文摘
近年来,随着互联网技术的不断发展和融合,物联网技术和智能终端技术,使人们的工作和生活更加舒适和方便,这些新技术已经越来越广泛地应用在日常家庭生活等社会教育、农业生产、工业生产、医疗、等领域。然而,目前,仍有很大的发展空间在医疗卫生行业新技术的应用。特别是在医院信息化建设的背景下,医疗困难,固定信息的功能点等传统护士站和医生站不再满足人们日益增长的医疗需求。因此,如何引进这些新技术,设计一种实用、低成本的智能医疗信息管理系统,实现了方便医务人员的管理和有效的管理已成为当务之急。针对医院面临的问题,本文提出了一个智能医疗计划基于NB-IoT技术和发展智能医院信息管理系统。测试结果表明,病人可以很容易和方便地注册他们的约会通过Android手机客户端。通过检查病历和医院新闻更新,医务人员可以更容易地完成他们的工作。常见的服务器之间的性能比较结果方差和自适应算法web服务器证明自适应负载均衡算法可以实现一个更精确的负载分配。因此,网络智能医疗信息管理平台可以更全面管理医院。
1。介绍
目前,随着信息技术的不断发展,人民的物质生活水平显著提高,医院的信息化建设也取得了一定成果(1- - - - - -4]。智能医疗已经成为一个新的医院信息化和智能化建设的方向和目标。物联网技术的出现极大地促进了医疗卫生领域的信息化和智能化建设(5]。的巨大的应用空间物联网技术在医疗领域的建设得到了广泛的关注和研究医疗管理员和学术人员(6,7]。目前,世界上绝大多数的发达国家已经开始将物联网技术应用于医疗卫生领域的建设以推动医疗卫生体制改革,为人民提供智能医疗卫生服务在任何时间8]。在中国建立智能医疗过程中,物联网技术将扮演更重要的角色,提供技术支持人员和设备的智能管理医院满足当前医疗信息管理的需要和设备领域。在管理和公共卫生安全,智能管理是需要改善医疗卫生服务的总体水平和消除潜在的安全隐患9]。因此,它具有重要意义进行研究物联网技术的应用领域的智能医学(10,11]。
物联网的概念(物联网)已经受到全世界关注自成立以来,已迅速成为研究和应用的焦点由学术界和政府(12,13]。其中,欧盟已经确认它是一种战略发展规划信息和通信技术在欧洲(14]。日本和韩国等亚洲国家也提出计划,加快物联网基础设施建设,取得了许多重大进展的推广和应用物联网(15]。与此同时,中国也有力地推动了物联网技术的研究和应用,从国家战略层面,同时集成物联网等新兴技术与传统产业实现双赢科技进步和经济发展16- - - - - -18]。许多技术在物联网中,最早和最广泛使用的射频识别技术是最全面和有前途的射频识别技术(19]。这种技术利用射频信号的传输特性来实现非接触式自动识别项。与条形码相比,QR码,光学识别,超声波识别,和生物识别技术(包括声音、脸、指纹和虹膜),RFID自动识别技术与视线范围范围内,拥有强大的干扰阻力和承载能力。最明显的优势是低生产成本和较长的使用寿命。因此,它广泛应用于商品物流,原材料供应链,流水线生产,自动车辆识别和计费、安全访问控制系统,智能图书馆管理,和许多其他领域(20.,21]。
有很多研究国内外在智能医疗。郑等人已经意识到智能医疗护理的重要内容和核心技术跟踪和基于物联网健康管理信息化,包括医疗设备的集成和信息的收集医疗卫生、智能数据分析技术、个性化的智能医疗服务的推荐技术,用户隐私信息保护和网络安全技术(22]。左和阳郭亮总结医院信息化和智能医疗之间的内部关系,也总结了医院信息化建设的现状和将来的发展趋势和智能国内外医学发展。结合医院智能医疗创新应用的实践经验,提出了一种以病人为中心的智能医疗应用程序模型方面的核心技术和应用前景和效果23]。杨等人提出和设计了一个基于Android设备的登记系统解决的困难问题的传统预约登记。基于Android客户端开发的相关技术,Android的C / S架构,网络,和MySQL库设计。移动终端发送一个预订请求到服务器通过无线网络和服务器使用Servlet技术来实现应用程序的回复,然后通过JDBC技术访问数据库的访问的数据传送给移动终端。移动终端使用HTTP客户机与服务器交换信息和数据传输格式是JSON格式。最后,移动终端的每个功能模块的设计,各种接口的设计,数据库的设计完成(使用24]。da Costa等人研究了不同的数据收集方法和集成医院生命体征,考虑常见的启发式方法,如加权早期预警评分系统,使用智能算法分析的可能性,并提出在医院病人数据集成在可能的方向,提高效率,优化资源,降低患者的健康恶化[25]。公园等人提出了一个方案提供一种方式来描述资料,数据抽象过程和功能,支持上下文信息的建筑集来自原始数据集的语义web堆栈(26]。邵et al。27)提出了增量学习和主动学习相结合的思想来调整预测模型在特殊情况提高预测精度。
Jerbi等人提出并开发了一个名为CoopECC的安全加密协议,利用物联网节点组织成集群分发集群的负载(CH)在它的集群成员。仿真结果表明,该协议CoopECC优于原来的ECC算法,在计算时间方面,消耗能量,和网络的寿命28]。
针对医院面临的问题,本文提出了一个智能医疗计划基于NB-IoT技术和发展智能医院信息控制系统。通过这个系统,可以很容易地注册并查看病人病历和医院新闻更新通过Android手机客户端;和医务人员可以更容易地完成他们的工作。和本文进行仿真来验证系统的性能。
2。该方法
2.1。物联网技术
2.1.1。物联网技术的概念
物联网的发展是信息发展的第三次浪潮,是信息时代的一个重要的发展阶段。物联网是一个网络的“对象和对象,即基于最初的互联网、通信网络和信息识别设备,如无线射频识别、红外传感器、物联网协议。有线和无线世界扩展用户任何项目,使任何项目连接到互联网,交换信息和交流。计算机分析大量的数据并执行智能识别、跟踪位置,进一步跟踪和管理。它的主要目的是通过网络连接产品和对象实现相互沟通和协调。它集成了计算机网络和通信和传感技术的广泛应用。物联网已从传统的物流运输、城市管理、电网、教育和卫生保健。
总的来说,物联网的研究和开发仍处于起步阶段,在国内和国外。专家、学者在不同领域有不同的意见的研究物联网。互联网的位置和特征的认识并不统一。这个框架模型、标准系统和关键技术仍然缺乏有效性的定义。
互联网的一般定义的对象-物联网的英文名字:物联网(物联网),也称为Things-refers网络各种信息传感设备,如无线射频识别(RFID)技术、全球定位系统、传感器、激光扫描、红外传感器、气体传感器、和其他设备和技术来收集任何实时需要监控、连接、互动,并收集声音,光、热、电、力学、化学对象或过程、生物学、位置等信息是一个巨大的网络由网络集成。目的是便于识别、管理和控制的对象和对象,对象和人,和所有的项目和网络之间的连接。基于这个一般定义,物联网是一个传感器网络连接到互联网。通过电子标签,它连接到无线网络传感器,QR码,和接口嵌入对象,对象提供情报,使人与人之间的沟通和无生命的物体——对话对象,也就是说,一个智能对象之间的对话。
2.1.2。物联网的主要通信技术
目前,物联网无线网络技术主要可以分为射频技术、红外技术、IEEE 802.11 b和IEEE 802.11协议技术,HomeRF协议,无线个域网技术和GSM技术。其中,射频技术已经非常成熟,成本较低,渗透性好,但干扰阻力并不理想,安全是有缺陷的。最严重的问题是它还没有建立一个一致的标准。不同的产品不同的公司的通信协议也很不同。红外技术是一个相对成熟的技术,但它必须连接在视线之内。太严格,通常意义上的不适合我们。医疗网络;IEEE 802.11无线局域网标准由IEEE(电气和电子工程师协会)。其业务主要限于数据访问。它是用来解决无线接入终端之间的办公局域网和校园网络。 The IEEE Group has introduced two new standards IEEE 802.11a and IEEE 802.11b because IEEE 802.11 cannot meet the demand for speed (up to 2 Mbps) and transmission distance; IEEE 802.11b and IEEE 802.1la are high-speed transmission protocols. The quality of the communication signal is high and expensive, and they are more suitable for office wireless networks. The HomeRF wireless standard consists of open industry standards developed by the HomeRF working group to enable wireless communication between computers and other electronic devices. Because the HomeRF network does not have a password, it is less secure. Its anti-interference ability is very poor; although ZigBee technology and Bluetooth technology belong to the IEEE802.15 protocol, there is overlap in a certain range, but their respective technical characteristics determine that their application focus is still very different. As a low-power, low-data-rate, low-cost technology, ZigBee is more suitable for communication between home automation, security systems, and low-cost devices that perform low-data-rate transmissions. The GSM communication technology is the most widely used communication network technology in the world and is suitable for industrial production. It provides short message service (SMS) mechanism and stable performance and has two-way data transmission function, providing powerful communication for data remote transmission and monitoring equipment. The platform is supported, and since the GSM network has no limit on the number of users, it adapts to the scale requirements of the terminal instrument and realizes nationwide networking and roaming. The network work has been completed, the user can use it directly, and the network coverage is wide. While ensuring powerful network functions, it saves customers a lot of network construction time and network maintenance costs.
2.2。NB-IoT技术
2.2.1。NB-IoT网络体系结构
传统的LTE网络技术设计侧重于高带宽和快速响应需求。然而,NB-IoT技术的出现不仅仅是传统的LTE网络技术。最大的特点是数量和种类的终端和低功耗。在网络技术迅速发展的时代,目前的LTE网络设计是非常落后,不能满足实际应用的需要。以满足应用程序的连接要求终端基于NB-IoT技术,3 gpp LTE网络,整体架构和流程已得到改进。
如图1,NB-IoT终端连接到基站eNodeB通过一个界面,执行接口访问基站eNodeB处理和管理功能,并与物联网核心网络通过S1-lite接口,和高层处理单元物联网平台接收来自核心网络数据传输和分配不同类型的应用程序服务器接收不同类型的应用程序服务的数据。
为了将物联网数据发送到应用程序,手机物联网定义了两个进化包系统的优化方案。一个是CIo tep用户平面函数优化,另一个是CIo tep控制平面功能优化,如图2。CIo tep控制平面功能优化方案是由实线表示在图中,和CIo tep用户平面函数优化方案的折线图所示。CIo tep控制平面功能优化:上行数据传输基站eNodeB居里夫人,在传输路径分为两个分支:传输到产气井通过信令转换然后传送给应用程序服务器,通过SCEF或连接到应用程序服务器,后者只支持非ip数据传输。对面的下行数据传输路径到上行数据传输路径。这个方案不需要建立一个数据广播人,所以这个方案是经常使用在执行nonfrequency小数据包传输。CIo tep用户平面函数优化:数据传输方法同传统的数据流量,发送数据广播不记名,首先传输信令转换数据,然后对产气井,最后传递到应用程序服务器的数据。这个方案产生额外开销的数据传输方法当建立连接但相对速度传输的数据包序列。
2.2.2。NB-IoT关键技术
我们可以把物联网的结构分为三个不同的水平根据不同的功能。函数从上到下是应用程序层,中间层,分别和传感层。为了方便大家理解,计算机被选中作为一个隐喻:底部传感层相当于计算机系统的输入和输出设备,如键盘和鼠标。主要功能是获取外部信息。第二个是中间层。它就像一个公交系统和存储系统在计算机系统。它的主要功能是传递和存储感知层获取的信息。应用程序层顶部相当于CPU的计算机系统,中间层的处理和计算信息传播和解释下一步该做什么。
感知层:实现数据收集和感知,主要作用是感知对象的识别,识别并收集事件信息。的主要作用是收集物理事件和数据在物理世界中,各种标识、物理量,声音,图像监控数据,二维条码,RFID标签,和飞行员/作家,包括传感器、传感器网络、相机、智能终端、等等。
中间层:它有能力的网络传输和信息深加工,实现更广泛的互联功能。传感器网络的移动通信与互联网传输等技术集成与高可靠性和高安全性的感知信息。
应用程序层:它包括行业级应用,如智能电器、智能交通、智能医疗、智能物流、智能的力量。在应用程序层,一个聪明的应用程序解决方案相结合,实现无处不在的网络和业务流程。通过实现无处不在的网络应用程序层,您可以实现无所不在的网络技术的集成和行业趋势和为社会创造真正的价值。
2.2.3。NB-IoT网络的特点
20多年的物联网的发展,大多数的方法都是针对特定行业或列举了解决方案。的缺点是安全性差,可靠性低,维护成本高。经过这么多年的发展互联网的东西,我们可以得出结论,标准化是物联网通信成功的一个关键因素。的主要标准物联网与传统细胞之间的交流沟通如下:(1)物联网应用互联网的一切,所以需要连接的终端数量是巨大的,和连接的数量是相对较小的对传统蜂窝通信(2)因为有许多设备连接到物联网通信,超低功耗要求资源最大化(3)物联网应用程序需要优秀的覆盖率和渗透,以确保他们不失去信号,这从根本上保证了物联网系统的成功
NB-IoT技术主要有以下四个特点:
(1)节能技术。在现代移动网络通信系统,终端并不总是与网络,通常没有数据上传和下载。因此,原则,确保有效的终端系统和网络的传播,的DRX(不连续)也被称为不连续接收接收机制。终端可以进入睡眠模式。在睡眠过程中,收发器(Tx / Rx)是禁用的。因为它不需要监控网络通道,它必须采取的睡眠状态。为了实现节能,基于NB-IoT技术,物联网终端发送的数据进入睡眠模式后,等到计时器是关闭的,激活唤醒终端和收集实时数据上传网络,然后进入睡眠状态后,数据被成功传送。循环是静态的终端,并将在很长一段时间,减少不必要的损失和扩展营业周期和生命。NB-IoT技术的优点,以适应不同的应用程序的要求在实践中,因此成为最受欢迎的新兴的物联网技术。
(2)强大的覆盖技术。3 gpp标准组织定义NB-IoT的覆盖能力,这需要超过现有的GSM和LTE网络。增加覆盖率至少20分贝。NB-IoT强覆盖技术主要包括改进的功率谱密度和多样性技术重复和时间。窄带的获得是由PSD测量(功率谱密度)。NB-IoT上行载波带宽是3.75/15千赫。相比之下,现有2 g / 3 g / 4 g上行200千赫(不包括保护带宽,实际180 kHz), PSD增益约11 dB:日志((200 mW / 15 kHz) / (200 mW) / 180 kHz) = 10.7 dB。也就是说,NB-IoT单位带宽高于2 g / 3 g / 4 g,所以它可以覆盖更远的距离相同的条件下。获得由于重复是相关的和解调性能,和理论可以提高了9 - 12 dB(重复的下行数据传输)。NB获得分集增益的时间重复传输和使用低阶调制模式来提高解调性能,提高覆盖率。
(3)大型连接技术。首先,它是由交通模型和用户分布模型。NB-IoT基站设计基于物联网模型。物联网的模式不同于手机。交通模型是终端的数量很大,但是每个终端发送的数据包的数据量很小,和传输数据的延迟不高。当前2 g / 3 g / 4 g基站的目的是确保用户可以同时开展业务,极大地保证延迟。基于这种方法,用户之间的连接或访问的数量大约1 k控制单个细胞(400)。然而,基于NB-IoT服务延迟需求不高,可以添加更多的用户访问期间的设计。这允许终端大约50 k是一个细胞的同时,和大量非职业的终端可以在休眠状态,睡眠时间控制机制是维护的基站和核心。一旦有数据传输网络,可以快速进入活跃的连接状态。 Second, the efficiency of uplink scheduling is small, and the efficiency is high. NB-IoT is based on narrowband technology with smaller bandwidth and smaller uplink scheduling particles. Resource utilization will be higher under the same resources.
(4)低成本。与罗拉相比,NB-IoT不需要重建网络射频,基本上是多路复用。以中国移动为例,900 MHz的频带较宽。只有2 GHz频段的一部分需要清除,同时部署LTE和NB-IoT可以直接执行。低速、低功耗和低带宽也带来的低成本优势NB-IoT芯片和模块。
2.3。自适应模糊控制算法
自适应模糊控制的方法有很多,有很多分类,如直接自适应模糊控制,间接自适应模糊控制,混合自适应模糊控制,递归或者至少squares-based适应性。模糊自适应控制和其他设计自适应算法因为简单模糊控制有时不能完全描述系统,或一般的模糊控制算法具有一定的缺陷缺乏专家经验。因此,这些控制规则在控制过程中不断变化。这些参数允许模糊控制器接近最优控制器。这种方法也是基于这个想法,某些参数的自适应律中实现自适应模糊控制器设计。本文用直接自适应模糊控制。直接模糊自适应控制非线性控制规范系统中使用,表示为 在哪里代表了一个未知的连续实函数和b代表了一个未知的正常数。自是一个未知的真正的连续函数,使用条件语句代替吗 ,自适应模糊控制表示为
这些模糊控制语句模糊规则表的元素组成服务器。在这些控制语句最后一个参数是服务器的元素模糊规则表,变量参数,自适应算法不断修正这些参数和输出。y可以更接近期望的轨迹。在此系统中,输出三个web服务器的性能的差异;因此,它是一条直线y= 0。
自适应模糊控制器的直接表示表示为 在哪里代表了模糊系统显示变量参数。
模糊控制器的最终设计 在哪里代表一个变量参数。当公式(4)是int ,获得的模糊控制器 在哪里是维向量。可以被定义为的李雅普诺夫函数 在哪里代表一个正常的数量,代表一个正定矩阵和满足李亚普诺夫方程,表示为 在哪里代表一个 正定矩阵。通过推导, 在哪里 在哪里是最后一列的 ,自适应律是哪一个 。
把公式(10)来设计自适应律和计算 。自参数需要实时调整,有必要修改实时模糊控制规则,设计模糊规则符合以下要求。 在哪里N具体控制输出值,然后呢一个和B模糊语言。
因此,一般的模糊控制规则表转换成表1。
3所示。实验
3.1。系统功能分析
为了实现不同的功能,不同的需求不同的病人,整个系统由安卓终端和web服务器。改进现有的系统,更适应新的用户需求。本文把智能医疗系统如下。
3.1.1。安卓终端
安卓终端主要是参观的病人的医生,实现以下功能:病人可以通过移动终端登录到系统,可以检查门诊专家安卓终端的信息,如医疗的长度、深度的资格,和口碑的声誉。了解医生的信息后,病人可以在线预约,操作方便快捷,不用浪费大量的时间在医院排队。与此同时,患者还可以检查医疗记录和消费记录。安卓终端的功能是描绘在图3。
4所示。讨论
4.1。负载平衡算法的实验分析
实验的一般模糊控制算法和自适应模糊控制算法的实验提出了。web服务器的性能数据是获得在实验中,每10秒和方差得到如图4。
的方差常见算法下的web服务器的性能波动约0.032。然而,它并没有造成大的波动,也没有这样的问题,只有一个服务器严重超载在某个时间点和其他服务器是不活跃的,这意味着这个算法的方差是相对稳定的,和算法具有更好的稳定性。然而,均值方差略高于均值的方差的自适应负载均衡算法,这是不准确的结果的模糊控制规则,这表明初始设计的模糊规则可能有偏见的或不正确的。从图可以看出4自适应负载均衡算法时,web服务器性能波动的方差0.0116左右。因此,控制系统可以实现更准确的负荷分配,和性能差异相对较小。实验表明,模糊控制规则更准确的校正后,该算法也保持的优势一般负载平衡算法的稳定性。方差曲线似乎没有大的波动,并没有分歧。
4.2。系统的某些功能的实现
在安装Android手机的应用程序,点击应用程序图标。第一步是打开登录界面。登录界面呈现在图5。如果没有账号,用户可以点击“注册”按钮进行注册和注册一个新帐户。如果用户有一个账户,输入用户名、密码和验证码。这三个都是正确的时,用户将进入系统。用户成功登录平台后,程序跳转到函数操作界面,操作表面如图6。操作员界面为用户提供了七个主要功能:远程医疗、新闻、健康教育、咨询医生、医疗记录、预约登记,和开销记录。
在用户成功后通过系统日志,系统将为用户反馈一个预定的结果和信息的注册部门,主治医生,约会的时候,诊所的位置,病人的名字,等等,如图7。
5。结论
根据我们的研究,也得出以下结论:(1)本文首先介绍了智能医疗的发展现状,然后分析了智能医疗系统的功能需求和可行性,并将智能医疗系统的总体功能框架。然后,根据NB-IoT技术和物联网理论知识,详细提出了智能医疗系统设计方法。根据系统设计,证明了系统实现的可行性。(2)本文深入研究自适应模糊控制和学习实际应用基于自适应模糊控制的基本知识。设计的自适应模糊控制应用于负载平衡算法,和负载平衡算法基于自适应模糊控制可以提供一个强大的智能医疗系统控制理论和方法。(3)针对医院面临的问题,本文提出了一个智能医疗计划基于NB-IoT技术和发展智能医院信息控制系统。试验结果表明,病人可以很容易和方便地注册他们的约会通过Android手机客户端。医务人员通过检查病历可以更容易地完成他们的工作和医院新闻更新。之间的性能差异对比分析常见的服务器和web服务器表明自适应算法的自适应负载均衡算法可以实现更准确的分配负载。因此,医院可以得到更全面的管理通过网络的智能医疗信息管理平台。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
本文得到了吉林省教育部门(批准号JJKH20200044KJ),北华大学项目:网络智能服务系统研究牙科诊所(批准号201901007),研究移动互联网的应用程序在计算机实验室管理(批准号XJYB2020042)和“互联网+教育”研究创新人才教育模式在大数据时代(批准号YB201620),吉林省的教学规划项目(批准号GH180086)。