رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
شاپا پرینت: 1550-1477 وبسایت مرجع 17 رفرنس دارد
19,200 تومانشناسه فایل: 7841
چکیده
اینترنت اشیا (IoT) با سرعت و با دستگاه‌های جدیدی که همیشه با هم در ارتباط هستند در حال رشد است. یک گروه جدید در حال ظهور این دستگاه ها، دستگاه های پوشیدنی است. شبکه حسگر بی سیم (WSN) یک راه خوب برای ادغام آنها با مفهوم IoT و تجربیات جدید برای فعالیت های روزانه زندگی است. در این مقاله، ما یک برنامه روزمره زندگی از یک WSN به عنوان پایه یک سناریوی ورزش های آگاهانه در زمینه جدید که در آن پارامترهای فیزیولوژیک اندازه گیری شده و با دستگاه های پوشیدنی به WSN ارسال می شود، ارائه می کنیم. برنامه های کاربردی با چندین قسمت سخت افزاری مشکل عدم هماهنگی شبکه را نشان می دهند. به منظور ادغام سیستم عامل های سخت افزاری مختلف و معرفی یک راه حل میان افزار معنایی سرویس گرا در یک برنامه کاربردی، با استفاده از یک گذرگاه سرویس سازمانی (ESB) را به عنوان یک پل برای تضمین سازگاری و ادغام محیط های مختلف، یک معنای ارزش افزوده در دنیای سیستم های مبتنی بر IoT معرفی می کنیم. این رویکرد تمام داده های به دست آمده (به عنوان مثال از طریق دسترسی داده های اینترنتی) را در اختیار توسعه دهندگان نرم افزار قرار می دهد و سیستم را به برنامه های کاربری جدید باز می کند. سپس کاربر می تواند به داده ها از طریق طیف وسیعی از دستگاه ها (گوشی های هوشمند، تبلت ها و کامپیوترها) و سیستم عامل ها (اندروید، iOS، ویندوز، لینوکس و غیره) دسترسی پیدا کند.
مقدمه مقاله
جامعه مدرن به دنبال سیستم های کمکی کاربرد آسان (کاربر پسند) است که نه تنها قادر هستند تا از راه دور بر سلامت افراد مسن و افرادی که از بیماری های مزمن رنج می برند نظارت کنند، بلکه همچنین یک روش معمول ایمن برای انجام بعضی از ورزش ها یا تمرینات تک در فضای باز یا محیط داخلی (مانند سالن های ورزشی)، به منظور بهبود سطح تناسب اندام و سلامت هر فرد را ارتقا دهند. در این زمینه، سیستم های مرتبط با اینترنت اشیا (IoT) قادر به ارائه راه حل هستند.
پارامتر IoT می تواند با استفاده از شبکه های حسگر بی سیم (WSNs) به عنوان فناوری پیشرو برای به دست آوردن و مدیریت داده ها ایجاد شوند. متصل کردن سایر عناصر هوشمند به یک WSN (گوشی های هوشمند، ساعت ها، تبلت ها و غیره) می تواند همچنین تجربه کاربری در IoT را ارتقا دهد و می تواند به عنوان یک نقطه شروع برای استفاده از این تکنولوژی عمل کند. اگر دستگاه های هوشمند، پوشیدنی باشند، اولین مانع دسترسی فناوری شکسته می شود: کاربر فقط باید “فناوری” را به عنوان یک لباس روزمره بپوشد.
یک ارزش متفاوت یک WSN این واقعیت است که هر حسگر خارجی می تواند به طریقی آسان به خودش متصل شود و حس کردن داده ها به مدیریت شبکه بستگی ندارد. به عنوان مثال اگر برنامه نیاز به پارامترهای زیست سنجی یا پارامترهای فیزیولوژیک انسان (فشار خون، ضربان قلب، نرخ تنفس و غیره) داشته باشد، یک حسگر خارجی باید به طریقی به گره متصل شود. یک راه حل بسیار آسان و سریع عبارتست از استفاده از پروتکل های ارتباطات وایرلس نظیر بلوتوث. هرچند در این سناریو یک چالش جدید بروز می کند: وجود انواع مختلفی از دستگاه ها یا پلتفرم ها (به عنوان استاندارد در این نوع از حسگرها وجود ندارد)، بنابراین مطلوب است تا ویژگی های سخت افزاری و پروتکل ها را از لایه های سطح بالا جذب کرد. این امر می تواند با یک سطح میانی انجام شود، که به آن میان افزار می گویند [1]. بسیار مفید می باشد که اگر این سطح میان‌افزار قادر باشد تا هم معیارهای محیطی را پردازش کند و هم پارامترهای کاربر را به چندین حسگر دریافت کند: موقعیت یابی، سرعت، وضعیت سلامت، ترجیحات و غیره. برای این منظور یک سیستم آگاهی-زمینه می تواند توسعه داده شود، و سرویسهای جدیدی می توانند بدون هیچ مداخله خارجی دیگر در برنامه ها قرار داده شوند.
در این مقاله، ما یک برنامه فیزیکی شامل یک WSN به عنوان یک سناریوی مرتبط با ورزش ارائه می کنیم. جمع آوری داده های محیطی و فیزیولوژیک انسان و ذخیره سازی یک پروفایل کاربری می تواند به یک سیستم عملکرد شرایط فیزیکی مستقل منجر شود، که در آن ترجیحات و نیازهای هر کاربری ارزیابی می شود تا روتینهای روشی مناسب و ایمن به دست می آید. طرح پیشنهادی ما دارای سه جزء کلیدی جدید است. اولین آن ادغام چندین دستگاه پوشیدنی در جهان اینترنت اشیا است. به منظور ادغام این دستگاه ها (فقط با اتصال بلوتوث)، ما یک پروتکل WSN / بلوتوث دو پروتکل را اعمال کردیم.در پیشنهاد ما، ما از دو نوع از این گره استفاده می کنیم: یک گره به مانیتور داده های سلامت پوشیدنی دیگری به گوشی هوشمند یا ساعت هوشمند متصل بود. با استفاده از این گره ها، تمام اطلاعات از / به دستگاه‌های پوشیدنی می توانند به همان طریقی که اطلاعات از سایر گره های WSN می توانند مدیریت شوند مدیریت گردند. هر دستگاه پوشیدنی جدید، با فقط محدودیت تطابق با بلوتوث می تواند در سیستم ما در بر گرفته شود، و سرویس های پیشنهاد شده توسط این دستگاه جدید می توانند کشف شوند و همچنین استفاده گردند. دومین تاثیر توسعه یک هستی شناسی است که در میان افزار معنایی سرویس گرا در بر گفته می شود، تا خدمات فراهم شده توسط WSN را مدل کند. با خدمات به طور مفهومی تفسیر شده امکان پذیر است تا سرویس های جدید بر پایه سرویس های تک موجود را شکل داد و پلتفرم را برای برنامه های آینده گسترش داد. سهم کلیدی سوم، ادغام یک گذرگاه سرویس سازمانی (ESB) در یک WSN برای یک برنامه مبتنی بر IoT است. با ESN تمام خدمات منتشر شده توسط گره WSN (از جمله سرویس های موجود در دستگاه های پوشیدنی نظیر ضربان قلب و دمای بدن) برای برنامه های ثالث قالب دسترسی است. اگر ESB به اینترنت متصل باشد، هر برنامه خارجی می تواند از RESTful API ما برای ایجاد درخواست هایی به سرویس های منتشر شده استفاده کند.
این مقاله به شرح زیر تقسیم بندی می شود. در بخش 1، ویژگی شبکه های حسگر بی سیم و برنامه های کاربردی را به عنوان پایه های یک برنامه طراحی‌شده اینترنت اشیا معرفی می کنیم. در بخش 2، ما مجموعه ای از کارهای مرتبط با مراقبت سلامت و فضاهای هوشمند را با استفاده از WSN ها ارائه می دهیم. ما زمینه سازی ملزومات برای یک سیستم مانیتورینگ بر ورزش ها را با دستگاه های پوشیدنی در بخش 3 ارائه می کنیم. در بخش 4 و 5، یک پلتفرم ESB برای معماری های میان افزار و هستی شناسی بیان می شود. بخش 6 شرح توصیف سناریو تست را ارائه می دهد. بخش 7 شامل نتایج و کار آینده برای توسعه از این مقاله است.
ABSTRACT An Internet of Things Approach for Managing Smart Services Provided by Wearable Devices
The Internet of Things (IoT) is growing at a fast pace with new devices getting connected all the time. A new emerging group of these devices is the wearable devices, and the wireless sensor networks are a good way to integrate them in the IoT concept and bring new experiences to the daily life activities. In this paper, we present an everyday life application involving a WSN as the base of a novel context-awareness sports scenario, where physiological parameters are measured and sent to the WSN by wearable devices. Applications with several hardware components introduce the problem of heterogeneity in the network. In order to integrate different hardware platforms and to introduce a service-oriented semantic middleware solution into a single application, we propose the use of an enterprise service bus (ESB) as a bridge for guaranteeing interoperability and integration of the different environments, thus introducing a semantic added value needed in the world of IoT-based systems. This approach places all the data acquired (e.g., via internet data access) at application developers disposal, opening the system to new user applications. The user can then access the data through a wide variety of devices (smartphones, tablets, and computers) and operating systems (Android, iOS, Windows, Linux, etc.).
Introduction
Modern society is looking for user-friendly aiding systems, able not only to remotely monitor the health of the elderly and people suffering from chronic diseases, but also to find a safe and efficient routine to practice some sport or single exercises in an outdoor or indoor environment (such as gymnasium), in order to improve each person’s level of fitness and health. In this context, Internet of Things (IoT)-related systems are able to bring solutions.
The IoT paradigm can be built using wireless sensor networks (WSNs) as the leading technology to acquire and manage data. Connecting other smart elements to a WSN (smartphones, watches, tablets, etc.) may also improve the user experience in the IoT, and it could act as a starting point for the use of the technology. If the smart devices are wearable, the first technology-access barrier is broken: the user just has to “wear” the technology as a daily-life garment.
A differential value of a WSN node is the fact that any external sensor can be connected in an easy way to itself, and the data sensing does not depend on the network management. For example, if the application needs biometric or human physiological parameters (blood pressure, heart rate, breathing rate, etc.) an external sensor must be connected in some way to the node. A very easy and fast solution is using wireless communications protocols, such as Bluetooth. However, in this scenario a new challenge springs up: the existence of different types of devices or platforms (as there is no standardization in this kind of sensors), so it is desirable to abstract the hardware features and protocols from high-level layers. This can be done with an intermediate level, called middleware [1]. It would be very useful if this middleware level is able both to process environmental measures, but, and receiving user parameters with several sensors: localization, speed, health status, preferences, and so forth. In this way, a context-awareness system could be developed, and new services are able to be included in the applications without any other external intervention.
In this paper, we present a physical application involving a WSN as the foundation of a sports-related scenario. Gathering environmental and human physiological data and storing a user’s profile can lead into an autonomous physical condition performance system, where the preferences and needs of every single user are evaluated to obtain safe and optimum exercise routines. Our proposal has three key novel components. The first one is the integration of several wearable devices in the Internet of Things world. In order to integrate these devices (provided with only Bluetooth connection), we have implemented a dual-protocol WSN/Bluetooth node. In our proposal, we use two of these nodes: one connected to the wearable health-data monitor and another node connected to the smartphone or smartwatch. With these nodes, all the information from/to the wearable devices can be managed in the same way as the information from other WSN nodes. Any new wearable device can be included in our system, with the only limitation of being Bluetooth compliant, and the services offered by this new device can be discovered and used as well. The second contribution is the development of an ontology, included within the service-oriented semantic middleware, to model the services provided by the WSN. With the semantically annotated services it is possible to compose new services based on the existing single services, widening the platform for future applications. The third key contribution is the integration of an enterprise service bus (ESB) in a WSN for an IoT-based application. With the ESB, all the services published by the WSN nodes (including the services available at the wearable devices, such as heart rate and body temperature) are available for third-party applications. If the ESB is connected to the internet, any external application can use our RESTful API to make requests to the published services.
This paper is divided as follows. In Section 1, we introduce wireless sensor networks features and applications as the foundations of an Internet of Things-designed application. In Section 2, we present a series of works related with healthcare and smart spaces using WSNs. We present the contextualization of the requirements for a sports monitoring system with wearable devices in Section 3. In Sections 4 and 5, an ESB platform for middleware architectures and ontologies interoperability is described. Section 6 presents the testing scenario description. Section 7 includes the conclusions and future work to develop from this paper.
- مقاله درمورد رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با فناوری های پوشیدنی
- یک رویکرد اینترنت برای مدیریت خدمات هوشمند ارائه شده توسط دستگاه های پوشیدنی
- پروژه دانشجویی رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- رویکرد اینترنت اشیا برای مدیریت خدمات هوشمند
- پایان نامه در مورد رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- تحقیق درباره رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- مقاله دانشجویی رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- گزارش سمینار در مورد رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی
- گزارش کارورزی درباره رویکرد اینترنت اشیا (IoT) برای مدیریت خدمات هوشمند با دستگاه های پوشیدنی