(shí)監(jiān)控和活動(dòng)內(nèi)容豐富的線上、線下助老服務(wù)系統(tǒng)，是解決傳統(tǒng)助老服務(wù)系統(tǒng)所面臨困境的有效方法。

2 ? ?智能助老服務(wù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

智能助老系統(tǒng)是家域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組成的二級(jí)結(jié)構(gòu)，其中，家域網(wǎng)包括家庭智能醫(yī)學(xué)設(shè)備、ARM中央控制平臺(tái)、圖像處理單元、人工智能服務(wù)和ZigBee無(wú)線傳輸5大模塊;廣域網(wǎng)由監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)分析與處理中心、系統(tǒng)服務(wù)中心和認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)關(guān)4大模塊組成。智能助老系統(tǒng)的總體二級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 ? ?智能助老服務(wù)系統(tǒng)家域網(wǎng)的功能及其通信系統(tǒng)

3.1 ?家域網(wǎng)的功能

在智能助老系統(tǒng)的家域網(wǎng)（見(jiàn)圖2）中，家庭智能醫(yī)學(xué)設(shè)備模塊和基于ARM芯片的中央控制平臺(tái)是核心組成部分。家庭智能醫(yī)學(xué)設(shè)備模塊由多種智能檢測(cè)儀器組成，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)老年人的健康指標(biāo)。家庭智能醫(yī)學(xué)設(shè)備的控制模塊通過(guò)ZigBee無(wú)線通信技術(shù)與中央控制平臺(tái)進(jìn)行連接。一旦監(jiān)測(cè)指標(biāo)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，則立即通過(guò)中央控制平臺(tái)啟動(dòng)智能報(bào)警模塊。對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控則由智能監(jiān)控設(shè)備完成，一旦出現(xiàn)異常情況，也將通過(guò)中央控制平臺(tái)啟動(dòng)智能報(bào)警模塊。此外，中央控制平臺(tái)通過(guò)無(wú)線傳輸操控人工智能設(shè)備，使其為患病或生活不能自理的老人提供醫(yī)療服務(wù)和生活服務(wù)，通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）和用戶（老人的監(jiān)護(hù)人）連接，通過(guò)認(rèn)知無(wú)線電通信模塊和城域網(wǎng)的系統(tǒng)服務(wù)中心連接。

3.2 ?家域網(wǎng)的通信系統(tǒng)

家域網(wǎng)中家電設(shè)備和家庭智能醫(yī)學(xué)設(shè)備發(fā)射信號(hào)時(shí)通常使用免費(fèi)的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（Industrial Scientific Medical，ISM）頻帶，例如IEEE 802.11 WLANs（2.4 GHz），WiFi（2.4 GHz和5 GHz）、藍(lán)牙（2.4 GHz）和微波（2～40 GHz）。ZigBee是一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無(wú)線通信技術(shù)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，智能家居通信系統(tǒng)通常采用ZigBee技術(shù)（2.4 GHz）構(gòu)建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)[4]。智能助老系統(tǒng)的家域網(wǎng)也借鑒智能家居采用ZigBee技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。因此，當(dāng)家電設(shè)備、家庭智能醫(yī)學(xué)設(shè)備、中央控制臺(tái)同時(shí)使用2.4 GHz頻段發(fā)送信號(hào)時(shí)，將不可避免地會(huì)發(fā)生信號(hào)沖突。解決這一問(wèn)題的有效方法是將認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)（Cognitive Radio，CR）[5]應(yīng)用到家域網(wǎng)中，使得家域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)具有認(rèn)知通信的功能，從而控制家域網(wǎng)中各種設(shè)備對(duì)2.4 GHz頻譜的占用，確保各類(lèi)信息的穩(wěn)定傳輸。

4 ? ?智能助老服務(wù)系統(tǒng)廣域網(wǎng)的功能及其通信系統(tǒng)

4.1 ?廣域網(wǎng)的功能

廣域網(wǎng)完成的助老服務(wù)功能主要包括監(jiān)控信息的保存與查詢(xún)、檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析與處理、多種服務(wù)的提供與管理。（1）廣域網(wǎng)的監(jiān)控中心：可以通過(guò)PC機(jī)對(duì)被照顧者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，家人也可以隨時(shí)隨地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者手機(jī)觀察到被照顧者。（2）數(shù)據(jù)分析和處理中心：及時(shí)分析來(lái)自家域網(wǎng)的醫(yī)療、飲食、健康等各類(lèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。（3）系統(tǒng)服務(wù)中心：提供護(hù)理、陪伴和醫(yī)療康復(fù)等方面的人員支持，并為豐富老年人的精神生活等相關(guān)活動(dòng)提供活動(dòng)組織策劃、線上線下交友平臺(tái)搭建等多種服務(wù)。廣域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。

4.2 ?廣域網(wǎng)的通信系統(tǒng)

目前，通信方式主要分為有線通信和無(wú)線通信兩種，在長(zhǎng)距離通信中有線方式以光纖通信為主，無(wú)線通信以3G/4G移動(dòng)通信為主。智能助老服務(wù)系統(tǒng)中廣域網(wǎng)的通信系統(tǒng)主要是確保各類(lèi)信息在智能助老服務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行高效、安全傳輸，若“搭乘”移動(dòng)通信或互聯(lián)網(wǎng)的“順風(fēng)車(chē)”，采用租用帶寬的方式傳輸數(shù)據(jù)，雖然節(jié)約了建設(shè)成本和后期的維護(hù)管理費(fèi)用，但其產(chǎn)生的租賃費(fèi)用是相當(dāng)可觀的，而且還需考慮信息的安全性和保密性。若要構(gòu)建智能助老系統(tǒng)的專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)，必須考慮一些現(xiàn)實(shí)的因素，如建設(shè)成本、維護(hù)管理投入、通信設(shè)備的功耗、信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性等。顯然，采用光纖構(gòu)建智能助老系統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡(luò)方案，在前期的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和后期的維護(hù)管理費(fèi)用方面均不占優(yōu)勢(shì)，而構(gòu)建無(wú)線通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)又必須面臨頻譜資源緊張的問(wèn)題。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是一種有效利用頻譜空洞的新技術(shù)，即允許非授權(quán)用戶在授權(quán)用戶未使用其合法頻段（即頻譜空洞存在）的前提下使用該頻段，從而在極大提高頻譜利用效率的同時(shí)，降低了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。因此，在助老服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部，為保證實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面的及時(shí)有效傳輸、各種共享資源的流暢傳遞以及出于對(duì)老人健康狀況和其家庭隱私的保護(hù)，筆者提出了構(gòu)建以認(rèn)知無(wú)線電為基礎(chǔ)的專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)的方案。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

本研究克服了傳統(tǒng)助老模式存在的成本大、效率低、專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)等缺陷，利用現(xiàn)代監(jiān)控技術(shù)、信息處理技術(shù)、感知技術(shù)和通信技術(shù)探究構(gòu)建智能助老服務(wù)系統(tǒng)的模式，令其在提高助老服務(wù)的專(zhuān)業(yè)性、實(shí)時(shí)性和豐富性的同時(shí)，以資源共享的模式降低了重復(fù)建設(shè)的投入成本。讓不愿離開(kāi)家人的老人既得到安全保障，又不增加家人的精神負(fù)擔(dān)，有利于家庭和睦，弘揚(yáng)孝道。

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