[发明专利]一种分布式的5G医疗物联网健康监测方法

说明书

本发明属于医疗物联网下的健康监测技术领域，公开了一种分布式的5G医疗物联网健康监测方法，将边缘计算与医疗物联网相结合，研究医疗物联网中资源分配和任务调度的优化问题，以最小化系统开销为目标给出分布式健康监测方法。考虑医疗物联网的特性，系统开销定义为关于健康监测数据的医疗重要性，新鲜度和能耗的函数。由于优化问题受到多个变量约束，且变量之间相互耦合，本发明根据医疗物联网的两个子网络将原优化问题分解为两个子优化问题，即无线人体局域网内部网络资源分配问题IWS和无线人体局域网外部网络任务调度问题BWS。本发明提供了医疗物联网下的分布式健康监测的一种新方法。

技术领域

本发明属于医疗物联网下的健康监测技术领域，尤其涉及边缘计算支持的5G分布式室内健康监测方法。

背景技术

物联网(IoT)将众多的设备与人类联系在一起，其中一个重要分支就是提供无处不在的室内医疗保障。医疗物联网(IoMTs)的迅速发展促进了室内健康监测网络的普及。现代社会人们生活承受着巨大的压力，很难及时接受医疗检查并及时寻求医疗建议，从而增大了慢性病(例如心脏病或肺部疾病)恶化的风险。此外，频谱资源的稀缺和大量的医疗数据导致过高的延迟和能耗，限制了IoMTs的进一步发展。为了减轻医疗保健基础设施的负担，避免疾病恶化，更高效的室内健康检测方法有待于研究人员的进一步探索。

发明内容

本发明的目的主要针对现有研究的一些不足之处，以最小化系统开销为目标，提出IoMTs下分布式的室内5G医疗物联网健康监测方法。我们将IoMTs划分为两个子网络：无线人体局域网内部网络(intra-WBANs)和无线人体局域网外部网络(beyond-WBANs)。结合IoMTs不同于传统IoT的特征，系统开销与被监测数据的医疗重要性，新鲜度和分析原始数据的能耗有关。对于intra-WBANs，本发明将其转化为合作博弈，利用纳什讨价还价解得到最优信道资源分配。对于beyond-WBANs，本发明考虑到用户的个人理性和潜在的自私性，提出了一种基于潜博弈的分布式非合作博弈方法，以最小化系统开销。

本发明的技术方案：

一种分布式的5G医疗物联网健康监测方法，步骤如下：

(1)构建IoMTs网络模型，包括intra-WBANs和beyond-WBANs下被监测数据的医疗重要性、新鲜度和分析原始数据的能耗模型；

考虑边缘计算支持的室内健康监测WBANs，其中部署在患者身上的传感器监测各种类型的原始医疗数据，然后将它们传输到附近的边缘服务器进行医学分析；

构建的IoMTs健康监测模型包含N个患者，每位患者全身部署了M个传感器，此外K个边缘服务器提供医疗分析计算服务；用τ_i,m＝{d_i,m,c_i,m,s_i,m}表示部署在患者i身上的传感器m监测到的原始医疗信息，其中d_i,m表示数据大小，c_i,m表示完成医疗分析任务需要的CPU周期数，s_i,m表示该数据的医疗重要性等级；

IoMTs健康监测模型内的资源调度分为两个子阶段：intra-WBANs调度(IWS)和beyond-WBANs调度(BWS)；对于IWS，传感器以正交频分多址接入(OFDMA)方式传输健康监测数据包；由于IoMTs中的医疗信息高度延迟敏感，因此传输到医疗中心的数据包不能过时(新鲜度过低)。因此，IWS的目标是保证所有受监测医疗信息的新鲜度；对于BWS，所有健康监测数据包(即原始数据)被传输到医疗中心之前都需要经由本地设备(本地计算)或边缘服务器(边缘计算)处理；非正交多址接入(NOMA)和OFDMA技术被用于5G beyond-WBANs传输；BWS利用边缘服务器的计算资源和本地计算资源来处理由传感器采集的健康监测数据包，旨在最小化IoMTs的系统开销；