李滿江 周立 魏健 雷可君

摘 ? 要：文章提出了一種基于認知無線電通信的智能助老服務系統(tǒng)的構建模式。一方面，將傳感測量技術、信息技術、計算機技術和控制技術應用于助老服務，在醫(yī)療服務和生活服務方面嘗試用人工智能來完成部分工作，以提高助老服務的先進性和可靠性。另一方面，針對智能化帶來的傳輸數(shù)據(jù)急劇增加的情況，考慮通過認知無線電來搭建專用的助老服務系統(tǒng)通信網絡，從而確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性、準確性和及時性。

關鍵詞：助老服務;智能;系統(tǒng);通信;認知無線電

隨著老齡化社會的到來，老年人尤其是獨居、空巢、孤寡老人的養(yǎng)老成為一個日益嚴峻的社會問題。當今社會生存競爭激烈，家庭子女特別是獨生子女沒有足夠的時間和精力照顧老人，傳統(tǒng)的“養(yǎng)兒防老”觀念在現(xiàn)實的沖擊下逐漸弱化，完全依靠家庭來養(yǎng)老的模式難以滿足社會需求[1]。高齡老年人的自我照料能力差、行為和語言能力下降，需要大量的人力和物力對他們進行特別護理。然而，在目前的助老服務模式下，我國在短時間內很難通過社會養(yǎng)老來完全代替家庭養(yǎng)老[2]。因此，老年人對被照顧的需求與家庭和社會能提供的養(yǎng)護供給之間的矛盾日趨尖銳。將助老服務和現(xiàn)代信息技術結合起來，開發(fā)具有一定護理能力的助老服務系統(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)老模式符合時代發(fā)展的要求，是解決我國老年人養(yǎng)老過程中出現(xiàn)的各種問題的有效途徑[3]。

鑒于此，筆者深入分析助老服務系統(tǒng)應該具備的各項功能，提出了一種基于認知無線電通信的智能助老服務系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實時監(jiān)控、專網通信、服務內容豐富等特點，不僅注重老年人生活質量的提高，而且關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理、線上線下陪伴、醫(yī)療幫助和康復指導等方面的服務，并在老年人遇到緊急情況時給予及時的救助。

1 ? ?智能助老服務系統(tǒng)的構建思路

要解決傳統(tǒng)助老服務系統(tǒng)中存在的問題，需要投入大量的人力和物力，尤其是專業(yè)的醫(yī)護團隊、心理輔導團隊和成熟的老年人活動策劃團隊的建立。隨著我國老齡化的日益嚴重，老年人口日益增多，而勞動力尤其是具有專業(yè)知識的勞動力難以進入到助老服務系統(tǒng)中，因此，利用信息網絡的資源共享功能、智能檢測設備的監(jiān)測能力、人工智能的替代作用和認知無線電通信網絡安全高效的特點，建立具有及時通信、實時監(jiān)控和活動內容豐富的線上、線下助老服務系統(tǒng)，是解決傳統(tǒng)助老服務系統(tǒng)所面臨困境的有效方法。

2 ? ?智能助老服務系統(tǒng)的總體結構

智能助老系統(tǒng)是家域網和廣域網組成的二級結構，其中，家域網包括家庭智能醫(yī)學設備、ARM中央控制平臺、圖像處理單元、人工智能服務和ZigBee無線傳輸5大模塊;廣域網由監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)分析與處理中心、系統(tǒng)服務中心和認知無線電網關4大模塊組成。智能助老系統(tǒng)的總體二級結構如圖1所示。

3 ? ?智能助老服務系統(tǒng)家域網的功能及其通信系統(tǒng)

3.1 ?家域網的功能

在智能助老系統(tǒng)的家域網（見圖2）中，家庭智能醫(yī)學設備模塊和基于ARM芯片的中央控制平臺是核心組成部分。家庭智能醫(yī)學設備模塊由多種智能檢測儀器組成，負責監(jiān)測老年人的健康指標。家庭智能醫(yī)學設備的控制模塊通過ZigBee無線通信技術與中央控制平臺進行連接。一旦監(jiān)測指標超過標準值，則立即通過中央控制平臺啟動智能報警模塊。對家庭環(huán)境的實時監(jiān)控則由智能監(jiān)控設備完成，一旦出現(xiàn)異常情況，也將通過中央控制平臺啟動智能報警模塊。此外，中央控制平臺通過無線傳輸操控人工智能設備，使其為患病或生活不能自理的老人提供醫(yī)療服務和生活服務，通過全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）和用戶（老人的監(jiān)護人）連接，通過認知無線電通信模塊和城域網的系統(tǒng)服務中心連接。

3.2 ?家域網的通信系統(tǒng)

家域網中家電設備和家庭智能醫(yī)學設備發(fā)射信號時通常使用免費的工業(yè)、科學、醫(yī)學（Industrial Scientific Medical，ISM）頻帶，例如IEEE 802.11 WLANs（2.4 GHz），WiFi（2.4 GHz和5 GHz）、藍牙（2.4 GHz）和微波（2～40 GHz）。ZigBee是一種應用于短距離和低速率下的無線通信技術，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間的數(shù)據(jù)傳輸，智能家居通信系統(tǒng)通常采用ZigBee技術（2.4 GHz）構建家庭內部網絡[4]。智能助老系統(tǒng)的家域網也借鑒智能家居采用ZigBee技術構建網絡。因此，當家電設備、家庭智能醫(yī)學設備、中央控制臺同時使用2.4 GHz頻段發(fā)送信號時，將不可避免地會發(fā)生信號沖突。解決這一問題的有效方法是將認知無線電技術（Cognitive Radio，CR）[5]應用到家域網中，使得家域網網關具有認知通信的功能，從而控制家域網中各種設備對2.4 GHz頻譜的占用，確保各類信息的穩(wěn)定傳輸。

4 ? ?智能助老服務系統(tǒng)廣域網的功能及其通信系統(tǒng)

4.1 ?廣域網的功能

廣域網完成的助老服務功能主要包括監(jiān)控信息的保存與查詢、檢測數(shù)據(jù)的分析與處理、多種服務的提供與管理。（1）廣域網的監(jiān)控中心：可以通過PC機對被照顧者進行實時監(jiān)控，家人也可以隨時隨地通過互聯(lián)網或者手機觀察到被照顧者。（2）數(shù)據(jù)分析和處理中心：及時分析來自家域網的醫(yī)療、飲食、健康等各類檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析情況進行相應的處理。（3）系統(tǒng)服務中心：提供護理、陪伴和醫(yī)療康復等方面的人員支持，并為豐富老年人的精神生活等相關活動提供活動組織策劃、線上線下交友平臺搭建等多種服務。廣域網的結構框架如圖3所示。

4.2 ?廣域網的通信系統(tǒng)

目前，通信方式主要分為有線通信和無線通信兩種，在長距離通信中有線方式以光纖通信為主，無線通信以3G/4G移動通信為主。智能助老服務系統(tǒng)中廣域網的通信系統(tǒng)主要是確保各類信息在智能助老服務系統(tǒng)中進行高效、安全傳輸，若“搭乘”移動通信或互聯(lián)網的“順風車”，采用租用帶寬的方式傳輸數(shù)據(jù)，雖然節(jié)約了建設成本和后期的維護管理費用，但其產生的租賃費用是相當可觀的，而且還需考慮信息的安全性和保密性。若要構建智能助老系統(tǒng)的專用通信網絡，必須考慮一些現(xiàn)實的因素，如建設成本、維護管理投入、通信設備的功耗、信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性等。顯然，采用光纖構建智能助老系統(tǒng)的有線通信網絡方案，在前期的網絡建設成本和后期的維護管理費用方面均不占優(yōu)勢，而構建無線通信專用網絡又必須面臨頻譜資源緊張的問題。認知無線電技術是一種有效利用頻譜空洞的新技術，即允許非授權用戶在授權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，降低了網絡的建設成本和運營維護成本。因此，在助老服務系統(tǒng)內部，為保證實時監(jiān)控畫面的及時有效傳輸、各種共享資源的流暢傳遞以及出于對老人健康狀況和其家庭隱私的保護，筆者提出了構建以認知無線電為基礎的專用通信網絡的方案。

5 ? ?結語

本研究克服了傳統(tǒng)助老模式存在的成本大、效率低、專業(yè)性不強等缺陷，利用現(xiàn)代監(jiān)控技術、信息處理技術、感知技術和通信技術探究構建智能助老服務系統(tǒng)的模式，令其在提高助老服務的專業(yè)性、實時性和豐富性的同時，以資源共享的模式降低了重復建設的投入成本。讓不愿離開家人的老人既得到安全保障，又不增加家人的精神負擔，有利于家庭和睦，弘揚孝道。

[參考文獻]

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[2]孫奕敏，王玙璠，艾浩軍.基于助老服務機器人的智慧養(yǎng)老院系統(tǒng)研究[J].科技視界，2015（16）：27，96.

[3]侯來冬.基于移動通信終端的助老通信服務系統(tǒng)的分析與設計[D].北京：北京郵電大學，2012.

[4]楊堤.基于物聯(lián)網的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子世界，2012（21）：16-17.

[5]姚繼明，梁云，李炳林，等.認知無線電在智能電網中的研究進展及發(fā)展趨勢[J].計算機科學，2013（Z11）：50-52.