辅助生活和住宅监控报警NET的无线传感器网络

辅助生活和住宅监控报警NET的无线传感器网络抽象

我们描述了报警-NET为辅助生活和住宅监测的无线传感器网络。它集成了一个可伸缩的异构架构环境和生理传感器。查询协议允许用户界面和后端分析程序中的传感器数据的实时采集和处理。这样一个程序确定居民的昼夜活动节律，送入传感器网络的活动信息，以帮助上下文感知的电源管理，动态的隐私政策，数据关联。通信固定终端到结束，以保护敏感的医疗信息和经营信息。已实施的报警NET系统作为MICAz传感器，星际之门网关的iPAQ掌上电脑和个人电脑的网络。定制的红外运动和粉尘传感器和集成温度，光，脉搏，血氧传感器存在。软件组件包括：TinyOS的查询处理器和微尘的安全模块;

报警门，嵌入式Java应用管理权力，隐私，安全，查询，客户端连接的Java驻地监测和传感器数据查询PDA和PC的应用;和昼夜活动心律分析程序。我们显示的正确性，健壮性和可扩展性的系统架构，通过一个综合报警-NET系统的基于场景的评估，以及个别软件组件的性能数据。1引言

老化的婴儿潮一代是强调美国医疗保健系统，导致医院和其他医疗照顾者寻找方法来降低成本，同时保持医疗质量。它是经济和社会的优势，通过加强预防和早期检测系统，以减少对疾病的治疗负担。这就需要对一个长期的转变，从一个集中的，专家主导，危机的护理模式，贯穿个人的生活空间，并涉及到非正式的照顾者，如家庭，朋友，和社区。为提高医疗诊断和信息技术系统往往侧重于临床环境，依靠广泛的基础设施目前在传统的医疗保健设置。高保真传感器的开支限额的数量提供门诊部署，一些需要专门的培训工作。手动保存记录已作为医疗差错的主要来源[1]，并在其最好的，传统的数据收集是间歇性的，留在医疗记录的空白。无线传感器网络（WSNs）可以提供连续，远程监控的研究成军[2]和环境[3]系统证明是有价值的能力。对于医疗应用，他们可以被部署在现有的结构成本低廉，而无需IT基础设施。数据自动采集，使日常护理和纵向的医疗监测和诊断。无线设备可以集成各种各样的环境和医疗传感器。同时解决一些分布式保健的需求，他们也被普遍部署的实用，可靠的平台展示自己的挑战。

multiresident住宅，收集到的数据关联与正确的人是困难的，不精确。收集医疗数据的隐私和安全可能受到损害使用无线介质。没有智能电源管理，电池供电传感器有几天的短寿命，需要不断的维护。我们提出报警NET中，一个普遍的，自适应的医疗辅助生活和居住的监测网络。图1显示了系统在辅助生活社区的许多居民或病人的例子部署。工作的贡献包括：-

一个可扩展的，异构的网络架构，解决一个特设的大规模部署的挑战，并集成嵌入式设备，后端系统，用户界面，

_上下文感知协议，昼夜活动节律分析获悉，这使智能电源管理和动态警报驱动的隐私，针对个人的活动模式，

_在线传感器数据流与隐私，安全和电源管理集成到用户界面，查询协议。

硬件加速的安全通讯协议和TinyOS的模块，支持用户可选的安全模式和多个键，

_系统的使用习惯和商品传感器，嵌入式网关，后端数据库和分析程序的实施和评价。后检讨有关的工作和描述的报警NET架构，每个系统的主要组成部分是分开的详细查询管理，昼夜活动节律，动态隐私，数据和系统的安全性，上下文感知的电源管理和数据协会在第4.9。实施细则第10条，其次是一个系统的性能评价和结论。2相关工作

在越来越多的人口老龄化的存在是有智能的环境和生活空间的重大利益，监督和协助个人。这样的系统监测生命体征，以及试图学习期间居民的生活环境中发生的事件中。本节描述了几个这样的系统。

英特尔研究西雅图和华盛顿大学的研究人员已经建立了一个原型系统，可以推断出一个人的日常生活活动（ADLS）[4]。传感器标签放在日常物品，如牙刷或一杯咖啡。该系统跟踪标签标签读者对象的运动。远距离的目标是开发一个计算机化的和不显眼的系统，帮助与管理的高级人口ADLS[5]。美国罗切斯特大学正在建设“智能医疗之家[6]，这是一个五间房子。配备红外传感器，计算机，生物传感器和摄像机的研究小组利用与研究对象的工作，因为他们测试的概念和原型产品。研究人员观察和互动两个谨慎的观察室，融入家的科目。我们的目标是制定一个综合的个人健康系统，每天24小时收集数据和卫生专业人员。

佐治亚理工学院建立了一个意识到首页[7]作为一个智能空间的原型。这个空间提供了一个活生生的实验室，是能够知道关于本身和它的居民活动的不同类型的信息。它结合了上下文感知和无处不在的遥感，计算机视觉为基础的监测和声学跟踪日常活动无处不在的计算，同时保持对用户是透明的。麻省理工学院（MIT）和TIAX，LLC工作上PlaceLab倡议[8]，这是一个内务N项目的一部分。内务列印的任务是进行研究，设计和建设实际的生活环境......生活实验室......用来研究范围内的技术和设计策略。

PlaceLab是一间卧室的公寓与数百个传感器安装在几乎每一个家庭的一部分。

在哈佛大学的研究人员已经开发出一种无线传感器套件和软件CodeBlue医疗应用的范围，包括院前和医院紧急医疗，救灾，中风病人的康复。该传感器包括便携式铅心电图，脉搏血氧饱和度，耐磨冥王星莫特内建加速度计，以及模块与加速度计，陀螺仪，肌电图（EMG）中风病人监测传感器。除了硬件平台，设计一个无线医疗设备的可扩展的软件基础设施提供无线医疗传感器路由，命名，发现与安全[9]。华盛顿的辅助认知工程大学采用新型的计算机系统，提高生活质量的人患阿尔茨海默氏症和类似的认知功能障碍。该项目结合对病人护理的临床研究在人工智能和无处不在的计算的计算机科学研究。认知的辅助系统是主动记忆和解决问题的艾滋病，帮助个别执行日常任务，通过检测个人的位置和环境，学习认识到的行为模式，提供声音和身体的帮助，并提醒护理人员在危险的情况下[10]。同样系统如上所述，报警-NET的环境和生理数据监测与辅助生活和医疗领域的重点，在其住所的个人。不同于其他系统，报警-NET采用了昼夜活动节律（CAR）的个人日常生活，学习的模式，并影响系统和电源管理和隐私的网络协议分析模块。例如，动态隐私配置规则的动态变化，当一个人表现出的行为，他的健康是至关重要的，使授权的医务人员访问重要数据，否则隐藏或匿名统计目的。

此外，车可以通过先进的电源管理，预计该传感器应保持活跃，可暂时停用以节省电力，根据个人的习惯。建设性该系统的另一个方面是灵活性，允许新的传感器或传感器甚至移动网络易于集成。报警-NET是一个多平台，安全和隐私意识的架构，整合广泛的异构设备，如无线传感器节点，网关，掌上电脑，和后端系统的数据存储，数据关联，和CAR分析。3报警-NET的架构

报警-NET的异构设备集成在一个共同的架构，跨越身体可穿戴网络，无线传感器布设，和IP网络元素。的高层次的架构，可以通过他们的平台和系统中的作用为基础的分类设备。每个类别都显示在图2中所述车身网络，无线传感器设备破旧的居民提供生理感应或活动分类。每个病人都可以穿适合自己的医疗需求的机构网络。此外，图形或声音通知病人（例如，提醒吃药）使用中的可穿戴网络接口，我们开发了一个彩色液晶显示屏[11]

SeeMote。

我们还整合讽刺[12]，车身网络分类的日常生活活动（ADLS）[4]穿着者运动产生的加速度计数据分析。

从车身网络的数据传输通过用户界面或后端方案布设传感器。

布设传感器，包括部署在生活空间感知环境质量或条件的设备，如温度，灰尘，运动，和光。议案，特别是提供了一个病人的活动空间环境，有利的定位跟踪和数据关联。这些设备就可以形成一个多跳的无线网络最近的报警门星际之门上运行的应用程序。根据部署环境，他们可能会使用有线或电池电源或组合。传感器节点的回答对本地数据的查询，并执行有限的处理和缓存。

布设传感器保持身体移动网络的连接，他们的生活空间，以便查询和数据报告不被中断。

报警门应用的嵌入式平台上运行，管理系统操作和应用级网关的无线传感器网络和IP网络之间的服务。这些节点允许用户接口连接，验证，并与系统进行交互。

动态隐私，电源管理，查询管理和安全软件模块驻留在报警门。一个连接到后端数据库提供数据的长期存储和配置。其他后端分析程序连接，为客户更新系统中的上下文。后端系统提供传感器数据在线分析和长期存储系统配置，用户信息，隐私政策和审核记录一昼夜活动节律（CAR）分析程序处理传感器数据存储在数据库中，学习个体的行为模式。这些反馈到网络，以帮助上下文感知的电源管理和隐私。

用户接口允许查询系统的任何合法用户（医生，护士，患者，家庭等）的传感器数据，受强迫隐私政策。我们开发了适合一个护士站，病人跟踪程序和运行在PDA上和图形的实时传感器数据查询发行人。

图1显示了在部署一个辅助的居住环境的一个例子。报警门应用通过IP网络向对方和中央数据库连接。布设传感器和车身网络形成一个特设的多跳网络，整个辅助生活社区。

为了更好地说明这个架构如何支持协助生活和纵向研究，考虑以下情形。丈夫和妻子一起住在一个生活辅助设施。丈夫有心脏问题，并戴着一个无线心电图。他的妻子有一阵阵的下降和穿衣服在嵌入式的加速度。为两个传感器的数据进行定期收集和传送到护士站和后端数据库。一位医生在另一部分生活辅助设施，并从PDA的心，对丈夫的信息查询。医生检查验证和隐私权。如果一切都是为了，布设传感器网络和报警盖茨将作为一个通信网络，并让医生看到他的PDA上实时显示的心电图。

在此期间，妻子下降。这是立即检测和报警发送到护士站。收集数据，可能是过滤和汇总，不仅原料病人信息收集在后端数据库，但是这也上下文下收集数据。此背景下，包括病人的病历，病人的近期活动和当前的环境条件。这些数据可以支持长期的医学研究。

昼夜节律的程序连接到后端数据库，分析丈夫和妻子的典型行为。如果在日常生活中发生的违规行为，发出警报，调查是否有一些医疗问题引起的不规则。例如，丈夫也许是正常的两倍，经常使用的卫生间。4查询管理

实时数据查询报警网的重要功能，使正在运行的系统和自动数据收集与用户交互。在这两种情况下，灵活的查询协议。传感器设备可以同时从多个正在进行的查询系统和用户提供服务。

查询确定由<source,

ID>元组，并要求某种类型的关于一个主题的传感器数据。如果主体是用户，它被翻译到一个特定的传感器，报警门，咨询传感器静态配置或主题的当前位置。一个主题的传感器数据的访问是受隐私经理授权，取决于配置的政策和当前上下文的主题。

传感器样品所要求的数据和一个单次查询，返回一个单一的报告发端，完成交易。

发一个给定的样本期间定期查询。作为数据收集，报告流返回给请求者，直到收到停止命令或一个可选的时间值达到。后来的查询可以有效地重新启动了补发命令。单独指定报告期内允许多个样品进行收集和汇总到一个单一的报告，使用各种轻质聚合函数。他们也可能被过滤用户提供的过滤功能和价值。

使用轻量级的聚集和过滤功能，在生成的数据源，减少报告的频率，节约能源。进一步提高效率，获得了使许多样品适合被合并成一个单一的报告消息。这个缓存保存消息的开销，并减少交通广播。

除了生成的数据，报告承担一个时间戳。多个样品的报告包括时间戳的最后报告。报告可能预示着成功的一个ACK，或用一个NACK和原因代码错误。

每个传感器的类型，可能会产生不同长度的个别样本的读数。默认的数据大小，可能是因为领域知识可能会允许用户覆盖更大的包装效率，因为有些人可能过流的聚合函数（如SUM和COUNT）默认的传感器类型的数据大小。集成电源管理，查询都给予优先考虑。背景下，非关键系统查询有低优先级，而用户要求具有较高的优先。低于电源管理决策的优先级的查询可能会被拒绝。

报警门和尘埃上运行的软件组件。报警门，与客户经理查询接口，发起查询。正确翻译和授权的查询被发送到在WSN传感器（S），它是由查询处理器，如图3所示，解析。

取样是一个组合模块，包括数据生成和过滤器链。该模块维护一个传感器采样，以满足多个正在进行的查询计划。事件传感器，分相传感器，和Pollable传感器：传感器使用三种类型的接口的接口。报警-NET的所有类型的传感器之一，属于

这些类别。第三方传感器司机被包裹在符合这个接口的垫片。由于每个样品（异步，ADC转换后，或立即的接口，分别），它传递了一个加工链。用户指定的聚合函数对每个样品运行，复位或刷新时，会生成一个报告。这使得查询以指定要汇总到每个报告的样本数量。

采样报告进一步过滤功能。如果过滤谓词满意，报告继续查询处理器。在这里，它是缓存（如果要求）或时间戳和发送整个WSN发端。

例如，脉冲率样本可收集每200ms，但报告只是每隔1s，每5个样品的平均。这些可能会进一步进行过滤丢弃他们，除非是脉冲率超过130

BPM。

由系统或用户查询起源，并包含在图4所示的元素。传感器生成的报告，根据给定的样本，报告期间和处理功能。

关系过滤功能要求用户包括四个字节的值进行比较。这一领域被划分成一个范围比较高，低的部分。

样品和报告期的默认单位是毫秒。但也可以理解为长时间运行的查询秒秒标志由设置单位。被设计成尽可能小，效率最高，单，停，并补发命令。5昼夜活动节律

据了解，大多数人表现出了在家里的行为趋势，被称为。昼夜活动节律。

（车）。我们已开发了汽车的分析程序，措施节奏患者的行为活动，并检测这些模式内的任何行为改变。我们采用新颖的方式既提高了医疗保健和提高网络性能的汽车。汽车，特别是支持这些活动的动态驱动报警隐私和智能的异构电源管理（第6,8）基于上下文感知的协议。

CAR算法是统计和预测。在[13]首先提出的，它是基于用户在每间客房存在的概率分布。汽车运行在PC上的后端系统，调查一个病人的活动存储数据库。

车支持，这显示活动分析有关的各种信息，如异常时段（下存在或过度的存在，在一个房间里），每小时和每天发生在白天还是晚上，一个GUI，长度和驻地逗留的日期。

其他的GUI图形显示的车分析的主要结果。

5图展示了一个健康的居民住25天，在辅助生活设施的实际临床病例研究。第一个在左边，显示用户花费在每个房间的每一个小时，在驻地逗留天数计算的平均时间。第二幅图，在右边，表示这个病人，经过18天的昼夜节律已经学到。这些图表可以提供有关的活动模式，如睡眠/觉醒周期，或一些医疗提示的信息财富，给医生一些日常生活活动（ADLS）[4]，如饮食，卫生和睡眠的居民。在未来，更具体的ADLS也将被收集。使用健康监测车后，学习期间，任何统计学意义检测到的异常，会提醒医生谁可以调查重点地区的麻烦之源（睡眠/唤醒周期长，少一顿饭，等）认定为异常的车程。假设是，在长期的行为改变，揭示健康下降或病状。在弗吉尼亚大学医学院的马克中心合作，在临床验证这一假说。为了验证这一假说，提取真实数据集临床老年人生活辅助设施的行为模式，行为的变化，研究咨询负责监视居民的照顾者的医疗笔记本。此验证的详细信息，请参阅[13]。6动态环境感知隐私

辅助生活和居住的监测应用所收集到的数据是丰富和频繁。它可以揭示一个人的生活活动和健康状况的亲密细节。由于无线传感器网络的发展更强的能力，收集，加工，存储数据，个人信息的隐私成为一个崛起的关注。我们的系统包括一个框架，以保护隐私和支持，需要在关键的卫生条件的患者提供及时的援助。

紧急感知应用程序要求能够自适应响应每个病人的健康状况，并要求在实时隐私隐私保护框架。因此，传统的基于角色的访问控制，这使得访问授权用户的静态角色和政策的基础上是不够灵活，无法满足这一需求。我们实现自己的隐私保护框架，这是用户的情况下动态调整，使得数据访问授权进行动态评估，并能够适应病人的紧急情况下。

一个关键的新颖之处在于可以动态改变访问裁决的CAR算法在必要时产生的背景。例如，如果病人已经封锁了护士的心电图数据的访问，但该车已确定严重的异常行为，可能表示心脏问题，然后护士警觉和对数据的访问是允许在一段时间内。在一个令人担忧的健康状况的情况下，报警器通过网络发送限制或放宽的隐私，根据用户的角色。在我们的系统中的其他情况下，包括病人的生理状况（心电图和脉搏读数），生活环境条件（室内温度和光照），自治（从ADLS推断的，由汽车）。此外，我们的系统是可扩展的后端服务器和前端网络的无线设备都从不同的分析算法纳入背景。系统设计师可以指定在不同层次的粒度个人或用户组从各个传感器的隐私政策。隐私框架的主要成分是隐私保护器模块，查询管理模块接收的数据访问请求，并授权决策基于实时上下文。元组<Context

id,上下文subject,背景值>，确定的情况下，是基于这表明病人的健康和环境条件的传感器读数领域的专家分析的结果隐私保护器驻留在报警门的应用，并有三个主要功能部件：上下文管理器，请求授权人，审计员（见图6）。

_上下文管理：从不同的分析模块，在系统收集和保存有关用户的上下文对象和环境。

_申请授权人：在查询管理器收到的查询转发到请求授权人，这使得访问决策咨询系统的查询主题的隐私政策和上下文对象。每个访问请求后，请求授权人决定的，它记录由审计长模块。

_审计员：保持一丝的访问请求，审计跟踪，包括为每个请求（授予或拒绝）作出授权决定。7网络和数据安全

医疗记录和数据的安全性是一个报警-NET的重要组成部分。根据设计，该系统允许有关居民的环境，生理，行为和位置数据的收集和储存。这个数据必须受到保护，防止未经授权的披露，特别是考虑到许多系统采用无线通信，这是容易受到损害，从外部空间或相邻的居住单位。

限于系统的合法用户，必须验证自己之前被允许继续访问用户界面的报警门。根据行政配置的隐私政策和背景下，在第6条所述的传感器数据查询授权。授权认为，只有一个用户是否可以执行一些动作，因此，认证，确定客户端是否是它声称是，必须先。

一个客户端连接，并验证后，它在IP网络上的报警门之间的沟通报告时，传感器的数据加密。消息发送和接收报警门/从WSN还必须安全，必要时使用消息认证码（MAC）和加密。

最后，连接到后端数据库，还必须耐攻击，一个共同的要求和市售方案解决。因此，我们不进一步讨论。传统的IP网络上的系统的连接，必须使用适当的验证和加密方法通常看到有攻击防护。这就要求相对重量级的方法相比，更限制的WSN平台的可行。在这里，我们使用硬件加速加密的轻量级协议，以降低功耗，并已经限制的设备上的开销。

IP网络安全涉及从任何可能的Internet主机连接到报警门。因此，我们必须不信任收到任何消息，直到对方已适当的身份验证。

我们使用免费提供的安全远程密码协议（SRP）的客户端进行身份验证到报警闸门服务器[14]。它提供了一些有益的特性：

_服务器并不直接存储的密码，所以在数据库或报警门妥协的情况下，攻击者不能使用数据直接危及主机。

_由产品的认证，服务器和客户端共享一个会话密钥，这是用来提供它们之间的安全通道。由于是随机生成会话密钥，SRP的提供完美的向前保密。

在身份验证过程中交换_的值不能用于模拟或妥协窃听党的会话密钥。

_的SRP并不需要像一个权威认证值得信赖的第三党。服务器和客户端同意先验模量和发电机，根据[14]。后端数据库存储元组<username,verifier,

salt>，盐随机生成用户登记时，从他的密码派生的验证。

验证成功后，会话密钥使用AES（高级加密标准）[15]认证和/或加密模式。这些选择与安全通信的安全性下面描述的套件兼容。

WSN的安全提供安全通讯，链路层的安全套件，我们开发为MICAz和终极目的微尘。这些都利用Chipcon公司的CC2420射频收发器，它具有内置的支持内嵌的加密操作，符合802.15.4标准[16]。

在向后兼容的方式与不安全TinyOS的消息，安全通讯使用这种硬件加速加密。它支持每个源的多个键，允许它在目前的文献中发现许多关键管理计划运作。

AES安全协议所支持的模式是硬件支持：没有，CBC-MAC，authenticationonly[17]，CTR模式加密[18]，和CCM[19]，它结合了认证与加密。

这些模式的选择上的每封邮件的基础上，允许基于消息语义的背景下，这是比其他解决方案（[20，21]）更灵活的应用程序级的关于安全政策的决定。每一个安全的通讯消息中包含头字段所需的操作模式所必需的。消息格式如图7所示。在最低限度，一个额外的字节指定为NONE的模式是必要的。只认证模式，密钥ID和两个字节的源增加，以及四个字节的消息验证代码（MAC）。加密或加密和认证模式，还包括一个两字节的非重复计数。

报警门和传感器设备由<source,

key-id>元组存储在密钥存储模块，确定键。密钥库管理单调递增的发送和接收计数器，这是重要的是保持CTR和CCM模式的安全性。

安全通讯是一个链路层的安全套件，包括MAC计算的802.15.4和TOS头。因此，邻居们一起分享彼此对其中共享的消息认证和/或加密密钥。从攻击者的消息（声称是安全的）被丢弃时，收到一个合法的网络节点，因为高概率的MAC将不能正确计算。图8显示了如何在TinyOS组件连接在一起使用安全通信的应用程序。安全消息发送或接收之前，应用程序必须存储在一个关键的CC2420SecurityC使用密钥存储接口模块。发送邮件时，应用程序指定的安全模式和密钥ID消息结构。安全的商业组件之间AMStandard和无线电配置中间人，它添加和删除的安全需要在图7所示的消息头/页脚。当接收或发送，CC2420RadioC咨询CC2420SecurityC使用CC2420Security接口内嵌安全操作设置参数。

分割TinyOS的消息类型字段保留向后兼容性。编译时间常数决定的门槛，从安全的通讯消息的分离标准的活动消息。只接受指定的阈值以上的消息时，调用安全的通讯处理。这允许组件不了解不变（经核实的消息类型的阈值以下），但没有安全保障，在网络被重新使用的安全。配置，查询和其他重要的命令，从报警到WSN门认证。报告验证和加密来保护数据的保密性。各种非关键的信息可能会使用不安全的模式。

在内部安全报警门应用功能，包括密钥管理和审计。

每个WSN节点和每个连接的客户端的密钥管理密钥存储。每个被确定由<source,keyid>，如上所述。报警门与每个感应装置，是一个直接的邻居共享的关键。

无论从网络传入的安全邮件需要查找，找到密钥存储在适当的键，根据发件人选择的安全模式，解密和/或MAC验证。传出的消息还需要一个关键的查找，如果显示MAC计算和/或加密。维护发送计数器是自动的，但​​收到柜台必须手动更新，因为邮件丢失的原因间断。

审计员的日志共享与隐私保护器，管理员的审查，以帮助诊断正在进行的攻击，存储在信息和用户身份验证失败。8上下文感知的电源管理

报警NET支持的异构电源的情况在某些节点插入到墙壁和其他对电池操作。星际之门插入的，由于其高功耗的要求，而微尘是插入或操作上的电池。这种灵活性允许添加新的电池供电微尘迅速在高密度，如果需要的话，移动方便，即使在户外电源是更多的问题。此外，尘埃，人体网络的一部分，必须对电池的工作（或清除从运动的能量）。因此，能源效率是一个重要的设计问题警报网警报网的应用需求对电源管理的一些特殊要求。首先，电源管理应该是适应居民的行为。警报网的传感器可用于检测和收集居民的信息，因此，根据居民的行为变化，传感器必须适应他们的运行状态。二，电源管理，应提供报警网用户开放。用户（这里的用户是系统管理员）应根据不同的应用情况，可以设置不同的电源管理操作。三，电源管理应该是能够控制传感器节点上的各个功能。例如，用户可能需要设置一个温度传感率高，光感应的低利率，并关闭其他感应功能。另一个值得关注的是，报警NET是与不同的传感器节点，如心电图，运动和其他传感器的异构传感器网络。电源管理应该是自适应控制不同的传感器节点。

为了满足所有这些电源管理的要求，我们设计了一个上下文感知和打开电源管理报警网（COPM）模块。许多在文学电源管理方案节省电能的使用调度和/或哨兵为基础的算法，经常保持对突发事件的完整的感测覆盖率[22]。然而，这些计划通常不会自动调整，或由用户在运行时。由于COPM是了解居民的个性化图案，它可以动态地选择电源管理操作。它还提供了灵活性，为用户控制电源管理，根据部署环境的特殊性。所有这些特性使COPM一个灵活的系统与各种应用，如报警网，很好的解决方案。现在我们为电池供电的微尘的设计细节。COPM模块提供电源管理操作的两个类型，根据用户的命令和上下文感知的用户。

首先，用户可以直接控制电源管理命令发送任何莫特的功能。在这里，用户可以开启/关闭，或设置mote的功能，为每个传感率。另外，用户可以设置每个命令的有效期间。一个典型的命令可能。莫特1号关闭光线感应器，但感觉温度以下2个小时，每2秒......第二，COPM模块还提供了上下文感知电源管理，根据居民的行为模式操作。最初，用户可以定义电源管理，如一些上下文政策。居民正在睡觉时，关闭所有的传感器，在客厅和感温度在卧室里，每2分钟......居民从车上的行为模式的基础上，COPM上下文政策的条件得到满足时，可以触发相应的电源管理操作。此上下文感知的操作提供更高效的电源管理，是适应居民的行为。上下文感知操作的另一个优点是，该模块是开放的，用户定义自己的环境政策，根据自己的应用需求。为了避免冲突的电源管理操作，我们也优先归结到每一个操作。在这里，重点可以用来区分不同用户的水平。

COPM模块使用四个功能部件，在9所示：传感器驱动，上下文管理，昼夜活动节律（汽车）和用户界面。传感器驱动是用来控制尘埃的个别功能，根据传入的电源管理操作消息。产生这些消息是由用户的直接命令，或上下文管理。传感器控制器可以打开/关闭个别感应功能，并设置不同的费率，还可以设置节点的无线电元件的占空比。

这里可能出现的问题是冲突的电源管理命令。有些命令可能需要不同的设置来控制相同的功能。为了避免冲突，传感器控制器保持传感器的状态表（SST）。在不锈钢的每个条目对应的刺功能之一，它记录了当前设置（开/关，检测率上），并设置当前状态的命令的信息。假设一个新的命令到达，这将光传感器控制优先3。控制器将首先要看在SST，发现前面的命令，设置光传感器的当前状态是否具有较高的优先级。如果是这样，新的命令将被忽略。否则，将被执行。

上下文管理，居住在报警门应用，用于实现上下文感知的电源管理操作。这个组件是COPM核心。组件的输入是由用户定义的背景下政策，从尘埃的检测报告，并从车上获得居民的行为模式。输出的是一个电源管理命令集。我们举一个具体的例子。用户可给予政策范围内，当居民进入睡眠状态，关闭所有的运动传感器。和汽车给居民的活动模式，居民通常下午10:00后睡觉......当运动传感器报告的居民到晚上10点以后的卧室，可以判断上下文管理，居民正在睡觉，并发送关闭传感器电源管理命令。

车是用来提供对居民的行为模式。它收集的WSN传感器的报告和预测，居民的行为。同车的软件，电源管理模块适应居民的行为。用户界面实现电脑连接到报警网的。它为用户提供了两种方法做的电源管理。首先，用户可以直接控制每个网络中的每个传感器的传感功能。这些命令发送到传感器节点通过分层路由协议。第二，用户可以定义范围内的政策。有了这些政策，电源管理命令自动生成上下文管理。这些政策被发送到上下文管理模块的IP客户端的报警门。9数据协会

数据关联是必不可少的报警网。当多人共用的生活设施，该系统所搜集的数据必须与合适的人。这熊相似的人类活动的监控与自动识别应用。这些应用程序本身具有挑战性，通常需要具有较强的跟踪和识别能力，如监控摄像机结合先进的计算机视觉算法[23]，强大的传感器。但是，在辅助生活设施部署摄像机有严重的隐私问题，可能是过于昂贵。基于生物特征的识别设备，如手指打印机读者或虹膜扫描仪具有识别精度高。然而，这些传感器是昂贵和非无处不在。他们需要设备的互动往往是高层居民的非自然或不方便。我们在警报网，实现数据的关联程序，使用成本低，异构的，无处不在的传感器。我们增加了传感器的效用，降低成本，使他们的多功能..例如，在冰柜前面的规模有两个目的：首先，它需要测量体重，和第二，体重测量提供了关于使用冰箱的人的身份信息。而不是关联数据完全基于用户的生理数据，因为许多相机解决方案，报警网使用登普斯特-Shafer证据理论来处理相结合的位置，生理数据，并学习活动模式。

登普斯特-Shafer证据理论是一种基于概率的数据融合分类算法。它是有用的信息源提供信息时不能归功于其产量的决定[24]完全肯定。报警网中跟踪每个人的粗粒度，目前在室温水平，使用成本低的运动传感器。其他传感器可用于这一目的，包括红外的绊传感器，当用户打破了红外线光束触发。通过部署两个旅线传感器在每个房间门口，可确定和用户的行驶方向，该系统可以跟踪用户的数量，在每个房间。可以推断出用户的位置。使用。传感器部署在家具。例如，用户的位置确定时，在沙发上的压力传感器被触发。

每个用户的生理数据收集事先可以是有价值的信息数据关联，尤其是当用户之间是有很大差异。例如，丈夫和妻子可能有足够的体重差异，数据关联的决定给予高度的信心，当到28237338规模的任何步骤。报警网不要求用户穿一定的身体标记所有的时间，虽然这样做增加了协会的准确性。报警网监控讽刺的用法，及联营公司的数据，其默认所有者。

该系统了解用户的行为模式，随着时间的推移，使用这些模式来识别用户后的置信水平达到一定的阈值。的行为模式，可以是一个单一的活动或活动序列。报警网有一个学习模块，记录和检查每个<时间，活动，用户>元组和发展统计行为模式。对于每一个执行的活动，几个命题可以进行的活动。例如，如果只是人A和B都存在一定的活动M1发生在一个房间时，2命题进行，每个人之一。基于对历史的每个人的学习模块预测的概率质量。例如，如果系统已录得100出现了同样的活动，80和20，然后由B的概率质量和关于这个活动的证据，乙分别为80％和20％。

正式地说，如果有ñ人的生存空间，有关事件阅读电子邮件，和PE（I）I=1:::

n是我引发阅读电子邮件，然后对事件E的概率质量是人的概率：以后，如果另一个平方米的活动情况，并决心要与同一人，做活动M1，M1和M2的证据将结合使用登普斯特的规则，以确定该人的身份。

登普斯特的统治致力于毫安（AI）和MB为代表的证据组合de_ned事件C的概率为总质量的一般形式（BJ）毫安（AI）和MB（北京）是概率质量分配和K是正常化的因素，使所有的概率群众的总和团结。

一旦超出了一定的置信度阈值的累计概率为C的质量分配，系统宣布C是正确的关联。该系统得到自我反馈，从而形成一种强化学习过程的每一个协会做的时候。

总体而言，数据关联模块提供了一个系统事件的处理和分类的总体框架。学习能力，使其适应不断变化的环境。

10实施，我们建立了一个测试平台，以评估整个系统和各个组件。在这里，我们描述了系统的实施，开始使用或创建的硬件和传感器10.1硬件和传感器

报警网集成了传感器，网关和用户节点的异构硬件环境。我们使用传感器节点的基础由MoteIV

MICAz天空弩和终极目的。他们彼此和弩，它执行的报警门的作用星际之门节点无线通信。在互联网上或iPAQ掌上电脑或液晶显示功能的mote的无线设备的用户可以通过台式电脑报警-NET的。

我们的系统，包括由弩市售传感器测量光强度，湿度，加速度。它还接口与心电图和脉搏血氧饱和度传感器蓝色代码项目[9]在哈佛设计。此外，我们已经创建的其他设备，如一个运动传感器，人体秤，血压计，粉尘传感器，液晶显示模块，硬件接口。我们将在下面描述这些接口。检测运动，我们修改为X-10网络的商用无线运动传感器鹰眼MS13A。我们删除电台和控制器组件，接口，空调MICAz51针连接器的运动传感器信号。此外，内置的光线感应器，LED，用户界面按钮被连接到MICAz。因此，光线感应器和按钮可以产生中断和唤醒节点睡着的时候。

该机构的规模和血压传感器连接到MICAz莫特通过串行端口。接口板上有一片MAX232接口芯片作为电平转换器之间的RS232水平和数字逻辑电平上的刺。

我们建立了一个MICAz微尘的粉尘传感器模块。该传感器的基础上有一个红外LED和一个放大的探测器封装在一个空气通道的暗箱的的夏普GP2Y1010AU模块。

MICAz微粒激发0.32ms每10ms

LED的红外线。空气中的尘埃和烟雾粒子反映一些轻的光敏创建缩放和由ADC的MICAz微粒的测量电脉冲的反应。空气污染程度是由ADC测量的幅度。......我们设计和实施SeeMote，液晶显示模块，可作为用户界面的设备附加到MICAz微尘。因此，这种液晶显示功能的刺是医务人员能够提供视觉反馈。例如，它可以显示的心电图波形的病人，心电图传感器连接。液晶128_160像素，64K色的能力。液晶显示屏的大小为1.8英寸，对角线上的，它适合MICAz莫特[11]上。该模块还具有五个瞬间按钮，允许用户向系统提供输入。

我们所有的硬件设计是开源网站上。10.2软件

在图10（a）所示，所有的模块都在nesC的实施和1.1.15

TinyOS上的的MICAz和终极目的微尘上运行。

TinyOS应用传感器莫特电线一起沿着路由，配置模块和本地化这里没有描述。编译器标志定义在应用程序中包含的特定传感器的驱动程序（见图3）。

TinyOS的定时器模块进行修改，是必要的为SensorSamplerC组件。这部分采样C配置跟踪未来预定的样品使用一个计时器，并执行样品届满。收到多个查询后，该模块需要知道多少时间定时器启动以来，已经过去了，还剩多少时间。此功能在原有的定时器接口不外露。安全通讯组件需要大量修改的TinyOS提供的代码，因为内嵌加密消息正在转/射频芯片的TX/RX

FIFO的，必须加以管理。中所述的第7和图8所示，CC2420SecurityC必须插入而消息被接收或传送之前，他们的安全配置。阅读部分RXFIFO的内容和写作为CC2420

RAM的例程创建。

报警门应用程序是用Java编写，由彩虹Java2的5.0

ARM-Linux的JRE的支持，为了使用1.3.1

API。开源RXTX库被用于从Java访问串行通信。文件存储在外部的闪存扩展卡。在图10所示的应用程序级模块（b）已描述。此外，一些低层次的模块处理的WSN与IP网络连接。凤凰源分布与TinyOS的，并通过串行连接的星门连接MICAz莫特提供了一个连接。它被修改RXTX库使用，比而使用gnu.io命名空间。一个IP的服务器套接字监听客户经理，产生新的线程来处理连接的客户端。

创建一个Java库包含共同AlarmGate和客户端的代码。它包含的信息处理，查询和分析报告，SRP认证的，安全的通信，以及数据库访问类。数据库接口使用JDBCMySQL的连接3.0.17连接到

后端数据库。免费提供的轻量级弹跳城堡API

V1.30[25]用于安全通信加密方式实现（CBC-MAC地址，点击率，CCM）。驻留在同一个IP网络连接星际之门的一个或多个电脑后端方案（参见图10（c）条）。MySQL5.0中的一个标准的安装，维护，包括系统配置：传感器类型，地点和业主;，用户信息，角色，和隐私政策。传感器的数据，审计日志和警报，存储在数据库中，由管理员或由汽车和数据关联模块的后端分析消费的报警门。

昼夜活动节律（CAR）的分析是由NI

LabWindows/CVI的GUI应用程序的执行。自动数据收集和分析，更新活动模式和占用报告和偏差警报发送到报警门。

使用Java1.5数据关联的计划目前正在实施和后端电脑上运行。它连接到数据库使用JDBC连接和民意测验的数据库每秒处理新来港定居的传感器数据。Java中的其他用户界面已经实施，包括居民的跟踪GUI和用户管理界面，适合护士站。它显示了地板设施的计划，并表示居民的当前位置和积累为每个房间的入住信息。

查询发行人实施了IBMWeb球微环境JVM上运行，一台惠普iPAQ5550。如图11所示的GUI。它允许一个用户连接到AlarmGate的，作为一个有效的用户身份验证，并出具查询。报告，因为他们在从网络流的实时绘制。11系统评价与绩效

为了评估报警NET的性能，我们建立了系统，如以上。由于其运作跨越多个功能组件，我们提出了一系列的场景，然后以确认正确的行为，包括空间允许的定量测量的重要组成部分。

11.1整合与后端分析

在第一个场景中，我们测试七室协助居住的住宅单位（见图12）对每个墙，PC上运行的后端，并与报警门应用星际之门的运动传感器，。居民代表一个人的生存空间，通过移动从一个房间到另一个房间，有时没有活动暂停。我们核实，可靠的运动传感器检测人的动作，报警门收集，报告和存储在后端数据库中。

汽车应用，也连接到数据库，接收和处理的报告，与目前的行为趋势比较。由于动作并不代表偏差，发出报警门的隐私管理器的上下文消息表明一个正常的状态。

进入第二人的生存空间。双方居民继续定期移动，虽然他们保持不相交的轨迹。这项议案收集数据从数据库中的数据关联程序的后端，始终保持正确的读数为两个并发套独特的身份分配。这第二次的人，然后离开该单位。11.2隐私感知查询

使用相同的测试平台配置方案1，我们增加了一种可穿戴的脉冲速率传感器的居民和环境的温度传感器的客厅。驻地的汽车的行为偏差是正常的。一个系统的用户，技术员，连接到报警门和问题，为驻地单位的环境温度的单个查询。报警门上查询管理咨询与隐私授权管理。由于居民的温度技术员的隐私政策。DF，1HT或默认拒绝，没有被授权查询。查询管理器发送一个NACK技师表示拒绝。

模拟的居民，然后移动由汽车学到的行为的文件不同的方式从周围的生活空间。居民中进行了更新发送到隐私保护器的汽车警报。与PDA的另一个人，是一名护士，到汽车偏差。护士使用PDA连接到报警门，并发出了居民的脉搏率的定期查询。像以前一样，查询管理授权隐私保护器的要求。虽然居民的护士获得脉冲数据的默认策略是否认，高涨的背景下为驻地的警戒值允许查询。

查询管理确定适当的传感器，在WSN的接收查询和转发。在收到查询后，脉搏传感器流读数PDA（通过报警门）在所要求的报告率，它的实时图表，因为它抵达。满意，居民还可以，护士停止实时查询和留下的住宅单位。11.3上下文感知的电源管理

在上述案例中，汽车应用也发出出租信息报警门，控制传感器，根据环境和政策上的电源管理模块。

我们的电源管理方案，根据不同的环境和政策分析的效率，我们首先收集的尘埃和传感器的能源使用，然后计算出房间的一个子集在前面的情况下，积蓄力量：卧室，厨房和客厅。在每个房间中，我们有一个mote的称为M-mote的一个运动传感器，遥感环境数据，被称为E-mote的莫特。单一的居民生活在单位和一个莫特（B莫特）穿的机构网络。我们首先测量电源电压和电流的一次禁用软件的一个功能组件的整个莫特。在这里，我们使用MTS310传感器板，可提供2轴加速度计，2轴磁，光，温度，和声学传感方式的MICAz莫特。同时测量电压在3V不断一双崭新的AA电池，目前被显示在图13（A）。

对于这种分析，我们归类的某些组合的传感器，可用于报警-NET的定义以下四个典型功耗模式：_环境的意识（ES）的中ES的莫特使光照，温度和声波传感元件，以及无线电发送检测报告。

_体感（BS）的：在BS莫特通常参与于一体的网络。它应使加速度计居民的运动和无线电报告。

_待机：在待机的刺有电台和准备接收或发送数据，但所有的传感器都关闭。

_睡眠：当在睡眠模式下的刺，电台和所有的传感器都关闭。下一步，我们测量的莫特在这四种不同的功率模式时，在图13（b）供应电流。我们还测量功耗运动传感器的微尘，在图13（C）所示。在这里，一个好的政策是始终启用的运动传感器和禁用无线电，让运动传感器中断唤醒无线电发送报告。定义一些基本的背景下政策后，我们计算，估计我们的电源管理和无消耗功率：_政策1：对于M-微尘，保持运动传感器和无线电的议案中断，直到打开它。

_政策2：居民正在睡觉时，所有的E-微尘和休眠模式的B-mote的开关。

_政策3：当居民是清醒的，B超微粒应该留在BS模式，在房间里的居民住开关ES模式，和所有其他E-mote的电子微尘进入待机模式。

假设居民平均每天8小时的睡眠。无需任何电源管理系统中的消耗，我们可以计算出每天的电流。在这里，我们假设的M-微尘也适用政策1，所有E-微尘和Bmote留在了整整一天的ES和学士学位模式。通过计算，每天在该系统的电流消耗为3753.6毫安。报警-NET的上下文感知的电源管理中，我们假定，汽车软件总是可以预测居民的行为，正确的这一分析的目的。因此，电子微尘将保持在8小时的睡眠模式，在16/3小时的ES模式，在待机状态323

小时。

B超微尘将保持在8小时的睡眠模式，并在16个小时的学士学位模式。添加的消费Mmotes，每天消耗电流是2324.8毫安，这是以前的消费量只有61.9％。11.4安全网络

在我们的测试场景，技术员和护士连接到报警门发出查询之前，必须提供正确的身份验证凭据（用户名和密码）。护士首先进入了错误的密码，对网络的访问被拒绝。

为了进一步评估成本，确保在IP和无线传感器网络的消息，我们测得的消息和处理开销。消息总是比没有安全保障，它需要更长的时间来执行加密操作，因此，安全始终是有代价的。对于需要安全的应用程序，报警-NET的，我们的目标是尽量减少开销的安全。图14（a）显示百分比开销计算，由于消