一種應(yīng)用于移動健康醫(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)自動化學(xué)院 重慶 400065）

0 引言

隨著人們對無處不在的網(wǎng)絡(luò)迅速增長的需求，以及近年來高血壓和糖尿病等慢性疾病發(fā)病率的增長，無線體域網(wǎng)的應(yīng)用越來越引起人們的關(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無線網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸一般在2M的超短距離。

一個總體的移動化醫(yī)療護理模型如圖1所示，其中一個基本的BAN網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點和一個協(xié)調(diào)器組成。每個傳感器節(jié)點負責(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)器則是作為一個個人服務(wù)器收集所有節(jié)點采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)端。此外，協(xié)調(diào)器還對遠程服務(wù)器的訪問者提供生物反饋。一般節(jié)點與協(xié)調(diào)器的距離在2 m范圍內(nèi)。BAN網(wǎng)絡(luò)還可以通過有線或無線的通信方式連接到本地局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。遠端服務(wù)器還可以有效的處理數(shù)據(jù)，并提供有趣的實時監(jiān)測和健康咨詢服務(wù)，這對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)計到2030年將達到3.6億人；到2015年將有超過2.3億人面臨超重；還有迅速增長的神經(jīng)退化性疾病如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥也將會威脅數(shù)百萬甚至更多的人。如果采用BAN技術(shù)，這些慢性疾病將會被發(fā)現(xiàn)在開始或早期階段，可以節(jié)省巨大的治療費用。

圖1 移動化醫(yī)療護理模型

本文中我們將具體研究協(xié)調(diào)器收發(fā)數(shù)據(jù)的過程，并采用近來流行的Android手機作為協(xié)調(diào)器，實現(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，我們可以將整個系統(tǒng)分為3個主要模塊，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)通過藍牙的方式發(fā)送到Android手機，手機將接收到的數(shù)據(jù)暫時存儲在Android系統(tǒng)自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫里，并能將這些暫存的數(shù)據(jù)通過3G或WLAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠端服務(wù)器，最后將數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)運營商的數(shù)據(jù)庫里，后臺人員通過調(diào)用用戶的實時體征數(shù)據(jù)以及相關(guān)的電子健康檔案就可以對用戶的身體狀況進行診斷，及時將分析結(jié)果反饋給用戶，并將本次的診斷信息存儲在用戶相應(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

主要負責(zé)采集體征數(shù)據(jù)，通過開關(guān)按鈕就可以控制傳感器的工作狀態(tài)，并可以通過藍牙實時發(fā)送這些數(shù)據(jù)到Android終端。同時，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)于一個網(wǎng)關(guān)，一方面，客戶端程序可以在后臺定期的向傳感器發(fā)出請求接收的命令或者接收傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)；另一方面，客戶端程序還可以在后臺將接收到的數(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)實時的顯示在終端屏幕上，并通過手動的方式來處理這些數(shù)據(jù)。在客戶端模塊中，應(yīng)用程序也可以分為幾個不同的部分：

1）藍牙服務(wù)：負責(zé)與傳感器建立無線連接，并傳遞數(shù)據(jù)；

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

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

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

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

另外，在安全性方面，為了保護用戶隱私，客戶在接入系統(tǒng)的時候需要通過服務(wù)器的認證，服務(wù)器通過驗證用戶主機的ID號以及用戶名和密碼后，才允許客戶主機接入系統(tǒng)。

(3)服務(wù)端模塊

服務(wù)器端主要負責(zé)用戶數(shù)據(jù)的管理以及存儲等，用戶可以將自己的相關(guān)信息發(fā)送到服務(wù)器后臺數(shù)據(jù)庫存儲，也可以從數(shù)據(jù)庫下載相關(guān)信息到客戶端。

2 客戶端模塊流程設(shè)計

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，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就是建立藍牙連接，主要分為以下幾步：

①首先是獲取本地藍牙適配器：

BluetoothAdapter _bluetooth =BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();

②其次是打開本地藍牙：

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一個BroadcastReceiver；

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

另外，在我們使用藍牙API，對藍牙進行操作之前，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)送過來的溫度數(shù)據(jù)，并暫時將數(shù)據(jù)存儲在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Android手機測試，接收到的傳感器端發(fā)送的體溫數(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，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，是一個通信鏈的句柄。應(yīng)用程序通常通過“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求。這里我們先在PC端建立一個ServerSocket監(jiān)聽客戶請求，另外在Android手機端我們監(jiān)聽了一個按鈕事件，在按鈕事件中通過“socket=new Socket（“219.151.173.161”，54321）；”來請求連接服務(wù)器，并通過PrintWriter和BufferedReader來接收和發(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：

通過實驗，PC端可以成功接收到客戶端發(fā)來的體溫數(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求，成功后會出現(xiàn)“accept”的指令，然后開始接收客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)“36.8”，成功接收后即關(guān)閉(close)流。

圖4 服務(wù)器端接收到手機端發(fā)來的數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

當(dāng)前，BAN仍處于初級發(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)用程序也越來越多，而本文將BAN業(yè)務(wù)推廣到Android平臺上，對于體域網(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)計流程對于健康醫(yī)療具有重要的參考價值，可用于遠程醫(yī)療、個人家庭護理、戶外健康咨詢等等。

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