一种社区医疗体征数据无线传输中中继节点的选择方法

1. 一种社区医疗体征数据无线传输中中继节点的选择方法，该方法包括记录所有节点经过汇点的轨迹、估计节点到达下一个汇点的时间、选择异常节点所需的中继节点；
所述汇点为用来接收和发送数据的设备，能够与附近的穿戴式设备通过无线通信方式进行数据传输，并通过有线网络与社区医院服务器进行数据传输；
所述节点为社区内需要进行体征监控的病人、老人所佩戴的穿戴式设备，能够随时采集人体的体征数据，具有无线传输模块，并与附近的汇点或其他节点通过无线通信方式进行数据传输；
所述异常节点为佩戴人体征数据异常时的穿戴式设备；
所述中继节点为接受异常节点委托，将异常节点的体征数据转发给汇点的其他正常节点；其特征在于：
（1）所述的记录所有节点经过汇点的轨迹的步骤，记录每个节点在正常运行过程中佩戴者经过汇点的轨迹集合S，具体步骤是：
步骤1、B = { , ,…, }为小区内所有汇点的集合，为汇点的个数；设置Δt
为连续两次经过汇点所允许的最短时间间隔，即节点在两个汇点间未作停留；
步骤2、设置序列集合S=Φ，Φ为空集合；
步骤3、设置w=1，表示当前处理第w个序列；设置当前序列 sw=ε，ε为空序列；设置k=0，k为当前序列sw已经经过的汇点个数；创建sw的时间数组Tw[]，用来记录达到sw中每一个汇点的时间；
步骤4、节点监听汇点发出的广播信号,节点如果接收到汇点 的广播信号，1≤ ≤，则sw = sw <> ，其中<>为序列的连接符号， Tw [1]=t1，其中t1为接收到该广播信号的时间，然后执行k=k+1；
步骤5、节点监听汇点发出的广播信号，如果接收到汇点 的广播信号, 1≤ ≤ ，则执行k=k+1；接收到汇点 的广播信号的时间为tk；
步骤6、如果tk-Tw[k-1]≤Δt，则s=s<> ，Ts [k]= tk；重复执行步骤5；
步骤7、如果tk- Tw[k-1]>Δt，则将序列sw放入集合S，即执行S=S∪{sw}；
步骤8、执行w=w+1，表示开始处理下一个序列；设置序列 sw= ,创建sw的时间数组Tw[]；Tw[1]= tk；设置k=1；重复执行步骤4；
（2）所述的估计节点到达下一个汇点的时间的步骤,每个节点在接收到异常节点的广播后，计算自身到达下一个汇点的时间权重t'，具体步骤是：
步骤Ⅰ、获取节点当前的序列集合S、当前序列 sw和sw已经经过的汇点个数k；
步骤Ⅱ、如果sw为空，即sw= ε，则tk+1= ∞；直接执行步骤n；
步骤Ⅲ、用sw与序列集合S={s1,s2,...,sw-1}进行如下计算：
①设置a=1，表示当前处理S中的第a个序列sa；
p=0，p表示当前在S中已匹配到sw的序列个数；
t'=0，t'表示从sw到达下一个汇点的时间权重；
②从S中取sa，若sw是sa的子序列，即sa=sa-prefswsa-suf，且sa-suf不为空，则p=p+1，t'= t'+Ta[|sa-prefsw|+1]- Ta[|sa-prefsw|]，其中sa-pref表示sa中sw子序列的前缀，sa-suf表示sa中sw子序列的后缀，|sa-prefsw|表示序列sa-prefsw中元素的个数；
③设置a=a+1；若a≤w-1，则跳转到②;
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④t'= t'×(w-1)/p；
步骤Ⅳ、返回步骤Ⅲ中获得的t'；
（3）所述的选择异常节点所需的中继节点，即异常节点对周围的其他节点进行选择，确定能够以最短时间将体征数据发送给汇点的中继节点，具体方法是：
首先，异常节点向周围广播，要求进行数据转发；
然后，接收到异常节点广播的其他节点得到本节点的时间权重t'，作为应答发送给异常节点；
最后，异常节点在所有应答的节点中，选择t'最小的节点作为中继节点。

一种社区医疗体征数据无线传输中中继节点的选择方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于数据传输技术领域，具体涉及一种社区医疗体征数据无线传输中中继节点的选择方法。\n背景技术\n[0002] 社区医疗提供整合的便利的医疗保健服务，是指病人在转诊到医院或专科前的一些医疗以及在医院治疗之后的观察。社区医疗在家庭和社区的具体背景下工作。现阶段，我国80%的医疗资源集中在20%的大城市，导致看病等待时间长，住院床位急缺。健全社区医疗网络是解决我国目前看病难的主要手段之一，也是比较合理的医疗资源配置方式。社区医疗机构将成为预防保健、基本医疗、健康教育、疾病控制等社区 卫生服务的主体。\n[0003] 《中国社区医疗行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》 显示，我国社区医疗服务尚处于起步阶段。2009年，全国社区卫生服务中心和服务站仅占卫生机构总数的\n2.98%，其卫生技术人员仅占卫生技术人员总数的4.52%。社区医疗机构的人力资源状况也限制了诊疗服务水平。\n[0004] 因此，使用穿戴式设备对社区和家庭中的老弱病人进行实时的体征监控，并及时响应发生的异常身体状况，是现有社区医疗的一个重要发展方向和手段。老人或者病人在白天甚至晚上都无人监护，通过在身上佩带（比如腕带式）测量体征数据的设备， 可以对心率、血压、血氧、运动状态（是否跌倒）等身体状况进行实时的测量，并通过无线信号将数据发送给社区医院。一旦发生异常情况，可以以最快的速度进行救护。\n[0005] 目前，对心率、血压、血氧等体征状态的实时采集，已经有成熟的技术和产品，因此穿戴式设备尚需要解决的关键问题之一是体征数据的实时无线传输。\n[0006] 穿戴式设备的无线传输方式主要分为两种：\n[0007] 1.通过GSM、3G、4G等运营商提供的网络或者Wifi进行数据传输。这种传输方式的优点是信号的覆盖全面、实时性好，实现简单。可以通过类似手机上网的方式通过运营商的基站或Wifi的AP与社区医院的服务器建立链接。但是其缺点也是明显的，这种数据传输方式消耗的电量较大，由于穿戴式设备的重量、体积等限制，电池电量较小，难以长时间、多次的维持数据通信，通常续航能力为1天左右。\n[0008] 2.在社区内安装汇点设备，通过zigbee等自组网协议将穿戴设备和汇点组网，从而将数据从穿戴设备发送到汇点，再由汇点通过有线网络发送到互联网，最后达到社区医院的服务器。这种传输方式的最主要优点是省电，Zigbee采用802.15协议，可以有效地降低能耗，电池续航能力可以达到3-6个月。然而这种方法的最大困难在于如何能够保证穿戴设备能实时（在异常发生后尽可能短的时间内）将数据发送出去。\n[0009] 使用无线自组网技术可以进行体征数据的无线传输。社区中病人和老人均佩戴有监控体征的穿戴式设备。当病人的穿戴式设备初步检测到病人的体征数据异常，由于通信范围有限，无法直接向汇点传输数据，因此将数据先发送给路人的穿戴式设备，委托它将数据发送给汇点，这时被委托的设备称为中继节点。经过有限的时间，路人移动至汇点的附近，被委托的设备将刚才接收到的数据转发给汇点，汇点再通过有线网络发送到社区医院。\n这种方法既延长了穿戴式设备的电池续航能力，又避免了大量安装汇点的成本，同时可以保证数据在尽可能短的时间内发送到社区医疗，满足了社区医疗中穿戴式设备体征数据快速传输的要求。\n[0010] 如何选择被委托设备是这项技术的关键之一。选择最快最有可能与汇点进行通信的设备作为中继节点，可以大幅提高传输的可靠性和速度，并降低设备的能耗。\n发明内容\n[0011] 本发明针对社区医疗体征数据无线传输问题，提出一种社区医疗体征数据无线传输中中继节点的选择方法。\n[0012] 本发明方法的主要思想是：每一个节点在佩戴者的日常行动中记录经过的汇点轨迹，例如一个节点经常会在较短时间内按次序经过a,b,c这3个汇点，那么abc就是这个节点的一个轨迹序列。如果节点在当前时间已经经过了ab，那么它将要经过c的概率很大，同时可以估计出它到达c的时间。在异常节点需要其他节点帮它转发数据给汇点时，异常节点先进行广播，附近的正常节点在接收到广播之后，利用自身的轨迹序列计算出本节点预期到达下一个汇点的时间，并发送给异常节点。异常节点从中选出最早可能达到下一个汇点的正常节点，作为中继节点。\n[0013] 本发明方法包括记录所有节点经过汇点的轨迹、估计节点到达下一个汇点的时间、选择异常节点所需的中继节点。\n[0014] 所述的汇点为用来接收和发送数据的设备，可以与附近的穿戴式设备通过无线通信方式进行数据传输，可以通过有线网络与社区医院服务器进行数据传输。\n[0015] 所述的节点为社区内需要进行体征监控的病人、老人所佩戴的穿戴式设备，可以随时采集人体的体征数据，具有无线传输模块，可以与附近的汇点或其他节点通过无线通信方式进行数据传输。\n[0016] 所述的异常节点为佩戴人体征数据异常时的穿戴式设备。\n[0017] 所述的中继节点为接受异常节点委托，将异常节点的体征数据转发给汇点的其他正常节点。\n[0018] 记录所有节点经过汇点的轨迹，即每个节点在正常运行过程中记录佩戴者经过汇点的轨迹集合S，具体步骤是：\n[0019] 步骤1、B = { , ,…, }为小区内所有汇点的集合，为汇点的个数；设置Δt为连续两次经过汇点所允许的最短时间间隔，即节点在两个汇点间未作停留；\n[0020] 步骤2、设置序列集合S=Φ，Φ为空集合；\n[0021] 步骤3、设置w=1，表示当前处理第w个序列；设置当前序列 sw=ε，ε为空序列；\n设置k=0，k为当前序列sw已经经过的汇点个数；创建sw的时间数组Tw[]，用来记录达到sw中每一个汇点的时间；\n[0022] 步骤4、节点监听汇点发出的广播信号,节点如果接收到汇点 的广播信号，1≤≤ ，则sw = sw <> ，其中<>为序列的连接符号， Tw [1]=t1，其中t1为接收到该广播信号的时间，然后执行k=k+1；\n[0023] 步骤5、节点监听汇点发出的广播信号，如果接收到汇点 的广播信号, 1≤≤ ，则执行k=k+1；接收到汇点 的广播信号的时间为tk；\n[0024] 步骤6、如果tk-Tw[k-1]≤Δt，则s=s<> ，Ts [k]= tk；重复执行步骤5。\n[0025] 步骤7、如果tk- Tw[k-1]>Δt，则将序列sw放入集合S，即执行S=S∪{sw}；\n[0026] 步骤8、执行w=w+1，表示开始处理下一个序列；设置序列 sw= ,创建sw的时间数组Tw[]；Tw[1]= tk；设置k=1；重复执行步骤4。\n[0027] 估计节点到达下一个汇点的时间, 即每个节点在接收到异常节点的广播后，计算自身到达下一个汇点的时间权重t'，具体步骤是：\n[0028] 步骤Ⅰ、获取节点当前的序列集合S、当前序列 sw和sw已经经过的汇点个数k；\n[0029] 步骤Ⅱ、如果sw为空，即sw= ε，则tk+1= ∞；直接执行步骤n。\n[0030] 步骤Ⅲ、用sw与序列集合S={s1,s2,...,sw-1}进行如下计算：\n[0031] ①设置a=1，表示当前处理S中的第a个序列sa；\n[0032] p=0，p表示当前在S中已匹配到sw的序列个数；\n[0033] t'=0，t'表示从sw到达下一个汇点的时间权重；\n[0034] ②从S中取sa，若sw是sa的子序列，即sa=sa-prefswsa-suf，且sa-suf不为空，则p=p+1，t'= t'+Ta[|sa-prefsw|+1]- Ta[|sa-prefsw|]，其中sa-pref表示sa中sw子序列的前缀，sa-suf表示sa中sw子序列的后缀，|sa-prefsw|表示序列sa-prefsw中元素的个数；\n[0035] ③设置a=a+1；若a≤w-1，则跳转到②;\n[0036] ④t'= t'×(w-1)/p2；\n[0037] 步骤Ⅳ、返回步骤Ⅲ中获得的t'。\n[0038] 选择异常节点所需的中继节点，即异常节点对周围的其他节点进行选择，确定能够以最短时间将体征数据发送给汇点的中继节点，具体方法是：\n[0039] 首先，异常节点向周围广播，要求进行数据转发；\n[0040] 然后，接收到异常节点广播的其他节点得到本节点的时间权重t'，作为应答发送给异常节点；\n[0041] 最后，异常节点在所有应答的节点中，选择t'最小的节点作为中继节点。\n[0042] 本发明方法针对社区医疗中穿戴式设备的体征数据无线传输，提出一种中继节点的选择方法。该方法通过对节点的运动轨迹进行分析，预测节点到达下一个汇点的期望时间，选择最快到达汇点的节点作为中继节点，将病人的体征数据发送给它进行转发，这种方法保证数据在尽可能短的时间内发送到社区医院。\n附图说明\n[0043] 图1为记录一个节点经过汇点的轨迹的方法示意图。\n具体实施方式\n[0044] 一种社区医疗体征数据无线传输中中继节点的选择方法，包括记录所有节点经过汇点的轨迹、估计节点到达下一个汇点的时间、选择异常节点所需的中继节点。\n[0045] 汇点为用来接收和发送数据的设备，可以与附近的穿戴式设备通过无线通信方式进行数据传输，可以通过有线网络与社区医院服务器进行数据传输。汇点通常安装在社区的单元门出入口、小区出入口、小区内主干道路等位置；汇点会周期性发送广播数据包；汇点的无线信号覆盖半径为r。\n[0046] 节点为社区内需要进行体征监控的病人、老人所佩戴的穿戴式设备，可以随时采集人体的体征数据，具有无线传输模块，可以与附近的汇点或其他节点通过无线通信方式进行数据传输。节点的无线信号的覆盖半径为r。\n[0047] 异常节点为佩戴人体征数据异常时的穿戴式设备。异常节点试图以最快的方式将体征数据发送给汇点。\n[0048] 中继节点为接受异常节点委托，将异常节点的体征数据转发给汇点的其他正常节点。在体征数据从异常节点发送到汇点的过程中，可能会经过0个到多个中继节点。\n[0049] 记录所有节点经过汇点的轨迹，即每个节点在正常运行过程中记录佩戴者经过汇点的轨迹集合S，如图1所示，具体步骤是：\n[0050] 步骤1、B = { , ,…, }为小区内所有汇点的集合，为汇点的个数；设置Δt为连续两次经过汇点所允许的最短时间间隔，即节点在两个汇点间未作停留；\n[0051] 步骤2、设置序列集合S=Φ，Φ为空集合；\n[0052] 步骤3、设置w=1，表示当前处理第w个序列；设置当前序列 sw=ε，ε为空序列；\n设置k=0，k为当前序列sw已经经过的汇点个数；创建sw的时间数组Tw[]，用来记录达到sw中每一个汇点的时间；\n[0053] 步骤4、节点监听汇点发出的广播信号,节点如果接收到汇点 的广播信号，1≤≤ ，则sw = sw <> ，其中<>为序列的连接符号， Tw [1]=t1，其中t1为接收到该广播信号的时间，然后执行k=k+1；\n[0054] 步骤5、节点监听汇点发出的广播信号，如果接收到汇点 的广播信号, 1≤≤ ，则执行k=k+1；接收到汇点 的广播信号的时间为tk；\n[0055] 步骤6、如果tk-Tw[k-1]≤Δt，则s=s<> ，Ts [k]= tk；重复执行步骤5。\n[0056] 步骤7、如果tk- Tw[k-1]>Δt，则将序列sw放入集合S，即执行S=S∪{sw}；\n[0057] 步骤8、执行w=w+1，表示开始处理下一个序列；设置序列 sw= ,创建sw的时间数组Tw[]；Tw[1]= tk；设置k=1；重复执行步骤4。\n[0058] 估计节点到达下一个汇点的时间, 即每个节点在接收到异常节点的广播后，计算自身到达下一个汇点的时间权重t'，具体步骤是：\n[0059] 步骤Ⅰ、获取节点当前的序列集合S、当前序列 sw和sw已经经过的汇点个数k；\n[0060] 步骤Ⅱ、如果sw为空，即sw= ε，则tk+1= ∞；直接执行步骤n。\n[0061] 步骤Ⅲ、用sw与序列集合S={s1,s2,...,sw-1}进行如下计算：\n[0062] ①设置a=1，表示当前处理S中的第a个序列sa；\n[0063] p=0，p表示当前在S中已匹配到sw的序列个数；\n[0064] t'=0，t'表示从sw到达下一个汇点的时间权重；\n[0065] ②从S中取sa，若sw是sa的子序列，即sa=sa-prefswsa-suf，且sa-suf不为空，则p=p+1，t'= t'+Ta[|sa-prefsw|+1]- Ta[|sa-prefsw|]，其中sa-pref表示sa中sw子序列的前缀，sa-suf表示sa中sw子序列的后缀，|sa-prefsw|表示序列sa-prefsw中元素的个数；\n[0066] ③设置a=a+1；若a≤w-1，则跳转到②;\n[0067] ④t'= t'×(w-1)/p2；\n[0068] 步骤Ⅳ、返回步骤Ⅲ中获得的t'。\n[0069] 选择异常节点所需的中继节点，即异常节点对周围的其他节点进行选择，确定能够以最短时间将体征数据发送给汇点的中继节点，具体方法是：\n[0070] 首先，异常节点向周围广播，要求进行数据转发；\n[0071] 然后，接收到异常节点广播的其他节点得到本节点的时间权重t'，作为应答发送给异常节点；\n[0072] 最后，异常节点在所有应答的节点中，选择t'最小的节点作为中继节点。