智慧健康研究综述: 从云端到边缘的系统

随着人口老龄化加速，慢性病的流行以及流行病的爆发，越来越多的关注点聚焦到居民生活质量和健康问题上，人们越发重视健康问题.然而，人口平均年龄的增长和慢性病的流行导致人们对医疗资源需求的快速增长，特别是在人口集中度较高的城市地区，各级医院和诊所的医疗资源十分宝贵，难以对病人提供实时的医疗保障.可以设想，在不久的将来，医疗健康服务将从医院提供的集中式医疗服务逐渐转变为普遍存在和实时运作的智慧健康服务.这种演变有3个导因：首先，人们对更全面、更智能和更主动的医疗健康服务的需求不断增长，其中服务的关键部分是通过实时的、不引人注意的健康监测来提供可用于智慧健康服务的个人健康数据；其次，智慧健康服务的基础设施通用和共享的特性将会减轻现阶段不断增加的医疗健康服务费用；最后，随着云计算、雾计算和物联网传感器等相关技术的快速发展，给医疗服务形式的转变奠定了坚实的基础.

这种医疗服务形式的转变逐渐催生了智慧健康的概念，概括来说，智慧健康是利用物联网的环境感知网络和传感基础设施来提供实时的、智能的和无处不在的医疗保健服务.智慧健康服务首先需要是实时的，例如对于一些关键生理指数的监测是不接受较大延迟的，以避免延误时机，这种实时性需要通过云计算、雾计算和边缘设备的配合来达成.其次智慧健康服务是智能的，利用在雾端的一些智能程序或者边缘的智能传感器等，智慧健康服务可以提供更智能的医疗服务.最后智慧健康服务是无处不在的，无论人身在何处，利用周围的物联网传感器以及可穿戴传感器设备，可以实现无处不在的智慧健康服务.

如图1所示，如今智慧健康服务对性能、能效、安全和隐私保护的需求导致系统必须在云、终端设备以及二者之间架设多样化的计算层，通过跨层次的设计和管理提供优质的智慧健康服务.可以看到，当终端传感器收集到相关人体生理指数后，对于数据的处理通常存在多种选择.对于实时性和移动计算要求不高的海量数据处理，可以通过云端代理(cloud proxy)直接把数据上传到云中；对于实时性和移动计算要求高的智慧健康服务则通过雾端代理(fog proxy)把数据先上传到雾计算层(如智能网关)，在雾计算层中，雾会根据当前的负载情况、云端运行情况以及任务属性来合理地决定如何处理数据.图1描述了3种上传策略(upload scheduler)：云端计算、云雾端协助计算和雾端计算.

Fig. 1 Cloud-edge cross-layer design of smart health图1 智慧健康的云雾端跨层设计

接下来，本文将会从云端到边缘来详细讨论智慧健康的相关研究与发展并列出典型的智慧健康应用，并且，由于区块链在智慧健康领域有广泛的应用场景，还会对区块链在智慧健康中的应用进行讨论，最后会讨论智慧健康的隐私和安全以及未来会遇到的一些机遇和挑战.

1 云端的智慧健康

得益于物联网和移动网络的快速发展，越来越多的研究关注到智慧健康以及各类生物传感器等相关的便携式医疗设备[1].这些医疗设备可以收集各种各样的实时健康数据，例如血压、体温和心率等，这些健康数据具有非常大的量级，并且很难在便携设备中进行存储、分析和处理.如何快速有效地处理健康大数据成为了一项挑战.大数据通常是指EB以及更大范围数据量的数据，它具有大容量、多样化、快速、复杂等特点[2].健康大数据不仅具有大数据的所有特点，而且健康大数据对于人的价值和意义也是其他大数据所不具备的.对于智慧健康大数据，通常的单机系统和便携移动设备没有足够的能力去存储和处理，而云计算平台具有强大的计算存储能力，目前，在云端存储、分析和处理健康大数据是最合适且最具性价比的方法.

云计算是一种计算资源的抽象，它把动态可扩展且被虚拟化的计算资源作为服务提供给使用者，具有按需提供服务、广泛访问方式、聚集的资源池和快速弹性分配等基本特点[3-6].正是得益于云计算的这些基本特点，智慧健康服务提供者可以在基于云的系统框架上搭建出实时的、智能的和无处不在的智慧健康应用，并且可以满足智慧健康中大数据的要求.可以说，云计算的高速发展为智慧健康服务的实际落地打下了坚实的基础.基于此，越来越多的研究开始关注到云计算和智慧健康服务，如何利用云计算来实现实时的智慧健康服务以及如何满足健康大数据的要求成为了研究的重点.本文归纳、分析和总结了近年来关于云和智慧健康的相关研究，接下来将会从智慧健康大数据的存储、检索和数据处理3个方面来介绍智慧健康大数据在云端的研究和发展.

文章来源：《智慧健康》 网址: http://www.zhjkzz.cn/qikandaodu/2020/0715/380.html