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Arquitectura de un sistema de la
red inalámbrica de sensores de
área corporal de monitorio para la
salud
La WBAN a tenido un gran avance con los nodos
sensores los mismos que nos han permitido
monitorear la salud humana
Este sensor nos permite conocer los signos vitales
de los pacientes. Estos sensores se
encontraran en el cuerpo del paciente que
tendrán un medio de comunicación con el
servidor médico.
Los nodos sensores son capaces
de muestrear, procesar y avisar al
servidor médico que hay una
emergencia y con esto tomar
acciones para salvar la vida del
paciente .
La comunicación con el servidor
médico se la hace por medio del
Internet
El servidor personal (que poseerá la
información del paciente).
Las partes de la configuración de red son:
registro del nodo sensor,personalizacion,
inicializacion y el sistema de una
comunicación segura.
El servidor personal nos ayuda para el control
de los pacientes mayores en su hogar. Este
interconecta nodos de WBAN a través de un
coordinador de la red que utiliza ZigBee o
Bluetooth.
Para la comunicación con el médico, el
servidor personal emplea redes telefónicas
móviles (2G, GPRS, 3G) o WLANs.
•Una parte crucial del sistema de telemedicina es el
nivel 1 – red inalámbrica de sensores de área corporal.
Esto comprende un numero de nodos inteligentes, cada
uno capaz de censar, muestrear procesar y comunicar
señales fisiológicas.
•Cada nodo sensor recibe comandos de inicio y
responde a las preguntas del servidor personal.
•Idealmente, los sensores periódicamente transmiten su
estado y eventos, por lo tanto significativamente reduce
el consumo de potencia y extiende la vida de la batería.
•La privacidad del paciente, un asunto destacado y un
requisito por ley, puede ser direccionala a todos los
niveles en el sistema de cuidados de salud.
•los mensajes pueden estar encriptados usando
también técnicas relacionadas con hardware y software.
•Algunas plataformas de sensores inalámbricos ya han
suministrado una solución de encriptación de hardware
de baja potencia para las comunicaciones de ZigBee.
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3 Caso de Estudio
Es un caso de estudio hipotético para ilustrar la
utilidad de nuestro sistema propuesto.
Juan López esta recuperándose de un ataque
cardiaco
Sus médicos le prescribieron un régimen de
ejercicio en casa.
Juan no seguía rigurosamente los ejercicios
como fueron prescritos.
su medico no encuentra la manera cuantitativa
para verificar que Juan esta cumpliendo con el
programa.
Los sensores minúsculos electrónicos de
inercia miden los movimientos mientras que los
electrodos miden la actividad del corazón.
El médico podrá medir el tiempo y duración de
la ejercitación (mediante los sensores de
movimiento) y a través del internet el medico
verifica sus datos y niveles de ejercicio y
coordina para visitas de oficina y demás
actividades.
En casos de emergencia puede hacer uso del
Emergency Medical Services (EMS)
Arquitectura de hardware
• El sistema consta de dos sensores de actividad
(ActiS) , un sensor de inclinación (eActiS), un
integrado ECG y un servidor personal.
• Cada nodo del sensor incluye un tablero
específico de encargo de aplicación y utiliza la
plataforma
del
cielo
de
Tmote
para
procesamiento y la comunicación de radio
ZigBee. El servidor personal funciona en una
computadora portátil
• El cielo de Tmote de Moteiv actúa como la
plataforma embebida primaria para todos los
sensores en nuestro sistema.
Arquitectura del software
• Este abarca los módulos del software que
funcionan
sobre
el
IAS/ISMP,
la
plataforma del cielo de Tmote, el
coordinador de la red, y el servidor
personal.
• Lo que se desea es crear resultados en
tiempo real, fácil uso del interfaz y
maximizar el uso de la batería.
Software del nodo del sensor
• Los sensores analizaran los datos en tiempo
real y enviara inalámbricamente a través del
nodo sensor.
• Se los analizado el software para dos tipos de
sensores donde su prototipo esta sobre
plataformas del cielo Tmote.
• ActiS para determinar la orientación
• AEE estimación inducida por los gastos
energéticos
• eActiS monitorea la actividad del corazón
• El software y el nodo del sensor de la red se
ponen en funcionamiento en el ambiente de
TinyOS.
Componentes de TinyOS
• TinyOS es un sistema operativo con fuente abierta para
sensores embebidos inalámbricos.
• Una aplicación de TinyOS se lleva a cabo como un
juego de módulos del componente escrito en el nesC.
• GenericComm para el manejo de paquetes genéricos
• SendMsg básico
• ReceiveMsg une usando mensajes de TinyOS.
• Protocolo de comunicación y sincronización de tiempo
• Todas las comunicaciones se dan nodo sensorcoordinador de la red.
• La comunicación se da por super tramas dividida en
timeslot de 150ms algunos de beacon.
• Cada sensor en WBAN tiene un reloj el mismo que
posee una posición oblicua asociada.
ADMINISTRACION DE POTENCIA
La aplicación del ancho de banda es decir la
utilización del espectro también es un
factor que influye en el consumo de
potencia. Por ello los sensores sólo
transmitirán datos imprescindibles en la
comunicación.
ADMINISTRACION DE POTENCIA
El principal objetivo es la minimización
en el consumo de potencia y con ello
maximizar la duración de la batería.
Alrededor del 95% del consumo de
energía es adjudicado a la comunicación
vía radio. Por este motivo el estudio se
centra en la administración del tiempo en
que trabaje el transmisor del sensor de
la WBAN.
ADMINISTRACION DE EVENTOS
• Un sensor genera eventos para ser
transmitidos cada vez que recibe una
señal con ciertos rasgos característicos
previamente programados.
• Para WBAN como la diseñada, es decir
para monitoreo de la salud, es necesario
que los sensores emitan datos que tengan
relación con los datos de otros sensores
de la red.
ADMINISTRACION DE EVENTOS
• En el presente diseño las transmisiones
son redundantes para garantizar, haciendo
al sistema robusto frente a posibles
errores.
SOFTWARE DEL SERVIDOR PERSONAL
• El software esta desarrollado en Visual
Basic, y almacena en una base de datos
los datos recibidos desde los sensores
para luego ser analizados.
INTERFAZ GRAFICO DE USUARIO
• Se define 5 objetivos claros que debe
tener el servidor personal como interfaz
con el usuario:
• Identificación del nodo
• Configuración de los sensores
• Calibración de los sensores
• Presentación Gráfica de eventos y alertas
• Visualización de los datos capturados en
tiempo real (osciloscopio)
Identificación del nodo sensorial,
Asociación y Calibración
•La identificación del nodo sensorial requiere un método para únicamente
identificar un simple nodo sensorial para asociar el nodo con una función
específica durante una sesión de monitoreo.
•Un sensor móvil ubicado sobre un brazo realiza una función
completamente diferente ante un sensor de movimiento ubicado sobre la
pierna.
•Para hacer que el usuario identifique los nodos amigable e intuitivamente,
nosotros desarrollamos un esquema tomando ventaja de las capacidades
de detectar movimiento, propias de cada sensor.
•A través de una secuencia de fáciles instrucciones, somos capaces de
identificar y asociar el sensor con la adecuada función.
•Mientras el usuario esta moviendo el sensor, el PS transmite un
ACTIS_EVENT_MASKMSG pidiendo a todos los sensores reportar las
estimaciones de nivel de actividad.
• Los mensajes de mascara de evento también son
usados para determinar el grado de procesamiento de
señal.
• Se logro minimizar la complejidad del protocolo de
comunicación, proveer un grupo abundante de
características al diseñador de la aplicación y al usuario.
• El servidor personal y los nodos ActiS respaldan dos
tipos de calibración.
• El primer tipo es un calibración de sensor; su propósito
es acomodar las variaciones de sensor a sensor y la
naturaleza exacta de la calibración depende del sensor.
• El segundo tipo de calibración es una calibración de
sesión, requerida inmediatamente antes de empezar
una nueva sesión de monitoreo, para calibrar el sensor
en el contexto de su actual entorno.
Procesamiento de evento
• El servidor personal es únicamente responsable de
coleccionar datos y eventos de la WBAN.
• Dependiendo del tipo de sensor y del grado de
procesamiento especificado en la configuración, una
variedad de eventos serán informados al servidor
personal.
• Un registro de eventos es creado agregando los
mensajes de eventos de todos los sensores en la
WBAN; el registro debe entonces ser insertado en un
archivo de sesión.
• Normalmente el R-pico o los eventos de latido no crean
las alarmas, y son solamente registradas en el registro
de eventos.
• El servidor personal puede alertar al usuario que su taza
de latido a excedido el limite.
• En cada súper trama los siguientes eventos son
respaldados:
• STEP(incluye fecha, duración de paso, fuerza máxima)
• RPEAK – La detección de latidos usando
reconocimiento de la fase de R; el sistema genera una
fecha precisa e intervalo de tiempo entre la corriente y
un latido de corazón previo o intervalo R-R (RRINT)
• Error de Sensor (tal como un inesperado reinicio del
sensor)
• Forzar Limite Excedido – Aceleraciones por encima de lo
normal (la condición potencial de caída)
• La Actividad del Usuario – AEE (integración de un
segundo del vector 3 D de movimiento)
• Actividad del Usuario Provocada – Genera un evento si
el AEE supera un limite especificado.
Captura de datos en tiempo real
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Aunque todos los sensores en nuestro sistema llevan a cabo el
procesamiento con sensor encendido y la detección de evento, hay eventos
donde los eventos procesados y registrados no son suficientes y una
captación de señal sin procesar en tiempo real es necesaria.
Para sensores de ritmo cardiaco implementamos un trazo de
electrocardiograma grafico.
Para sensores de movimiento implementamos tres trazos que representan
componentes de aceleración x, y y z sobre el mismo gráfico.
Estos datos capturados también son guardados en un archivo y pueden ser
analizados fuera de línea para mejorar los algoritmos de detección de paso.
Cuando las rutinas de procesamiento de señal embebidas detectan un
evento de arritmia, el nodo debe enviar un mensaje de evento al PS que
entonces será transmitido al servidor medico apropiado.
La grabación puede ser usada por el medico para evaluar el tipo y
naturaleza exacta de el evento o para descartar esto como la grabación de
un artefacto.