新型冠狀病毒 （COVID-19） 改變了人們的生活方式。這影響到全球經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)域，當(dāng)然物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的管理和結(jié)構(gòu)也無(wú)法擺脫這一影響。

與此同時(shí)，我們的棲息地越來(lái)越多地被日常物體的各種傳感器記錄下來(lái)。物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 技術(shù)無(wú)縫銜接了在線網(wǎng)絡(luò)中與自動(dòng)執(zhí)行，無(wú)需人工干操作。

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） ，也被稱為傳感器網(wǎng)絡(luò)，可在本地和遠(yuǎn)程收集數(shù)據(jù)，并在電子健康管理領(lǐng)域非常有用。它將體域網(wǎng) （BAN） 與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備相結(jié)合，以收集重要的患者信息并追蹤，并為流行病學(xué)管理提供必要跟蹤服務(wù)。您當(dāng)?shù)氐碾娮咏】迪到y(tǒng)可能會(huì)收集健康信息，例如血壓、體溫和心率。此信息可能存儲(chǔ)在本地，可供醫(yī)療保健專業(yè)人員訪問(wèn)。對(duì)于新冠病毒，患者數(shù)據(jù)可用于啟動(dòng)感染診斷以及跟蹤其在社區(qū)中的傳播方向。所需的基本數(shù)據(jù)包括體溫、位置和行蹤軌跡歷史。這些參數(shù)可以提醒官員是否需要進(jìn)一步研究和測(cè)試。

在 2019 年冠狀病毒 （COVID-19） 等全球大流行期間，遵守社交距離準(zhǔn)則至關(guān)重要，并且成功追蹤患者的軌跡和跟蹤患者。這兩個(gè)方面對(duì)控制病毒在世界范圍內(nèi)的傳播有很大幫助。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)為隔離患者提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集和監(jiān)控的能力使其成為抗擊病毒大流行傳播的關(guān)鍵方面。

以可穿戴設(shè)備、手機(jī)、相機(jī)和無(wú)人機(jī)形式存在的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)迅速融入社區(qū)。低功耗通信協(xié)議 （LPWAN） 可以滿足在非常大的區(qū)域內(nèi)收集和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。手機(jī)和無(wú)人機(jī)等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正在收集數(shù)據(jù)，修改物聯(lián)網(wǎng)治理平臺(tái)以滿足政策要求，并利用研究創(chuàng)新應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)有效管理病毒爆發(fā)。

新冠病毒的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)

下圖是分層計(jì)算架構(gòu)，涉及感知層、網(wǎng)絡(luò)層、霧層、云層四層。

新型冠狀病毒的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)感知層（Perception Layer）

感知層由捕捉環(huán)境和人的各種設(shè)備組成。在這個(gè)級(jí)別上，數(shù)據(jù)的接收就像普通的物聯(lián)網(wǎng)傳感器一樣。這些物聯(lián)網(wǎng)傳感器已在人類健康和活動(dòng)的非臨床診斷中進(jìn)行了廣泛測(cè)試。傳感器包括慣性傳感器（加速度計(jì)和陀螺儀）、 磁力計(jì)、麥克風(fēng)、 毫米波雷達(dá)、射頻識(shí)別（RFID）和相機(jī)。

網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層中的信息數(shù)據(jù)或指令傳遞給整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。信息傳輸基于公共或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)，采用無(wú)線或有線通信方式，包括4G/5G網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

霧層（Fog Layer）

思科引入的霧計(jì)算與云計(jì)算相比具有更低的延遲，因?yàn)樗咏鼘?shí)體的物聯(lián)網(wǎng)傳感器。能夠處理、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備都可以是霧節(jié)點(diǎn)，例如嵌入式路由器或服務(wù)器。霧節(jié)點(diǎn)不是一個(gè)強(qiáng)大的服務(wù)器，而是一個(gè)去中心化和低端系統(tǒng)的集合。由于低延遲，霧計(jì)算可用于時(shí)間和位置敏感的應(yīng)用程序，用于接觸者追蹤、新冠癥狀診斷、社交距離和隔離監(jiān)控。

云層（Cloud Layer）

在云層面，有一個(gè)集中的服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心，具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)和處理能力。云層負(fù)責(zé)它無(wú)法處理的任務(wù)，例如預(yù)測(cè)復(fù)雜事件。由于其強(qiáng)大的處理能力，可以使用大數(shù)據(jù)分析算法和深度學(xué)習(xí)算法等高級(jí)算法來(lái)提高系統(tǒng)性能。新冠病毒的突變跟蹤和BA5變種的爆發(fā)預(yù)測(cè)在這一層中實(shí)現(xiàn)。

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大流行情況下的物聯(lián)網(wǎng)解決方案

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以在非臨床環(huán)境中對(duì)病人進(jìn)行診斷并與醫(yī)生共享數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療保健。以下是一些現(xiàn)實(shí)世界的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，這些場(chǎng)景已被證明在大流行情況下很有幫助：

呼吸監(jiān)測(cè)

呼吸的頻率和模式可能反映一個(gè)人的身體狀況，而異常的呼吸模式可能表明新冠患者的病情更嚴(yán)重。因此，呼吸監(jiān)測(cè)在臨床應(yīng)用中非常重要。傳統(tǒng)的呼氣測(cè)量需要到醫(yī)院就診，需要貼在人體上的專業(yè)醫(yī)療設(shè)備，在疫情期間這對(duì)很多人來(lái)說(shuō)這種方式很不方便。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，呼吸監(jiān)測(cè)變得無(wú)處不在。許多研究使用各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器，例如慣性傳感器、攝像頭、麥克風(fēng)、毫米波雷達(dá)和 WiFi，以持續(xù)監(jiān)測(cè)室內(nèi)和室外的呼吸活動(dòng)。

血氧飽和度監(jiān)測(cè)

血氧飽和度 （SpO2） 是衡量紅細(xì)胞攜帶氧氣能力的指標(biāo)。健康人的 SpO2 大于 95%。在新冠患者中，SpO2過(guò)低是該疾病的警告信號(hào)。在臨床實(shí)踐中，脈搏血氧計(jì)是一種非侵入性設(shè)備，用于在人的手指上連續(xù)測(cè)量血液中的 SpO2。但是，這種脈搏血氧儀不適合日常使用。其他研究室則是使用手腕血氧計(jì)或手腕光電容積描記 （PPG） 傳感器來(lái)分析手腕血液反射光的吸收差異以測(cè)量血液中的SpO2 。通過(guò)將這些手腕傳感器集成到您的智能手表或手環(huán)中，您可以持續(xù)監(jiān)測(cè)血液 SpO2 的相對(duì)變化。

體溫監(jiān)測(cè)

發(fā)燒是新冠患者的常見(jiàn)癥狀，臨床數(shù)據(jù)顯示超過(guò) 80% 的新冠患者有發(fā)燒癥狀。在新冠爆發(fā)期間，許多醫(yī)院都在入口處安裝了紅外溫度傳感器，以檢測(cè)發(fā)熱的患者并將其與其他患者隔離以進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。因此，監(jiān)測(cè)體溫變化以診斷和預(yù)防新冠是非常重要的。 為防止在醫(yī)院、學(xué)校和機(jī)場(chǎng)等高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)出現(xiàn)發(fā)燒患者，紅外溫度傳感器經(jīng)常被用來(lái)連續(xù)和長(zhǎng)期不接觸情況下測(cè)量體溫。研究人員建議使用無(wú)人機(jī)的紅外熱成像來(lái)識(shí)別在戶外環(huán)境中感染新冠的人。

檢疫監(jiān)控

一些研究室使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)監(jiān)控新冠隔離地點(diǎn)。綁在身體上的可穿戴設(shè)備可以監(jiān)控隔離人員的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到新冠檢疫中心。同樣，物聯(lián)網(wǎng)框架也被用在隔離期間跟蹤和識(shí)別與新冠相關(guān)的問(wèn)題。特別是，各種生物傳感器用于檢測(cè)人類新冠的癥狀，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到隔離區(qū)以進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。

接觸者追蹤和社交距離

社交距離意味著人與人之間保持安全距離（2米或以上），以防止在冠狀病毒或流感病毒等傳染病通過(guò)咳嗽或說(shuō)話時(shí)形成飛沫交叉感染。配備各種傳感器的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，例如GPS、麥克風(fēng)和磁力計(jì)廣泛用于接近感應(yīng)，可用于社交距離和接觸者追蹤。

在 COVID-19 等疫情中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療保健存在許多挑戰(zhàn)。本節(jié)概述了其中一些挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)收集的挑戰(zhàn)

正確監(jiān)控和控制新冠傳播需要多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)解釋和生成有用的信息，以收集各種格式的數(shù)據(jù)以用于高級(jí)應(yīng)用。挑戰(zhàn)之一，尤其是在這些場(chǎng)景中，是為同一物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)收集設(shè)備的異構(gòu)組合。傳感器設(shè)備供應(yīng)商的異質(zhì)性和特殊性導(dǎo)致了僵化的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。當(dāng)部署新的網(wǎng)絡(luò)策略或?qū)?yīng)用程序部署到現(xiàn)有平臺(tái)時(shí)，這會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。

缺乏基礎(chǔ)的智慧城市技術(shù)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成到智能城市的全球基礎(chǔ)設(shè)施中對(duì)于對(duì)抗新冠仍然至關(guān)重要。如今，大多數(shù)解決新冠的物聯(lián)網(wǎng)部署都將物聯(lián)網(wǎng)作為機(jī)器對(duì)機(jī)器 （M2M） 結(jié)構(gòu)的一部分，而不是將物聯(lián)網(wǎng)作為全球基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。根據(jù) 5G 計(jì)劃，物聯(lián)網(wǎng)作為全球基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于智慧城市的有效發(fā)展至關(guān)重要。此外，支持全球物聯(lián)網(wǎng)框架的 5G 基礎(chǔ)設(shè)施在大多數(shù)國(guó)家仍處于起步階段。人口的增加被認(rèn)為是為智慧城市實(shí)施通用物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的挑戰(zhàn)之一。阻礙智慧城市發(fā)展的其他挑戰(zhàn)包括異質(zhì)性、運(yùn)營(yíng)成本、

開(kāi)發(fā)自動(dòng)化和快速的病毒大流行警報(bào)系統(tǒng)，以及在新冠研究和智能應(yīng)用方面會(huì)取得進(jìn)展需要更多的研究投入。我們看到，在追求效率和降低成本的前提下，基于物聯(lián)網(wǎng)的熱傳感器和相關(guān)病毒檢測(cè)工具的硬件開(kāi)發(fā)將會(huì)增加。智能手機(jī)預(yù)計(jì)將配備某種形式的嵌入式硬件和軟件，旨在幫助對(duì)抗新冠這樣的全球大流行病。

大數(shù)據(jù)分析也是物聯(lián)網(wǎng)對(duì)抗全球病毒大流行的有希望的推動(dòng)力。由大數(shù)據(jù)和人工智能支持提出的幾種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們意識(shí)到它們?cè)谶@個(gè)特定時(shí)期可能無(wú)法充分發(fā)揮其潛力。主要缺點(diǎn)是社區(qū)不愿意共享個(gè)人信息，例如位置和其他重要的健康數(shù)據(jù)。然而，我們預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)普遍接受數(shù)據(jù)共享，以造福全球社區(qū)。在病毒大流行迅速蔓延的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)范式不斷發(fā)展，政府和社會(huì)有望了解技術(shù)如何減少病毒的傳播并挽救生命。