Слайд 1Сенсорные и медицинские сети
А.Е.Кучерявый
Заведующий кафедрой
“Сети связи”
Слайд 2Архитектура USN
1. Одноуровневые сети.
2.
Иерархические (кластерная организация).
Слайд 4Протоколы USN
1. ZigBee.
2. 6LoWPAN (IPv6 Low
energy protocol for Wireless Personal Area Networks, физический уровень –
IEEE 802.15.4).
3. RPL (Routing Protocol for Low energy and lossy networks).
Слайд 5Модели для сенсорных сетей
A.Koucheryavy, A.Prokopiev. USN Traffic Models for Telemetry
Applications. LNCS 6869, 2011.
Слайд 6QoS для сенсорных сетей
Основные показатели:
- длительность жизненного цикла,
- k-покрытие,
-
остаточная энергия.
Слайд 7Энергетические характеристики сетей связи
КНР,
200 тысяч базовых станций 3G
Энергопотребление: 1.384 Гига-Ватт
часов в
год
Слайд 8Алгоритмы выбора головного узла
1. Равновероятный.
2. LEACH
(Low Energy Adaptive Cluster Hierarchy), W. Heinzelman, A. Chandrakasan, H.
Balakrishnan. Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks. Proceedings 33rd Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS), Wailea Maui, Hawaii, USA, Jan. 2000.
3. DCA (Distributed Clustering Algorithm).
Слайд 9Жизненный цикл при DCA (Prediction-based clustering algorithm for mobile wireless
sensor network (A.Koucheryavy, A.Salim. ICACT’2010)
Слайд 10Алгоритмы выбора головного узла
1. Централизованный выбор.
2.
Децентрализованный выбор.
Слайд 11Биоподобные алгоритмы
Эффект роевого интеллекта:
- маршрутизация
в мобильных сетях (G.D.Caro, F.Ducetelle, L.M.Gambardella. AntHocNet: an Adaptive Nature-Inspired
Algorithm for Routing in Mobile Ad Hoc Networks. European Transaction on Telecommunications, v.16, n.5, 2005),
- передача пакетов без образования петель (X.Wang, Q.Li, N.Xiong, Y.Pan. Ant Colony Optimization-Based Location-Aware Routing for Wireless Sensor Networks. LNCS 5258, Springer, 2008),
Слайд 12Биоподобные алгоритмы (2)
- уменьшение потерь пакетов (K.Saleem, N.Fisal,
S.Hafizah, S.Kamilah, R.A.Rashid. A Self-Optimized Multipath Routing Protocol for Wireless
Sensor Networks. International Journal of Recent Trends in Engineering. December, 2009.
- оптимальные пути для конкретных архитектур сенсорных сетей (M.Saleem, I.Ullah, M.Farooq. BeeSensor: An Energy-Efficient and Scalable Routing Protocol for Wireless Sensor Networks. International Journal an Information Sciences. V.200, October, 2012).
Слайд 13Алгоритмы с использованием нечеткой логики
1. I.Gupta, D.Riordan, S.Sampali.
Cluster-head Election using Fuzzy Logic for Wireless Sensor Networks. Communication
Networks and Services Research Conference, May 2005.
2. K.Singh, S.Goutell, S.Verme, N.Pirohit. An Energy Efficient Approach for Clustering in WSN using Fuzzy Logic. International Journal of Computer Applications, v.48, n.18, April, 2012.
Слайд 14Социоподобные алгоритмы
S.M.Hosseinirad, S.K.Basu. Imperialist
Approach to Cluster Head Selection in WSN. Special Issue of
International Journal of Computer Applications, n.1, January 2012.
Слайд 15Стандартизация E-Health (1)
CEN/TC 251 – European Committee for Standardization (CEN),
Technical Committee 251.
Continue Health Alliance.
epSOS (european patients Smart Open Services)
GS1
Healthcear.
DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).
Слайд 16Стандартизация E-Health (2)
6. HL7 - Health Level 7.
7. ISO/TC215 –
International standardization organization/Technical Committee 215.
8. ISO/IEEE 11073.
9. ITU-T – Focus
Group M2M.
Слайд 17CEN/TC251
Информатика здоровья.
Примеры стандартов:
Ресурсы клинических знаний – метаданные.
Процедуры управления для
WEB баз данных терминов и концептуальных положений – словарь.
Слайд 18Continue Health Alliance
Cisco, IBM, GE
Healthcare, Intel и т.д.
Разработка руководств для производителей по
построению совместимых сенсорных узлов, домашних сетей, платформ телемедицины, услуг здоровья и фитнеса.
В центре внимания 3 составляющих e-здоровья:
- управление весом и предупреждение болезней,
- управление хроническими заболеваниями, система мониторинга и диагностики,
- увеличение активного возраста популяции и поддержка пожилых людей
Слайд 19epSOS
23 Европейских страны, IBM, Oracle, Microsoft и т.д.
e-здоровье без границ, совместимые электронные записи о здоровье, рецепты
и страховки.
Слайд 20GS1 Healthcare
Глобальные стандарты для поддержки компаний, занимающихся e-здоровьем,
с целью продвижения точности, скорости и эффективности оказания медицинских услуг
и ухода за больными.
Слайд 21DICOM
Разработка стандартов файлов для медицинских изображений,
протоколов записи медицинской информации, обработки и передачи медицинских изображений.
Слайд 22HL7
Технологические компании, провайдеры e-здоровья, фармацевтические фирмы. Очень
крупная и эффективная организация. Множество рабочих групп.
Стандарты
уровня приложений.
Стандарты передачи, записи и использования электронной информации о здоровье, такой как клинические данные и административная информация.
Слайд 23ISO/TC215
TC215 – Информатика здоровья.
Основная задача –
обеспечение совместимости между различными системами e-здоровья.
Слайд 24ISO/IEEE 11073
Стандарты связи для медицинских устройств.
Совместимость медицинских устройств.
Слайд 25ITU-T
Фокус группа по M2M, основная задача в
настоящее время – подготовка рекомендаций МСЭ по e-здоровью.
Слайд 26Текущие задачи фокус группы M2M.
Разработка проекта рекомендации “Экосистемы,
поддерживаемые M2M:
e-здоровье”.
Анализ концепций e–здоровья и разработка
концептуальной модели экосистемы e-здоровья на базе M2M.
Слайд 27Терминология
e-health (e-здоровье) – общее (umbrella) понятие, определяющее область
взаимодействия здоровья, медицинской информатики, телекоммуникаций и бизнеса, когда услуги для
здоровья и информация о нем обеспечиваются посредством сети Интернет и ей подобных.
Включает в себя телемедицину, мобильное здоровье (m-health), телездоровье (telehealth) и т.д.
Слайд 29Экосистема e-здоровья (верхний уровень)
Слайд 30Экосистема e-здоровья на базе M2M
Слайд 32Стандарты для сетей
Body Area Network (BAN) – нательные сети,
IEEE 802.15.6.
2. Для иных целей, например, контроль характеристик
окружающей среды в доме – IEEE 802.15.4.
Важнейшие сетевые параметры – безопасность и идентификация пользователя.
Слайд 33Интерфейсы сети для передачи данных о здоровье (ISO/IEEE 11073)
1.
ISO/IEEE 11073 - 10407 – интерфейс для передачи данных о
давлении.
2. ISO/IEEE 11073 - 10417 - интерфейс для передачи данных об измерении сахара.
3. ISO/IEEE 11073 – 10442 – интерфейс для передачи информации об усилиях на оборудовании для фитнеса.
Слайд 34Требования по качеству обслуживания (ITU-T, Focus Group M2M)
Характеристики
QoS – требуемая скорость, задержки, потери, мобильность, безопасность.
Классы
качества обслуживания:
- критические ситуации в реальном времени,
- некритические ситуации в реальном времени,
- WEB – консультации.
Слайд 35Беспроводный доступ
WAN
MAN
LAN
PAN
BAN
1-2 м
< 10 м
< 500 м
< 70 км
< 40
000 км
Слайд 36Сети MBAN (S)
Начало исследований. Создана рабочая группа IEEE 802.15.6
Рабочая группа
802.15.6 была создана в ноябре 2007 г. Главная задача
Создание новой
технологии передачи данных малого радиуса действия для сетей BAN с возможностью передачи данных как вне тела, так и внутри
Частоты
В соответсвии с запросом GE Helthcare, 27 мая 2008 FCC (Федеральная Комиссия по Связи США) выделила полосу 2360 МГц – 2400 МГц для работы услуги MBANS (Medical Body Area Network Service), причем
Полоса 2370 – 2390 МГц выделена для работы оборудования в том числе в медицинских учреждениях
Полосы 2360 – 2370 и 2390 – 2400 МГц выделены для других мест где MBANS может понадобиться
Все оборудование должно работать в режиме распределенного доступа к каналу
Мощность передатчика не более 1 мВт
Слайд 37Основные приложения для 802.15.6
Медицина
Контроль параметров здоровья пациентов
Обмен аудио и видео
материалами
Спорт
Контроль параметров здоровья спортсменов
Сенсорные сети
Различные приложения
Развлечения
Игры, аудио, видео и т.п.
Слайд 38Сенсорные узлы на и в теле человека (IEEE 802.15.6)
Слайд 39измерения тремора глаз (колебания глазного яблока относительно направления зрительной оси,
eye tremor),
нагрузка на связки плеча (shoulder ligament strains),
нагрузка
на мышцы спины (spinal ligament strains),
нагрузка на связки локтевого сустава (elbow ligament strains),
Слайд 40электромиографии (регистрация электрической активности мышц),
электрокардиограмма (wireless emg and ekg),
нагрузка
на связки в запястье (wrist ligament strains),
нагрузка на связки
в коленном суставе (knee ligament strains),
нагрузки на связки в лодыжке (ankle ligament strains),
Слайд 41умные стельки для измерения силы (wireless smart insoles measure force),
сенсоры
измерения глубины расположения имплантата роговицы (depth of corneal implant),
ориентации
для пробной коронки зуба (orientation sensor for improved tooth crown prep),
Слайд 42гироскопические сенсоры для измерения движения и ориентации в трехмерном пространстве
(3DM-G measures orientation and motion),
измерения микро перемещений в эндопротезе
тазобедренного сустава (hip replacement – sensor for measuring micromotion),
измерения имплантатов (smart wireless sensor measures implant subsidence),
Слайд 43умный эндопротез коленного сустава (smart total knee replacement),
измерения нагрузки
на ахиллово сухожилие (ahilles tendon strains) и подъем ступни (arch
support strains).