一种基于5G技术的AI智慧养老服务平台设计

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�� 0 � � 一种基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务平台设计龚戈勇刘洋 (中通服咨询设计研究院有限公司,南京 210009) 摘要:当前国内智慧养老系统面临着数据采集准确性、无延迟快速通信连接、人工智能干预程度不足等技术难题,基于此,设计一种基于 5G 网络、人工智能、边缘计算等新兴技术的智慧养老服务平台,通过 5G 定制化专网为养老业务提供低时延、高可靠的通信连接,实现跨系统、终端之间数据的互联互通,促进养老服务资源、服务系统之间的智慧化协同。关键词:5G 专网;智慧养老;人工智能;边缘计算中图分类号:TN929. 53 文献标志码:A 引用格式:龚戈勇, 刘洋 . 一种基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务平台设计[J]. 信息通信技术与政策, 2023,49(5):91-96. DOI:10. 12267/ j. issn. 2096-5931. 2023. 05. 015 0 引言截至 2022 年年底,我国 60 岁及以上人口数量已达 2. 8 亿,占比接近全国总人口的 19. 8%,我国已从轻度老龄社会进入中度老龄社会。如何缓解日益严重的老年群体养老问题,是目前国家面临的严峻挑战。得益于新兴技术的快速发展,应用先进的管理和信息技术,综合利用政府、社区、医疗机构等资源为老年群体提供的“智慧养老” 服务已成为破解养老难题的关键途径。但从发展现状来看,当前我国智慧养老产业还存在着诸多不足:首先,智能养老平台和技术的应用未能紧贴养老服务的实际情况,以及充分考虑老年人的实际使用能力和生活习惯,智能化应用程度较低;其次,养老服务供给的种类和数量存在不足,老年群体急需的看病就医、日常护理、订餐服务、金融服务等刚性服务的供需错配问题突出 [1]。以 5G 和人工智能(Artificial Intelligence,AI)科技创新为支撑,结合物联网、云计算、大数据、智能硬件设备构建的“5G+AI” 智慧养老服务平台,在改变信息交流方式的同时强化各类资源配置的整合力度,可有效解决当前智慧养老存在的技术难题,实现居家养老服务数字化、标准化、智能化。 1 智慧养老服务平台应用需求在健康中国战略“共建共享,全民健康”的理念倡导下,让长者享受健康幸福、高品质的晚年生活,是社会共同的责任与期盼。老年群体自身也对生活服务、生活照料以及精神慰藉等方面提出了更高的诉求,各个年龄段老年群体从普通需求到刚性需求方面提出了不同的养老服务需求(见表 1)。基于“5G+AI”智慧养老服务体系将线上服务和线下服务相结合,成为提高养老服务质量和效率、推动养老模式创新升级的有效手段,全方位满足老年群体的服务需求(见图 1)。 ·91· ��E��0 表 1 基于 5G 环境的养老服务体系应用需求服务分类养老服务内容需求紧急救助紧急救护:一键应急呼救、安全报警、突发性事件监控设备自动报警协助救护:物业通知、亲属通知、居委会通知居家监测身体健康感知:身体体征各项健康指标自动监测健康环境监测:IoT 智能家居、环境感知、位置查询、人体感知医疗卫生远程医疗:指标监测、在线预约、远程诊断、远程手术、家庭病床、家庭医生、老年人挂号绿色通道健康保健养生保健服务、照料照护、健康咨询、心理咨询等信息服务社交文化远程教育:5G+VR 虚拟实景教学生活娱乐:老年论坛、老年人群体互动金融服务老年医疗保险、老年一卡通服务资产托管服务 �� 图 1 “5G+AI”智慧养老满足多业务需求 2 基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务平台设计 2. 1 基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务体系的设计架构 “5G+AI”智慧养老服务生态体系以 5G 网络为依托,结合网络切片专网、边缘计算、AI 等多种设计理念,利用 5G 网络的连接能力和边缘计算能力,迈向老有颐养的智慧养老新模式。 “5G+AI”智慧养老服务体系以全面获取老年群体需求为核心,以医疗平台、养老中心、政府机构等提供的大量健康资源为基础,以 5G 网络为骨干传输通道,通过深度融合物联网、云平台、边缘计算、近场通信(Near Field Communication,NFC) 以及蓝牙、ZigBee 短距离通信技术、远距离无线电技术 (Long Range Radio,LoRa) 等,为老年群体提供智能化、高效、便捷的健康支撑服务。 “5G+AI”智慧养老服务体系架构参见图 2。 2. 1. 1 信息感知体系智慧养老信息感知体系将外界的自然信息转化为电子信息,通过各类健康设备终端实现持续、全面、快速的老年身体体征、环境监测等信息获取,它们是整个养老服务体系中各类物理信息采集的工具和载体。终端感知层主要用于实现老年群体健康数据采集,数据来源包括两个方面:一是静态数据对接与导入,包括周期性体检、常规或突发性诊疗数据以及与区域医院各业务信息系统等互联互通;二是对老年群体日常活动所产生数据的感知与提取,如基于各类智能穿戴式设备(手环、手表等)、智能家庭传感设备(智能视频监控摄像头、智能门磁传感器、智能家居电器等)、医疗设备 (医疗机器人、智能手机等) 以及 LoRa 技术等实现对老年人动态健康信息(位置、行动轨迹、血压、心率、血 ·92· �� 0 � � �� 3 �� + 6��+� +� �C$B�� F 5G 5 5 �741 L / +�� 6�� + ��E � �� F �741 �� C$ �3 55 �E �3 �� . �3 (65 � )��5 .D/F�5 �455 ��F�� 5GF: �4�5 5G�6�4� �5 M��GL ��GL �� A� +�� -#�� CIS�HIS1�� 0�41 D�(� �� .A B �� ? �� 9 �� $�� / 455 (�A �� +� L� �� A+E � ��+NL1* F0 +� �C��F +#� �K �� NA �� 图 2 “5G+AI”智慧养老服务体系架构糖、睡眠、环境信息等)的实时监测和高效上传。 2. 1. 2 网络传输体系智慧养老网络传输体系是发送方与接收方之间的物理通路,可实现各类信息的实时、可靠、安全传输,是信息的传输媒介,通过分配于不同应用场景的 5G 无线专网或共享网络,实现通信主体之间信息的实时、高可靠传输。网络传输体系通过整合 5G 专网资源,对短距离通信技术进行整合及优化,从而保证该传输网络体系能够基于差异化传输方式应对各类不同传输场景,在节约传输成本的同时进一步提高传输效率。一方面,通过无线定制专网方案,命名数据网络方案以及上行分类器方案进行 5G 网络部署,实现数据分流;另一方面,在数据分流基础上搭建针对性的短距离信息传输系统,包括运用窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)等各类短距离通信技术实现系统与系统之间、系统与终端之间的信息精准化交互。 2. 1. 3 数据资源体系智慧养老数据资源体系把业务系统碎片化的数据形成资源,可实现信息的准确、智能、高效处理,通过信息的存储、运算和分析,以 AI、移动边缘计算( Mobile Edge Computing,MEC)等各类新技术,将原本散乱无序的信息进行分析处理,为系统前端的各类业务应用输出有价值的信息数据和资源。数据资源体系在“5G +AI”智慧养老服务体系中发挥承上启下的关键作用, 一般可由数据存储、分析、应用三部分构成。数据存储基于提取—转换—加载工具对养老健康数据进行初步集成,继而通过云计算平台和云数据库实现特定数据的写入和查询;数据分析基于大数据、数据挖掘与深度学习技术实现对老年群体特征和医疗健康服务特征的识别与建模,以特征向量形式组建知识库,继而形成老年群体的健康信息服务知识图谱;数据应用部分基于数据建模和数据分析实现老年群体特征和医疗健康服务特征数据知识图谱的可视化,通过数据标注、特征匹配算法等技术手段实现对老年群体健康需求的个性化推荐服务。 2. 1. 4 智慧服务体系智慧服务体系可实现成熟、多样化、人性化的信息应用,是“5G+AI” 智慧养老服务体系中 5G 价值的集中体现,是信息感知、网络传输、数据资源体系在联通、整合与优化基础上的外延,给老年用户带来最直观的养老服务和主观感受,可以有效支撑不同的智慧养老服务应用场景,如医疗资源调度与紧急救援、远程会诊与医疗服务、识别预警健康危险因子和智能健康监测应用等。 ·93· ��E��0 2. 2 基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务体系平台组成及端到端组网架构 “5G+AI”智慧养老服务体系平台见图 3。构建基于网络切片的智慧养老虚拟型 5G 无线专网,其端到端组网架构见图 4。 2. 3 基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务中台面对传统养老服务平台的适老化和信息化改造需求,基于“5G+AI”智慧养老服务平台(见图 5),可通过打造服务中台的方式,建立相应的养老服务信息与数据分析模型,将数智云网技术与传统养老服务进行深度融合 [2]。 2. 4 基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务平台业务界面业务界面是现场管理的有效方式,现场可视化管理能够极大地提高服务效率,降低服务成本,是服务标准化及工业化的关键环节。 “5G+AI”智慧养老服务平台对界面的定义为现场可视化管理模式,路径为:传感器(家庭端)—云(5G 及物联网接入)—界面(可视化管理及展示)。 4 � 7 �� 4 � �� 图 3 “5G+AI”智慧养老服务体系平台 � �� UPF �� 5G � �� 图 4 智慧养老 5G 无线专网部署架构 ·94· �� 0 � � �� & � � � � �� ● �� ● �� ● �� ● � � �� 图 5 智慧养老服务中台 “5G+AI”智慧养老服务平台业务界面分为服务界面(服务机构端)、患者信息界面(医生、护士、护理员端)、用户界面(看护人及家属端)、监管界面(平台监督)。 3 基于 5G 技术的 AI 智慧养老服务平台技术优势基于“5G+AI”智慧养老服务平台通过 5G 智慧养老专网等,实现智慧养老平台架构中信息感知、网络传输、数据资源、智慧服务等多个层面的创新设计,可有效解决当前智慧养老服务平台存在的相关技术难题, 推动在线养老与线下实际养老相结合、现场健康服务与远程关怀照顾相结合,为科技养老进行技术赋能。 3. 1 5G 智慧养老专网在组建智慧养老服务平台时可搭建相应的 5G 智慧养老无线专网,结合不同的 5G 无线专网的网络建设维护成本及建设周期,“5G+AI” 智慧养老服务体系推荐采用虚拟型 5G 无线专网或混合型 5G 无线专网的模式。虚拟型和混合型 5G 无线专网模式都基于运营商现有 5G 公共陆地移动网 ( Public Land Mobile Network,PLMN),采用切片、资源隔离等方式为养老行业用户构建 5G 无线专网,只需在部分网元采用专用资源,整个专网的建设及部署成本相对较低,频段及相关设备成熟,数据出园区访问其他区域内网方便,后期维护由运营商负责,适用于智慧养老这种广域专网业务场景 [3]。 “5G+AI”智慧养老服务平台可采用 5G 无线专网的切片技术,根据核心平台不同的业务需求,灵活地定制面向具体业务的虚拟网络,实现了业务的敏捷上线, 满足养老服务业务无延迟快速连接和通信,也进一步节省了部署成本。 3. 2 5G+MEC 边缘计算实现安全及隐私保护隐私保护在“5G+AI”智慧养老服务平台系统中至关重要,特别是摄像机传感器会记录大量个人活动的详细信息,最可能触及到人们的个人隐私,使用 5G+ MEC 边缘计算系统,确保视频等数据存储本地并处理,暂不上传云端,在进行隐私属性删除后,再将数据送达云端服务器,实现数据安全和隐私保护。 3. 3 火柴人传感器技术火柴人智能行为识别传感器能在传感器内运行多种深度学习算法,包括图像和视频处理、人脸识别、动作识别等。当检测到异常行为(例如老人跌倒、挥手求救、离开安全区域等) 时,可以自动通过智慧养老平台向监管机构、服务机构、家人或护理人员的手机 APP 进行报警,以便能及时处理。为了保护老年用户群体的个人隐私,平台报警信号只包含人体的骨架动画,而不包括原始图像和视频,因此即使在居住卧室等私密生活场所也可放心使用。 3. 4 智能无感科技缩小数字鸿沟 “5G+AI”智慧养老服务平台充分考虑老年人的实际使用能力和生活习惯,无需记住繁琐的系统操作,平 ·95· ��E��0 台人工智能算法模型可无感判断识别跌倒、求救等行为,有效防止老年群体意外事故发生;日常生活中智能统计健康活动数据,预警较长时间段没有活动的老人; 整个监控、统计过程平台仅显示人体骨架动画,实现人员的百分之百保护隐私,可满足各类居家场景的全覆盖,全天不间断保障安全。 3. 5 AI 大数据自动生成风险区域热力图通过 AI 大数据自动生成风险区域热力图,预防跌倒事件,为居家适老化改造提供数据支持。通过 AI 大数据自动生成用户活动轨迹热力图,判断用户最常停留的位置,为各种异常判断(如精神疾病等)及用户健康服务提供数据支持 [4]。 4 结束语以 5G 网络、AI、云计算等为代表的新一代信息技术逐步演化生成的信息基础设施,对传统智慧养老进行数字化、智能化改造形成的“5G+AI” 智慧养老服务体系,将进一步实现对老年群体在个人、家庭以及社会层面的全方位养老支撑,可为老年群体提供更加方便、优越、周到的养老服务。参考文献 [1] 纪浩, 虞颖映 . 面向健康老龄化的“5G+智慧养老” 服务生态体系设计研究[J]. 医学信息学杂志, 2021,42 (1):87-93. [2] SDN/ NFV 产业联盟 . 网络人工智能应用白皮书(2018 年)[R], 2018. [3] 3GPP. System architecture for the 5G system: stage 2. TS 23. 501[S], 2018. [4] 史蒂芬·卢奇, 丹尼·科佩克 . 人工智能:第 2 版 [M]. 北京:人民邮电出版社, 2019. 作者简介: 龚戈勇中通服咨询设计研究院有限公司高级工程师,主要从事移动通信系统规划设计与信息化系统等方面的研究工作刘洋中通服咨询设计研究院有限公司高级工程师,主要从事移动通信系统规划设计与信息化系统等方面的研究工作 Design of AI smart elderly care service platform based on 5G technology GONG Geyong, LIU Yang (China Information Consulting & Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210009, China) Abstract: At present, the smart elderly care system in China is faced with technical problems in realizing the accurate data collection and fast communication connection without la