摘要：  本文将物联网理念、架构与物联网中的嵌入式系统等技术平台作探析，并对基于无线感测网络的物联网在医护领域中的应用作分析说明。

关键字：  物联网，感知，健康保护，移动护理，医疗监控物联网，感知，健康保护，移动护理，医疗监控

0 前言
众所周知，信息获取、传输和处理是信息产业领域的三大支柱。最崭新型的结合和体现则是无线物联网平台技术。当今，无所不在的物联网(The Internet of Things)通信时代的来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。其物联网被专家及多个国家认为是继互联网浪潮之后的又一次科技革命。不管是“智慧地球”，还是“感知中国”的新提法的闻世，都意味着无线物联网将是当下最热门最具竞争性的产业。那么什么是物联网的新理念呐？
1 物联网的新理念
物联网是互联网发展新阶段
通过$传感器、射频识别、红外感应器、全球定位系统、澈光扫描器等信息传感设备按约定的协议，把任何物品与互联网相连拉接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的—种网络概念。应该说，互联网是连接虚拟信息空间，而物联网是连接现实物理世界。物联网是互联网发展新阶段=传感网+互联网，其互联网人人互联（网络中的客流）而传感网=物物互联（网络中的物流）。
物联网基本架构
目前业界普遍认同物联网在体系架构上主要包括三大部分：首先是感知层，承担信息的采集（通过智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等）；其次是网络层，承担信息的传输（无线网、移动网、固网、互联网、广电网等）：第三是应用层，完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成特定的智能化应用和服务任务，以实现物与物、人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。图1为物联网结构示意框图。从中可知完整的构建物联网无线平台，它融合了最新多种无线技术：ZigBee/Wi-Fi/GPRS/3G等。
构建物联网组成的基本技术是什么？
感知层：感知设备是物联网整个产业链的基础，涵盖原材料开发、研发设计、IC制造、封装测试、产品应用和配套服务。传感设备的需求量将是整个链条中总量最大的环节。各种传感设备，包括RFID、二维码、传感器、摄相头、GPS等又形成各自相对完整的产业链。
传输层：数据的传输与处理是物联网产业链的中间环节，涵盖传输材料、光传输设备、网络通信、数据存储、数据处理与服务和信息安全等。具体而言，这一环节可分为两个部分：第一部分是把传感器、智能终端联接起来的网络设备，包括传感器的通信模块、路由器，交换机，光传输设备，移动通信设备，各类无线基站等这些设备构成的端到端的通信网络。第二部分是网络的运营支撑系统，包括由各种类型的计算机和相应的管理软件构成的各类管理平台和业务平台。目前在网络层，出现了下一代互联网IPV6技术，在计算机应用层面出现了云计算等新型的运算模式。未来还将不断涌现出大量的新技术、新产品、新架构，使这一层成为物联网的热点领域之一。
应用层：物联网的产业化应用是产业链的下游，对物联网的发展至关重要，这一环节涉及到智能手机、PC等各种电子产品和行业应用软件，涵盖电子元器件、集成电路、整机设计、代工制造和应用服务等。
全程安全：涵盖保护隐私和数据安全的各种软、硬件设备和服务。
2 关于物联网中的嵌入式系统及其在医疗健康方面的应用
 物联网的感知层、传输层和应用层中都会用到嵌入式系统，最能体现物联网的智能感知特点的是感知层的无线数据采集和传输，主要有RFID和无线传感网络（又称无线感测网络，包括ZigBee/Wi-Fi/GPRS/3G多种无线技术）。每个RFID读写器、网关、传感器节点都至少有一个或大或小的嵌入式系统，如RFID读写器中的主控制器都是嵌入式处理器。同样，每个无线传感器中也需要一个小型嵌入式系统。目前国内外在无线传感器网络方面的应用主要包括：环境监测、医疗监控、电力安全监控、工业控制、车位管理、智能家居、安防保卫、通信领域及感知城市等众多领域。这些物联网的应用有着较好的用户基础，用户认识度比较高。例如，“医疗监控”“生命安全”与“舒适环境”等几个方面可能成为与老百姓生活相关的最早物联网行业应用。
特别要指出的是，当今物联网在医护领域应用主要表现在人体的监护和生理参数的测量等方面，它可以对人体的各种状况进行监控，将数据传送到各种通信终端上。据测算，每在疾病预防上投资一元，可以在将来节省数十元乃至上百元的医疗开支。开展基于物联网的医护应用建设，具备很好的社会效益和经济效益。
3 无线感测网络在健康保护中的应用
基于无线感测网络的感测辨识是目前体积小、功能强、成本低的新技术，尤其是感测辨识(sensing&ID)是当今与人们生活各个方面密切相关的新技术，将在多个领域中将感受最深。为此首先对无线感测网络在医疗监护应用问题进行研讨。值此仅以“舒适环境”“生命安全”与“健身中心”三个方面作分析说明。
3.1 舒适环境
通常人们可以把室内环境分为两种，分别是热环境及光环境。传统上热环境的舒适大都需要依靠空调来维持。我们可以利用ISO—7730标准所使用的热环境舒适评估指标，来衡量室内环境的热舒适度。影响热环境舒适的因素有温度，湿度、风速等等。而影响光环境的因素有自然天光与人工照明灯具等等。我们只要在适合的地方装设光传感器，就可以知道整体空间的光线明亮度为何。而温度、湿度、风速及亮度等物理量的传感器都已经发展的很成熟，不仅体积小，性能也十分稳定。通过该传感测量作为调整室内环境的依据，达到热环境与光环境舒适的目的。图2为温度、湿度、风速传感器与符合ZIGBEE标准的无线通讯芯片CC2420组合在一起的无线感测网络示意图。而舒适环境的存在取决于 CC2420收发机芯片的应用。
3.2 生命安全
以往安全多半是指有关灾害预防或阻挡恶劣气候的功能，而无线感测网络更延伸于生命安全，它不仅仅是一般基本的生命安全，还加入了生活上的安全照顾。由于无线感测网络易于布建，所以在收集声音或是影像相关的信息十分方便。而这些影音信息可以作为判断居住者是否安全的依据。例如在独居老人或有小孩的家庭中，这样的讯息便相当重要。除了生命与生活的安全，也可以提供心理与健康的照顾。如由身体配戴简易的传感器，便可以收集到人体健康的相关信息。这些资料可以用医疗设备测试数据作对照分析，并将分析的结果可以提供健康相关的诊断与建议。
3.3 健身中心应用(见图3所示)
配置监测人员身体状况的传感平台，手表大小，可藏在手腕的传感器（见图3所示下端），监测人员心电、呼吸、血压等参数对人员的运动做周期性的监测记录。图3为无线感测网络在健身中心应用示意。
4 物联网中嵌入式系统中RFID技术在医疗监控中的应用
RFID是感知层无线数据采集和传输的技术之一。只是因RFID是射频识别技术又称电子标签，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触的信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的。目前物联网的一个重要应用就是RFID标签，通过给所有物品贴上RFID标签，在现有互联网基础之上构建所有参与流通的物品信息网络。通过物联网，世界—上任何物品都可以随时随地按需的被标识、追踪和监控。
其超高频为860M-960MHz的RFID产品，主要应用于物品追踪管理、仓储物流、生产制造等领域；其微波为2.45GHz和5.8GHz的RFID产品，这一频段主要应用与车辆、集装箱远距离识别；其高频为13.56MHz的RFID产品，主要应用于证照防伪、电子支付等领域；而目前，关于RFID的应用大都集中在物流、药品及食品安全、物品跟踪，以及与票务相关的身份识别等领域。据此仅以基于RFID技术在医院医疗设备跟踪识别管理与病人标识及临床移动护理系统中的应用为例作分析说明。
4.1 面临新的挑战
近几年来，随着医疗卫生领域的管理现代化水平不断的进步，虽然医院都采用了计算机管理系统，但需从单机向网络化和无线化的方向发展。其中移动性却是无线网络的核心优势，而医疗机构正是大数据量信息移动系统，才能显示出巨大的管理优势。例如医生可以根据查房情况，将信息录入移动终端根据历史记录和临床检查结果，比较患者病情的变化情况，从而制定治疗方案。而基于RFID技术与手机功能技术融合在医疗行业的应用除提高了医护人员工作效率外，还是有效防范因操作失误引发的医疗事故、节省医疗成本以及增加安全性的有效途径。那末何谓RFID技术与手机功能技术的融合呐？
4.2 RFID阅读单芯片与手机功能技术融合的应用
当今比较新型技术应用典型的例子就是将RFID阅读单芯片植入手机，该芯片为有源主动式，工作频段为900MHz，其上集成了一个射频前端、一个带微处理器的基带Modem，还有一个存储芯片。它可以使任何人员（医生或护士或病员）在领取或应用药品之前，通过自己的手机来读取识别信息，判定物品的真伪。这就是互联网的发展以及各方面技术的融合已经促使RFID在应用的领域不断演进，并由最初的物品识别与跟踪逐步向更丰富功能的应用发展，即这也会带动手机功能的延伸。
病人标识及临床移动护理系统应用
以往因不确定因素导致病人被错误识别而接受错误的治疗时有发生。现将病人详细资料，包括姓名、年龄、血型、亲属姓名、紧急联系电话、既往病史等存储在病人RFID标识腕带上，进行24小时贴身标识，这样能够有效保证随时对病人进行快速准确的识别。同时，特殊设计的病人标识带能够防 止被调换或除下，确保标识对象的唯一性及正确性。
病人标示系统如图4所示。
医疗管理活动是一项多方参与的过程，其中医院内部为病人提供治疗及其他服务的就有多个部门。因此，多方的协调配合就显得非常重要。RFID病人标识带是完整的病人识别系统的重要组成部分，通过与HIS系统结合，能够充分实现对病人从入院、治疗到出院全过程的准确处理。RFID标识腕带具体信息为：
住院登记。对住院病人进行登记同时分配明确的病人标识号码，再将病人详细资料，包括姓名、年龄、血型、亲属姓名、紧急联系电话、既往病史等通过电脑及读写器存储在病人RFID标识腕带上。
发放药品／输液。发放药品和对病人输液时，需要检查每个病人手腕上的标识带以确认其身份与要采取的治疗措施是否相对应。使用手持机快速扫描病人的RFID标识号，能够自动显示有关的处理内容，如应发放给该病人的药品种类和数量等。工作完成后，手持机可以自动将每项工作的完成时间等资料上传到电脑中集中保存。
标本采集／处理。用手持机获取病人RFID标识，确认对象的身份是否正确。采样后将预先制作的RFID标签贴在取样单或样本容器上，再次用手持机读取RFID进行确认病人标识带上的编号与样品标签的编号是否吻合。当标本送入化验室之后，工作人员不用再次进行手写登记或手工输入电脑，借助用RFID读卡器能够马上获取该样本的全部资料，免了人为错误的发生。
急救室／手术室。急救室处理各类情况紧急的病人，难以很好地管理，在快节奏的工作压力下，诸如标本被搞混等问题经常发生。借助RFID病人标识带和能读取RFID的手持机，就能很好地处理急救室的工作。同样在手术室中，一旦病人被实施麻醉手术后，就难以再清醒进行表达。借助RFID病人标识及手持机能够快速确认病人身份和获取有关资料。
出院结帐。出院时凭病人标识带在护士站打印出附带RFID标签的通知单进行结帐，由于RFID的自动识别能力，处理非常快速和准确。
医疗设备跟踪识别管理系统应用
每台设备上都附有射频芯片，可以储存大量的 设备信息，同时还有每次维护、维修、巡检的相应记录。这样可以预防因不确定原因丢失而造成的损失。每次巡检和维护须做到对每台机器的情况进行了解，并作相应的信息存储操作，这样可以避免对设备巡检和维护工作的疏漏。每次巡检和维护的结果都记录存储于芯片和中央处理器中，而且这些信息是不能够随意更改，这样就避免如果出现和医疗设备相关的医疗责任事故中，不能明确人为责任还是设备责任的问题。
系统使用可读写标签来标识设备，这样可以将设备一些信息存入标签中。用来写入信息的工具是手持机。手持机内嵌大规模集成电路、大容量存储器及高速处理器，可实现在线(WLAN)或者离线两种模式，便于移动式工作。
通过使用该系统能够真正达到信息互动化，提高医疗设备工作状态完好率，保证临床的使用。使医疗设备管理真正做到有序化、高效化、精确化、信息互动化。该系统特点是较为贴近医院医疗设备管理的特殊性及实用性，能够对设备多方面多层次管理，实现设备管理网络化。
5 发展与前景
无线物联网平台技术有RFID和无线传感网络（又称无线感测网络），包括从诸如蓝牙和ZigBee这类的点对点连接，到Wi-Fi这类的对等网络。采用无线方式进行通信的医疗设备所带来的好处远非仅仅是便利性。对医院来说，去掉了成捆的线缆对整洁环境有好处，还利于规避事故，这在全球范围内都受到关注。但无线网络不能以牺牲安全和保障为代价。为确保安全，以能防范窃听的方式发送病人数据就变得至关重要。目前已有包括802.11i协议在内的各种加密方式。一些商业实时操作系统供应商提供完整的预集成Wl-Fi方案。
如今社会进入老龄化社会，物联网智能医疗这个领域是非常有前景的一个领域，例如，美国每年就糖尿病一种病种的开销每月要达到数千亿元，所以国际上不少高新技术企业，都在花大力气研究嵌入式芯片，研究将来一些疾病嵌入体表就可以随时感知到你的血糖、血压及肾脏，而且这些都跟后台的医疗系统、保健系统或终端设备联系在一起。为此物联网智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。根据客户需求，中国电信还提供相关增值业务，如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务及终生健康档案管理服务等。智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈，可以随时表达孝子情怀。按《我国城市居家养老服务研究》测算，中国城市居家养老、护理服务的潜在市场规模超过700亿元，2010年将增加到1300亿元，如果其中10％的市场使用传感网进行监测，市场规模在130亿元。