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LTE Cat M1模块为辅助生活系统提供宽带和智能手机的替代产品

根据联合国的预测,到2050年60岁或以上的人口将占世界人口的22%,这一数字在2000年仅为10%。在同一时期,总数这个星球上活着的人数将达到80亿。绝对而言,60岁以上的年龄组将超过17亿人。虽然我们活得更长,并且在晚年保持活跃,但毫无疑问,社会中老年人数量的增加会给世界的医疗体系带来更大的压力。
这就是为什么很多人认为新兴的医疗物联网(IoMT)将迅速发展成为解决方案的重要组成部分,从监控糖尿病等可穿戴技术到提供近乎恒定的心脏活动状态。以个人助理的形式提供的技术也会提醒患者在他们忘记时服用他们的药物。这些已经有几个高调的例子,但我们可以期望看到更多的专门用于医疗保健的定制替代品。专注于使用自然语音识别的人工智能平台的公司已经吸引了客户。机器人的使用也可能在这方面增加。
新的,新兴的或潜在的条件的早期诊断是技术可以补充人体接触的另一个领域,例如使用家庭系统来获取血压,温度和脉搏。连接的设备现在可用,包括一系列设备,如ECG监视器,血糖仪和肺活量计。数据上传到云平台,患者或医疗专业人员可以访问该平台。
连接医疗设备的云平台的出现将有助于加速这一新范例,商业解决方案将与Kaa等开源项目竞争。这些解决方案将被归类为软件即服务(SaaS)或平台即服务(PaaS),并可能与已在市场上很成熟的电子健康记录(EHR)系统供应商合作。

辅助生活

除了使用技术监测医疗状况外,还将通过辅助生活帮助老年人独立长寿。这包括简单但有效的方法来确保独居者仍然能够通过监视他们的一般活动或他们对电器的使用来照顾自己。
很可能这也是最不可能拥有宽带连接或智能手机的人群为连接的辅助生活解决方案提供回程连接的人群。没有可靠的回程,就无法获得监测数据。没有宽带或智能手机的人可能会陷入被遗忘的少数群体。
幸运的是,有一种蜂窝连接形式的解决方案。3GPP规范的第13版引入了若干用于物联网的新技术,统称为LTE-M。它们通常被归类为LPWAN或低功率广域网技术,它们解决了长距离低带宽连接的需要,而不需要构建和管理整个网络基础设施的复杂性。将这些技术融入LTE规范为物联网开创了新机遇。
所有部门的LTE Cat M1的图像
图1:LTE Cat M1有助于塑造包括医疗保健在内的所有行业的物联网。(来源:u-blox
引入的技术包括对eMTC的增强,也称为LTE Cat M1,支持低到中等数据速率和无线固件更新。它还包括改善室内覆盖的模式,以及支持手机塔切换(对任何移动设备都至关重要)和LTE语音(VoLTE),这对于任何旨在提供医疗保健的平台都至关重要。尽管具备所有这些功能,但在某些情况下,10年内,LTE Cat Cat M1模块仍可以从单个主电池获得非常长的操作时间。
这些模块可以很容易地用作连接家庭的核心,旨在提供辅助生活功能,同样可以在家庭外使用,以保持服务的连续性,而不会成为用户繁重的负担。目前有几家制造商正在为此提供支持LTE Cat M1的模块。

模块化解决方案

u-blox 的SARA-R4支持LTE Cat M1和LTE Cat NB1; 后者提供更低的带宽,并且更倾向于更简单的物联网终端,例如智能传感器,但也可用于辅助生活应用。
来自u-blox的SARA-R4的图像
图2:u-blox的SARA-R4尺寸仅为16毫米x 25毫米x 2.5毫米,同时提供LTE Cat M1和LTE NB-IOT连接。(来源:u-blox)
当模块接受并理解AT命令并包含I 2 C,SPI,UART和USB接口时,设备可以在系统级作为USB设备呈现,这意味着它可以连接到任何具有相关主机的主机并由其控制驱动程序。由于接口符合USB 2.0规范,最高传输速率为480 kbit / s,因此USB接口将成为向主处理器传输数据和从主处理器传输数据的最有效方式。
图3示出LTE Skywire猫M1模块(部件号NL-SW-LTE-SVZM20从)NimbeLink。该模块通过FCC认证,可用于终端设备,这意味着该模块无需任何进一步的测试或认证程序即可投入使用,从而使该模块成为连接平台的理想选择。该模块的接口与XBee接口标准兼容,使其能够与各种开发套件或主板配合使用。
来自NimbeLink的Skywire LTE Cat M1模块的图像
图3:NimbeLink的Skywire LTE Cat M1模块设计用于嵌入到批量生产的产品中。(来源:NimbeLink)
为了支持开发人员,NimbeLink还创建了NL-M1DK开发套件(图4)。图5所示的套件框图表示其Arduino兼容接口,有效地使其成为屏蔽。但是,它也可以通过USB连接到PC。该套件配有天线和LTE SIM卡。一旦PC被配置和枚举为USB设备,就可以使用Windows®机器上运行的任何合适的终端程序发送的AT命令进行控制。
来自NimbeLink的NL-M1DK开发套件的图像
图4:NimbeLink的NL-M1DK开发工具包可帮助开发人员启动并运行LTE Cat M1连接。(来源:NimbeLink)
NL-M1DK开发套件的图表提供了与Arduino兼容的头文件
图5:NL-M1DK开发套件提供了与Arduino兼容的头文件。(来源:NimbeLink)

平台建设

这些LTE Cat M1模块的小轮廓意味着它们可以轻松集成到患者或老年人携带的产品中。通过集成附加传感器,这种设备可以成为检测某人是否遭受摔倒的方式,或者相反,可以长时间保持非活动状态。使用基于云计算的AI,可以快速了解个人的模式,使平台能够在发生异常情况时提醒护理人员。
例如,BNO080从希尔克雷斯实验室是一个9轴的惯性测量单元,其沿着一个ARM®Cortex®-M0 +微控制器集成三个传感器。这三个传感器包括由Bosch Sensortec开发的三轴12位加速计,三轴16位陀螺仪和三轴地磁传感器,而微控制器则承载Hillcrest的SH-2软件。其中包括MotionEngine DSP软件,用于解释MEMS传感器提供的原始数据,并将其转化为设备运动的精确表示。
通过蓝牙,ZigBee或线程将PAN(个人区域网络)连接添加到设备,它也可以成为家庭中心,能够与家用电器或其他旨在提供辅助生活的智能传感器进行通信。这可能包括窗户和门上的传感器,或每个房间内的温度传感器。光传感器将提供进一步的信息,例如当天窗帘是否被打开。
可能的传感器的实例包括BH1900NUX-TR从罗姆半导体,其使用双线接口,以提供-20℃至+ 85℃的范围内的温度下的数字表示具有±3.0℃的精确度。所述DRV5032DUDMRT从超低功率数字开关霍尔效应传感器德州仪器可以在一个窗口/门监控开关的设计中使用; 当配置为以5 Hz更新其输出时,在1.8 V的电源电压下仅消耗0.54μA。来自ams的TMD27723WA数字环境光传感器的响应与人眼非常接近,因此非常适合监测房间。
上传到基于云的平台并使用AI进行分析,所有这些“小数据”都可以为用户提供“大数据”视图,从而以最少量的隐私入侵提供监控。

上网

使用Raspberry Pi 3作为主机,结合NL-AB-RPI Hat或NL-M1DK开发套件和Skywire LTE Cat M1调制解调器,开始开发连接设备相对简单。在Pi上安装Raspbian和PPP(点对点协议)软件包后,通过合适的终端程序执行AT命令将使模块联机。
建立一个辅助生活的智能中心也可以快速而简单。越来越多的云服务提供商为IoT提供量身定制的平台; 亚马逊的AWS IoT服务就是一个例子。连接后,集线器可用于将数据推送到云端以进行进一步处理。
亚马逊的服务包括:AWS IoT核心,这是一个托管的云平台,支持设备和云之间的安全交互; AWS IoT设备管理服务,提供管理大量设备所需的规模; 和AWS IoT Analytics(分析),这是一个托管服务,用于分析数据并支持机器学习,从而使数据变得清晰。
一旦AWS账户已经建立并被访问,下一步就是将Raspberry Pi注册为一个'东西',此时它被分配了一个REST API; 用于访问服务的唯一标识符。随后可以创建证书以及公钥和私钥,以保证数据的安全交换。下一步是在Pi上安装AWS IoT SDK,如Embedded C SDK。作为源代码分发,它包含MQTT传输客户端和TLS实现,并提供关于如何使用它们的说明。SDK使设备更容易使用MQTT访问AWS IoT代理的发布/订阅功能以及API功能。一旦安装了SDK,注册过程中获得的安全信息就可以复制到aws_iot_config.h文件中,如下所示。现在可以执行包含在SDK中的示例应用程序。
// Get from console
// =================================================
#define AWS_IOT_MQTT_HOST              "a22j5sm6o3yzc5.iot.us-east-1.amazonaws.com"
#define AWS_IOT_MQTT_PORT              8883
#define AWS_IOT_MQTT_CLIENT_ID         "MyRaspberryPi"
#define AWS_IOT_MY_THING_NAME          "MyRaspberryPi"
#define AWS_IOT_ROOT_CA_FILENAME       "root-CA.crt"
#define AWS_IOT_CERTIFICATE_FILENAME   "4bbdc778b9-certificate.pem.crt"
#define AWS_IOT_PRIVATE_KEY_FILENAME   "4bbdc778b9-private.pem.key"
// =================================================
图6:将AWS IoT设备注册过程中生成的安全信息添加到SDK配置文件中,可以使您的设备与云服务进行通信。(来源:亚马逊)

结论

技术已经在医疗保健领域发挥重要作用,但随着全球人口年龄的不断变化,对老年人照顾老年人的方式将有更多的需求。辅助生活是发展加速的重要领域。
通过利用面向物联网的蜂窝技术的力量,现在可以创建不依赖宽带连接或接入智能电话的解决方案,实现与云的回程连接。这为相关的辅助生活解决方案开辟了一系列可能性,可以显着提高社会中越来越多的生活质量。

(责任编辑:ioter)

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