大流行情况下的物联网解决方案

新型冠状病毒 （COVID-19） 改变了人们的生活方式。这影响到全球经济和工业的关键领域，当然物联网（IoT）的管理和结构也无法摆脱这一影响。

与此同时，我们的栖息地越来越多地被日常物体的各种传感器记录下来。物联网 （IoT） 技术无缝衔接了在线网络中与自动执行，无需人工干操作。

物联网 （IoT） ，也被称为传感器网络，可在本地和远程收集数据，并在电子健康管理领域非常有用。它将体域网 （BAN） 与现场监测设备相结合，以收集重要的患者信息并追踪，并为流行病学管理提供必要跟踪服务。您当地的电子健康系统可能会收集健康信息，例如血压、体温和心率。此信息可能存储在本地，可供医疗保健专业人员访问。对于新冠病毒，患者数据可用于启动感染诊断以及跟踪其在社区中的传播方向。所需的基本数据包括体温、位置和行踪轨迹历史。这些参数可以提醒官员是否需要进一步研究和测试。

在 2019 年冠状病毒 （COVID-19） 等全球大流行期间，遵守社交距离准则至关重要，并且成功追踪患者的轨迹和跟踪患者。这两个方面对控制病毒在世界范围内的传播有很大帮助。物联网服务为隔离患者提供远程数据收集和监控的能力使其成为抗击病毒大流行传播的关键方面。

以可穿戴设备、手机、相机和无人机形式存在的异构传感器网络迅速融入社区。低功耗通信协议 （LPWAN） 可以满足在非常大的区域内收集和监控数据。手机和无人机等物联网设备正在收集数据，修改物联网治理平台以满足政策要求，并利用研究创新应用物联网技术来有效管理病毒爆发。

新冠病毒的物联网平台架构

下图是分层计算架构，涉及感知层、网络层、雾层、云层四层。

新型冠状病毒的物联网平台感知层（Perception Layer）

感知层由捕捉环境和人的各种设备组成。在这个级别上，数据的接收就像普通的物联网传感器一样。这些物联网传感器已在人类健康和活动的非临床诊断中进行了广泛测试。传感器包括惯性传感器（加速度计和陀螺仪）、 磁力计、麦克风、 毫米波雷达、射频识别（RFID）和相机。

网络层（Network Layer）

网络层负责将感知层中的信息数据或指令传递给整个物联网平台。信息传输基于公共或专用网络，采用无线或有线通信方式，包括4G/5G网络、WiFi网络和卫星网络。

雾层（Fog Layer）

思科引入的雾计算与云计算相比具有更低的延迟，因为它更接近实体的物联网传感器。能够处理、存储和网络连接的设备都可以是雾节点，例如嵌入式路由器或服务器。雾节点不是一个强大的服务器，而是一个去中心化和低端系统的集合。由于低延迟，雾计算可用于时间和位置敏感的应用程序，用于接触者追踪、新冠症状诊断、社交距离和隔离监控。

云层（Cloud Layer）

在云层面，有一个集中的服务器或数据中心，具有强大的存储和处理能力。云层负责它无法处理的任务，例如预测复杂事件。由于其强大的处理能力，可以使用大数据分析算法和深度学习算法等高级算法来提高系统性能。新冠病毒的突变跟踪和BA5变种的爆发预测在这一层中实现。

 

大流行情况下的物联网解决方案

物联网技术可以在非临床环境中对病人进行诊断并与医生共享数据，从而实现远程医疗保健。以下是一些现实世界的物联网场景，这些场景已被证明在大流行情况下很有帮助：

呼吸监测

呼吸的频率和模式可能反映一个人的身体状况，而异常的呼吸模式可能表明新冠患者的病情更严重。因此，呼吸监测在临床应用中非常重要。传统的呼气测量需要到医院就诊，需要贴在人体上的专业医疗设备，在疫情期间这对很多人来说这种方式很不方便。随着物联网技术的进步，呼吸监测变得无处不在。许多研究使用各种物联网传感器，例如惯性传感器、摄像头、麦克风、毫米波雷达和 WiFi，以持续监测室内和室外的呼吸活动。

血氧饱和度监测

血氧饱和度 （SpO2） 是衡量红细胞携带氧气能力的指标。健康人的 SpO2 大于 95%。在新冠患者中，SpO2过低是该疾病的警告信号。在临床实践中，脉搏血氧计是一种非侵入性设备，用于在人的手指上连续测量血液中的 SpO2。但是，这种脉搏血氧仪不适合日常使用。其他研究室则是使用手腕血氧计或手腕光电容积描记 （PPG） 传感器来分析手腕血液反射光的吸收差异以测量血液中的SpO2 。通过将这些手腕传感器集成到您的智能手表或手环中，您可以持续监测血液 SpO2 的相对变化。

体温监测

发烧是新冠患者的常见症状，临床数据显示超过 80% 的新冠患者有发烧症状。在新冠爆发期间，许多医院都在入口处安装了红外温度传感器，以检测发热的患者并将其与其他患者隔离以进行进一步评估。因此，监测体温变化以诊断和预防新冠是非常重要的。 为防止在医院、学校和机场等高风险地区出现发烧患者，红外温度传感器经常被用来连续和长期不接触情况下测量体温。研究人员建议使用无人机的红外热成像来识别在户外环境中感染新冠的人。

检疫监控

一些研究室使用物联网技术来监控新冠隔离地点。绑在身体上的可穿戴设备可以监控隔离人员的实时数据并将其发送到新冠检疫中心。同样，物联网框架也被用在隔离期间跟踪和识别与新冠相关的问题。特别是，各种生物传感器用于检测人类新冠的症状，并将这些数据发送到隔离区以进行进一步评估。

接触者追踪和社交距离

社交距离意味着人与人之间保持安全距离（2米或以上），以防止在冠状病毒或流感病毒等传染病通过咳嗽或说话时形成飞沫交叉感染。配备各种传感器的物联网设备，例如GPS、麦克风和磁力计广泛用于接近感应，可用于社交距离和接触者追踪。

在 COVID-19 等疫情中实施物联网医疗保健存在许多挑战。本节概述了其中一些挑战。

物联网数据收集的挑战

正确监控和控制新冠传播需要多个传感器节点来解释和生成有用的信息，以收集各种格式的数据以用于高级应用。挑战之一，尤其是在这些场景中，是为同一物联网网络提供数据收集设备的异构组合。传感器设备供应商的异质性和特殊性导致了僵化的网络管理系统。当部署新的网络策略或将应用程序部署到现有平台时，这会成为一个问题。

缺乏基础的智慧城市技术

将物联网技术集成到智能城市的全球基础设施中对于对抗新冠仍然至关重要。如今，大多数解决新冠的物联网部署都将物联网作为机器对机器 （M2M） 结构的一部分，而不是将物联网作为全球基础设施的一部分。根据 5G 计划，物联网作为全球基础设施对于智慧城市的有效发展至关重要。此外，支持全球物联网框架的 5G 基础设施在大多数国家仍处于起步阶段。人口的增加被认为是为智慧城市实施通用物联网基础设施的挑战之一。阻碍智慧城市发展的其他挑战包括异质性、运营成本、

开发自动化和快速的病毒大流行警报系统，以及在新冠研究和智能应用方面会取得进展需要更多的研究投入。我们看到，在追求效率和降低成本的前提下，基于物联网的热传感器和相关病毒检测工具的硬件开发将会增加。智能手机预计将配备某种形式的嵌入式硬件和软件，旨在帮助对抗新冠这样的全球大流行病。

大数据分析也是物联网对抗全球病毒大流行的有希望的推动力。由大数据和人工智能支持提出的几种物联网技术，我们意识到它们在这个特定时期可能无法充分发挥其潜力。主要缺点是社区不愿意共享个人信息，例如位置和其他重要的健康数据。然而，我们预计未来会普遍接受数据共享，以造福全球社区。在病毒大流行迅速蔓延的时代，物联网范式不断发展，政府和社会有望了解技术如何减少病毒的传播并挽救生命。　　

      审核编辑：彭静