Upload
iancu-adina-floricica
View
240
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
proiectare software
Citation preview
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
1
1. Raportul Stiintific si Tehnic (RST) in extenso
PNCDI 2
Programul 4 Parteneriate in domenii prioritare
PLATFORMA E-HEALTH PENTRU MONITORIZARE, LOCALIZARE SI
PROCESARE IN TIMP REAL DESTINATA PACIENTILOR INREGISTRATI CU
RISC CARDIOVASCULAR E-RISC
Etapa IV:
Elaborare solutii de functionare; Proiectare model experimental ;
Realizare model experimental-hardware si software; Experimentare
sisteme si functii de localizare
Termen de predare: 10.12.2011
Decembrie 2011
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
2
CUPRINS
I.OBIECTIVE GENERALE 4
II. OBIECTIVELE ETAPEI DE EXECUTIE 6
III. REZUMATUL ETAPEI ..................................................................................................... 8
IV. RAPORTUL TEHNICO - STIINTIFIC ............................................................................. 10
A1. Elaborare solutii pentru model experimental - finalizare ........................................10
A1.1 Elaborare versiune alpha de software pentru management; Elaborare structura software medical; Elaborare model culegere cu senzori a informatiei; Elaborare solutie de comunicatie finalizare (CO-WING) .................................... 10
A1.1.1 Elaborare versiune alpha de software pentru management ................... 10
A1.1.2 Elaborare structura software medical ..................................................... 10
A1.1.3 Elaborare model culegere cu senzori a informatiei ................................. 11
A1.1.4 Elaborare solutie de comunicatie finalizare (CO - WING) .................... 14
A1.2 Elaborare solutie de localizare GPS/GSM finalizare (P3 IPA) ................. 21
A1.3 Elaborare solutie comunicatii cu fibra optica finalizare (P4 INOE) .......... 24
A1.4 Elaborare solutie comunicatii date cu un consum redus de energie finalizare (P5 IOEL) ............................................................................................ 26
A1.5 Elaborare solutie achizitie date multicanal finalizare (P6 ELCOS) .......... 30
A2. Elaborare solutii de functionare a sistemului cu relee personale GSM/GPRS ... 34
A2.1. Elaborare solutie generala a sistemului ....................................................... 34
A2.2. Elaborare solutie GSM GPRS (P3 IPA si P6 ELCOS) ........................... 36
A2.3. Elaborare solutie interconectare comunicatii (P4- INOE).37
A2.4. Elaborare solutie pentru modelul de comunicatii (P5 - INOE) ...................... 39
A3. Proiectare model experimental ................................................................................. 41
A3.1 Proiect general sistem; Proiectare sisteme senzori;Proiectare software comunicatii (CO-WING) ......................................................................................... 41
A3.1.1 Proiect general sistem ............................................................................ 41
A3.1.2 Proiectare sisteme senzori ..................................................................... 44
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
3
A3.1.3 Proiectare software comunicatii (CO-WING) 44
A3.2 Proiectare achizitii date (P2 UPB+P6-ELCOS) .......................................... 48
A3.3 Proiectare automatizari (P3 IPA) ................................................................ 50
A3.4 Proiectare canale legaturi (P4 INOE) ......................................................... 53
A4. Realizare hardware si software ................................................................................. 55
A4.1 Realizare globala sistem; Realizare software global (CO-WING) ................. 55
A4.1.1 Realizare globala sistem ......................................................................... 55
A4.1.2 Realizare software global ....................................................................... 57
A4.2 Realizare elemente de testare medicala (P1 SCUB) ................................. 67
A4.3 Realizarea automatizarilor (P3 IPA) ........................................................... 71
A4.4 Realizarea structurilor de comunicatie si software aferent (P4 INOE, P5 IOEL) ..................................................................................................................... 72
A4.5 Realizare structuri hardware de achizitie date (P6 ELCOS) ...................... 79
A5. Experimentare sistem pacient si functii de localizare ............................................. 82
A5.1 Experimentare sistem pacient; (CO-WING) .................................................. 82
A5.2 Experimentare medicala, solutii de optimizare (P1 SCUB) ........................ 86
A5.3 Experimentare sistem pacient (P2 UPB) .................................................... 95
A5.4 Experimentare functii de localizare (P3 IPA) ............................................ 101
V.ANEXE .......................................................................................................................... 103
ANEXA 1 104
ANEXA 2 105
ANEXA 3 109
ANEXA 4 112
ANEXA 5 115
ANEXA 6 117
VI. CONCLUZII ................................................................................................................. 124
VII. BIBLIOGRAFIE ........................................................................................................... 126
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
4
I. OBIECTIVE GENERALE
Obiectivul proiectului consta in dezvoltarea unor cercetari privind obtinerea
unei solutii de monitorizare on-line pentru pacientii tratati in ambulatoriu, prin
preluarea comoda de la pacient printr-un dispozitiv purtabil, transmiterea
GSM/GPRS la dispecerat, prelucrarea computerizata a semnalelor ECG si
monitorizarea continua sau periodica a valorilor predefinite pentru fiecare pacient in
parte.
In cazul aparitiei unor elemente critice predefinite serverul specializat
notifica dispeceratul despre eveniment si comunica si pozitia geografica a
pacientului (printr-o dubla tehnologie: GPS si GSM) pentru a putea fi recuperat de
ambulanta usor.
Proiectul isi propune sa reduca costurile de spitalizare si sa creasca numarul
de pacienti care beneficiaza de asistenta medicala de inalta specialitate.
Toate acestea se vor realiza prin implementarea unui software de
management care va administra toate componentele Subsistemului de Prelucrare la
Distanta (SPD) si care va lucra impreuna cu software-ul biomedical.
Obiectivul implica rezolvarea urmatoarelor aspecte in realizarea sistemului
informatic purtabil de tip e-health:
- evaluarea informatiilor transmise de complexul de senzori si elaborarea unei
proceduri de validare la distanta a pozitiei senzorilor ECG, a datelor analizate
si a pragurilor de alarmare, determinarea tipurilor de senzori auxiliari si
evaluarea interdependentelor.
- realizarea softului biomedical si de management.
- filtrare digitala autoadaptiva multidimensionala a semnalului ECG in corelatie
cu informatiile transmise de accelerometrele XYZ.
- analiza si prelucrarea in timp real a semnalului ECG prin metode de analiza in
domeniul timp, in domeniul frecventa si timp-frecventa analiza Wavelet 3D a
seriei RR a semnalului ECG;
- diagnoza automata a statusului medical in doua etape prin folosirea unei
matrici decizionale in cadrul subsistemului software de monitorizare a
pacientului.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
5
- stabilirea schemei generale a sistemului informatic, proiectarea
componentelor, asamblarea acestora si testarea in conditii reale de lucru a
modelului experimental.
- rejectarea activa a artefactelor.
- metode pentru calibrarea sistemului in vederea reactiei active la artefacte.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
6
II. OBIECTIVELE ETAPEI DE EXECUTIE
ETAPA IV. Elaborare solutii de functionare; Proiectare model experimental ;
Realizare model experimental-hardware si software; Experimentare sisteme si
functii de localizare
A1. Elaborare solutii pentru model experimental - finalizare
A1.1 Elaborare versiune alpha de software pentru management; Elaborare
structura software medical; Elaborare model culegere cu senzori a informatiei;
Elaborare solutie de comunicatie finalizare (CO-WING)
A1.2 Elaborare solutie de localizare GPS/GSM finalizare (P3 IPA)
A1.3 Elaborare solutie comunicatii cu fibra optica finalizare (P4 INOE)
A1.4 Elaborare solutie comunicatii date cu un consum redus de energie
finalizare (P5 IOEL)
A1.5 Elaborare solutie achizitie date multicanal finalizare (P6 ELCOS)
A2. Elaborare solutii de functionare a sistemului cu relee personale
GSM/GPRS
A2.1 Elaborare solutie generala a sistemului; Elaborare solutie GSM;
Elaborare solutii de conectare (CO-WING)
A2.2 Elaborare solutie GSM GPRS (P3 IPA + P6 ELCOS)
A2.3 Elaborare solutie interconectare comunicatii (P4 INOE)
A2.4 Elaborare solutie pentru modelul de comunicatii (P5 IOEL)
A3. Proiectare model experimental
A3.1 Proiect general sistem; Proiectare sisteme senzori;Proiectare software
comunicatii (CO-WING)
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
7
A3.2 Proiectare achizitii date (P2 UPB +P6 ELCOS)
A3.3 Proiectare automatizari (P3 IPA)
A3.4 Proiectare canale legaturi (P4 INOE)
A4. Realizare hardware si software
A4.1 Realizare globala sistem; Realizare software global (CO-WING)
A4.2 Realizare elemente de testare medicala (P1 SCUB)
A4.3 Realizarea automatizarilor (P3 IPA)
A4.4 Realizarea structurilor de comunicatie si software aferent (P4 INOE
,P5 IOEL)
A4.5 Realizare structuri hardware de achizitie date (P6 ELCOS)
A5. Experimentare sistem pacient si functii de localizare
A5.1 Experimentare sistem pacient; (CO-WING)
A5.2 Experimentare medicala, solutii de optimizare (P1 SCUB)
A5.3 Experimentare sistem pacient (P2 UPB)
A5.4 Experimentare functii de localizare (P3 IPA)
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
8
III. REZUMATUL ETAPEI
Avand in vedere ca multe din activitatile din aceasta etapa sunt o finalizare a
celor din etapa anterioara (din motive de restrictii bugetare unele activitati au fost
anulate, altele au fost reduse cu 50%, iar unele au comasate) acesta etapa finala a
trebuit sa 'inchida" toate cercetarile incepute in 2008-2009 cand proiectul avea o
finantare cu aproximativ 70% mai mare decat s-a dovedit in realitate.
1. Se analizeaza hardware-ul si software-ul din structura de comunicatii la nivel
de sistem. Sunt aratate imbunatatirile aduse acestor structuri de la ultima etapa si
este explicat modul in care acestea optimizeza functionarea sistemului;
2. Ca punct cheie privind dezvoltarea software-ului de mangement si biomedical,
automatizarea monitorizarii este descrisa atat ca schema bloc cat si ca
functionalitate;
3. Se prezinta studiul privind interfetele de emisie-receptie si de comunicatie om-
sistem in care sunt detaliate optiunile avute privind viitoarea implemetare;
4. Este studiat software-ul de achizitii date specific, si sunt luate in considerare
variantele care vor functiona pe convertoarele AD de tip Sigma-Delta. Sistemele
purtabile avand restrictii importante privind consumul energetic si dimensiunile,
solutia aleasa este cea mai eficienta.
5. In privinta studiului software-ului de comunicatii se arata ca folosirea solutiilor
de tip CRC si PKI permit functionarea in parametri nominali si asigura beneficiarul ca
datele vehiculate pe reteaua virtuala sunt integre.
6. S-a inceput elaborarea versiunii alpha a software-ului de management de
sistem. Astfel, s-a descris functionalitatea sa in conditiile rularii a catorva scenarii
de functionare, E-RISC demonstrand astfel ca automatizarea monitorizarii este un
deziderat realizabil. In plus s-au creat interfetele de lucru ale programului.
7. In ceea ce priveste software-ul biomedical, s-a inceput realizarea acestuia
functie de locul acestuia in Sistemul de Prelucrare la Distanta: analiza in timp,
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
9
frecventa si timp-frecventa, filtrare, tratare artefacte, dinamica pacient. In toate
aceste cazuri s-a specificat si modul in care, pe principalele bucle de lucru ale
programului de management, se realizeaza rejectia artefactelor ca element vital, in
buna functionare a sistemului E-RISC. S-au gasit in acest sens chei de control
pentru reglarea sistemului in cazul in care acesta este compromis de artefacte, prin
calibrarea Serverului de Artefacte functie de aparitia evenimentului unic din
prelucrarea timp-frecventa.
8. S-a prezentat elaborarea solutiei de localizare nonGPS si modul in care
aceasta va acompania sistemul GPS.
9. S-au elaborat solutiile privind functionarea sistemului de comunicatii in conditii
de consum redus de energie, si a solutiei de achizitii date multicanal aratand pentru
fiecare caz in parte avantajele variantelor alese.
10. In cazul conectarii SPD (Sistemul de Prelucrare la Distanta) la operatorul
GSM prin fibra optica este descrisa solutia de back-up si modalitatea prin care este
asigurata calitatea transmisiei in contextul descris.
11. Informatii suplimentare privind derularea proiectului se gasesc la:
www.erisc.ro .
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
10
IV. RAPORTUL TEHNICO - STIINTIFIC
A1. Elaborare solutii pentru model experimental - finalizare A1.1 Elaborare versiune alpha de software pentru management; Elaborare structura software medical; Elaborare model culegere cu senzori a informatiei; Elaborare solutie de comunicatie finalizare (CO-WING)
A1.1.1 Elaborare versiune alpha de software pentru management
Solutia aleasa pentru dezvoltarea software-ului de management al sistemului
E-RISC presupune existenta unei structuri de tip platforma in cadrul careia vom reuni
datele provenite de la toate subsistemele componente.Prin subsisteme componente,
intelegem subsistemul purtabil aflat la pacient si serverele intermediare utilizate
pentru preluarea informatiilor medicale si pozitionare GPS. Structura platformei de
management a sistemului trebuie sa permita atat colectarea datelor, cat si
prelucrarea acestora si gestionarea rezultatelor.
Proiectarea platformei are in vedere posibilitatea de a accesa in timp real
toate datele medicale aferente pacientului, datele suplimentare legate de pozitionare
si starea de functionarea a serverelor componente. Suplimentar, platforma trebuie sa
ofere posibilitatea conectarii la o baza de date ce ofera un istoric medical pacientilor.
Astfel in cazul apartitiei unei probleme, personalul medical va putea vizualiza
antecedentele medicale ale pacientului.
A1.1.2 Elaborare structura software medical
In etapa anterioara a proiectului a fost dezvoltat software-ul medical pentru
realizarea Transformatei Fourier, a Transformatei Wavelet, pentru Evaluare
interactiuni si Filtrare multidimensionala.In aceasta etapa ne propunem adaptarea
software-ul medical specific pentru analiza directa a biosemnalelor provenite de la
pacient si integrarea acestuia in cadrul platformei de management. Integrarea
software-ului medical in cadrul platformei de management ne ofera posibilitatea
realizarii analizei semnalelor pentru un esantion de date reale, inregistrate la
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
11
momentul de timp in care a fost semnalata aparitia unui eveniment. Acest lucru ne
ofera o imagine de ansamblu asupra starii de sanatate a pacientului si ajuta in
diagnosticarea corecta a pacientului.
Structura software-ului biomedical este urmatoarea:
a. Software biomedical on-line;
b. Software biomedical off-line.
Componenta celor doua categorii de software este:
a. Software biomedical on-line;
Cuprinde monitorizarea continua a urmatoarelor date:
Date vitale directe:
- RR online: prelucrare obtinuta direct in subsistemul purtabil;
- Variatia toracica respiratorie;
- ECG primar;
Date vitale prelucrate
- FFT aplicat pe RR;
b. Software biomedical off-line;
- Transformata Fourier;
- Transformata Wavelet;
- Evaluare interactiuni;
- Filtrare multidimensionala.
Modalitatea prin care aceasta structura a fost elaborata a fost prezentata in
predarea etapei din 2010.
A1.1.3 Elaborare model culegere cu senzori a informatiei
Culegerea informatiilor biologice si de pozitie reprezinta unul dintre
elementele principale ale proiectului si modul cum este tratat acest subiect este
hotarator asupra rezultatului final precum si a costurilor totale.
Modelul de achizitie de date ales induce in principal costul final al produsului,
regimul de utilizare precum si segmentul de piata caruia ii este destinat. Folosirea
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
12
unor senzori neadecvati va afecta in mod crucial precizia, dimensiunile sistemului
purtabil precum si indicele de purtabilitate al produsului nostru.In ultimi trei ani au
fost perfectionate in permenta tehnici si metode de masurare directa sau indirecta a
parametrilor biologici. Fiind un domeniu de granita, biosenzorii textili sunt o cota
importanta din gradul de noutate adus de proiectul nostru prin imperecherea
produselor fizice cu softul de achizitie si procesare a semnalelor provenite de la
acest tip de biosenzori. Dupa achizitionare si apoi testarea a diversilor senzorii ECG
pentru sisteme purtabile, echipa noastra a putut sa defineasca modelul experimental
ca un sistem de achizitie ECG ce foloseste senzori inteligenti de tip e-textil.
Figura.1 Senzori de tip e-textil
Senzorii inteligenti de tip e-textil permit cel mai scazut nivel al artefactelor de
miscare, din cei testati si analizati de echipa noastra in ultimii 2 ani. Folosirea unei
centuri elastice dotata cu acest tip de senzori permite reducerea semnificativa a
efortului de a filtra zgomotele produse de miscarile corpului, relative la senzor. In
sistemele clasice aceste zgomote sunt eliminate prin lipirea de tegument a senzorilor
metalici cu un gel special. Pentru ca sistemul nostru este purtabil, adica pacientul se
duce la plimbare, face sport sau efectueaza diverse munci cotidiene, folosirea
acestui tip de electrod este incomoda si mai ales nepractica pentru ca acesti
electrozi, fiind rigizi, genereaza tensiuni in gelul de lipire, la contactul cu pielea, care
duc in final la dezlipirea electrodului si pierderea semnalului ECG corespunzator.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
13
Din motive de utilizare practica, in locul tricoului din e-tesut (foarte scump),
echipa noastra a folosit o centura ce este chiar lavabila, si pe care au fost cusute
portiuni de contact dintr-o tesatura speciala de tip Coolmax 70/80micro. In cursul
testelor sistemul de conectare a fost schimbat de mai multe ori, solutia actuala
dovedidu-se de departe cea mai stabila la numeroase montaje si demontaje a
CUTIEI asa cum este denumita cutiuta de sistem alarma auto in care au fost
montate elementele principale de procesare si control a modulului purtabil.
De mentionat ca au fost testate si doua tricouri produse de Numetrex pe baza
aceluiasi material textile tesut cu fir (Coolmax70/80), care sunt totusi mult mai
scumpe decat produsul nostru experimental manufacturat local.
Sen
zorii E
CG
Sen
zorii
res
pira
tie
preAm
plif.
analogice
Sen
zori
pozi
tie X
YZ
tem
p0
Mic
roco
ntroler M
SP430
Blu
etoo
thm
odu
lSurs
a Lipo
conv
erto
r CC
Figura.2 Arhitectura sistemului
Acesta arhitectura are avantajul ca permite modularizarea sistemului de
senzori, fiind posibil sa folosim doar o parte din senzorii disponibili si sa realizam
astfel importante economiii energetice in conditiile in care se reduc si numarul de
cicluri ale procesorului sistemului si deasemenea modularizarea permite sa
schimbam tipul senzorilor folositi.
Concluzie:
Achizitia datelor electrobiologice se va face prin intermediul senzorilor
e-textili tesuti, impreuna cu un set de informatii despre mediu si pozitia
subiectului in mediu. Modularizarea sectiuni de achizitie date permite
schimbarea cu usurinta a tipului de senzori utilizati.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
14
A1.1.4 Elaborare solutie de comunicatie finalizare (CO - WING)
Alegerea finala a solutiei de comunicatii este generata de avansul tehnologic
inerent aparut in timpul desfasurari proiectului precum si de restrictiile financiare
aparute dupa semnarea contractului. In aceste conditii s-a avut in vedere adoptarea
unei solutii de comunicatii care sa reduca la jumatate costurile de realizare, testare,
imbunatatire, retestare si caracterizare a sistemului.
Desi teoretic, solutia Zigbee este mai buna pentru BAN (Body Area Network)
si echipa noastra avea cele mai bune rezultate de laborator lucrand cu
echipamentele Zigbee (pana la aparitia efectiva a BLE in 2011) faptul ca trebuia sa
construim un dispozitiv special pe post de statie releu intre reteaua BAN si reteaua
GSM/3G ridica destul de mult costurile proiectului.
Chiar si in cazul in care se construia doar o interfata usb speciala care trebuia
conectata la un telefon mobil, ridica probleme destul importante vizand fiabilitatea
finala a intregului lant de comunicatii.Reducerea bugetului operata in timpul
desfasurarii proiectului a decis abandonarea solutiei Zigbee si orientarea spre
Bluetooth.
Evaluarea solutiei de comunicatii finale a avut ca principal obiectiv gasirea
solutiei care permitea finalizarea proiectului prin incadrarea in bugetul de cercetare
redus cu aproximativ 50% efectuata in anul 2010.
OperatorGSM HUB
Statie baza
legatura FO(fibra optica)
legatura FO(fibra optica)
lega
tura
FO
(fib
ra o
ptic
a)
legatura FO(fibra optica) FireWall
FireWall
Medicprimesteonline
date ECG
Smartphonemedic
Administrator de
retea
Server comunicatii
SPITALsectia cardiologie
medic cardiolog
BAN (Body Area Network)
Retea GSM/3G
Serverprocesare
datebiomedicale
Figura.3 Structura retea comunicatii
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
15
In figura de mai sus se observa existenta a 4 tipuri de retele care
interactioneaza in mai multe puncte de contact prin routere sau telefoane inteligente.
Filtrarea modului de acces la datele personale care circula in aceste retele se
face pe baza unor protocoale speciale si a unor programe specifice. De exemplu,
pentru securizarea SO Android care ruleaza pe telefoanele inteligente, sistemul
nostru foloseste aplicatia Bitdefender mobil, pentru evitarea aparitiei de malware sau
virusi in aplicatie.In plus, pentru filtrarea traficului se foloseste Droidwall - o aplicatie
cu functie de firewall.
nr. crt.
Tip retea Vulnerabilitati Contramasuri Obs.
1 BAN (Body AreaNetwork)
sensibila la bruiaj activ, banda foarta aglomerata.
Monitorizarea prin software a calitatii legaturii radio si semnalarea disfunctionalitatiilor
Banda de 2.4Ghz este ocupata de cuptoarele cu microunde, WIFI, Zigbee,
2 GSM /3G
Sensibilitate la bruiaj activ, banda negarantata poate intrerupecomunicatia curenta
Facilitati de switch automat in GSM-GPRS chiar daca exista semnal 3G pentru prezervarea limitei de 32kbs necesare.
In timpul testelor a fost observata posibilitatea de a pastra deschis canalul de comunicatii in GPRS.
3 WAN /internet
Cyberatacuri, Malware
Firewall si arhitectura securizata
Sol. initiala de a folosi o retea dedicata de FO intre HUB GSM si Datacenter-ulWing a fost anulata din motive financiare
4 LAN Malware, virusi Solutii antivirus, proceduri speciale de acces in lan
Concluzie:
Lantul de comunicatii dezvoltat in cadrul acestui proiect se poate
caracteriza cel mai bine ca o solutie minimalista pentru a rezolva comunicatiile
sigure la cel mai bun raport pret/performanta.Schimbarea a doua tehnologii in
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
16
trei ani, datorita progreselor tehnice aparute in acest domeniu este dovada ca
proiectul se bazeaza pe un suport tehnic de ultima generatie astfel incat
elementele novatoare vor avea o viata tehnologica suficient de lunga pentru a
se impune pe piata.
Firewall
Poate fi de tip software sau hardware.Are rolul de a preveni intruziunile
externe, atacuri de tip informatic, etc.Un firewall este un echipament destinat
controlului comunicatiilor in retea pe baza unui set de reguli.Este des utilizat pentru
protectia retelelor in cazul incercarilor de acces neautorizat, permitand in acelasi
timp trecerea traficului legitim.
Figura.4 Firewall-ul filtreaza traficul intre o retea locala si internet
Router
Routerele opereaza la nivelul 3 al modelului OSI.Acest lucru inseamna ca
sunt utilizate adrese IP ale pachetelor aflate in tranzit pentru a se decide prin ce
interfata se va face trimiterea pachetului.Decizia este luat comparand adresa
calculatorului destinaie cu nregistrrile (campurile) din tabela de rutare.
In esenta, router-ul este un dispozitiv hardware sau software care conecteaz
dou sau mai multe reele de calculatoare bazate pe "comutarea de pachete"
(packet switching).Functia indeplinita de acesta se numeste rutare.
Router-ul trebuie sa asigure:
- legatura la internet;
- comutarea de pe o fibra optica pe cealalta.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
17
Deoarece un gateway poate executa si functii de rutare si operatii
suplimentare, producatorii de echipamente pot include si functia de firewall in cadrul
produselor lor.
Server Comunicatii si Autentificare: masina destinata asigurarii transmisei
sigure a datelor.
Securitatea comunicatiilor trebuie sa fie asigurata in primul rand de criptarea
informatiei.Unul dintre modurile de utilizare este combinatia dintre TLS sau SSL si
protocolul de comunicatie utilizat: FTP / HTTP / etc.
TLS (Transport Layer Security), Secure Sockets Layer (SSL) si Transport
Layer Security (TLS), succesorul sau, sunt protocoale criptografice care permit
comunicatii sigure pe Internet.Intre SSL 3.0 si TLS 1.0 exista anumite diferente, dar
protocolul ramane aproximativ acelasi. Pentru a cripta datele TLS / SSL utilizeaza un
sistem criptografic cu doua chei: una publica, cunoscuta de oricine, si una privata,
secreta, cunoscuta numai de destinatarul mesajului.
TLS / SSL asigura autentificarea endpoint-urilor si confidentialitatea
comunicatiei prin Internet folosind criptografia.In utilizarile uzuale, numai serverul
este autentificat (identitatea sa este certificata), n timp ce clientul ramane
neautentificat; autentificarea mutuala presupune existenta unui mecanism de
distributie a cheilor publice (PKI) catre clienti.
TLS / SSL implica mai multe faze intermediare:
- Verificarea mutuala de suportare a protocolului;
- Schimbarea cheilor prin intermediul criptarii prin metoda cu chei
publice si autenficare pe baza de certificate;
- Trasmiterea de trafic criptat prin sistemul cheilor simetrice.
In timpul primei faze a protocolului serverul si clientul negociaza asupra
algoritmului de criptare care va fi folosit. Implementarile curente permit urmatoarele
posibilitati:
- criptografia bazata pe chei publice: RSA, Diffie-Hellman, DSA sau
Fortezza;
- pentru codari simetrice: RC2, RC4, IDEA, DES, Triple DES sau AES;
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
18
- pentru functii de hash unidirectional: MD5 sau SHA.
Switch management 1Gb FO
Caracteristica minimala:
- 1Gb pe port;
- Versatilitate in programare: management layer 3;
- Imunitate la influente electromagnetice: transmisie pe fibra optica.
O retea locala virtuala (VLAN - Virtual Local Area Network) reprezinta
gruparea logica a componentelor unei retele locale, fara a tine cont de gruparea lor
fizica. Segmentarea fizica a unui LAN cu echipamente de comunicatie de tip hub,
switch sau bridge face posibila segmentarea domeniului de coliziune initial in mai
multe domenii de coliziune, dar pastreaza un singur domeniu de broadcast, ceea ce
permite un control mai eficient al congestiilor din retea dar nu reduce incarcarea
retelei prin transmisia mesajelor de broadcast.
Routerul este singurul echipament care delimiteaza un domeniu de broadcast,
indeplinind functia de firewall.
In multe cazuri este utila gruparea calculatoarelor-gazda in domenii de
broadcast separate, pe diferite criterii independent de conexiunile fizice existente in
retea si de amplasarea lor in spatiul unei cladiri.
Definirea VLAN-urilor se poate face in functie de diversi factori:
numere de identificare (ID - identifier) a porturilor;
adrese MAC;
protocoale de retea;
porturi de aplicatie.
Fiecare VLAN reprezinta un domeniu de broadcast independent, ceea ce
permite reducerea incarcarii retelei prin difuzarea mesajelor catre toti utilizatorii.
Se poate defini cate un VLAN pe fiecare port al switch-ului. Mai multe porturi
din switch pot sa apartina aceluiasi VLAN. La nivelul switch-ului, transmisiile prin
broadcast se fac numai pe porturile asociate aceluiasi VLAN.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
19
Subsistemul Prelucrare Evenimente primeste date de la Subsistemul de
Transmisie (ST), ce vor fi utilizate de Serverul Prelucrare si Analiza.Datele
pacientilor sunt necesare in detectia artefactelor (prin comparatia semnalelor
specifice pacientului), iar datele GPS sunt disponibile pentru cazurile in care se
doreste recuperarea pacientului.
Figura. 5 Functii servere
In componenta Subsistemului de Prelucrare Evenimente:
Server stocare - dupa cum spune numele, acest server va cuprinde toate
informatiile transmise de Subsistemele de Telecomunicatii.
Necesar:
- spatiu mare de stocare;
- timp de acces mic la datele stocate;
- acces compatibil cu multiple sisteme de operare;
- acces securizat la informatii;
- organizare flexibila a datelor.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
20
Server Anamneza Pacienti si Patternuri Deplasari - va contine istoricul medical al
fiecarui pacient, istoricul de deplasari (coordonate GPS) si modele de deplasari
privind traseele acestora.
Cerinte:
- securitatea datelor (fiind vorba despre informatii personale medicale);
- acces facil la date;
- un sistem de stocare flexibil, compatibil cu multiple OS-uri.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
21
A1.2 Elaborare solutie de localizare GPS/GSM finalizare (P3 IPA)
Solutia de localizare finala va integra tehnologia de localizare livrata de
versiunea 2.3.3 a Android perfectionata prin aplicarea unei solutii tehnice propietare
de expediere in regim de pachete de date de pozitie pentru a fi recalculate pe
serverul de comunicatii. Acesta solutie, obtinuta dupa mai multe iteratii a diverselor
tehnologii de localizare duala, disponibile in cadrul consortiului, este cea mai solida
desi nu este foarte precisa.
Faptul ca acesta solutie de localizare este integrata in SO al smartphone-ului
asigura intrisec functionarea sigura a sistemului si permite cresterea disponibilitatii
sistemului prin reducerea numarului de procese care ruleaza sub SO, inlaturand
redundanta unor procese.
Pentru a compensa problemele de precizie ale acestei solutii, sistemul va
trimite periodic (10s-30s) rapoarte de pozitie complete ce vor include toate datele
necesare recalcularii pozitiei de catre serverul de comunicatii. Pozitia post calculata
a pacientului este comparata cu pozitia raportata de sistemul mobil si, in functie de
diferentele determinate, este aplicat un script cu raspunsuri gradate, de la calcularea
unor corectii minore, pana la ridicarea unui steag de atentionare pentru probleme
majore asupra integritatii SO din terminalul mobil.
In cazul unor abateri majore dintre pozitiile calculate de sistemul mobil si
serverul de comunicatii, inainte de declansarea unei alarme de sistem, se va utiliza o
analiza a log-urilor de deplasare cautand corelatii intre pozitiile anterioare, stabilite
prin GPS, si pozitiile calculate pe baza statiilor GSM. Aceasta strategie va permite
reducerea majora a rapoartelor de pozitie eronate, care pentru Google sunt
neimportante, dar foarte importante pentru aplicatia noastra.
T1 T2
T3
Figura.6 Principiu pozitionare
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
22
Schema pe baza careia SO Android calculeaza pozitia geografica, se
bazeaza pe masurarea timpul de propagare de la statiile de baza pe care terminalul
le receptioneaza si astfel se determina distanta pana la respectivele statii.Pentru
aceasta solutie sunt necesare cel putin 3 statii de baza.
In orase, precizia este mult imbunatatita faptului ca pot fi receptionate mult
mai multe statii.ln zonele rurale, precizia este mult mai scazuta pentru ca de obicei
sunt receptionate doar una sau doua statii de baza.In ultima situatia se poata
determina doar un perimetru in jurul antenei statiei de baza.
Precizia obtinuta astfel este suficienta pentru marea majoritate a aplicatiilor de
tip LBS (location based service). In cazul in care se doreste o precizie crescuta, se
va folosi GPS-ul integrat in terminalul mobil de tip smartphone.Pentru scaderea
timpului de sincronizare in versiunile "high end" se folosesc tabele speciale cu
configuratia satelitilor GPS la data si ora respective.
Aceste tabele sunt actualizate prin internet permanent de catre producator si
se reduce astfel timpul de sincronizare la sub 15 secunde (in mod normal acest timp
poate fi de 1minut sau mai mult).In plus, prin folosirea localizarii primare, furnizata de
reteaua GSM, se obtine scurtarea timpului de determinare a pozitiei geografice de
nivel comercial (7m).
Pentru aplicatii profesionale,aceasta precizie poate creste pana la nivel de
cm.In plus combinarea datelor de la GPS cu sistemul rusesc GLONASS permite
scaderea suplimentarea a timpului de asteptare pentru calcularea pozitiei cu nivel
comercial de precizie.
Din pacate folosirea extensiva a functionalitatiilor GPS duce la cresterea
exagerata a consumului si reducerea timpului de functionare cu pana la 63% (valori
masurate pentru HTC Android si HTC Touch Pro).
In cazul telefonului Motorola RAZR, care foloseste un nou tip de GPS,
consumul total scade cu pana la 50% prin folosirea unei microantene optimizate
pentru telefoane mobile si mai ales prin utilizarea unei ferestre temporale care
permite functionarea antenei active (care este marele consumator energetic) in
segmente alternative de timp.
Progresul in domeniul antenelor active, care beneficiaza astazi de noi
materiale semiconductoare speciale pentru receptoarele GPS, permite scaderea
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
23
costurilor unor sisteme de asistenta medicala la distant, acest lucru fiind dovada de
netagaduit a interdependetelor din societatea contemporana.
Concluzie:
Pentru localizarea pacientului se vor folosi in principal informatiile de
pozitie din API Android, fara GPS si doar in cazul unui eveniment se va
declansa un proces care va activa antena GPS si va initia procesarea de
precizie a informatiilor de pozitie, care vor fi coroborate cu datele
postcalculate de serverul distant.Doar noile smartphone care vor fi dotate cu
noul tip de receptor GPS pot folosi fara restrictii localizarea AGPS.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
24
A1.3 Elaborare solutie comunicatii cu fibra optica finalizare (P4 INOE)
Fibra optica reprezinta suportul fizic ales pentru realizarea legaturilor de
comunicatie, atat intre providerul de servicii internet si Subsistemul de prelucrare la
distanta, cat si intre echipamentele ce formeaza SPD.
Alegerea F.O este normala tinand cont de avantajele utilizarii acesteia:
- Distante de comunicatie foarte mari (de ordinul zecilor de km);
- Latimea de banda, ce poate ajunge la 100 Gbps;
- Flexibilitate;
- Imunitate la interferente electromagnetice;
- Costuri reduse;
- Compatibilitate echipamente.
Pentru realizarea redundantei in comunicatia dintre ISP si SPD se vor utiliza
doua fibre optice, al caror traseu metropolitan este diferit. Astfel in cazul aparitiei
defectiunilor pe un traseu, legatura va putea fi comutata pe fibra de pe cel de-al
doilea traseu.
Un plus pentru utilizarea F.O in anumite zone metropolitane este dat de
ingroparea acestora (proiectul NetCity national), acest lucru asigurand un nivel de
siguranta mai ridicat decat in cazul intinderii acestora aerian.
Figura.7 Trasee diferite fizic pentru fibra optica
In cazul utilizarii in interiorul SPD, pentru interconectarea echipamentelor
interne ale acestuia, se prefera fibra optica in detrimentul cablurilor de metal
deoarece:
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
25
- fibra optic economisete spaiu n conductele de cablu deoarece o
singur fibr poate transporta mai multe date dect un singur cablu
electric;
- fibra optica nu conduce electricitate, nefiind afectata de descarcari
electrice, putand fi folosita in medii in care sunt prezente gaze inflamabile;
- interceptarea comunicatiilor este mult mai dificila.
Concluzie:
Folosirea Fibrei Optice (FO) permite scaderea costurilor de utilizare si
mai ales asigura securitatea legaturilor dintre HUB-ul GSM si DataCenter prin
folosirea unui link FO de fibra neagra.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
26
A1.4 Elaborare solutie comunicatii date cu un consum redus de energie
finalizare (P5 IOEL)
In cadrul acestui proiect, un element constant in proiectarea modulului purtabil
a fost grija de a asigura disponibilitatea energetica a sistemului. Faptul ca a existat
din proiectare o limita la 450mW/h, din cauza dimensiunilor impuse initial
acumulatorului, a reprezentat un obstacol abordat din mai multe directii.Dupa multe
eforturi a fost gasit un acumulator LiPo de generatie noua cu o capacitate de
650mW/h care permitea atingerea nivelului minim de disponibilitate si care se
incadra in limitele dimensionale. O alta solutie, mult mai eficienta era reducerea
consumurilor sistemelor active din modulul portabil.
Configuratia sistemelor posibil de utilizat in BAN este urmatoarea:
nr. crt.
Standard capacitatea raza de lucru
topologie consum memorie necesara
Banda lucru (Mhz)
1 Bluetooth 2.1 0.1-3Mb 10m star 40mA 50-90kb 2400
2 Bluetouth Low
Energy 4
1Mb 10m star 20mA 40kb 2400
3 ZigBee 20-
250kbps
100m mesh/star 20mA 100kb 2400;
868
Din acest tabel rezulta clar ca Bluetooth Low Energy este castigator, dar fiind
un produs foarte nou, primele kit-uri de dezvoltare au aparut in august 2011 iar
primele telefoane care suporta Bluetooth ver. 4.0 au aparut in aceasta toamna.
Pentru nevoile noastre a fost nevoie de un telefon mobil care foloseste SO Android,
in Romania in noiembrie 2011, doar noul Motorola RAZR si IPhone 4S dispun de
aceasta facilitate, deci a trebuit sa facem testele cu Motorola RAZR.
Pentru a folosi acest nou terminal mobil a trebuit sa folosim si noua versiune a
pachetului de dezvoltare pentru Android - Motodev Studio ce include toate update-
urile pentru lucrul cu Bluetooth 4.0 (BLE/ULP/Wibree).
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
27
Datorita timpului foarte scurt avut la dispozitie si a problemelor de
compatibilitate software aparute la folosirea noii tehnologii am testat doar 4zile
obtinand rezultatele din tabelul de mai jos.
Figura.8 Analiza disponibilitate sistem
Folosirea noului telefon de la Motorola face posibila ca sistemul Bluetooth ver.
4.0 instalat in luna oct. 2011 pe modulul purtabil sa lucreze in parametri nominali si
majoritatea problemelor privind resursele energetice ale sistemului portabil se
simplifica dupa cum se vede din tabel. Imbunatatirea este absolut fenomenala,
practic autonomia sistemului s-a dublat desi conform calculelor ar fi trebuit sa
creasca doar cu 48%. Din analiza datelor colectate in scurtul timp avut la dispozitie a
rezultat ca rescrierea intregului protocol de comunicatii a permis reducerea drastica
a energiei necesare functionarii (in mod nativ BLE 4.0) nu numai pe partea de radio
(asa cum se calculase) ci si asupra numarului de cicluri de procesor necesare
generari pachetetelor de date radio. Reducerea numarului de cicluri procesor a
permis scaderea la 54% a resurselor energetice necesare functionarii modulului
purtabil.
Astfel unul din obiectivele principale al proiectului, un sistem purtabil cu o
independenta energetica care sa acopere o zi de activitate normala a fost rezolvat.
Caracteristicele tehnice ale Bluetooth 4.0 (ULP- Ultra Low Power) folosit in
noua configuratie sunt urmatoarele:
39 canale cu 2Mhz latime;
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
28
Emisie in foarte scurte "burst-uri";
raza de actiune 10m la 0dbi;
Modulatie-FSK Gaussian cu BT=0.5;
Facilitate de sleep mode pentru economisire energie;
foloseste canale fixe pentru imperechere si detective dizpozitive noi;
protocol optimizat for comunicatii de banda ingusta;
numar redus de cicluri procesor si necesar de RAM mult scazut.
De specificat ca aceste date permit reconsiderarea solutiilor de comunicatii de
putere redusa pentru aplicatii medicale-majoritatea aplicatiilor medicale de
telemedicina pot folosi acesta tehnologie.Oricum experienta echipei noastre in acest
domeniu trebuie aprofundata pentru ca optimizarea softului dezvoltat de noi a fost
foarte sumara pentru lucrul cu Bluetooth ver.4.0
In aceste conditii celelalte tehnologii vor ramane incet, incet in afara zonei
medicale.Bluetooth ver.2.1 va pastra o pozitie dominanta datorita numarului urias de
echipamente care suporta standardul la ora acesta, insa din 2012 majoritatea
telefoanelor inteligente vor suporta BLE.
Noile module Bluetooth 4.0 sunt comparabile dimensional cu vechile module,
avand insa un alt mod de conectare, acest lucru asigurand un grad mai mare
integrare (vezi figura.9).
Figura.9 Module Bluetooth 4.0
Dotarea laboratorului de comunicatii de putere redusa cu kit-urile Zigbee a
ramas o referinta foarte utila in evaluarea lanturilor de comunicatii wireless ce includ
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
29
banda ISM mai ales cand, din diverse motive (mai ales suprapunerea diverselor
surse de semnal parazite in banda 2.4Ghz), apar probleme.
Concluzii:
Solutia noastra pentru comunicatiile dintre modulul purtabil este
Bluetooth 4.0 care asigura consum extrem de redus si permite functionarea
sistemului un timp considerabil mai lung datorita scaderii consumului si in
partea de terminal.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
30
A1.5 Elaborare solutie achizitie date multicanal finalizare (P6 ELCOS)
Achizitia de date multi canal in cazul dispozitivelor purtabile este un subiect
delicat datorita limitariilor extreme de consum de putere si a restrictiilor dimensionale
implicate de notiunea de purtabilitate.Restrictiile de proiectare au modelat solutiile
noastre astfel incat la finalizarea proiectului s-a ajuns la urmatoarea arhitectura:
Figura.10 Schema interfata senzori
Pentru ca numarul de canale de masura este limitat dar mai ales din motive
de utilizare eficienta a resurselor energetice (folosirea a mai multor convertoare AD
creste semnificativ consumul sistemului am preferat sa utilizam multiplexarea pentru
semnalele care necesitau conversia pe 16bits. Pentru semnalele interne (tensiune
baterie si temperatura exterioara) modulului portabil am folosit convertoarele
analogic digitale pe 12bits, acest lucru permitand gestiunea informatiilor critice in
timp util si cu minim de resurse.
Pentru a putea compensa eventuale erori de pozitionare a senzorilor se vor
folosi doua solutii:
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
31
1. Referinta circulara - consta in efectuarea masuratorilor intre cei trei senzori
prin folosirea ca referinta a celorlalti doi senzori, in loc ca unul din senzori sa fie
considerat referinta.
2. Procedura de evaluare automata a coerentei masuratorilor - consta in
efectuarea de masuratori si compararea acestora cu mostre din memoria sistemului.
In cazul in care semnalele sunt iesite din plaja de valori se solicita repozitionarea
senzorilor.
Figura.11 Referinta circulara senzori
Senzorii ECG de tip e-textil au probleme inerente cu conexiunile, in conditiile
cand acestea trebuie sa asigure stabilitatea pe intreg lantul de masurare, de aceea
am testat multe solutii plecand de la conectoare de tip BNC pana la conectoare
SNB. Solutia finala pentru conector este o capsa metalica si care a fost tratata
chimic special pentru evitarea coroziunilor inerente care apar dupa spalarea centurii
sau de la transpiratie.
Obtinem astfel un contact sigur pentru o perioada mare de timp (una din
centurile de test a fost spalata in masina de spalat de 14 ori si inca este in plaja
normala de valori (important sa fie uscata rapid).
Figura.12 Centura test
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
32
Pentru a asigura contactul ferm pe o suprafata mare a materialului special, in
spatele acestuia este montata o umplutura de burete electroconductor
(1,6Ohmi/cm3). De mentionat ca banda elastica suport este un izolator si a fost
aleasa sa isi pastreze aceasta capacitate chiar si in cazul transpiratiei abundente
fiind puternic hidrofoba.
Determinarea suprafetei de contact (a cantitatii de material e-textil) pentru
fiecare senzor a reprezentat un element crucial, pentru ca nu exista referinte in
literatura stiintifica vizand acest aspect, in aceste conditii au fost efectuate teste de
dimensionare a suprafetei care a fost micsorata treptat pana cand suprafata ramasa
a inceput sa afecteze masuratorile in timpul miscarilor.
Penultima suprafata a fost considerata corecta si astfel, a fost dimensionat
fiecare electrod in parte.
In timpul testelor de dimensionare am constatat ca datorita diferentelor
anatomice trebuiesc efectuate dimensionari specifice fiecarui sex. Pentru o parte din
persoane este absolut necesar sa fie executate ajustari ale distantei intre senzorii.
Datorita limitarilor structurale ale sistemului bazat pe MSP430 este necesar
sa refolosim canalele de masurare pentru mai multe biosemnale.
Figura.13 Schema sistem purtabil si sisteme secundare
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
33
In figura de mai sus este aratata schema de baza a sistemului purtabil
impreuna cu sistemele secundare.Fata de varianta din figura 13, in versiunea finala
au aparut mici modificari la partea de interconectare dintre placa de baza si placa
secundara a modulului Bluetooth 4.0.De remarcat ca pentru fiecare varianta
constructiva a trebuit refacut PCB pentru ca exista diferente majore intre sistemele
de interconectare intre cele trei sisteme de comunicatii radio utilizate in decursul
dezvoltarii acestui proiect. Acest lucru a determinat si modul cum sunt utilizate
canalele de masurare si cum este folosita facilitatea MSP430 de a controla castigul
in canalul de masurare prin intermediul amplificatoarelor de programabile incluse in
chip.
Sistemul integrat al MSP430 de multiplexare multicanal utilizat in PCB ver.4.2
(ultima versiune realizata in cadrul acestui proiect) utilizeaza 4 canale diferentiale
care sunt conectate la senzorii externi.Datorita faptului ca raportul semnal zgomot
este foarte redus in cazul biosenzorilor, reproiectarea PCB din jurul MSP430 este
critica pentru prezervarea unor masuratori multi canal.Aceasta versiune este
prezentata in imaginea de mai jos.
Figura.14 Sistem MSP430
Concluzie:
Utilizarea unor sisteme de masura purtabile pe baza MSP430 este
posibila doar in conditiile in care proiectarea PCB-ului cuprinde tehnici
speciale de evitare a contaminarii cu zgomot a semnalelor utile datorita
raportului semnal zomot scazut specific.Pentru achizitia de date multe canal,
solutia noastra a fost folosirea unor trasee "izolatoare" de masa interpuse fata
de cele de semnal slab.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
34
A2. Elaborare solutii de functionare a sistemului cu relee personale
GSM/GPRS
A2.1. Elaborare solutie generala a sistemului
Solutia generala de comunicatii vizeaza armonizarea interactiiunilor dintre
elementele constructive ale proiectului precum si intre diversele aspecte tehnice ale
lucrului cu echipe de specialisti cu prioritati diferite si culturi organizationale foarte
diverse. Daca pentru specialistii medicali importanta unei rezolutii cat mai mari era
evidenta, mai ales ca deja detineau aparate fixe cu rezolutii mari(16bits) si chiar mai
bune (ADC22bits), pentru specialistii care se luptau cu fiecare mA consumat, era
evident o cerinta aberanta in conditiile in care echipamentul trebuia sa se incadreze
in restrictii dimensionale si de greutate foarte stricte.
Acest sistem purtabil este clar un produs limitat de lipsa unei industrii de profil
care sa ofere suport tehnologic - a fost nevoie sa apelam la o colaborare cu o firma
din Bulgaria pentru a realiza un circuit imprimat si mai ales plantarea componentelor
SMD miniaturizate.Incercarile de plantare manuala in laboratorul nostru au generat
mai multe rezultate inestetice si mai ales nefiabile.
Daca obiectivele generale au ramas, solutiile prin care au fost atinse s-au
modificat de mai multe ori, de fiecare date obtinandu-se rezultate mai bune sau un
produs mai ieftin.
Figura. 15 Structura initiala sistem monitorizare pacient
Schema de mai sus reprezinta ideea de plecare din 2008 a proiectului si in
principiu, modelul experimental corespunde acestei idei (vezi figura 3 - structura
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
35
retelei de comunicatii de la A 1.1.4). Saltul tehnologic si constrangerile financiare au
generat solutii mai ieftine care permit cresterea evidenta a nivelului de
acceptabilitate a produsului de catre societate, acestea nefiind intodeauna si cele
mai bune solutii din punct de vedere tehnic.
De precizat ca dezvoltarea unei solutii de localizare duala (GPS/GPRS) de
catre Google-Android foarte apropiata de cea descrisa anterior (2008), de catre
echipa noastra la depunerea proiectului, este dovada ca avem un proiect in trendul
tehnologic chiar daca suportul financiar nu este comparabil.
Concluzie:
E-RISC - reprezinta un raspuns tehnologic la o problema umanitara si
economica - cum facem sa scadem costurile de spitalizare a bolnavilor cu risc
cardiac si cum reducem stresul si incomfortul acestora. Transferul in
ambulator reduce costurile si stresul, creste nivelul supravegherii medicale cu
mult peste limitele normale ( calculatoarele nu "obosesc" si nu serbeaza zile
onomastice) si asigura accesul la un diagnostician foarte specializat oriunde
se afla in realitate respectivul pacient.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
36
A2.2. Elaborare solutie GSM GPRS (P3 IPA si P6 ELCOS)
Problemele de securizare si asigurare a legaturilor de date medicale prin
intermediul retelelor de telecomunicatii mobile GSM implica mai multe aspecte:
disponibilitate;
securitate;
integritate.
Disponibilitatea este definita ca procentul din populatia tarii pentru care este
disponibil din punct de vedere fizic un anumit nivel de serviciu de telecomuncatii. La
data redactarii acestui material, aceasta era in medie de peste 90%. Disponibilitatea
este importanta pentru ca doar in zonele respective se poate deplasa pacientul care
foloseste E-RISC.
Securitatea datelor medicale este impuse de normele medicale EHR care
sunt definite la nivel european. Dupa mai multe iteratii de folosire a unei legaturi
criptate s-a stabilit ca modelul experimental va folosii doar o legatura "autentificata",
pentru ca operatorii de telefonie mobila nu pot asigura canale garantate decat in
marile aglomerari urbane. Cum majoritatea utilizatorilor E-RISC vor activa in afara
zonelor urbane am preferat sa raman la nivelul general acceptat de EHR (Electronic
Health Records).
Integritatea datelor care sunt schimbate prin intermediul retelei GSM este
puternic influentata de configuratia retelelor si de faptul ca trecerea de la o celula
GSM cu acoperire 3G la o celula vecina care dispune doar de acoperire GPRS
cauzeaza aparitia problemelor la integritatea unor pachete. Daca la voce acest lucru
se observa prin scurte deformari ale vocii, la nivelul datelor ECG acest lucru face
imposibila utilizarea acestora, aparand o "fereastra" in continuitatea inregistrarilor.
Concluzie:
Folosirea unei solutii mixte 3G/GPRS permite folosirea mai comoda a
sistemului mai ales in cladiri, unde semnalul 3G are propagare mai buna dar
trecerile de la o celula GSM cu 3G la o celula care dispune doar de GPRS
genereaza pierderi de pachete de date care nu sunt deocamdata recuperabile.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
37
Testele finale au fost facute in reteaua Cosmote care declara urmatoarea
configuratie a acoperirii:
Figura 16 Acoperire retea Cosmote
Dupa cum se vede serviciul 3G este disponibil aproape exclusiv in orase,
acest lucru reducand in mod semnificativ posibilitatea produsului nostru sa
foloseasca acesta tehnologie.
Concluzie:
Pentru a asigura disponibilitatea dorita la inceputul proiectului trebuie
sa folosim doar GPRS. 3G este o tehnologie care se adreseaza momentan doar
zonei urbane.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
38
A2.3. Elaborare solutie interconectare comunicatii (P4- INOE)
Interconectarea sistemelor a fost un element destul de greu de implementat
fara "bug-uri" in conditiile cand am schimbat de mai multe ori specificatiile sistemului
de comunicatii interne.Elementul principal in jurul caruia s-a construit sistemul de
comunicatii este urmatoarea structura a pachetului de date:
Figura.17 Structura pachet de date
Aceasta structura a ramas nealterata de schimbarile efectuate in decursul
ultimilor 2 ani si a permis interconectarea diverselor solutii intr-un mod transparent
pentru pachetele software aflate la DataCenter.Renuntarea la versiunea Zigbee a
eliminat aproape toate problemele de intercomunicare intre sisteme.Actuala solutie
integreaza BT4.0 cu suportul GPRS/3G. Solutia finala pentru modelul experimental
include doar doua punti suport :
interconectarea modulului BT4.0 cu placa de baza a echipamentului purtabil
(SP);
interconectarea senzoriilor cu placa de baza (SP).
In plus, interconectarea senzorului de deformare toracica (detecteaza
respiratia si masoara amplitudinea efortului respirator) in final se face tot prin
bluetooth pentru ca interconctarea fizica poate genera probleme insurmontabile (cu
actualul buget) la nivel practic.
Concluzii:
Interconectarea diverselor tehnologii de comunicatii s-a facut prin
prezervarea unui format de date stabilit in prima etapa si care a permis
gestiunea datelor impachetate in acest format in orice conditii.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
39
A2.4. Elaborare solutie pentru modelul de comunicatii (P5 - INOE)
Modelul general de comunicatii este produsul a mai multor teste, efectuate pe
module functionale, efectuate cu mult inainte de executia modelului experimental,
pentru interactiunile dintre diversele componente genereaza puternice elemente
perturbatoare in functionarea corecta a sistemului. Se poate spune ca acest proiect
a generat mult mai multe probleme si solutii in zona comunicatiilor decat in zona
biosenzorilor si a postprocesarii medicale a datelor.
Solutiile finale pentru modelul experimental sunt urmatoarele:
1. Bluetooth ULP (Ultra Low Power)
2. GPRS -EDGE ( 3G este doar optional )
3. FO TCP-IP
Figura 18 Structura platformelor de comunicatii in proiectul E-RISC
Din figura 18 se poate observa ca acest model implica folosirea protocolului
TCP-IP deasupra tuturor sistemelor de comunicatii implicate in desfasurarea
proiectului. De mentionat ca solutia noastra nu functioneza pe Blackberry tocmai
datorita acestui model - RIM foloseste un sistem de accelerare a datelor care
deformeaza mult prea mult protocolul TCP-IP pentru a putea functiona in cazul
nostru.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
40
Alte doua platforme care lucreaza cu sisteme de accelerare a browsingului
(Iphone si Samsung BADA) nu pot folosi deocamdata acest produs.
Eventuala dezvoltare pentru Iphone a unei aplicatii echivalente presupune
modificarea acestui model care necesita ACK pentru fiecare pachet de date.
Sistemele de accelerare pentru aplicatii mobile comprima datele inainte de a le
trimite si in plus trimit pachetele de date fara a respecta cerinta expresa a TCP-IP
(verifica integritatea unui pachet de date si apoi sa trimita altul). Prin renuntarea la
acesta strategie se reduce traficul din retea - ACK se trimite pentru mai multe
pachete odata.
Concluzie:
Modelul de telecomunicatii se bazeaza pe protocolul TCP-IP standard,
care este suficient de cunoscut pentru a trebui sa fie explicat. Pentru orice alte
tipuri de SO decat Android, este necesar sa se dezvolte aplicatii specifice
odata cu produsul final.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
41
A3. Proiectare model experimental A3.1 Proiect general sistem; Proiectare sisteme senzori;Proiectare software comunicatii (CO-WING)
A3.1.1 Proiect general sistem
Proiectare legaturi
Informatia de la Subsistemul Purtabil la Subsistemul de Telecomunicatii este
transmisa prin intermediul semnalului GPRS / 3G la Baza GSM (serverele
operatorului GSM).
Legatura dintre operatorul GSM si serverele E-RISC (Subsistemul de
Prelucrare la Distanta prezent in DataCenter) este realizata prin intermediul fibrei
optice. Comunicatia intre elementele Subsistemului de Prelucrare la Distanta (server
stocare, server evenimente, switch management) este asigurata de asemenea prin
intermediul fibrei optice.
Subsistemul de Prelucrare la Distanta este compus din mai multe
componente si anume:
- Server comunicatii si autentificare;
- Subsistem prelucrare evenimente;
- Factor decisional;
- Switch management (utilizat pentru conectarea celor de mai sus);
- Echipamente de gestiune si securitate a comunicatilor: firewall, router.
Toate echipamentele vor fi sustinute de UPS-uri, cu posibilitatea de a trece
alimentarea pe generator, atunci cand alimentarea cu energie electrica este
intrerupta pentru durate mai mari de timp.
Pentru toate echipamentele este necesara o camera speciala, dotata cu
instalatie de aer conditionat, izolatie termica, accesul fiind permis doar personalului
autorizat.
Software general
Serverul decizional este alcatuit dintr-o interfata grafica, ce reuneste in
structura sa un modul de achizitie a datelor din baza de date MySql, un modul de
prelucrare in timp real a datelor si de semnalizare a problemelor aparute, precum si
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
42
un modul de prelucrari ulterioare a biosemnalelor obtinute (prelucrari offline). Pentru
realizarea acestui server decizional am utilizat mediul de dezvoltare Matlab,
versiunea 2011b.
Figura.19 Structura server decizional
Mediul de programare Matlab prezinta avantajul unei flexibilitati mari in
utilizare, datorita posibilitatii de conectare a mai multor functii si aplicatii intr-o
entitate unica.Platforma de monitorizare tehnica conceputa se bazeaza pe acest
principiu. Structura globala a softului, organizata sub forma unui panou central ce
apeleaza functii specializate pentru fiecare operatie in parte, permite adaptarea cu
usurinta a programului, modificarea parametrilor de functionare si imbunatatirea
acestuia prin adaugarea de functii suplimentare.
Platforma de monitorizare tehnica a fost dezvoltata pentru a centraliza datele
provenite din toate subsistemele componente ale structurii E-RISC.Aceasta prezinta
o fereastra principala, denumita consola de monitorizare tehnica, in cadrul careia
sunt monitorizate atat datele corespunzatoare pacientilor cat si datele principale de
functionare ale subsistemelor componente: Server prelucrare si analiza si Server
stocare.Interfata comunica in timp real cu serverele si ofera personalului tehnic
detalii despre parametrii cei mai importanti ai serverelor, precum utilizare CPU,
latime de banda si erori sau atentionari existente.Consola de monitorizare tehnica
prezinta de asemenea o lista cu pacientii ce sunt monitorizati si afiseaza starea de
sanatate curenta a acestora: pacient ok sau alerta pacient. Conexiunea cu serverele
se face prin intermediul unei baze de date cu mai multe tabele. Vom avea un tabel
pentru datele corespunzatoare fiecarui pacient, ce va fi populat cu date primite de la
subsistemul purtabil si inca un tabel cu datele oferite de servere. Vom inregistra la
un interval de timp predefinit datele corespunzatoare serverelor intr-un tabel din
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
43
baza de date. Aplicatia software va citi in permanenta datele din baza de date, atat
cele corespunzatoare pacientilor de monitorizat (mai des - la un interval de o
secunda) cat si cele corespunzatoare serverelor (mai rar la un interval de 1 minut).
Am ales aceasta solutie constructiva deoarece este o solutie simpla si permite
totodata salvarea unui istoric al functionarii serverelor.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
44
A3.1.2 Proiectare sisteme senzori
Sistemul de senzorii folosit in cadrul acestei versiuni finale ale modelului
functional-versiunea imbunatatita include urmatoarele elemente:
senzori ECG;
senzori miscare - accelerometre 3 axe;
senzor deformare cutie toracica;
senzor temperatura corp subiect.
Senzorii ECG sunt exteriori "Cutiei" si sunt cei mai supusi la zgomotul
exterior.In timpul testelor extinse nivelul de zgomot generat de mediu a fost un
element important mai ales ca acesta este de tip aditiv fiind exprimat astfel:
unde: (s) semnalul real, (n) semnalul parazit(zgomotul); (f) semnalul rezultat.
Acest zgomot este in general produs de dispozitive electrocasnice sau de
surse puternice radio ( in timpul testelor au fost masurate perturbatii puternice care
pe periade de aprox. 30sec. saturau amplificatoarele sistemului, prin apropierea de
un radar militar aflat pe soseaua Bucuresti -Giurgiu).Folosirea unor componente de
calitate si o proiectare atenta a permis realizarea unui model experimental care a
dovedit ca poate functiona in conditii normale de exploatare.
Rejectia digitala a zgomotului electric din mediu impreuna cu folosirea unor
proceduri speciale de proiectare prin care sistemul este protejat de perturbatiile EM
din mediu asigura functionarea sigura a sistemului chiar si in conditii de mediu
advers.
Concluzie:
Sistemele de senzori sunt proiectate sa functioneze in conditii
"normale" de lucru. Sunt necesare precautii speciale in zonele cu surse de
zgomot electric puternic. De asemenea echipamentul este sensibil la
dispozitive de tratament cu vibromasaj sau stimulare electrica a muschilor.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
45
A3.1.3 Proiectare software comunicatii (CO-WING)
Software-ul folosit pentru comunicatiile din cadrul proiectului este structurat in
3 tipuri de legaturi:
Body AreaNetwork - Aplicatia ERISC ver.05 - dezvoltata sub Motodev Studio
(este un pachet personalizat de Motorola pe baza Eclipse) si Android SDK.Acesta
aplicatie asigura receptia, procesarea si trimiterea catre serverul de comunicatii aflat
la datacenter-ul din sediul Wing Computer Group srl. Pentru validarea comunicatiilor
la nivelul serverului de comunicatii de asemenea ruleaza un serviciu de certificare si
unul de autentificare cele doua aplicatii fiind scrise in C pentru ca serverele ruleaza
CERTOS - o versiune de Linux dezvoltata pe platforma RED HAT.
Cel mai important aspect al evolutiei aplicatiilor software care trateaza
comunicatiile, a fost trecerea intempestiva de la Eclipse, pe baza careia a fost
dezvoltata aplicatia ANDROID pentru HTC Desire, la o platforma derivata din
Eclipse dar care are si elemente de noutate special concepute pentru UI Motoblur si
pentru Bluetooth ULP vezi imaginea de mai jos.
Figura. 20 Dezvoltare aplicatie software
Aceasta evolutie a cauzat destule probleme mai ales datorita diferentelor
dintre modul cum sunt tratate optimizarile la nivelul procesoarelor noi.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
46
Comunicatii 3G/GPRS - aplicatia Android gestioneaza si initierea
comunicatiilor cu serverul de comunicatii, asigura securitatea legaturii printr-un
protocol ce urmeaza sa fie dezvoltat ulterior.Modificarile la obiectivele definite la
startul proiectului au aparut dupa reducerea alocarilor bugetare.
Comunicatii incepand de la statia de baza GSM pana la Data Center care
asigura colocarea serverului de comunicatii precum si a serverului de analiza
medicala. Aplicatia de baza este insa in mod sigur software-ul dezvoltat pe platforma
Android care gestioneaza fluxul de date dintre SP (statia purtabila) si telefonul mobil.
Acesta aplicatie este scrisa in Java a necesitat foarte multe corectii in decursul
dezvoltarii proiectului, deoarece au fost modificate platformele suport de comunicatii,
de la Zigbee la Bluetooth si apoi la Bluetouth ULP (Ultra Low Power). Spre exemplu,
mai jos prezentam un extras din sursa programului E-RISC sub Motodev Studio:
@Override publicvoidonCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.main); /*trimitecerere la undispbt */ IntentFilter filter = newIntentFilter("android.bluetooth.device.action.PAIRING_REQUEST"); /*inregistreazaunnou device BT dupaimperechere*/ this.getApplicationContext().registerReceiver(newBTBroadcastReceiver(), filter); // inregistreazaunnoudispozitv BT la reveniredacaestedejaimperecheat IntentFilter filter2 = newIntentFilter("android.bluetooth.device.action.BOND_STATE_CHANGED"); this.getApplicationContext().registerReceiver(newBTBondReceiver(), filter2); //Obtaining the handle to act on the CONNECT button TextViewtv = (TextView) findViewById(R.id.labelStatusMsg); String ErrorText ="Nu suntconectat la CUTIE ! !"; tv.setText(ErrorText); Button btnConnect = (Button) findViewById(R.id.ButtonConnect); if (btnConnect != null) { btnConnect.setOnClickListener(newOnClickListener() { publicvoidonClick(View v) { String BhMacID = "00:07:80:9D:8A:E8"; //String BhMacID = "00:07:80:88:F6:BF"; adapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter(); SetpairedDevices = adapter.getBondedDevices();
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
47
if (pairedDevices.size() > 0) { for (BluetoothDevice device : pairedDevices) { if (device.getName().startsWith("ERC")) { BluetoothDevicebtDevice = device; BhMacID = btDevice.getAddress(); break; } }
Concluzii:
Dezvoltarea de aplicatii Android sub Motodev Studio este un element
important in modul cum echipa noastra va rezolva pe mai departe diverse
aplicatii pentru BLE. Aparita BLE va permite in mod sigur explozia
dispozitivelor medicale purtabile mai ales ca incet, incet toate telefoanele
mobile vor fi dotate cu acest tip de interfata. Acest avantaj este major fata de
Zigbee care necesita in continuare interfete propietare pentru a interactiona cu
un smartphone.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
48
A3.2 Proiectare achizitii date (P2 UPB+P6-ELCOS)
Sistemul de senzorii folosit in cadrul acestei versiuni finale ale modelului
functional-versiune imbunatatita in mai multe etape, include urmatoarele elemente:
senzori ECG
senzori miscare - accelerometre 3 axe
senzor deformare cutie toracica
senzor temperatura corp subiect
Senzorii ECG sunt dispusi pe o centura elastica simpla pentru barbatii si o
centura elastica sustinuta si de o bretea pentru femei.In urma numeroaselor teste s-
a constat ca simpla centura elastica nu este suficienta (datorita particularitatiilor
anatomice) pentru ca folosirea unei centuri foarte stranse este incomoda de purtat o
perioada lunga de timp si 62% din pacienti afectati de probleme cardiace sunt femei.
Testele comparative rulate timp de 2 luni au aratat ca structura senzorilor
realizati de noi este net superioara celor comercializati in acest moment.
Figura.21 Solutie senzori purtabili
Faptul ca am interpus un substrat de burete conducator intre banda suport si
stratul e-textil permite reducerea drastica a artefactelor printr-un contact mult mai
bun, care poate prelua deformarile dinamice ale dermei fara sa ajunga la limita
minima de contact.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
49
Acesta structura poate prelua deformari dinamice mult mai mari si permite un
grad mult mai mare de "purtabilitate". Buretele electroconductor are proprietatea de
a absorbi o parte din transpiratia generata de derma si a mentine contactul electric
si in plus nu mai permite alunecarea benzii elastice. Pentru celalalte solutii
constructive este nevoie sa fie crescuta forta de strangere a benzii elastice - lucru
care devine repede incomod pentru purtator.
De mentionat ca toate solutiile de mai sus pot fi spalate in masina de spalat si
asta este strict necesar pentru toate aceste sisteme de senzorii.
Senzorul de temperatura corporala este integrat in cutie si masoara
temperatura pe o suprafata de aprox. 12mm2 asigurata de capsa metalica care este
separata de derma doar de un strat subtire de material textil elastic. Datorita acestui
lucru, inertia masuratorilor este destul de mare (in media -1,4min/0C).
Senzorii de pozitie (accelerometrele 3D) permit cunoasterea pozitiei
pacientului si in plus daca se misca sau este in repaus.Acesti senzori sunt integrati
in cutie si sunt lipiti pe PCB.Datele normalizate sunt digitizate si citirea se face la
fiecare 0.5secunde.Obtinem astfel o corespondenta intre citirea ECG si activitatea
persoanei respective.
Concluzii:
Senzorii ECG imbunatatiti (prin adaugarea unui strat de burete
conductor sub e-textil) de echipa noastra au un comportament mult mai bun
cu derma uscata in conditiile unei activitati fizice ponderate asa cum au
pacienti nostri.Functionarea senzorilor de temperatura este stabila in noul
amplasament care permite "monolitizarea" intregului sistem.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
50
A3.3 Proiectare automatizari (P3 IPA)
Procesul de automatizare, in cazul sistemului E-RISC, consta in preluarea
continua a datelor, prelucrarea lor si semnalizarea aparitiei evenimentelor in timp
real, fara interventia operatorului uman.Produsul software conceput realizeaza
achizitia de date medicale de la pacient prin intermediul subsistemului purtabil,
transmiterea lor in timp real la baza de date, de unde vor fi preluate ulterior in
fereastra de lucru a aplicatiei software si prelucrate cu ajutorul Sistemului Decizional.
Proiectare rutina software medical detectie artefacte
Exista doua modalitati prin care sistemul E-RISC realizeza detectia
artefactelor:
- detectia software din semnalul ECG si care poate fi corectata prin procedee
specifice, asa cum se poate vedea la analiza in frecventa in cazul filtrarii semnalului;
- detectia hardware provenita din elemente obtinute dinspre subsistemul purtabil,
astfel de la:
- accelerometru pe 3 axe;
- detectie amplitudine respiratie.
Sistemul decizional a fost conceput astfel incat sa realizeze in mod automat
preluarea datelor din baza de date Mysql, prelucrarea lor si semnalizarea
evenimentelor. Aceasta versiune software realizeaza o rejectie automata a
artefactelor.Detectia artefactelor si eliminarea acestora se face pe baza studiului
datelor provenite de la subsistemul purtabil (accelerometru si amplitudine respiratie).
Aplicatia software stabileste o conexiune cu baza de date, care ramane deschisa pe
toata functionarea echipamentului, si preia date in timp real, pe masura inserarii lor
in tabela Mysql. Prelucrarea acestor date in vederea gasirii unui eveniment se
realizeaza conform schemei-bloc prezentata in figura urmatoare.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
51
Figura. 22 Schema bloc functionare algoritm
Functionarea schemei bloc
La fiecare citire noua din baza de date, programul preia valorile inserate in
tabela si calculeaza parametrul RR.Valoarea parametrului RR reprezinta conditia
generala pentru validarea datelor si semnalizarea evenimentelor.Daca valoarea
primita pentru acest parametru se incadreaza in limitele prestabilite, programul
continua citirea noilor valori. In conditiile aparitiei unui RR ce nu se incadreaza in
plaja de valori, programul va verifica o conditie suplimentara, si anume starea
accelerometrului. Aceasta conditie suplimentara se impune datorita posibilei aparitii
a artefactelor. Daca accelerometrul indica o miscare brusca sau are o valoare peste
o limita prestabilita (pacientul este supus unui efort fizic), valoarea RR-ului va fi
considerata normala si se vor continua citirile. In cazul in care accelerometrul nu va
indica miscare, dar vom avea o valoare RR in afara limitelor, programul va genera
un semnal de alarma care va fi transmis in consola principala de monitorizare.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
52
O metoda de a realiza prelucrarea datelor se poate face prin rejectia
automata a artefactelor la nivelul subsistemului purtabil. In acest caz, structura
algoritmului se schimba, in sensul ca vom avea o conditie unica de test, si anume
cea impusa pentru valoarea RR-urilor. Subsistemul purtabil va oferi in acest caz
numai valori valabile ale RR-ului.
Concluzii
Algoritmul conceput este integrat in cadrul unui ciclu repetitiv de tip
while, care permite rularea lui un timp infinit lung, fara a necesita opriri, altele
decat cele impuse strict de mentenata sistemului.
Deoarece produsul software dezvoltat are o structura organizata pe
functii specifice, poate fi imbunatatit ulterior, prin adaugarea unei functii de
alertare automata a echipajului de interventie medicala (ambulanta), in cazul in
care operatorul uman nu este prezent si nu poate lua o decizie in alertarea
echipajului medical.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
53
A3.4 Proiectare canale legaturi (P4 INOE)
Canalele de comunicatii folosite in cadrul versiuni finale ale acestui proiect
sunt urmatoarele:
Bluetooth Ver.4.0;
3G/GPRS;
FO link/LOS MIMO;
FO link.
Vezi figura de mai jos:
Pacient Telefoninteligent
Statiebaza
HUBGSM
Spital
Bluetoothver. 4.0
HSPDAGPRS
FO linkLOS MIMO
FO Link
Figura.23 Structura sistem transmisie date
Intre echipamentul purtabil si cel portabil comunicatia este realizata prin noua
versiune Bluetooth Ultra Low Power si asigura protectia informatiilor prin legatura
criptata care este standard la aceasta versiune.
Transferul intre telefonul inteligent si statia de baza este realizat prin
intermediul standardelor de comunicatii mobile GSM (3G sau GPRS). Aceste
standarde in mod implicit asigura legaturi protejate dar nu in mod special (criptarea
legaturilor mobile creste necesarul de banda si in mod curent operatori de
telecomunicatii mobile renunta la acesta protectia daca o statie de baza este
supraincarcata). In versiunea initiala de dezvoltare era prevazuta dezvoltarea unui
protocol de protective usor (56 sau 128biti) dar dupa reducerea fondurilor am
considerat suficient sa solicitam operatorului GSM protectia explicita a legaturilor de
date implicate in proiect.Legaturile dintre statia de baza si HUB GSM precum si intre
HUB si Spital sunt realizate in mod curent prin fibra optica, sporadic aceasta este
suplinita de legaturi radio in domeniul microundelor de tip (LOS MIMO) in banda
24GHz.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
54
Concluzie
Asigurarea securitatii legaturilor de date implicate in proiect poate fi
facuta la un nivel rezonabil prin proiectarea atenta a modului cum sunt validate
pachetele de date si prin utilizarea resurselor de securitate si de bune practici
din acest domeniu.
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
55
A4. Realizare hardware si software
A4.1 Realizare globala sistem; Realizare software global (CO-WING)
A4.1.1 Realizare globala sistem
Sistemul E-RISC este un sistem complex care implica sisteme multiple de
comunicatii, platforme software si hardware dedicate, sisteme de biosenzori si
sisteme MEMS pentru determinarea pozitiei pacientului.
Figura. 24 Structura proiect E-RISC
Interactiunile dintre diversele module globale ale sistemului sunt prezentate
in figura 24.
Se observa ca aceste platforme intereactioneaza intre anumite limite, definite
de functionalitatiile specifice precum si de masurile de siguranta necesare unei
solutii medicale ce va fi utilizata direct de pacientii.
Principala problema a sistemului nostru este faptul ca va fi utilizat de
persoane avizate (pacienti instruiti anterior) dar care nefiind profesionisti pot
2011 www.erisc.ro Etapa - 4
56
manevra gresit sistemul care poate trimite date incorecte. Rezolvarea acestei
probleme a fost cheia de bolta a proiectului. Modalitatea de determinare a pozitei
corecte a senzorilor a permis functionarea, departe de privirea si mana
profesionistului, unui aparat ECG de nivel medical.
Elementul principal al sistemului este modulul purtabil care se "monteaza cu
ajutorul unei barete elasitice pe torsul pacientului in contact direct cu derma. In
aceste conditii, sistemul trebuie sa indeplineasca caracteristici speciale, fiind inclus
in categoria dispozitivelor medicale.
Produsul final va trebui astfel sa poata fi igenizat si sa corespunda unor
norme foarte stricte de electrosecuritate si de dozare a radiatiilor electromagnetice
emise de sistem, pentru ca va functiona perioade foarte indelungate de timp lipit de
corpul persoanei respective.
Datorita normelor de siguranta impotriva radiatiilor a fost preferata solutia cu o
statie terminala (smartphone) in rol de releu intermediar, acesta fiind in masura sa
emita cu puteri de 200 ori mai mari decat sistemul purtabil. Se asigura astfel o
protectie eficienta la radiatia electromagnetica de foarte inalta frecventa.
Sistemul realizat sub forma unui model experimental modular in anul 2011 a
permis testarea in regim total incepand cu luna octombrie cand a fost achizitionat
ultimul element din sistem - primul telefon cu Bluetooth 4.0 si sistem de operare
Android 4.0.
Concluzii:
Realizarea unui sistem complex care implica o multitudine de tehnologii
si cooperarea unui important grup de persoane poate fi blocata de o problema
netehnica ( lipsa educatiei si a experientei medicale a celui care trebuie sa
monteze zilnic senzorii). Solutia a fost dezvoltarea unei noi tehnici de
evaluarea a semnalelor ECG si astfel a pozitionarii senzorilor.
Alternativa era tatuarea pe piele unor semne unde trebuiau pusi