第34章4智能技術(shù)

第4 章

智能技術(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)人工智能云計算技術(shù)12本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：無線單片機技術(shù)3學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)掌握人工智能的概念、特點了解人工智能的應(yīng)用掌握云計算的基本概念及特點了解M2M的應(yīng)用及發(fā)展趨勢了解無線單片機的技術(shù)及應(yīng)用能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力4.1

人工智能的概念

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是指應(yīng)用機器（設(shè)備）實現(xiàn)人類的智能。

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對各種小型智能設(shè)備的需求不斷增加，嵌入式技術(shù)已經(jīng)越來越得到人們的重視。智能化處理技術(shù)主要是通過嵌入式技術(shù)實現(xiàn)的，即把感應(yīng)器或傳感器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、公路、橋梁、隧道、建筑、大壩、油氣管道和供水系統(tǒng)等各種物體中，形成物與物之間可以進(jìn)行信息交換的物聯(lián)網(wǎng)，并與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，形成一個強大的智能系統(tǒng)或充滿“智慧”的生活體系。4.1

人工智能的概念4.1.1

人工智能的基本特點（1）開放性：指系統(tǒng)在求解實際問題時與外部環(huán)境及其他系統(tǒng)之間存在物質(zhì)、能量或信息的交互。

（2）層次性：體現(xiàn)在整個系統(tǒng)的層次很多，甚至有幾個層次也還尚未認(rèn)識清楚；系統(tǒng)組成的模式多種多樣，如有平行結(jié)構(gòu)、線型結(jié)構(gòu)、矩陣形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等，有的甚至不清楚具體模式。4.1

人工智能的概念（3）社會性：體現(xiàn)在系統(tǒng)是由時空交疊、分布式、靈活、自主的組件構(gòu)成，甚至是社會主體（人）構(gòu)成的；肩負(fù)不同角色的組件之間通過多種交互模式與通信語言，按照一定的行為法則開展合作，相互影響，履行責(zé)任，共同求解問題；時間上的交疊表現(xiàn)為并發(fā)性；時空的分布性表現(xiàn)為各種資源的分布性。

（4）演化性：體現(xiàn)在系統(tǒng)的組成、組件類型（可能是異構(gòu)的）、組件狀態(tài)、組件之間的交互以及系統(tǒng)行為隨時間不斷改變，無法在設(shè)計時確定運行時的上述要素；演化具有層次性，可能是局部，也可能是整體；系統(tǒng)中子系統(tǒng)之間的局部交互，在整體上演化出一些獨特的、新的性質(zhì)，體現(xiàn)出整體的智能行為與問題求解能力。4.1

人工智能的概念

（5）人機結(jié)合：體現(xiàn)在開放復(fù)雜智能系統(tǒng)的突出特點是在系統(tǒng)體系中存在人；通過人機交互，實現(xiàn)人的認(rèn)知和智能與機器的計算和推理智能共同作用；人機協(xié)作產(chǎn)生智能行為，問題的求解不能僅靠機器完成，需要發(fā)揮人的作用。

（6）綜合集成：體現(xiàn)在開放復(fù)雜智能系統(tǒng)存在著多種智能，各種智能各自發(fā)揮著重要的、不可替代的作用，如人的智能所展現(xiàn)的形象思維等定性智能，領(lǐng)域智能所具有的關(guān)于問題本身的信息，機器計算智能所具有的定量計算能力，網(wǎng)絡(luò)智能所表現(xiàn)出的面向廣域網(wǎng)的計算、知識搜索與發(fā)現(xiàn)能力，數(shù)據(jù)智能所隱含的內(nèi)在知識與模式等。4.1

人工智能的概念4.1.2

人工智能的研究與應(yīng)用智能技術(shù)是利用經(jīng)驗知識所采用的各種自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織等智能方法和手段以有效地達(dá)到某種預(yù)期的目的。通過在物體中植入智能系統(tǒng)，可以使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動地實現(xiàn)與用戶的溝通，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。主要的研究內(nèi)容和方向包括：4.1

人工智能的概念（1）人工智能理論研究人工智能理論研究主要包括4個方面：智能信息獲取的形式化方法；海量信息處理的理論和方法；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息的開發(fā)與利用方法；機器學(xué)習(xí)。（2）先進(jìn)的人-機交互技術(shù)與系統(tǒng)對先進(jìn)的人-機交互技術(shù)與系統(tǒng)主要研究內(nèi)容體現(xiàn)在3個方面：聲音、圖形、圖像、文字及語言處理；虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)；多媒體技術(shù)。4.1

人工智能的概念（3）智能控制技術(shù)與系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)就是要給物體賦予智能，可以實現(xiàn)人與物體的溝通和對話，甚至實現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對話。為了實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，必須要對智能控制技術(shù)與系統(tǒng)實現(xiàn)進(jìn)行研究。例如：研究如何控制智能服務(wù)機器人完成既定任務(wù)（運動軌跡控制、準(zhǔn)確的定位和跟蹤目標(biāo)等）。（4）智能信號處理對智能信號處理方面的研究主要是信息特征識別和融合技術(shù)、地球物理信號處理與識別。到目前為止，對于云計算并沒有達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識，一般認(rèn)為，云計算是由一系列可以動態(tài)升級和被虛擬化系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)被所有云計算平臺的用戶共享，用戶不需要掌握多少云計算的知識，只需花錢租賃云計算的資源，并且可以方便地通過網(wǎng)絡(luò)訪問。這也就是說，云計算是一種超大規(guī)模、虛擬化、易擴展、廉價的服務(wù)交付和使用模式，用戶通過網(wǎng)絡(luò)可以按需獲得服務(wù)。4.2云計算技術(shù)最簡單的云計算技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中已經(jīng)隨處可見，例如，搜尋引擎、網(wǎng)絡(luò)信箱等，使用者只要輸入簡單指令即能得到大量信息。在未來，如智能于機、GPS等行動裝置都可以通過云計算技術(shù)發(fā)展出更多的應(yīng)用服務(wù)?？梢灶A(yù)見，云計算是未來3～5年全球范圍內(nèi)最值得期待的技術(shù)革命。信息爆炸和信息泛濫日益成為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的障礙，云計算以其資源動態(tài)分配、按需服務(wù)的設(shè)計理念，具有低成本解決海量信息處理的獨特魅力。4.2云計算技術(shù)4.2云計算技術(shù)全球最早提出云計算概念的是亞馬遜公司。2006年，亞馬遜公司推出云計算的初衷是讓自己閑置的IT設(shè)備變成有價值的運算能力，當(dāng)時亞馬遜公司已經(jīng)建成了龐大的IT系統(tǒng)，但這個系統(tǒng)是按照銷售高峰期的需求來建立的，所以在大多數(shù)的時候，很多資源被閑置。云計算的最早實踐者是Google公司，在初期，由于買不起昂貴的商用服務(wù)器來設(shè)計搜索引擎，Google公司采用眾多的

PC來代替，成功地把PC集群做得比商用服務(wù)器還強大，成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于商用的硬件和軟件。EMC公司除了一直倡導(dǎo)云計算外，還拋出了“大數(shù)據(jù)”的概念。大數(shù)據(jù)構(gòu)想是EMC公司帶來的全新理念，是指在實際應(yīng)用中，很多用戶把多個數(shù)據(jù)集放在一起，形成PB級的數(shù)據(jù)量，而且這些數(shù)據(jù)來自多種數(shù)據(jù)源，并以實時、迭代的方式來實現(xiàn)。4.2.2云計算的基本概念

云計算以應(yīng)用為目的，通過互聯(lián)網(wǎng)將大規(guī)模的硬件和軟件按照一定的結(jié)構(gòu)體系連接起來，根據(jù)應(yīng)用需求的變化不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)體系，建立一個內(nèi)耗最小、功效最大的虛擬資源服務(wù)中心。

云計算將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)。云計算的概念模型如圖4-1所示。要了解什么是云計算，我們首先要理解云、私有云、公用云等概念。圖4-1

云計算概念模型

云（資源池）：是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計算資源，通常是一些大型服務(wù)器集群，包括計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器和寬帶資源等。

私有云（專用云）：是由單個客戶所擁有的按需提供基礎(chǔ)設(shè)施，該客戶控制哪些應(yīng)用程序在哪里運行，擁有服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和磁盤，并且可以決定允許哪些用戶使用基礎(chǔ)設(shè)施。

公用云：是由第三方運行的云，第三方可以把來自許多不同客戶的作業(yè)在云內(nèi)的服務(wù)器、存儲系統(tǒng)和其他基礎(chǔ)設(shè)施上混合在一起。最終用戶不知道運行其作業(yè)的同一臺服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)或磁盤上還有哪些用戶。????

混合云：把公用云模式與私有云模式結(jié)合在一起?？蛻敉ㄟ^一種可控的方式對云部分擁有，部分與他人共享。云應(yīng)用：是通過網(wǎng)絡(luò)訪問、從不需要本地下載的軟件應(yīng)用。云架構(gòu)：是可以通往網(wǎng)絡(luò)訪問和使用軟件應(yīng)用的設(shè)計。在理解上述概念之后，我們來看一下什么是云計算。云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的、大眾參與的計算模式，其計算資源（計算能力、存儲能力、交互能力）是動態(tài)、可伸縮、且被虛擬化的，以服務(wù)的方式提供。4.2.3云計算的特點（1）系統(tǒng)超大規(guī)模云計算為用戶使用網(wǎng)絡(luò)提供了幾乎無限多的可能，為存儲和管理數(shù)據(jù)提供了幾乎無限多的空間，也為用戶完成各類應(yīng)用提供了幾乎無限強大的計算能力。在大規(guī)模云計算運營趨勢下，IT基礎(chǔ)組件必然走向全面標(biāo)準(zhǔn)化，以使得云所支撐的各部分可以在保持發(fā)展的同時相互兼容。（2）數(shù)據(jù)可靠性和擴展性當(dāng)用戶的系統(tǒng)規(guī)模變化時，“云”的規(guī)模可以實現(xiàn)動態(tài)和可伸縮的擴展，以滿足應(yīng)用和用戶系統(tǒng)增長的需要。云計算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲中心，用戶不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。云計算采取數(shù)據(jù)冗余和分布式存儲來保證數(shù)據(jù)的可靠性。（3）虛擬化

虛擬化，即把軟件、硬件等IT資源進(jìn)行虛擬化，抽象成標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬資源，放在云計算平臺中統(tǒng)一管理，保證資源的無縫擴展。虛擬化技術(shù)通過在一個服務(wù)器上部署多個虛擬機和應(yīng)用來提高資源的利用率，當(dāng)一個服務(wù)器過載時能夠支持負(fù)載的遷移。云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。用戶運行的程序在“云”中某處運行，但實際上用戶無須了解、也不用擔(dān)心應(yīng)用運行的具體位置。只需要一臺筆記本或者一個手機，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實現(xiàn)用戶需要的一切，甚至包括超級計算這樣的任務(wù)。（4）數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)集中是云計算的一個特點。以云計算模式建設(shè)云數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲和處理可以節(jié)約大量商業(yè)成本。在云計算時代背景下，數(shù)據(jù)中心向集中大規(guī)模共享平臺推進(jìn)，并且，數(shù)據(jù)中心能實現(xiàn)實時動態(tài)擴容，實現(xiàn)自助和自動部署服務(wù)。云計算可以輕松實現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。4.2.4

云計算與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系1．云計算與分布式計算的關(guān)系分布式計算是研究如何把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計算機進(jìn)行處理，最后把這些計算結(jié)果綜合起來得到最終的結(jié)果。分布式計算依賴于分布式系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)由通過網(wǎng)絡(luò)連接的多臺計算機組成。網(wǎng)絡(luò)把大量分布在不同地理位置的計算機連接在一起，每臺計算機都擁有獨立的處理器及內(nèi)存。這些計算機互相協(xié)作，共同完成一個目標(biāo)或者計算任務(wù)。分布式計算是一個很大的范疇。在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)時代，不是分布式計算的應(yīng)用已經(jīng)很少了。云計算和下面將要提及的網(wǎng)格計算，都只是分布式計算的一種。2．云計算與并行計算的關(guān)系云計算的萌芽應(yīng)該從計算機的并行化開始，并行機的出現(xiàn)是人們不滿足于CPU摩爾定律的增長速度，希望把多個計算機并聯(lián)起來，從而獲得更快的計算速度，這是一種很簡單也很樸素的實現(xiàn)高速計算的方法，這種方法后來被證明是相當(dāng)成功的。在并行計算中，為了獲得高速的計算能力，人們不惜采用昂貴的服務(wù)器和購買更多的服務(wù)器。因此，強大的并行計算能力需要巨額的投資。并且，傳統(tǒng)的并行計算機的使用是一個相當(dāng)專業(yè)的工作，需要使用者具有較高的專業(yè)素質(zhì)。而云計算將服務(wù)器等設(shè)施集中起來，最大程度地做到資源共享，能夠動態(tài)地為用戶提供計算能力和存儲能力，隨時滿足用戶的需求。3．云計算與效用計算的關(guān)系效用計算隨著主機的發(fā)展而出現(xiàn)?？紤]到主機的購買成本高昂，一些用戶就通過租用而不是購買的方式使用主機。效用計算的目標(biāo)就是把服務(wù)器及存儲系統(tǒng)打包給用戶使用，按照用戶實際使用的資源量對用戶進(jìn)行計費?？梢哉f，效用計算是云計算的前身。4．云計算與網(wǎng)格計算的關(guān)系網(wǎng)格（Grid）是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，其定義為“在動態(tài)、多機構(gòu)參與的虛擬組織中協(xié)同共享資源和求解問題”。網(wǎng)格是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA），使用互操作、按需集成等技術(shù)手段，將分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個有機整體，實現(xiàn)計算、存儲、數(shù)據(jù)、軟件和設(shè)備等資源的共享，從而大幅提高資源的利用率，使用戶獲得前所未有的計算和信息能力。

網(wǎng)格計算可以分為三種類型，即計算網(wǎng)格、信息網(wǎng)格和知識網(wǎng)格。計算網(wǎng)格的目標(biāo)是提供集成各種計算資源的、虛擬化的計算基礎(chǔ)設(shè)施。信息網(wǎng)格的目標(biāo)是提供一體化的智能信息處理平臺，集成各種信息系統(tǒng)和信息資源，消除信息孤島，使得用戶能按需獲取集成后的精確信息，即服務(wù)點播和一步到位的服務(wù)。知識網(wǎng)格研究一體化的智能知識處理和理解平臺，使得用戶能方便地發(fā)布、處理和獲取知識。

網(wǎng)格計算與云計算的關(guān)系，就像是OSI與TCP/IP之間的關(guān)系。通常意義的網(wǎng)格是指以科學(xué)研究為主的網(wǎng)格。網(wǎng)格計算不僅要集成異構(gòu)資源，還要解決許多非技術(shù)的協(xié)調(diào)問題，非常重視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，也非常復(fù)雜，但缺乏成功的商業(yè)模式。云計算是網(wǎng)格計算的一種簡化實用版本，有成功的商業(yè)模式推動。但如果沒有網(wǎng)格計算打下的基礎(chǔ)，云計算也不會這么快到來。所以說，云計算的成功也是網(wǎng)格的成功。

雖然網(wǎng)格計算實現(xiàn)起來要比云計算難度大很多，但對于許多高端科學(xué)或軍事應(yīng)用而言，云計算是無法滿足需求的，必須依靠網(wǎng)格來解決。未來的科學(xué)研究主戰(zhàn)場，將建立在網(wǎng)格計算之上。在軍事領(lǐng)域，美軍的全球信息網(wǎng)格GIG已經(jīng)囊括超過700萬臺計算機，規(guī)模超過現(xiàn)有的所有云計算數(shù)據(jù)中心計算機總和。4.3數(shù)據(jù)融合技術(shù)1．定義根據(jù)國內(nèi)外研究成果，多傳感器數(shù)據(jù)融合比較確切的定義可概括為：充分利用不同時間與空間的多傳感器數(shù)據(jù)資源，采用計算機技術(shù)對按時間序列獲得的多傳感器觀測數(shù)據(jù)，在一定準(zhǔn)則下進(jìn)行分析、綜合、支配和使用，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，進(jìn)而實現(xiàn)相應(yīng)的決策和估計，使系統(tǒng)獲得比它的各組成部分更充分的信息。4.3數(shù)據(jù)融合技術(shù)4.3.1數(shù)據(jù)融合的基本原理1．基本原理

多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以對不同類型的數(shù)據(jù)和信息在不同層次上進(jìn)行綜合，它處理的不僅僅是數(shù)據(jù)，還可以是證據(jù)和屬性等。充分利用多個傳感器資源，通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多個傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準(zhǔn)則來進(jìn)行組合，以獲得比它的各組成部分的子集所構(gòu)成的系統(tǒng)更優(yōu)越的性能。多傳感器數(shù)據(jù)融合并不是簡單的信號處理。信號處理可以歸屬于多傳感器數(shù)據(jù)融合的第一階段，即信號預(yù)處理階段。?4.3數(shù)據(jù)融合技術(shù)2．種類

根據(jù)融合處理的數(shù)據(jù)種類，信息融合系統(tǒng)可以分為時間融合、空間融合和時空融合三種。

（1）時間融合：指同一傳感器對目標(biāo)在不同時間的量測值進(jìn)行融合處理。

（2）空間融合：指在同一時刻，對不同的傳感器的量測值進(jìn)行融合處理。

（3）時空融合：指在一段時間內(nèi)，對不同傳感器的量測值不斷地進(jìn)行融合處理。

根據(jù)處理融合信息的方法的不同，信息融合系統(tǒng)可分為集中式、分布式和混合式三種類型。4.3數(shù)據(jù)融合技術(shù)（1）集中式：各個傳感器的數(shù)據(jù)都送到中央處理器（融合中心）進(jìn)行融合處理。這種方法可以實現(xiàn)時間和空間的融合，數(shù)據(jù)處理的精度較高，但對中央處理器的數(shù)據(jù)處理能力要求高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，要求有較大的通信帶寬。

（2）分布式：各個傳感器對量測數(shù)據(jù)單獨進(jìn)行處理，然后將處理結(jié)果送到融合中心，由融合中心對各傳感器的局部結(jié)果進(jìn)行融合處理。與集中式相比，分布式處理對通信帶寬要求低，計算速度快，可靠性和延續(xù)性好，但精度沒有集中式高。（3）混合式：以上兩種方式的組合，用于大型系統(tǒng)中。4.4

M2M技術(shù)M2M（Machine-to-Machine

Communication，）是機器對機器通信的簡稱，M2M的核心目標(biāo)就是使生活中所有的機器設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信的能力，是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)平臺。M2M是基于特定行業(yè)終端，以公共無線網(wǎng)絡(luò)為接入手段，為客戶提供機器到機器的通信解決方案，滿足客戶對生產(chǎn)過程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和測量、遠(yuǎn)程診斷等方面的信息化需求。4.4

M2M技術(shù)4.4.1

M2M概述M2M不只是人到機器設(shè)備的遠(yuǎn)程通信，而且還包括及機器與機器之間的通信和相互溝通，而反映到人的交互界面可能就只有一個結(jié)果。M2M不只是基于移動通信技術(shù)的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)RFID等短距離無線通信技術(shù)甚至有線網(wǎng)絡(luò)都可以成為連接機器的手段。4.4

M2M技術(shù)

M2M技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵，是無線通信和信息技術(shù)的整合，用于雙向通信，適用范圍較廣，可以結(jié)合GSM/GPRS/UMTS等遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)，同樣也可以結(jié)合Wi-Fi、BlueTooth、ZigBee、

RFID和UWB等近距離連接技術(shù)，應(yīng)用在各種領(lǐng)域。

M2M與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系如圖4-10所示。M2M是基于特定行業(yè)終端，以SMS/USSD/GPRS/CDMA等為接入手段，為集團客戶提供機器到機器的解決方案，滿足客戶會生產(chǎn)過程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和測量、遠(yuǎn)程診斷等當(dāng)面的信息化需求。圖4-10

M2M與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系示意圖M2M典型行業(yè)應(yīng)用：1．醫(yī)療保健1）醫(yī)療保健M2M應(yīng)用概述隨著我國人口老齡化問題的日益嚴(yán)重，家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)將成為普遍的社會需求。在患者和醫(yī)院及醫(yī)療工作人員之間建立高速信息網(wǎng)絡(luò)，是以改善醫(yī)用通信條件為手段解決上述問題的有效可行的重要方法之一。圖4-17

解決行業(yè)需求的M2M業(yè)務(wù)環(huán)境4.4

M2M技術(shù)用傳感技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)將病人的監(jiān)護(hù)范圍從醫(yī)院內(nèi)擴展到通信網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的任何地方，從而實現(xiàn)病人與診所、診所與醫(yī)院或醫(yī)院間醫(yī)療信息的傳送。醫(yī)生通過網(wǎng)絡(luò)全程監(jiān)控患者的病程（包括突發(fā)病變），并給予他們必要的指導(dǎo)和及時處理，而患者則通過網(wǎng)絡(luò)在家里、公共場所或社區(qū)醫(yī)院得到大醫(yī)院的救治和指導(dǎo)。4.4

M2M技術(shù)2）醫(yī)療保健M2M應(yīng)用方案

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、短距離通信技術(shù)（IEEE

802．11a/b/g、ZigBee、WiFi）、蜂窩移動通信網(wǎng)（GPRS/CDMA/3G）、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展，為實現(xiàn)基于M2M的醫(yī)療保健應(yīng)用方案提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。M2M在醫(yī)療保健上的應(yīng)用，將會帶動醫(yī)療設(shè)備的微型化和網(wǎng)絡(luò)化，同時促進(jìn)醫(yī)療模式向以預(yù)防為主的方向發(fā)展。4.4

M2M技術(shù)一個完整的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)M2M系統(tǒng)可以具體分為如下部分：

（1）傳感器部分：負(fù)責(zé)對病人生理參數(shù)，如心電圖、心跳、呼吸、脈搏等進(jìn)行采集。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)部分：傳輸數(shù)據(jù)的通道，包括數(shù)據(jù)在傳感器和個人終端間的傳輸通道，個人終端和服務(wù)器間的傳輸通道。（3）遠(yuǎn)程醫(yī)療業(yè)務(wù)平臺。（4）遠(yuǎn)程醫(yī)療業(yè)務(wù)提供方。圖4-18

通用醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)4.4

M2M技術(shù)3）遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)M2M系統(tǒng)特點（1）實時采集傳輸（2）實時監(jiān)控報警（3）無線數(shù)據(jù)傳輸（4）實時診斷分析（5）緊急求助服務(wù)（6）輔助醫(yī)療管理4.4

M2M技術(shù)4）應(yīng)用模式（1）家庭社區(qū)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

家庭社區(qū)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)以前期預(yù)防為主要目的，對患有心血管等慢性疾病的病人在家庭、社區(qū)醫(yī)院等環(huán)境中進(jìn)行身體健康參數(shù)的實時監(jiān)測，遠(yuǎn)程醫(yī)生隨時可對病人進(jìn)行指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)異常時進(jìn)行及時的醫(yī)療監(jiān)護(hù)。這樣一方面節(jié)省了大型?？漆t(yī)院稀缺的醫(yī)療資源，減少龐大的醫(yī)療支出費用，同時又在保證個人的生命安全的基礎(chǔ)上，為病人就醫(yī)提供了便利。

一個適用于家庭社區(qū)環(huán)境的典型遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)M2M系統(tǒng)如圖4-19所示。系統(tǒng)分為：圖4-19

家庭社區(qū)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)4.4

M2M技術(shù)①用戶便攜終端，包括客戶端，一般為PC、便攜電腦、PDA、膝上電腦甚至手機等，具有采集、存儲、顯示、傳輸、預(yù)處理、報警等功能，其中PDA和手機是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ膫€人終端。

②服務(wù)器終端，為設(shè)于醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心或家庭護(hù)理專家處的專業(yè)服務(wù)器，可提供詳細(xì)的疾病診斷及分析，并提供專業(yè)醫(yī)療指導(dǎo)，反饋最佳醫(yī)療措施。③網(wǎng)絡(luò)部分。

其中病人便攜終端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、本地監(jiān)測、病人定位和數(shù)據(jù)發(fā)送4.4

M2M技術(shù)（2）醫(yī)院臨床無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

醫(yī)院臨床無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在醫(yī)院范圍內(nèi)利用各種傳感器對病人的各項生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)護(hù)、監(jiān)測。系統(tǒng)可以采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)，替代固定監(jiān)護(hù)設(shè)備的復(fù)雜電纜連接，擺脫傳統(tǒng)設(shè)備體積大、功耗大、不便于攜帶等缺陷，使得患者能夠在不被限制移動的情況下接受監(jiān)護(hù)，滿足當(dāng)今實時、連續(xù)、長時間監(jiān)測病人生命參數(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)需求。4.4

M2M技術(shù)2．智能抄表

智能計量是采用一種先進(jìn)的儀表（通常是一個電表），比傳統(tǒng)計費方式具有更詳細(xì)的消費標(biāo)識，并具備更多的選擇。但是，總體來說，監(jiān)控和計費都是通過通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳遞的。

智能計量技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)問題是通信方式的使用。每個計量必須能夠可靠、安全地通信，將收集到的信息傳至中心控制臺。圖4-20所示為智能抄表系統(tǒng)，智能計量采用了一些智能電網(wǎng)的新功能圖4-20

智能抄表系統(tǒng)4.4

M2M技術(shù)

如圖4-21所示，無線電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由位于電力局的配電中心和位于居民小區(qū)的電表數(shù)據(jù)采集點組成，利用運營商的無線網(wǎng)絡(luò)（GSM、GPRS或CDMA），電表數(shù)據(jù)通過運營商的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。電表直接通過RS232口與無線模塊連接或者首先連接到電表數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端通過RS232口與無線模塊連接，電表數(shù)據(jù)經(jīng)過協(xié)議封裝后發(fā)送到運營商的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至配電數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實時在線連接。圖4-21

無線電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)4.4

M2M技術(shù)一個完整的無線抄表系統(tǒng)可以具體分為如下部分：①數(shù)據(jù)采集部分：負(fù)責(zé)采集電表數(shù)據(jù)。②傳輸部分：傳輸數(shù)據(jù)的通道。③管理及業(yè)務(wù)平臺。4.4

M2M技術(shù)3．智能家居（1）M2M應(yīng)用概述在國內(nèi)，智能家居的概念進(jìn)入我國以來已有近10年的發(fā)展，但作為產(chǎn)業(yè)的智能家居在國內(nèi)尚處于蓄勢待發(fā)的狀態(tài)，產(chǎn)品普及度低，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈沒有帶動起來，遠(yuǎn)沒有滲透進(jìn)普通人的日常生活。智能家居作為M2M的一種應(yīng)用，M2M的規(guī)范化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將為智能家居行業(yè)提供強勁的動力。4.4

M2M技術(shù)移動運營商在M2M產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有天然的優(yōu)勢，比如隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)的能力，成熟的運營體系；智能家居業(yè)務(wù)為移動運營商進(jìn)一步挖掘個人應(yīng)用市場并向家庭、社區(qū)領(lǐng)域拓展提供增長空間。未來運營商主導(dǎo)業(yè)務(wù)的運營和推廣將成為智能家居業(yè)務(wù)的重要發(fā)展方向，同時也能進(jìn)一步擴大運營商的收益和市場。（2）智能家居M2M應(yīng)用方案目前，隨著M2M應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展和普及，以及電信網(wǎng)絡(luò)逐步滲透到各個行業(yè)和領(lǐng)域，為解決M2M發(fā)展中存在的問題，泛在、融合、開放、整合是M2M產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方式。所謂泛在，即智能家電設(shè)備借鑒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用成果，通過藍(lán)牙、WLAN、WiMAX、家庭網(wǎng)關(guān)等作為家庭局域網(wǎng)的無線寬帶接入手段融入3G網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成智能家居服務(wù)泛在化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。4.4

M2M技術(shù)例如，冰箱可根據(jù)存儲食物的剩余容量，按照預(yù)設(shè)的清單向食品超市訂購食品，而超市又通過和專業(yè)的物流企業(yè)聯(lián)網(wǎng)，向用戶提供食品配送服務(wù)。通過不同應(yīng)用之間的相互融合，逐步形成一個泛在的服務(wù)環(huán)境，為用戶提供周到的服務(wù)。所謂的開放，是指業(yè)務(wù)能力的開放。面向個人和家庭用戶的M2M業(yè)務(wù)對個性化和定制化有更高的要求。典型的如智能家居業(yè)務(wù)，由于每個家庭的家電設(shè)備千差萬別，用戶的使用習(xí)慣、生活習(xí)慣也千差萬別，如果采用由應(yīng)用開發(fā)商提供應(yīng)用的模式，顯然是無法滿足所有用戶需求的。4.4

M2M技術(shù)4.4.6

M2M技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）移動通信技術(shù)將成為主流，短距離通信技術(shù)將成為補充圖4-22

未來M2M技術(shù)結(jié)構(gòu)4.4

M2M技術(shù)（2）無線通信技術(shù)和M2M產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將推動M2M標(biāo)準(zhǔn)化

M2M行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定目前已經(jīng)有初步的成果，雖然影響力還不大。隨著M2M產(chǎn)業(yè)鏈的整合以及M2M業(yè)務(wù)領(lǐng)域的不斷擴大，相信M2M的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、測試標(biāo)準(zhǔn)將不斷地完善和融合，最終形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。屆時，整個標(biāo)準(zhǔn)體系不止包括移動通信M2M，還將包括短距離通信技術(shù)及應(yīng)用。

（3）無線升級通信終端軟件將成為提高經(jīng)營效率的重要手段4.5

無線單片機技術(shù)1．無線單片機的定義近年來為了適應(yīng)無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的要求，比如：要求體積較小、低功耗及更低的價格等，無線片上系統(tǒng)（SOC）得到了快速發(fā)展。

這種無線片上系統(tǒng)（即無線單片機）將CPU（CentralProcessing

Unit）、隨機存取存儲器（Random

AccessMemory，RAM）、只讀存儲器（Read-Only

Memory，ROM）、基本輸入/輸出（Input/Output）接口電路、定時器/計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器，以及需要的接口電路和無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)芯片全部集成到一個非常小的芯片上。一個單獨的芯片，就可以構(gòu)成一個可以獨立工作的具有無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的無線片上系統(tǒng)（無線單片機）。2．無線單片機的主要特點（1）簡易的天線電路設(shè)計

無線單片機已經(jīng)將全部的高頻部分電路全部集成到了電路內(nèi)部，從無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)芯片到天線之間，只有簡單的濾波電路，系統(tǒng)設(shè)計者完全不必進(jìn)行任何高頻電路設(shè)計。（2）采用特殊的高頻線路設(shè)計。使無線芯片、微處理器和高頻線路間，實現(xiàn)完美的配合，數(shù)字電路對高頻通信的影響減低到最小。圖4-23

典型的無線單片機（3）快速的功能設(shè)計開發(fā)。

無線單片機是將微處理器和無線芯片設(shè)計成一體。讀者只要學(xué)習(xí)過使用過單片機，就可以輕松完成無線通信功能的設(shè)計開發(fā)。

目前，通常選用有多年歷史的8051微處理器內(nèi)核作為無線片上系統(tǒng)的微處理器。3．常見的無線單片機簡介

（1）德州儀器收購了Chipcon公司的CC2430，是市場上首款SoC的ZigBee單片機，它把協(xié)議棧z-stack集成在芯片內(nèi)部的閃存里面，具有穩(wěn)定可靠的CC2420收發(fā)器，增強性的8051內(nèi)核，8KRAM，外設(shè)有I/O口，ADC，SPI，

UART和AES128安全協(xié)處理器，三個版本分別是

32K/64K/128K的閃存。以128K為例，扣除基本z-stack協(xié)議還有3/4的空間留給應(yīng)用代碼，即使完整的ZigBee協(xié)議，還有近1/2的空間留給應(yīng)用代碼，的無線單片機除了處理通信協(xié)議外，還可以完成一些監(jiān)控和顯示任務(wù)。無線單片機都支持通過SPI或者UART與通用單片機或者嵌入式CPU結(jié)合。?（2）工業(yè)控制領(lǐng)域的另一個芯片巨頭——飛思卡爾的單片

ZigBee處理器MC1321X的方案也非常類似，集成了HC08單片機核心，16K/32K/64K閃存，外設(shè)有GPIO，I2C和

ADC，軟件是Beestack協(xié)議，只是最多4K

RAM對于更多的任務(wù)顯得小了些。但是憑借32位單片機Coldfire和系統(tǒng)軟件方面經(jīng)驗和優(yōu)勢，飛思卡爾在滿足用戶應(yīng)用的彈性需求方面更有特色，它率先能夠提供從低一中一高各個層面的解決方案。

（3）以Wavecom為代表的GPRSSoC無線單片機同時演繹著GPRS無線處理器的革命，如WMP50是一個帶有四頻GSM網(wǎng)絡(luò)無線通信工業(yè)處理器，內(nèi)置了ARM9

CPU，支持128K閃存，128K

RAM，外設(shè)有11個GPIO，I2C，SPI，5×5鍵盤，2個UART，USB

2．0并口，ADC，DAC等。WMP50內(nèi)部有一個可強制的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，它支持應(yīng)用任務(wù)工作在比GPRS任務(wù)高優(yōu)先級的方式，即能保證控制響應(yīng)要求。4．無線單片機的應(yīng)用由于無線單片機具有良好的控制性能