基于网关的情境监测系统的制作方法

1.本公开涉及情境监测方案，更具体地，涉及基于网关的情境监测系统，其能够使用非接触、非感知和非受约束的iot传感器来有效地观察家庭内发生的紧急情境。


背景技术：

2.一般来说，老龄化社会是指65岁及以上人口占总人口的比例为7％或以上的社会，老龄社会是指该比例为14％或以上的社会，并且后老龄社会或超老龄社会是指该比例达到20％以上的社会。
3.在韩国，尽管老年人就业促进法的执行令规定55岁及以上为老年人，50至54岁为半老龄(条款2)，但联合国认为当65岁及以上人口占总人口的比例为7％或以上时即为老龄化社会。
4.另外，由于近期单身家庭的增多以及这种老龄化趋势，因此孤独死亡的人数也在增加，孤独死亡是指人们孤独地死亡并在死亡后很长一段时间内未被发现。因此，每个地方政府都正在试图通过让社工或志愿者周期性地拜访独居老人或通过电话检查他们的健康，来防止孤独死亡。
5.但是，上述方式存在的问题在于：由于人力资源有限，无法实时检查独居老人的状态，并且在发生紧急事件时也难以快速反应。
6.因此，最近正在进行开发基于信息和通信技术的监测系统的研究，其使用安装在独居老人的家中的监测装置，并且在紧急情况下自动联系监护人或急救中心。
7.[现有技术]
[0008]
[专利]韩国待审专利公开no.10-2009-0080672(2009.07.27)


技术实现要素：

[0009]
本公开的一个实施方式试图提供一种基于网关的情境监测系统，其可以使用非接触、非感知和非受约束的iot传感器来有效地观察家庭内发生的紧急情境。
[0010]
本公开的一个实施方式试图提供一种基于网关的情境监测系统，其可以通过经由实现各种无线通信功能的网关确保与各种产品和服务的互操作性来支持构建开放智慧家庭生态系统。
[0011]
根据实施方式，一种基于网关的情境监测系统可以包括：多个边缘传感器终端，每个边缘传感器终端被安装在特定场所，根据至少一种无线通信方案而连接并且收集在特定场所中生成的生命信号作为监测信息；网关终端，其根据至少一种无线通信方案选择性地连接至多个边缘传感器终端，接收生命信号并且向云服务器发送所接收到的生命信号；以及云服务器，其通过分析从网关终端接收到的生命信号，在监测特定场所的同时检测异常情境的发生，其中，异常情境的发生是通过预先建立的预测模型进行概率预测的，预测模型是通过学习通过将针对每个边缘传感器终端的生命信号进行分类而生成的生命信号模式来构建的。
[0012]
多个边缘传感器终端可以包括火灾检测器、气体断路器、热图像检测器、门检测器、活动检测器、生物信号检测器、紧急呼叫器和ai扬声器；针对至少一种无线通信方案分别使用wifi、蓝牙和紫蜂；并且根据它们所采用的无线通信方案进行分组。
[0013]
网关终端可以允许根据分组形成的每个组由于至少一种无线通信方案而独立地占用通信，并且在组之间出现交叠信道时，选择性地连接与对应交叠信道相关的无线通信方案。
[0014]
网关终端可以根据与每个与对应交叠信道相关的对应无线通信方案相关的组的大小、平均数据量和平均发送周期，针对对应无线通信方案中的每一个来动态地确定选择性连接的优先级和连接时间。
[0015]
当检测到异常情境的发生时，云服务器可以向预先指定的管理者或监护人提供关于对应异常情境的通知，并且向网关终端提供关于对应异常情境的传播和响应措施的控制信号。
[0016]
云服务器使用隐马尔可夫模型(hmm)作为预测模型，并且通过向生命信号模式添加包括于生命信号中的至少一个生物信号和至少一个环境信号之间的组合模式来构建预测模型，其中，组合模式可以与独立的隐层相对应并且被添加至隐马尔可夫模型中。
[0017]
本公开可以提供以下效果。然而，由于并不意味着特定实施方式必须提供所有以下效果或仅提供以下效果，因此本公开的技术范围不应被视为受特定实施方式的限制。
[0018]
根据本公开的一个实施方式的基于网关的情境监测系统可以使用非接触、非感知和非受约束的iot传感器有效地观察家庭内发生的紧急情境。
[0019]
根据本公开的一个实施方式的基于网关的情境监测系统可以通过经由实现各种无线通信功能的网关确保与各种产品和服务的互操作性来支持构建开放的智慧家庭生态系统。
附图说明
[0020]
图1例示了根据本公开的情境监测系统。
[0021]
图2例示了根据本公开的一个实施方式的边缘传感器终端。
[0022]
图3例示了图1的边缘传感器终端的功能结构。
[0023]
图4例示了图1的网关终端的功能结构。
[0024]
图5例示了图1的云服务器的系统结构。
[0025]
图6是例示了根据本公开的基于网关的情境监测方法的流程图。
具体实施方式
[0026]
由于本公开的描述仅仅是用于例示结构或功能描述的实施方式，因此不应解释为本公开的技术范围受本文档中描述的实施方式的限制。换句话说，实施方式可以以各种方式修改并以各种形式实现；因此，应理解，实现本公开的技术原理的各种等同物都属于本公开的技术范围。此外，由于并不意味着特定实施方式应支持本公开意旨的所有目的或效果或仅包括该目的或效果，因此本公开的技术范围不应被视为限于对本实施方式的描述。
[0027]
此外，应如下地理解本公开中使用的术语的含义。
[0028]
引入诸如“第一”和“第二”之类的术语是为了将一个元件与其它元件区分开，因此
本公开的技术范围不应受这些术语的限制。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。
[0029]
假设构成元件被称为“连接”至另一构成元件。在那种情况下，前者可以直接连接到后面的元件，但是应理解，在两个元件之间可以存在第三构成元件。另一方面，如果说构成元件被称为“直接连接”至另一构成元件，则应理解为在两个元件之间不存在其它构成元件。此外，描述构成元件之间关系的其它表述，即，“在
……
之间”和“就在
……
之间”或“相邻”和“直接相邻”应被解释为提供相同的含义。
[0030]
除非另有明确提及，否则单数表达应理解为指示复数表达。术语“包括”或“具有”用于指示具体特征、数量、步骤、操作、构成元件、组件或其组合的存在；并且不应被理解为排除一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、构成元件、组件或其组合的存在添加一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、构成元件、组件或其组合的可能性。
[0031]
为了便于描述，使用了针对各个步骤的标识符号(例如，a、b和c)。标识符号并非旨在描述步骤的操作顺序。因此，除非在描述的上下文中另外显式地指示，否则可以与所提及的顺序不同地执行这些步骤。换句话说，相应步骤可以按照与说明书中所提及的顺序相同的顺序来执行，实际上同时执行或者以相反的顺序来执行。
[0032]
本公开可以以计算机可读记录介质中的程序代码的形式实现。计算机可读记录介质包括存储计算机系统可以读取的数据的所有类型的记录装置。计算机可读记录介质的示例包括rom、ram、cd-rom、磁带、软盘和光学数据储存装置。此外，计算机可读记录介质可以分布在通过网络连接的计算机系统上，使得可以以分布式方式来存储和执行计算机可读代码。
[0033]
除非另有定义，否则本公开中使用的所有术语提供与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。那些在普通词典中定义的术语应被解释为具有与相关技术的背景中所传达的含义相同的含义。除非在本公开中另外显式地定义，否则这些术语不应被解释为具有理想的或过于形式的含义。
[0034]
图1例示了根据本公开的情境监测系统。
[0035]
参照图1，情境监测系统100可以包括边缘传感器终端110、网关终端130和云服务器150。
[0036]
边缘传感器终端110可以被安装在特定场所，以测量与对应场所的生命反应相关的信息(例如，生命信号)。为此，边缘传感器终端110可以基本上实现为包括至少一个传感器，但不必限于此。另外，边缘传感器终端110可以通过包括无线生物特征传感器来实现并使用宽带频率收集准确的生物特征信息。边缘传感器终端110可以以低功率操作，可以被小型化，并且可以提供高分辨率测量。边缘传感器终端110可以通过网络连接至网关终端130，并且与云服务器150直接通信。然而，本公开基本上假设边缘传感器终端110连接至网关终端130。
[0037]
网关终端130可以接收从多个边缘传感器终端110测量到的生命信号，并向云服务器150发送测量到的信号。网关终端130可以位于边缘传感器终端110和云服务器150之间，以中继两者之间的数据传送。基本上假设网关终端130被实现为单个装置。然而，本公开不限于该假设，并且如果需要，网关终端130可以由多个独立的网关终端组成。在这种情况下，网关终端130可以彼此协作地操作。
[0038]
云服务器150可以实现为与计算机或程序相对应的服务器，该计算机或程序通过分析从特定场所收集的生物信号来检测存在于特定场所的人(例如，老年人或患者)是否已经发生紧急情况、向外部传播该紧急情况并且远程地控制紧急救援措施。换句话说，云服务器150可以分析收集到的信息并生成诸如呼吸暂停、心脏骤停、呼吸、跌倒、睡眠质量、火灾爆发或健康检测和活动量之类的信息作为分析结果，通过其可以提供24小时不间断监测功能。
[0039]
此外，云服务器150可以通过有线或无线网络连接至网关终端130，并且可以通过例如以太网向网关终端130发送数据和从网关终端130接收数据。此外，云服务器150可以与外部系统结合操作。例如，云服务器150可以连接至紧急救援所需的医院、紧急服务119和警察，并且可以连接至诸如社区中心之类的公共系统以提供相关信息。
[0040]
图2例示了根据本公开的一个实施方式的边缘传感器终端。
[0041]
参照图2，边缘传感器终端110可以连接至网关终端130，以发送由各个终端测量到的各种生命信号。边缘传感器终端110可以被实现为包括至少一个传感器以执行独立的功能，并且可以被实现为具有内置的计算能力。例如，边缘传感器终端110可以包括火灾检测器、气体断路器、ai扬声器、热图像检测器、门检测器、活动检测器、紧急呼叫器和雷达传感器。每个终端可以被安装在一个空间(例如，房屋)中，以从多个方面收集内部情境信息。
[0042]
更具体地，火灾检测器可以与能够检测和通知火灾发生的装置相对应。气体断路器可以包括在检测到气体泄漏时自动切断气体的开关装置。ai扬声器包括可以与人直接沟通的ai功能。热图像检测器可以测量存在于该场所内的人的体温，并且热成像相机可以使用用于标识人的体温的热辐射来捕获图像。
[0043]
另外，门检测器可以被安装在门上以检测门的运动。活动检测器可以检测其中安装有活动检测器的空间内的运动并生成与运动相关的检测信号。雷达传感器可以执行基于雷达信号检测对象的操作，并且在人的情况下，可以测量与呼吸或心跳相关的信号。紧急呼叫器可以在紧急按钮被按下时生成紧急信号。
[0044]
此外，每个边缘传感器终端110可以使用独立的无线通信方案连接至网关终端130。例如，火灾检测器、气体断路器、ai扬声器和热成像相机可以通过wi-fi连接至网关终端130。门检测器、活动检测器、紧急呼叫器和雷达传感器可以通过紫蜂(zigbee)连接至网关终端130。
[0045]
因此，根据本公开的网关终端130可以被实现为通过各种无线通信方案与各种边缘传感器终端110执行通信。例如，网关终端130可以被实现为包括支持wi-fi、蓝牙(bluetooth)和紫蜂(zigbee)通信中的全部的功能，并可以根据需要选择性地应用无线通信方案。
[0046]
在一个实施方式中，多个边缘传感器终端110可以根据它们所采用的无线通信方案被分组和管理。例如，wi-fi组210可以包括火灾检测器、气体断路器、ai扬声器和热图像检测器。紫蜂(zigbee)组250可以包括门检测器、活动检测器、紧急呼叫器和雷达传感器。蓝牙(bluetooth)组230可以包括使用蓝牙通信的边缘传感器终端110。
[0047]
此外，网关终端130可以搜索周围的边缘传感器终端110，并且通过针对相应无线通信方案的周期性扫描操作来检查它们的互连状态。为此，网关终端130可以根据边缘传感器终端110所采用的无线通信方案对边缘传感器终端110进行分组和管理。
[0048]
图3例示了图1的边缘传感器终端的功能结构。
[0049]
参照图3，边缘传感器终端110可以包括传感器模块310、通信模块330、运算模块350和控制模块370。
[0050]
可以通过包括至少一个传感器来实现传感器模块310。传感器模块310可以使用与要提供的功能相关的传感器来构造并且通过控制传感器的操作来执行实时或周期性地收集感测信号的作用。
[0051]
通信模块330可以通过网络将边缘传感器终端110连接至网关终端130或云服务器150。通信模块330可以被实现为根据对应边缘传感器终端110所使用的无线通信方案来提供通信功能。
[0052]
运算模块350可以与用于执行边缘传感器终端110的独立功能的计算单元相对应。换句话说，控制模块370用于监督边缘传感器终端110的构成元件的相互作用和控制。相反，运算模块350可以执行处理边缘传感器终端110试图提供的独立功能的作用。由运算模块350生成的信息可以被传送给控制模块370并且可以在内部存储空间中存储和管理。
[0053]
控制模块370可以控制边缘传感器终端110的整体操作并且管理传感器模块310、通信模块330和运算模块350之间的控制流或数据流。
[0054]
图4例示了图1的网关终端的功能结构。
[0055]
参照图4，网关终端130可以包括生命信号接收单元410、通信连接单元430、服务器发送单元450和控制器470。
[0056]
生命信号接收单元410可以从多个边缘传感器终端110接收作为感测信息的生命信号。生命信号接收单元410可以对接收到的生命信号执行预处理操作并且将生命信号处理成与后续操作相关的形式。生命信号接收单元410可以分别存储和维护接收到的生命信号和经处理的生命信号。生命信号接收单元410可以根据各个边缘传感器终端110对生命信号进行分类和存储，并且根据需要执行诸如滤波、采样、归一化或标准化之类的操作。
[0057]
通信连接单元430可以通过结合生命信号接收单元410根据要连接的边缘传感器终端110的无线通信方案激活通信功能来提供无线通信。通信连接单元430可以选择性地使用用于与各种边缘传感器终端110进行通信的各种无线通信方案并且依次或同时使用多个无线通信方案。另外，通信连接单元430可以应用独立的连接策略以使同时使用多个无线通信方案的不同无线通信方案之间的干扰最小化。
[0058]
在一个实施方式中，通信连接单元430可以独立地允许至少一种无线通信方案占用针对由于对边缘传感器终端110进行分组而产生的每个组的通信。在这种情况下，当在组之间存在信道交叠时，可以选择性地连接与交叠信道相关的无线通信方案。
[0059]
更具体地，通信连接单元430可以针对至wi-fi组的连接而允许对应边缘传感器终端110占用wi-fi通信信道。wi-fi通信信道可以由5mhz块为单位的13个信道组成，并且通信连接单元430可以允许占用用于与wi-fi组进行通信的对应信道中的至少一个。使用wi-fi通信方案进行通信的边缘传感器终端110可以通过对应信道向网关终端110发送数据。
[0060]
如果不同的通信组之间存在信道交叠，则通信连接单元430可以通过向各个组分配不同的信道来并行地针对每个组提供通信连接。通过该操作，网关终端130可以使各种边缘传感器终端110之间的信道干扰最小化并且有效地处理数据发送和接收。
[0061]
在一个实施方式中，通信连接单元430可以根据与每个与交叠信道相关的无线通
信方案相关的组的大小、平均数据量和平均发送周期，针对无线通信方案中的每一个来动态地确定选择连接的优先级和连接时间。可连接的边缘传感器终端110的类型和数量可以根据其中安装有网关终端130的空间的结构、用途和特性而变化。
[0062]
因此，在通过通信连接单元430管理针对交叠信道的信道占用的同时，网关终端130可以根据每个组的大小(即，属于该组的边缘传感器终端的数量)以及每个组的平均数据量和平均发送周期来动态地确定每个无线通信方案的优先级。并且，网关终端130可以根据对应优先级依次采用每个无线通信方案。这里，每个组的平均数据量可以与属于该组的边缘传感器终端110的数据传送量的平均值相对应。
[0063]
此外，通信连接单元430可以考虑每个组的平均数据量和平均发送周期来限制每个无线通信方案的连接时间。换句话说，通信连接单元430可以通过根据无线通信方案的优先级连接无线通信方案并在经过了经限制的连接时间时连接下一优先级的无线通信方案，来使无线通信方案之间的干扰最小化。
[0064]
服务器发送单元450可以向云服务器150发送所接收到的生命信号。网关终端130可以通过以太网(ethernet)连接至云服务器150，并且服务器发送单元450可以通过以太网通信方案向云服务器150发送生命信号。在一个实施方式中，服务器发送单元450可以以无线通信方案向云服务器150发送生命信号。在这种情况下，可以在加密后发送生命信号。
[0065]
控制器470可以控制网关终端130的整体操作并管理生命信号接收单元410、通信连接单元430和服务器发送单元450之间的控制流或数据流。
[0066]
图5例示了图1的云服务器的系统结构。
[0067]
参照图5，可以通过包括处理器510、存储器530、用户输入/输出单元550和网络输入/输出单元570来实现云服务器150。
[0068]
处理器510可以执行用于处理云服务器150操作的过程中的每个步骤的程序，管理整个过程中读取或写入的存储器530并且调度存储器530中易失性存储器和非易失性存储器之间的同步定时。处理器510可以控制云服务器150的整体操作并且可以电连接至存储器530、用户输入/输出单元550和网络输入/输出单元570以控制它们之间的数据流。处理器510可以被实现为云服务器150的中央处理单元(cpu)。
[0069]
存储器530使用诸如固态驱动器(ssd)或硬盘驱动器(hdd)之类的非易失性存储器来实现，并且可以包括用于存储云服务器150所需的所有数据的辅助储存装置。存储器530可以包括使用诸如随机存取存储器(ram)之类的易失性存储器实现的主存储器。
[0070]
用户输入/输出单元550可以包括用于接收用户输入的环境和用于向用户输出特定信息的环境。例如，用户输入/输出单元550可以包括诸如触摸板、触摸屏、屏幕键盘或定点装置之类的具有适配器的输入装置以及诸如监视器或触摸屏之类的具有适配器的输出装置。在一个实施方式中，用户输入/输出单元550可以与通过远程连接而接入的计算装置相对应并且可以与云服务器150形成服务器-客户端关系。
[0071]
网络输入/输出单元570可以包括用于通过网络连接至外部装置或系统的环境并且可以具有用于通过例如局域网(lan)、城域网(man)、广域网(wan)和增值网络(van)进行通信的适配器。
[0072]
根据本公开的云服务器150可以分析从网关终端130接收到的生命信号并且在监测特定空间的同时检测异常情境的发生。
[0073]
在一个实施方式中，当检测到异常情境时，云服务器150可以向预先指定的管理者或监护人提供关于异常情境的通知。另外，云服务器150可以向网关终端130提供与对应异常情境的传播和响应措施相关的控制信号。网关终端130可以根据控制信号通过边缘传感器终端110提供特定信息或迅速地传递相关内容。
[0074]
例如，云服务器150可以通过向预先指定的管理者或监护人发送紧急文本消息来传播该情境。云服务器150可以向网关终端130发送控制信号，以使连接至网关终端130的ai扬声器尝试与存在于对应场所的其他人员交谈。另外，网关终端130可以通过根据在火灾检测器的火灾传感器感测到火灾或操作时生成的控制信号来控制气体断路器的操作而防止二次事故。网关终端130可以通过根据在火灾传感器感测到火灾或操作时生成的控制信号来控制与门检测器相互作用的门锁的开门功能而支持紧急疏散情境。
[0075]
在一个实施方式中，云服务器150可以使用隐马尔可夫模型(hidden markov model：hmm)作为预测模型并且通过向生命信号模式中添加包括在生命信号中的至少一个生物信号和至少一个环境信号之间的组合模式来构建预测模型。此时，组合模式可以与独立的隐层相对应并且被添加到隐马尔可夫模型中。
[0076]
这里，隐马尔可夫模型(hmm)可以与基于马尔可夫链的模型相对应，并且马尔可夫链可以对通过马尔可夫属性所描述的离散时间随机过程进行建模。
[0077]
云服务器150可以通过将关于生命信号模式的学习数据应用于隐马尔可夫模型来构建预测模型。在这种情况下，生命信号模式可以包括展示用户和对象之间的交互的模式。这种情况下，对应模式可以由通过生物传感器从用户收集的生物信号和通过iot传感器从对象收集的环境信号的组合而生成。例如，生命信号模式可以包括由与通过热图像检测器收集的用户体温相关的生物信号和与通过活动检测器收集的运动相关的环境信号的组合而生成的模式。
[0078]
结果，可以通过将在用户与对象交互过程中生成的生物信号和环境信号的组合相关的各种模式作为学习数据来构建隐马尔可夫模型。此外，隐马尔可夫模型可以使用多个隐层来构建，并且可以包括分别与生物信号和环境信号相对应的独立隐层。隐马尔可夫模型可以被实现为使得通过反映生物信号和环境信号之间的交互来依次连接对应隐层或交叉地连接对应隐层。另外，隐马尔可夫模型可以被构建为包括与生物信号和环境信号之间的组合相对应的独立隐层。
[0079]
作为另一示例，云服务器150可以构建与生物信号和环境信号中的每一个相对应的隐马尔可夫模型并通过各个隐马尔可夫模型之间由于它们之间的交互的连接来构建集成隐马尔可夫模型(即，已连接的隐马尔可夫模型或已联接的隐马尔可夫模型)。在这种情况下，隐马尔可夫模型之间的连接可以通过特定隐层之间的连接来实现。
[0080]
图6是例示了根据本公开的基于网关的情境监测方法的流程图。
[0081]
参照图6，情境监测系统100可以从安装在特定场所的多个边缘传感器终端110收集生命信号s630。换句话说，多个边缘传感器终端110中的每一个可以独立地测量生命信号s610。网关终端130可以连接至多个边缘传感器终端110以通过无线通信接收生命信号并且向云服务器150发送所接收到的生命信号。
[0082]
之后，情境监测系统100可以通过经由云服务器150分析生命信号来对特定空间进行监测。此时，云服务器150可以通过参考生命信号的分析结果来检测异常情境的发生
s650。
[0083]
当检测到异常情境的发生时，云服务器150可以快速地传播该情境并执行用于对该情境进行响应的操作s670。例如，云服务器150可以以文本消息的形式向预先指定的管理者或监护人发送关于异常情境的通知，并且支持通过向诸如预先指定的救援组织或控制中心之类的外部系统传播该情境来迅速地执行异常情境的响应措施。
[0084]
根据本公开的情境监测系统100可以构建包括传感器、网关和云服务器的集成监测系统以及包括云服务器、网关和传感器的控制系统，集成监测系统用于从各种角度监测异常情境的发生并且通过该情境的传播迅速地对异常情境进行响应并防止二次事故。
[0085]
尽管已经参考以上给出的优选实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求指定的技术原理和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和变型。
[0086]
[附图标记列表]
[0087]
100：情境监测系统
[0088]
110：边缘传感器终端
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
130：网关终端
[0089]
150：云服务器
[0090]
210：wifi通信组
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230：蓝牙通信组
[0091]
250：zigbee通信组
[0092]
310：传感器模块
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330：通信模块
[0093]
350：运算模块
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370：控制模块
[0094]
410：生命信号接收单元
ꢀꢀꢀꢀꢀ
430：通信连接单元
[0095]
450：服务器发送单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
470：控制器
[0096]
510：处理器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
530：存储器
[0097]
550：用户输入/输出单元
ꢀꢀꢀꢀ
570：网络输入/输出单元