面向移动健康设备的智能岛技术研究

摘要

随着可穿戴设备、云计算与物联网技术的发展，各种健康设备逐渐出现在人们的日常生活中。然而，大多数研究中，健康设备的管理、数据处理、健康状态决策和紧急消息发送等任务都由远程服务器完成。传输与处理来自健康设备的海量数据会占用大量的通信资源，给远程服务器带来巨大负担，并延迟对设备事件的响应与消息处理时间。 针对以上问题，本文在智能手机基础上，研究了一种本地管理健康设备的智能岛技术。该技术能够对多种健康设备集成智能管理、控制及参数设置，并快速响应设备事件。本文主要工作和研究成果如下： （1）搭建了智能岛框架。通过分析智能岛的总体需求，设计智能岛的应用模型，进而采用MVP（Model-View-Presenter）分层思想搭建智能岛框架。智能岛框架分为数据层、业务逻辑层和应用层，三层之间采用接口的形式进行通信。数据层的作用是获取与管理数据。业务逻辑层的作用是提供逻辑处理与算法实现。应用层的作用是为用户提供人机交互接口。 （2）构建了智能岛设备管理模型。智能岛设备管理模型包括设备调度、接口管理与事件响应模块。该模型中通过对设备分类，实现对不同设备调度管理。接口管理包括人机交互、协议接口。其中人机交互接口模块可实现与用户交互，协议接口负责与设备交互。设备事件响应模块包括设备数据传输、人体健康状态决策、紧急消息发送等。 （3）设计了多模式健康报警机制。第一，监测耳机触发事件进行报警，这样用户可根据自身需求主动求救。第二，将单一生理参数与人体动作类设备（人体活动监测仪或压力坐垫）采集的数据相结合，判断人体健康状态，并将异常状况上传至云端报警；第三，在满足多生理参数融合的条件下，采用模糊逻辑获取生理隶属函数，并利用D-S证据理论对多生理信息进行融合，判断人体健康状态。 （4）搭建了智能岛测试平台。从设备调度的有效性、对设备事件响应的可靠性与实时性三方面设计实验并验证效果。实验表明，该智能岛技术能够对健康设备进行集成智能管理，并快速响应设备事件，具有可移动性、易扩展性、可移植性和节约能耗等特点，为用户的移动健康监护提供了新途径。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3 移动健康技术难点

1.4 论文结构安排

1.4.1 研究内容

1.4.2 章节安排

第2章 智能岛总体需求分析及架构设计

2.1 智能岛总体需求分析

2.1.1 功能需求分析

2.1.2 性能需求分析

2.1.3 移动健康设备需求分析

2.2 无线通讯方式对比与选择

2.2.1 蓝牙4.0技术

2.2.2 WIFI技术

2.2.3 其它通讯技术简介

2.3 数据融合算法简介及选择

2.3.1 随机类融合算法简介

2.3.2 人工智能类融合算法简介

2.4 健康设备硬件选型与参数简介

（1）人体动作监测类设备

（2）生理信号检测类设备

（3）控制类设备

（4） 被控制类设备

2.5 智能岛总体框架设计

2.5.1 智能岛应用场景

2.5.2 智能岛应用模型分析

2.5.3 智能岛架构设计

2.6 本章小结

第3章 智能岛设备管理模型研究

3.1 设备管理模型构建

3.2 健康设备调度

3.2.1 特征提取与重要性规则

3.2.2 AHP层次分析法获取设备权重

3.2.3 动态加权轮询算法设计

3.3 设备事件响应

3.4 本章小结

第4章 智能岛多模式报警机制研究

4.1 多模式报警机制情形

4.1.1 第一种报警情形

4.1.2 第二种报警情形

4.1.3 第三种报警情形

4.2 基于模糊逻辑与D-S证据理论的多生理信息融合

4.2.1 D-S证据理论合成规则

4.2.2 D-S证据理论难点

4.2.3 基于模糊逻辑的隶属函数研究

4.2.4 D-S健康报警机制的实现

4.3 本章小结

第5章 基于MVP思想的智能岛软件设计与实现

5.1 智能岛MVP分层设计

5.1.1 MVP简介及分层的意义

5.1.2 智能岛MVP层次结构设计

5.2 数据层设计

5.2.1 数据库设计

5.2.2 无线通信层设计

5.3 业务逻辑层设计

5.4 应用层设计

5.5 数据接口设计

5.6 本章小结

第6章 智能岛测试与验证

6.1 实验设计

6.1.1 实验对象及目的

6.1.2 实验测试场景

6.2 设备调度有效性测试

6.2.1 智能岛动态轮询算法验证

6.2.2 智能岛能耗测试

6.3 事件响应可靠性测试

6.3.1 健康报警测试

6.3.2 消息处理

6.3.3 报警准确度

6.4 事件响应实时性测试

6.5 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果