一種應(yīng)用于移動(dòng)健康醫(yī)療的Android客戶端的研究

李高尚, 沈巍

（1 重慶郵電大學(xué)通信學(xué)院 重慶 400065； 2 重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 重慶 400065）

0 引言

隨著人們對(duì)無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)迅速增長(zhǎng)的需求，以及近年來(lái)高血壓和糖尿病等慢性疾病發(fā)病率的增長(zhǎng)，無(wú)線體域網(wǎng)的應(yīng)用越來(lái)越引起人們的關(guān)注。體域網(wǎng)（Body Area Network）是人體上的生理參數(shù)收集傳感器或移植到人體內(nèi)的生物傳感器共同形成的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸一般在2M的超短距離。

一個(gè)總體的移動(dòng)化醫(yī)療護(hù)理模型如圖1所示，其中一個(gè)基本的BAN網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)協(xié)調(diào)器組成。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集身體參數(shù)如體溫、血氧飽和度以及血壓等，而協(xié)調(diào)器則是作為一個(gè)個(gè)人服務(wù)器收集所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)端。此外，協(xié)調(diào)器還對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器的訪問(wèn)者提供生物反饋。一般節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器的距離在2 m范圍內(nèi)。BAN網(wǎng)絡(luò)還可以通過(guò)有線或無(wú)線的通信方式連接到本地局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。遠(yuǎn)端服務(wù)器還可以有效的處理數(shù)據(jù)，并提供有趣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和健康咨詢服務(wù)，這對(duì)于慢性疾病的管理是非常有用的。根據(jù)世界衛(wèi)生組織2005年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，世界上約30%的人死于心腦血管疾病；而糖尿病正在威脅著1.8億人的健康，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到3.6億人；到2015年將有超過(guò)2.3億人面臨超重；還有迅速增長(zhǎng)的神經(jīng)退化性疾病如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥也將會(huì)威脅數(shù)百萬(wàn)甚至更多的人。如果采用BAN技術(shù)，這些慢性疾病將會(huì)被發(fā)現(xiàn)在開(kāi)始或早期階段，可以節(jié)省巨大的治療費(fèi)用。

圖1 移動(dòng)化醫(yī)療護(hù)理模型

本文中我們將具體研究協(xié)調(diào)器收發(fā)數(shù)據(jù)的過(guò)程，并采用近來(lái)流行的Android手機(jī)作為協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收并轉(zhuǎn)發(fā)。

1 系統(tǒng)具體描述

為了研究方便，我們可以將整個(gè)系統(tǒng)分為3個(gè)主要模塊，分別是傳感器，客戶端和服務(wù)端。

首先，傳感器將采集到的體征數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙的方式發(fā)送到Android手機(jī)，手機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在Android系統(tǒng)自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)里，并能將這些暫存的數(shù)據(jù)通過(guò)3G或WLAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器，最后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)庫(kù)里，后臺(tái)人員通過(guò)調(diào)用用戶的實(shí)時(shí)體征數(shù)據(jù)以及相關(guān)的電子健康檔案就可以對(duì)用戶的身體狀況進(jìn)行診斷，及時(shí)將分析結(jié)果反饋給用戶，并將本次的診斷信息存儲(chǔ)在用戶相應(yīng)的電子健康檔案中，以備下次調(diào)用。各模塊的具體描述如下：

(1)傳感器模塊

主要負(fù)責(zé)采集體征數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)按鈕就可以控制傳感器的工作狀態(tài)，并可以通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)發(fā)送這些數(shù)據(jù)到Android終端。同時(shí)，傳感器的數(shù)據(jù)傳輸還支持不同的數(shù)據(jù)格式。

(2)客戶端模塊

客戶端的作用相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)關(guān)，一方面，客戶端程序可以在后臺(tái)定期的向傳感器發(fā)出請(qǐng)求接收的命令或者接收傳感器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；另一方面，客戶端程序還可以在后臺(tái)將接收到的數(shù)據(jù)定期的發(fā)送到服務(wù)端。當(dāng)然，用戶也可以將接收到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示在終端屏幕上，并通過(guò)手動(dòng)的方式來(lái)處理這些數(shù)據(jù)。在客戶端模塊中，應(yīng)用程序也可以分為幾個(gè)不同的部分：

1）藍(lán)牙服務(wù)：負(fù)責(zé)與傳感器建立無(wú)線連接，并傳遞數(shù)據(jù)；

2）數(shù)據(jù)庫(kù)適配器：主要是用來(lái)暫存從傳感器接收來(lái)的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；

3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：主要負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)端模塊；

4）網(wǎng)絡(luò)適配器：主要負(fù)責(zé)可用網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)，并向服務(wù)器發(fā)出HTTP連接請(qǐng)求；

5）用戶界面：主要為了實(shí)現(xiàn)與用戶的交互功能，可以隨時(shí)讓用戶看到這些信息并能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)的方式將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在用戶面前，當(dāng)然用戶也可以通過(guò)相應(yīng)的操控來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的意愿。

另外，在安全性方面，為了保護(hù)用戶隱私，客戶在接入系統(tǒng)的時(shí)候需要通過(guò)服務(wù)器的認(rèn)證，服務(wù)器通過(guò)驗(yàn)證用戶主機(jī)的ID號(hào)以及用戶名和密碼后，才允許客戶主機(jī)接入系統(tǒng)。

(3)服務(wù)端模塊

服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的管理以及存儲(chǔ)等，用戶可以將自己的相關(guān)信息發(fā)送到服務(wù)器后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，也可以從數(shù)據(jù)庫(kù)下載相關(guān)信息到客戶端。

2 客戶端模塊流程設(shè)計(jì)

客戶端作為數(shù)據(jù)收發(fā)的樞紐，其工作流程如圖2所示。

圖2 客戶端工作流程

由圖2可見(jiàn)，客戶端的任務(wù)主要包括與傳感器建立連接和接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到服務(wù)器端，其核心就是數(shù)據(jù)的接收及數(shù)據(jù)的發(fā)送。這里我們將采用生理溫度傳感器，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)與傳感器建立連接

與傳感器建立連接其實(shí)就是建立藍(lán)牙連接，主要分為以下幾步：

①首先是獲取本地藍(lán)牙適配器：

BluetoothAdapter _bluetooth =BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();

②其次是打開(kāi)本地藍(lán)牙：

if(!mAdapter.isEnabled())

{mAdapter.enable();}；

③再者就是搜索設(shè)備：mAdapter.startDiscovery()；這里還需要定義并注冊(cè)一個(gè)BroadcastReceiver；

④最后是通過(guò)BluetoothDevice的createRfcommSo cketToServiceRecord方法傳入唯一的UUID創(chuàng)建了一個(gè)BluetoothSocket對(duì)象，并通過(guò)connect方法建立連接。

另外，在我們使用藍(lán)牙API，對(duì)藍(lán)牙進(jìn)行操作之前，須先在AndroidManifest.xml中聲明其權(quán)限，代碼如下：

(2)數(shù)據(jù)的接收

與傳感器建立連接后，我們就可以接收傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，并暫時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Android終端的SQlite里面。這里的核心是數(shù)據(jù)流的接收及處理，具體代碼如下：

我們通過(guò)Android手機(jī)測(cè)試，接收到的傳感器端發(fā)送的體溫?cái)?shù)據(jù)顯示如圖3所示。

圖3 溫度接收顯示

(3)數(shù)據(jù)的發(fā)送

在向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，我們采用的是socket通信。Socket通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄。應(yīng)用程序通常通過(guò)“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。這里我們先在PC端建立一個(gè)ServerSocket監(jiān)聽(tīng)客戶請(qǐng)求，另外在Android手機(jī)端我們監(jiān)聽(tīng)了一個(gè)按鈕事件，在按鈕事件中通過(guò)“socket=new Socket（“219.151.173.161”，54321）；”來(lái)請(qǐng)求連接服務(wù)器，并通過(guò)PrintWriter和BufferedReader來(lái)接收和發(fā)送消息，在接收到消息后，更新顯示到TextView中。客戶端主要代碼如下：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，PC端可以成功接收到客戶端發(fā)來(lái)的體溫?cái)?shù)據(jù)，如圖4所示，PC作為服務(wù)端首先接受客戶端的登錄請(qǐng)求，成功后會(huì)出現(xiàn)“accept”的指令，然后開(kāi)始接收客戶端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)“36.8”，成功接收后即關(guān)閉(close)流。

圖4 服務(wù)器端接收到手機(jī)端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

當(dāng)前，BAN仍處于初級(jí)發(fā)展階段，多數(shù)研究都集中在建立系統(tǒng)架構(gòu)和服務(wù)平臺(tái)上，仍面臨許多挑戰(zhàn)。隨著Google Android終端的廣泛使用，其應(yīng)用程序也越來(lái)越多，而本文將BAN業(yè)務(wù)推廣到Android平臺(tái)上，對(duì)于體域網(wǎng)的發(fā)展具有重要的意義。本文的系統(tǒng)模型及客戶端設(shè)計(jì)流程對(duì)于健康醫(yī)療具有重要的參考價(jià)值，可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、個(gè)人家庭護(hù)理、戶外健康咨詢等等。

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