CN114040351B - 一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统 - Google Patents

一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统，包括可穿戴儿童呼吸监控设备和移动终端，所述可穿戴儿童呼吸监控设备和所述移动终端通过NFC通信，所述移动终端每隔周期T获取一次NFC的信号强度，并判断所述信号强度是否大于第一阈值，若是，则所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用无连接的方式进行数据传输，并且移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机；否则，所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用面向连接的方式进行数据传输，并且所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机。通过对NFC的P2P传输的改进，不仅保证NFC通信的质量，还提高了数据传输的效率。

Description

一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统
技术领域
本申请涉及近距离通信技术领域，尤其涉及基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统。
背景技术
呼吸系统是过滤空气中杂质、病毒的重要器官，随着城市化的进程，越来越多的人居住在城市，而且汽车保有量也不断增加，城市的空气中充斥着汽车尾气，再加上城市周边工厂的废弃排放，这些都加重了呼吸系统的负担，呼吸系统疾病会严重危害人体健康。儿童的呼吸系统较为脆弱，再加上肺炎在春秋季节的传播，相较于成年人，儿童的更容易感染呼吸系统疾病。
呼吸系统监测是利用传感器技术采集呼吸相关的信息，经过处理后得到反映呼吸情况的数据，呼吸系统监测不仅应用在呼吸系统疾病上，还可以对睡眠呼吸综合症、进行麻醉手术的患者以及老年人心肺进行监控。常用的呼吸检测技术有头戴式、鼻下式、可穿戴式等，可穿戴式测量呼吸主要有电感应体积描记法、阻抗体积描记法、压阻描记法等。医院中呼吸监测设备体积庞大、结构复杂，在检测过程中容易对患者造成心理负担，影响检测结果的准确性，尤其不适于对儿童进行呼吸监测。可穿戴式的呼吸监控设备便携、结构简单，只需要穿戴在身上即可，不会影响用户的日常活动，越来越多的被医生、患者接受。
NFC(Near Field Communication)是一种近距离通信，相较于蓝牙、WiFi，NFC的功耗更低，而且能够在很短时间内建立连接，现在很多手机都支持NFC功能，NFC特别适合在可穿戴儿童呼吸监控中。但是NFC的LLCP(Logical Link Control Protocol)协议是针对小数据量设计的，如果可穿戴儿童呼吸设备有多个传感器的话，会产生较多的数据，这会导致较长时间才能将数据传输到移动终端，如何提高NFC数据传输的速度是提高可穿戴儿童监控设备的用户体验的关键。
发明内容
本发明旨对NFC中的交互过程进行改进，以达到在保证数据传输质量的前提下，提高可穿戴儿童呼吸监控设备与移动终端数据交互的速度。
本发明提供了一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统，所述系统包括可穿戴儿童呼吸监控设备和移动终端，所述可穿戴儿童呼吸监控设备和所述移动终端通过NFC通信，
所述移动终端每隔周期T获取一次NFC信号强度，并判断所述信号强度是否大于第一阈值，若是，则所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用无连接的方式进行数据传输，并且移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机；
否则，所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用面向连接的方式进行数据传输，并且所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机。
优选地，在所述监控设备和所述移动终端建立NFC连接后，所述监控设备的控制器将待传输数据分为n个子块；当接收到移动终端发送的数据请求时，所述控制器依次将n个子块发送给NFC芯片，NFC芯片中的微处理器将所述子块中的数据封装成SNEP数据包，并将SNEP数据包分为m个Fragment。
优选地，所述移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机，具体为：
预先建立信号强度和两次发送continue请求间发送Fragment数量的对应关系，所述移动终端根据所述对应关系确定发送continue请求的时机。
优选地，还包括：若上一个周期T内，LLCP层采用面向连接的方式传输数据，获取上一个周期T内，所有PDU重传的次数，根据重传的次数对根据所述对应关系确定发送continue请求的时机进行调整。
优选地，所述根据重传的次数对根据所述对应关系确定发送continue请求的时机进行调整，具体为：将所述所有PDU重传的次数划分为多个区间，根据所述区间设置对应的权重，根据权重调整两次发送continue请求的间隔中发送的Fragment的次数。
优选地，所述所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机，具体为：若在时间t1内，k个PDU出现重传，则在未来时间2t内，所述移动终端每接收到一个Fragment，都发出一个continue请求，所述监控设备接收到continue请求后，进行下一个Fragment的发送。
优选地，所述数据存储模块包括第一存储单元和第二存储单元；
所述控制器将呼吸传感器数据写入所述第一存储单元；
当所述控制器接收到移动终端发送的数据请求时，将后续接收的所述呼吸传感器数据写入到第二存储单元；并从第一存储单元读取数据。
优选地，若在预设时间t2内，LLCP层切换连接方式的次数超过第二阈值，则在LLCP层一直采用面向连接的方式进行数据传输，直到数据传输完毕。
优选地，所述可穿戴儿童呼吸监控设备至少包括以下模块：呼吸传感器、控制器、数据存储模块、电源、NFC芯片、NFC天线。
优选地，所述系统还包括服务器，移动终端通过网络将所述监控设备采集的数据发送到服务器。
本发明通过对可穿戴儿童呼吸设备与移动终端的NFC通信方式进行改进，在保证数据传输可靠性的前提下，提高了数据传输的效率，提升了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中源端和目标端利用SNEP发送数据的过程；
图2为本发明的结构示例图；
图3为SNEP中Fragment结构示意图；
图4为SNEP协议栈模型。
具体实施方式
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
NFC通信包括三种模式：卡模式、模拟卡模式、点对点(P2P)模式，其中P2P模式适合两个设备传输数据，例如短文本、图片等。NFC的P2P模式主要采用SNEP(Simple NDEFExchange Protocol)协议，其下层为LLCP(Logical Link Control Protocol)协议。如图1所示，在接收端接收到第一个Fragment后，会向发送方发送一个continue，当接收端接收后续的Fragment片段时，无需再发送continue。NFC的LLCP提供无连接(Connectionless)的方式和面向连接(Connection-oriented)的方式，其中面向连接的方式和TCP相似，无连接的方式和UDP相似。
根据NFC的要求，在使用NFC的P2P模式时，LLCP采用的是面向连接的，面向连接虽然保证数据传输的可靠性，但是以牺牲数据传输速度为代价的。为了提高可穿戴儿童呼吸监控设备和移动终端之间数据传输的速度，本发明对NFC通信进行了改进。
如图2所示，本发明提供了一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统，所述系统包括可穿戴儿童呼吸监控设备和移动终端，所述可穿戴儿童呼吸监控设备和所述移动终端通过NFC通信；
所述移动终端每隔周期T获取一次NFC信号强度，并判断所述信号强度是否大于第一阈值，若是，则所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用无连接的方式进行数据传输，并且移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机；
具体地，移动终端包括但不限于为手机、平板电脑、智能手表、医生或护士的手持终端。
在移动终端的NFC模块会定期检测可穿戴儿童呼吸监控设备的NFC信号强度，如果信号强度较大，说明移动终端和可穿戴儿童呼吸监控设备距离较近，而且可以表明可穿戴儿童呼吸监控设备的NFC芯片和NFC天线完好且工作状况良好，当NFC信号较好时，移动终端和可穿戴儿童呼吸监控设备通过NFC传输数据出现丢包、错误的可能性较小，由于呼吸监控设备对数据的可靠性要求并不像支付那样严格，在这种情况下，通过在LLCP层采用无连接的方式进行数据传输，不仅提高了传输效率，而且可以减少电量消耗。由于无连接的方式无法保证数据对方是否接收，对此，本发明还进一步增加了移动终端发送request请求的次数。这样在两个NFC设备通信状况良好时，同时兼顾了速度和质量。
否则，所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用面向连接的方式进行数据传输，并且所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机。在一个具体实施例中，所述continue请求为移动终端向所述设备在SNEP层发送的的continue请求。在另外一个具体实施例中，所述continue请求为移动终端向所述设备在LLCP层发送的的continue请求。
具体地，当移动终端离可穿戴儿童监控设备较远或者可穿戴儿童监控设备的天线、NFC芯片等出现问题时，例如水洗或者饮料打湿所示设备的NFC芯片和天线，会极易出现丢包、错包的情况，这种情况下就需要以保证数据传输的质量为首要任务。此时，在LLCP层切换为面向连接的方式，可以提高NFC P2P数据传输的可靠性。由于在LLCP层采用面向连接的方式进行数据传输，此时，可以适当降低移动终端在SNEP层发送request请求的数量。
如图2所示，在所述监控设备和所述移动终端建立NFC连接后，所述监控设备的控制器将待传输数据分为n个子块；当接收到移动终端发送的数据请求时，所述控制器依次将n个子块发送给NFC芯片，NFC芯片中的微处理器将所述子块中的数据封装成SNEP数据包，并将SNEP数据包分为m个Fragment。SNEP支持切片传输，一个SNEP可以分割为多个Fragment片段。LLCP层是以PDU为数据包发送数据，当SNEP将一个Fragment发送给LLCP时，LLCP会将Fragment分为多个PDU(Protocol Data Unit)数据包(帧)。Fragment和PDU的具体格式可以参见NFC Forum。
优选地，所述移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机，具体为：
预先建立信号强度和两次发送continue请求间发送Fragment数量的对应关系，所述移动终端根据所述对应关系确定发送continue请求的时机。
优选地，还包括：若上一个周期T内，LLCP层采用面向连接的方式传输数据，获取上一个周期T内，所有PDU重传的次数，根据重传的次数对根据所述对应关系确定发送continue请求的时机进行调整。
作为一个示例，表1示出了信号强度和间隔Fragment数发送continue请求的关系，其中x1<x2<x3<x4，间隔Fragment数表示两次发送continue请求间隔的Fragment数量。
表1
信号强度 间隔Fragment数
x1 4
x2 6
x3 8
x4 10
优选地，所述根据重传的次数对根据所述对应关系确定发送continue请求的时机进行调整，具体为：将所述所有PDU重传的次数划分为多个区间，根据所述区间设置对应的权重，根据权重调整两次发送continue请求的间隔中发送的Fragment的次数。
具体地，在没有发送PDU重传的情况下，当信号强度为x4时，每隔10个Fragment发送一次continue请求，若发生PDU重传，则需要对间隔Fragment数进行调整，例如发生20次PDU重传，则将间隔Fragment数乘以权重0.8作为新的间隔Fragment数，若发生40次PDU重传，则将间隔Fragment数乘以权重0.6作为新的间隔Fragment数，依次类推。
发送continue是为了表明移动终端能够顺利接收到可穿戴儿童呼吸设备发送的数据，在一个更为具体的实施例中，在continue请求中添加校验信息，该校验信息用于对两次continue之间的Fragment进行验证，以保证数据的正确。例如第二个continue请求和第三个continue请求之间共传输了4个Fragment，则第三个continue请求中含有对所述4个Fragment进行校验的信息，所述设备中的NFC芯片根据第三个continue中包含的信息对已经发送的所述4个Fragment进行验证，如果出现错误，则会通知移动终端将上述4个Fragment重发。
优选地，所述所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机，具体为：若在时间t1内，k个PDU出现重传，则在未来时间2t内，所述移动终端每接收到一个Fragment，都发出一个continue请求，所述监控设备接收到continue请求后，进行下一个Fragment的发送。
优选地，所述数据存储模块包括第一存储单元和第二存储单元；
所述控制器将呼吸传感器数据写入所述第一存储单元；
当所述控制器接收到移动终端发送的数据请求时，将后续接收的所述呼吸传感器数据写入到第二存储单元；并从第一存储单元读取数据。
优选地，若在预设时间t2内，LLCP层切换连接方式的次数超过第二阈值，则在LLCP层一直采用面向连接的方式进行数据传输，直到数据传输完毕。
优选地，所述可穿戴儿童呼吸监控设备至少包括以下模块：呼吸传感器、控制器、数据存储模块、电源、NFC芯片、NFC天线。所述NFC芯片为NXP公司推出的PN532或PN544。所述控制器为ARM控制器。所述控制器和所述NFC芯片通过I2C方式通信。
优选地，所述系统还包括服务器，移动终端通过网络将所述监控设备采集的数据发送到服务器。服务器将收到的数据存储到数据库，并根据所述数据向用户推送相应的意见。
本发明所述的各个实施例可以进行组合以实现对应的技术方案。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (9)

1.一种基于近距离通信的可穿戴儿童呼吸监控系统，所述系统包括可穿戴儿童呼吸监控设备和移动终端，所述可穿戴儿童呼吸监控设备和所述移动终端通过NFC通信，其特征在于：
所述移动终端每隔周期T获取一次NFC的信号强度，并判断所述信号强度是否大于第一阈值，若是，则所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用无连接的方式进行数据传输，并且移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机；
否则，所述移动终端和所述监控设备在LLCP层采用面向连接的方式进行数据传输，并且所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机；
其中，LLCP表示Logical Link Control Protocol，SNEP表示Simple NDEF ExchangeProtocol。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述监控设备和所述移动终端建立NFC连接后，所述监控设备的控制器将待传输数据分为n个子块；当接收到移动终端发送的数据请求时，所述控制器依次将n个子块发送给NFC芯片，NFC芯片中的微处理器将所述子块中的数据封装成SNEP数据包，并将SNEP数据包分为m个Fragment。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述移动终端根据信号强度确定发送continue请求的时机，具体为：
预先建立信号强度和两次发送continue请求间发送Fragment数量的对应关系，所述移动终端根据所述对应关系确定发送continue请求的时机。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：若上一个周期T内，LLCP层采用面向连接的方式传输数据，获取上一个周期T内，所有PDU重传的次数，根据重传的次数对根据所述对应关系确定发送continue请求的时机进行调整。
5.如权利要求4所述的系统，所述根据重传的次数对根据所述对应关系确定发送continue请求的时机进行调整，具体为：将所述所有PDU重传的次数划分为多个区间，根据所述区间设置对应的权重，根据权重调整两次发送continue请求的间隔发送Fragment的次数。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述移动终端根据LLCP层PDU重传的情况，确定发送continue请求的时机，具体为：若在时间t1内，k个PDU出现重传，则在未来时间2t内，所述移动终端每接收到一个Fragment，都发出一个continue请求，所述监控设备接收到continue请求后，进行下一个Fragment的发送。
7.如权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，
所述数据存储模块包括第一存储单元和第二存储单元；
所述控制器将呼吸传感器数据写入所述第一存储单元；
当所述控制器接收到移动终端发送的数据请求时，将后续接收的所述呼吸传感器数据写入到第二存储单元；并从第一存储单元读取数据。
8.如权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，若在预设时间t2内，LLCP层切换连接方式的次数超过第二阈值，则在LLCP层一直采用面向连接的方式进行数据传输，直到数据传输完毕。
9.如权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括服务器，移动终端通过网络将所述监控设备采集的数据发送到服务器。
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