Основні відомості про сенсорні мережі у телемедицині
Державна адміністрація зв’язку ————————————————— ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ’ЯЗКУ ім. О. С. Попова
Кафедра КІТП і В
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ Дисципліна Сенсорні мережі в телемедицині викладається на 4 курсі факультету ІМ спеціалізація Телемедицина
ОДЕСА 2012 ЗМІСТ 1 Побудування сенсорних мереж у телемедицині. Апаратне та програмне забезпечення сенсорних мереж …………………………………… 1 (16 год.) 1.1 Основні відомості про сенсорні мережі у телемедицині. Принципи побудови та функціонування. Тенденції розвитку безпровідних мереж. ………………………………………………………………………….. 1 (2 год). 1.2 Стек протоколів ІЕЕЕ802.15.4. Сенсорні радіомережі для збирання даних, моніторингу і керування на базі стандарту ІЕЕЕ802.15.4. …9 (2 год) 1.3 Особливості побудування мереж WMAN і WPAN. …………….17 (2 год). 1.4 Мережна технологія сенсорних мереж ZigBee. ………………21 (2 год). 1.5 Апаратно-програмна платформа для побудування безпровідних мереж MeshLogic. ……………………………………………………………..23 (2 год). 1.6 Загальні поняття імітаційного моделювання у середовищі AnyLogic. ……………………………………………………………………….25 (2 год). 1.7 Засоби середовища AnyLogic для імітаційного моделювання систем. ……………………………………………………………………..…..28 (2 год). 1.8 Розробка моделей безперервних систем. ………………..……..30 (2 год). Побудування сенсорних мереж у телемедицині. Апаратне та програмне забезпечення сенсорних мереж Основні відомості про сенсорні мережі у телемедицині Сьогодні в Україні відбуваються процеси реформування системи охорони здоров'я, найголовнішим з яких є впровадження телемедичних (інформаційних) технологій, подальший розвиток мережі УкрМедNet та інтеграція цієї мережі до світового інформаційного простору і т.д. Згідно з Концепцією державної політики інформатизації охорони здоров'я [10] для практичного впровадження інформаційних технологій в лікувальний та діагностичний процес, медичну науку і освіту необхідно створити відповідну інфраструктуру в галузі. Україна вже має досвід у створенні національної медичної мережі та баз даних, які можуть бути інтегровані в УкрМедNet. На Україні існують дві найбільш розвинуті медичні мережі, які функціонують в рамках діючої національної комп'ютерної мережі першої генерації HealthNet. Найбільш розвинутою з цих мереж є Національний реєстр осіб, які постраждали в наслідок Чорнобильської катастрофи. Для функціонування Реєстру створена комп'ютерна мережа, яка має пункти в 25 регіонах та в містах безпосередньо підпорядкованих центру – Києві та Севастополі. Другою найбільш розвинутою мережа є мережа санітарно-епідеміологічної служби Міністерства охорони здоров'я України. Ця мережа має комп'ютерні центри в обласних управліннях охорони здоров'я (70 комп'ютерних центрів), які передають оперативну інформацію про поточний стан санітарної, епідеміологічної та екологічної ситуації в Україні в Міністерство охорони здоров'я. Ці дві системи інтегровані в спільну систему, яка має назву HealthNet. До головних задач, які ставляться перед мережею УкрМедNet можливо віднести: - забезпечення з допомогою мережі УкрМедNet високоякісного зв’язку між всіма медичними установами України і високоякісного доступу до мережі Інтернет; - створення та реформування існуючих серверів, інтегрування існуючих медичних серверів до мережі УкрМедNet, забезпечення користувачам мережі УкрМедNet прямого доступу через Європейських провайдерів до всіх країн світу (в Європі, Америці, Азії та Африці); - створення інформаційної системи в усіх медичних установах України, які будуть мати обладнання для забезпечення телекомунікаційними усіма можливостями для передач біологічних сигналів та зображень (електроенцефалограм (ЕЕГ), електрокардіограм (ЕКГ), рентгенограм, зображень цитологічних та гематологічних аналізів тощо, текстів, графіків, аудіо та відео інформації відповідно з телемедичною концепцією і забезпечити її доступ до мережі Інтернет; - створення та підтримка банків даних на пацієнтів, які потребують особливих методів та заходів у лікуванні та забезпечення їх підключення до подібних європейських баз даних. Мережа УкрМедNet повинна мати трирівневу структуру і для побудування кожного з рівнів можливо використовувати різні стратегії створення і розвитку. Мережа нижнього рівня охоплює районі вузли і кінцевих користувачів. До цього рівня входять мережі медичних установ, які об’єднують кінцевих користувачів, в першу чергу хворих, і користувачів баз даних медичних установ. Так як, відповідно до концепції розвитку [11], телемедична інформаційна мережа УкрМедNet повинна органічно ввійти в існуючу інформаційно-телекомунікаційну інфраструктуру України і максимально використовувати ресурси, які існують у державних підприємствах і установах інших форм власності, необхідно розділити аспекти впровадження глобальних і локальних мереж телемедицини. Аналіз друкованої інформації показує, що медичні установи, які обслуговують густозаселені регіони потребують широкосмугових каналів зв’язку (від 128 кбіт/с), при цьому радіологічні установи потребують ще більш швидкісних каналів (від 384 кбіт/с до 2 Мбіт/с), що обумовлено необхідністю передавати великі обсяги інформації (рентгенограмах тощо). Це можливо забезпечити лише при використанні цифрових мереж з інтеграцією служб, таких як ISDN, цифрових виділених каналів зв’язку, до яких входять проводові, безпроводові і волоконно-оптичні лінії зв’язку, включаючи супутникові канали. В США діє близько 100 телемедичних мереж, які використовують всі перелічені лінії зв’язку. Необхідно враховувати, що в залежності від вирішуваних задач використовуватися повинні різні мережі. Так, для вирішування задач доступу до баз даних, дистанційного навчання і інших неоперативних завдань можливо використовувати загальнодоступні комп’ютерні мережі, а для вирішування високопрофесійних задач, задач прийняття рішень і проведення відповідальних заходів у реальному часі необхідно використовувати мережі ISDN. Таким чином, можливо говорити, що сенсорні мережі доцільно впроваджувати саме на рівні локальних мереж районних медичних установ, для моніторингу за станом пацієнтів, для визначення вірного напряму лікування і зниження рисків для хворого, який не знаходиться на стаціонарному лікуванні. Крім того, слід передбачити можливість підключення сенсорної мережі через сервер цієї мережі до вищих рівнів телемедичної мережі. Безпроводова сенсорна телемедична мережа складається з мініатюрних датчиків – сенсорів (мотів), які використовуються для збору і первісної обробки даних про стан об’єкта, а також при передаванні цих даних по мережі один-від-одного до шлюзу, який має з’єднання з локальною мережею медичної установи. Основна обробка даних виконується мережним обладнанням і користувацькими додатками медичної установи. Керувальна система такої мережі повинна задовольняти певним вимогам, до яких можливо віднести: - підтримка великої кількості різних шлюзів (в тому числі і географічно розподілених), за допомогою яких безпроводова мережа з‘єднується з ТСР/ІР мережею; - підтримка баз даних з інформацією, яка отримується з мережі; - забезпечувати віддалений доступ, як до інформації, так і до функцій керування мережею для співпрацівників з певними правами. Найбільш перспективною для впровадження в сенсорних мережах вважається стільникова технологія, приклад якої показано на рис. 1.1.
Рисунок 1.1 – стільникова топологія сенсорної мережі
Таким чином, стратегія впровадження телемедицини в Україні повинна бути спрямованою на розв’язання певних задач і включати в себе: - питання стандартизації і забезпечення сумісності окремих рішень в межах регіональної інформатизації суспільства; - гармонізацію нормативної і методичної бази, яка б регулювала процеси регіональної інформатизації з державним законодавством; - питання безпеки інформаційних систем, їх захисту, збереження, забезпечення цілісності і достовірності даних, які в них зберігаються; - питання забезпеченості прав громадян і установ на доступ до інформації, яка зберігається у базах даних; - питання забезпечення державного і громадського контролю за діяльністю по збору і зберіганню інформації, а також доступу до неї. Ефективна дія телемедичної мережі повинна забезпечуватися трирівневою структурою, яка передбачена відповідно до Концепції державної політики інформатизації та охорони здоров’я України. Можливу структуру цієї мережі показано на рис. 1.2.
Рисунок 1.2 – Структура національної телемедичної мережі
|
