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【陆慧菁专栏】关于物联网选型,你该知道的那些事

专栏 HIT金子 2081浏览 评论

来源:HIT专家网     作者:陆慧菁

陆慧菁

10年前,广州市科技和信息化局组织医疗信息专家针对RFID的应用做了专题介绍,希望能在医院大力发展物联网应用。当时介绍的是医疗垃圾定位及监管模式,并以国外的一个例子讲解整个医疗垃圾的监管流程,给我的感觉是:流程管理很科学,但价格不菲。

5年前,血库提出冷链路管理需求,在论证后很快进入购买、实施、使用阶段,因为架构简单,价格便宜,我们基本没做太复杂的考虑。

大概在5年前,医疗信息大会上逐步出现物联网应用产品,如:输液监控、资产管理、院内导航等,但价格没有回落,虽有接触但没有深入研究(贫穷限制了我的想象力)。

真正对物联网从架构到产品的了解还是近两年的事情,我自以为经过近十年的锤炼,物联网技术应该日益成熟,价格也应有所降低。去年和今年,我一共经历了三次物联网产品选型,从厂商发展策略、实现架构、基站定位标签等方面对物联网设备和技术有了全面了解。

三种物联网厂商发展模式

1、物联网所需网络与产品全部自主研发,名副其实的“多网合一”。厂商包办了所有产品,包括无线网络的AP、RFID基站、蓝牙网关、定位标签等,从网络到物联网产品、到耗材,一应俱全。此种厂商的优缺点也显而易见:不存在兼容问题,但却从此绑死一家,荣辱与共,依赖和受限于厂家产品的发展,同时由于绑死一家,将来失去议价权的可能性比较大,成本可能会逐步上升。

2、网络使用大品牌,网络厂商只生产和提供网络设备;其他设备,如:物联网的基站/网关、定位终端标签、定位信标及所用耗材等,都是由与网络厂商建立战略合作关系(绑定关系)的物联网产品厂商提供,而且耗材不通用。

在论证前,我最希望看到的就是:大厂商的“多网合一”以及通用的物联网产品及耗材。我理所当然地认为,如此搭配医院将有绝对的自主权。但在测试过程中发现,网络厂商与物联网产品厂商基本是以战略合作伙伴形式出现,硬件接口基本不通用。深究其原因主要是目前市场前景虽然好,但实际销量还不大,抱团式发展起码能先解决生存问题。另外,网络厂商和物联网厂商本就属于不同的技术领域,话语权也不一样。网络产品在硬件层面不允许随意接入和整合物联网产品,一方面是网络产品和物联网产品在硬件层面整合的问题,另一方面估计更多是从安全角度考虑的。

3、拼凑型或者说混合型,建立统一界面,以产品为主线,分别建网。以应用为导向,分别建设:该用蓝牙技术的物联网应用独立部署蓝牙,该用RFID技术的物联网应用独立部署RFID,互不干扰,只在应用层面上整合。这种方式不受物联网厂商产品的限制,可以选择市场上最合适的产品,物联网实施也有更多的灵活性和扩展性;缺点是目前在医院的物联网应用层面没有应用标准和技术标准,实际执行时需要医院自身有比较强的技术能力、方向把控能力和协调能力,对实施人员要求也高。

从厂商的发展模式可以看出,目前厂商更多的只是把不同技术的物联网能力进行封装,以服务能力的方式提供给医院。以下是对国内使用最多的蓝牙和RFID技术进行的分析。

蓝牙的三种部署模式

1、手机蓝牙+ 定位节点(iBeacon)+4G移动基站/WiFi

手机打开蓝牙,接收蓝牙iBeacon信号,利用手机4G或WiFi传回蓝牙定位和地图引擎,计算出坐标,用地图方式在手机端呈现,实现室内的定位和导航。传统利用手机GPS+4G基站+WiFi混合定位技术只是做手机室外定位导航,投入最少,但功能也单一,只能依靠运营商。而且定位的准确度不够,理论误差在5-20米,实际使用中经常会出现几百米的误差。只能为实现室外导航而存在的产品,不适合单独应用在医院室内定位和导航的场景。在实际应用中,可以将蓝牙室内定位导航技术和手机GPS+4G基站+WiFi混合定位的室外定位导航技术相结合,实现室内外一体化定位和导航服务。

2、蓝牙网关+终端标签(iBeacon)模式

蓝牙网关接收到iBeacon定位信号,通过普通的传输协议上传给蓝牙定位地图引擎。目前最多厂家采用这种模式实现人员和物品定位功能甚至导航功能。因为蓝牙网关需要提供网络和供电,无论是采用独立的蓝牙网关,还是结合无线AP进行POE供电,都需要布线实现。而iBeacon的信号有效范围在6-8米,要保证能接收到iBeacon的信号,必然需要根据覆盖的建筑范围,铺设众多数量的蓝牙网关,存在一定的工程量,也会额外增加接入交换机的数量和成本。另外值得注意的是iBeacon只有发射信号功能,不能接收任何信息,如果要实现手机导航功能,需额外增加定位节点部署到覆盖的建筑里,与定位标签都是采用iBeacon,可能存在干扰,影响手机定位的使用效果。

3、LoRa基站+定位节点(iBeacon)+定位标签(LoRa+蓝牙)模式

只需在建筑楼层每隔层部署一个LoRa通信基站(一个LoRa能管理2-3层信号),间隔6-8米部署iBeacon 覆盖建筑,终端标签采用LoRa+蓝牙,终端标签在接收到iBeacon信号后,通过远距离的LoRa传输协议传输LoRa基站。这是一种新的蓝牙模式,目前能提供这样产品的厂商并不多,但它能很好地解决多个蓝牙网关复杂的线路铺设问题,同时具备了终端标签的定位和手机导航功能,一套蓝牙网络支持两种应用方式。

以上三种蓝牙技术应用,除了定位节点都是采用iBeacon以外,采用不同的传输技术、基站和定位标签所用技术也不同。蓝牙的资产定位技术只针对有源标签,对于大量并不需要运动轨迹、只需要感应的资产管理项目,成本是硬伤。因此无源RFID技术的应用变得合理和必要。

RFID的产生和应用

RFID是国内物联网应用较多较早的技术之一,部署架构分两种:

1、有源RFID:类似于蓝牙网关部署方式,定位天线(无线中继器)接收信号,发送到基站,再接入TCP/IP通信网络作为主传输平台,通过区域实时定位管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换,从而实现区域目标的跟踪定位和安全管理。

2、无源RFID:主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分构成,一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。

无源RFID工作时,标签通过读写器的电磁场获得能量,标签本身不需要电池;有源RFID则恰恰相反,需要提供全部器件工作所需的电源,电子标签需要自备电池。与无源标签相比,有源RFID有着识别距离远、穿透性强的优点,同时具有价格上贵10倍、寿命短等缺点。

目前国内的物联网技术采用蓝牙和RFID居多,国外还有ZigBee、UWB等技术在此不展开讨论。对比蓝牙和RFID方案,有源RFID成本与蓝牙成本相差不多,但因为蓝牙只能是有源,而无源RFID价格要低很多,因此RFID在资产管理方面还是有很大价格优势。蓝牙定位一般在1-3米左右,有源RFID一般在5-10米左右(有源RFID厂家为了能达到高精度定位的要求,也会在有源RFID基础上用蓝牙高精度定位来做补充)。蓝牙定位还有一种高精度定位的架构,可以做到10厘米-1米的精度,因为与芯片有关,成本也高出不止一个价位。因此,在选择蓝牙还是RFID技术时,关键还是在于精度的需求和能接受的价格。

另外,需要注意的是,手机只能识别蓝牙和WiFi信号,因此RFID方案无法实现手机导航。基于蓝牙和RFID的技术与成本差异,本人觉得可以考虑蓝牙与RFID混合型建设模式:无源标签用RFID,只在区域边界安装无源RFID电子标签一体机,有源标签采用LoRa+蓝牙,6-8米部署iBeacon,实现导航、人员和资产定位等多种应用需求。

综合考虑价格、定位精准度、实施工程量和难度与使用场景等因素,建议医院从适用角度和性价比来考虑具体的物联网方案。如果还没有铺设无线网络,或者无线网络是早期产品、信号不理想、死角较多的医院可以整体考虑三网合一的方式,实现无线网和物联网应用,但要注意所选择的无线网络战略合作伙伴是否能满足医院的物联网场景需求以及将来可能逐步上升的成本问题。当然也可以选择混合型的方式,这样在建设物联网过程中,医院会有更多的自主权和话语权,实施也会比较灵活。

在技术上,蓝牙和RFID没有太大关系,各走各的协议,但基站和网关都需要依靠网络,最终统一接入交换机。目前的“多网合一”只是电源上共用、利用网络传输数据以及应用层面上的整合,所以选择自上而下(重网络),还是自下而上(重场景、应用整合)的建设模式,还需要根据医院的整体发展要求来选择。

【作者简介】

陆慧菁,广州医科大学附属第二医院信息科科长,软件工程硕士,高级工程师。同时兼任广东省健康医疗大数据标准工作组组长、广东省医院协会医院信息化专业委员会副主任委员、广东省经济协会信息分会副会长。

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【责任编辑:谭啸】

 

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