[논문]M2M 기반의 글로벌 헬스케어 시스템 플랫폼

정상중; 정완영

doi:10.6109/jkiice.2010.14.11.2435

M2M 기반의 글로벌 헬스케어 시스템 플랫폼
M2M Technology based Global Heathcare Platform 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.14 no.11, 2010년, pp.2435 - 2441

정상중 (부경대학교 전자공학과) , 정완영 (부경대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 M2M 기반의 글로벌 헬스케어 모니터링 시스템을 구축하여 헬스케어 분야에 있어 기존의 센서네트워크의 확장성과 이동성을 보완하여 더욱더 안정적이고 신뢰성 있는 건강상태 정보를 제공하고자 하였다. 센서 노드는 웨어러블 심전도 및 맥파 센서와 결합되어 있으며, 각각의 생체신호를 수집하여 IEEE 802.15.4 표준 프로토콜과 6LoWPAN 프로토콜을 통해 외부 인터넷 망을 거쳐 서버로 전송한다. 또한 서버 프로그램은 측정된 생체신호를 통해 HRV 신호를 검출하였으며, HRV 신호를 이용한 시간 영역 및 주파수 영역 분석을 통해 환자의 스트레스 상태를 판단하도록 하였다. 이로써 제안된 시스템은 기존의 네트워크 인프라를 최대한 활용할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 각각의 센서노드에 IP를 부여하여 헬스케어 서비스의 적용범위가 좁은 지역을 벗어나 범국가적으로 확대될 수 있도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A global healthcare system based on M2M technology is proposed to support a good mobility, flexibility and scalability to the patients in 6LoWPAN. Sensor nodes integrated with wearable sensors are linked to gateway with IEEE 802.15.4 protocol and 6LoWPAN protocol for data acquisition and transmission purpose via external network. In the server, heart rate variability signals are obtained by signal processing and used for time and frequency domain performance analysis to evaluate the patient's health status. Our approach for global healthcare system with non-invasive and continuous IP-based communication is managed to process large amount of biomedical signals in the large scale of service range accurately.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 헬스케어 분야에 있어 새로운 개념의 M2M 기 술을 도입 하기 위해 IEEE 802.15.4 표준 프로토콜에 IPv6 기술을 적용한 6LoWPAN 환경을 구축하였다. 또한 6LoWPAN 환경에 제안된 플랫폼을 적용하여기존의 무선센서네트워크에서 제한이 되었던 신뢰성, 확장성과 이동성을 보완하여 헬스케어 서비스 영 역을획기적으로 확장하였다.
또한 6LoWPAN 환경에 제안된 플랫폼을 적용하여기존의 무선센서네트워크에서 제한이 되었던 신뢰성, 확장성과 이동성을 보완하여 헬스케어 서비스 영 역을획기적으로 확장하였다. 실제 서로 다른 지역에서의테스트롤 통해 외부에서의 구조적 접근과 인터넷이 연결된 어디에서나 사용가능한 상호운용성을 보완하고자 하였으며, 서버 프로그램을 통한 환자의 건강 상태를 객관적으로 판단할 수 있었다. 따라서 이러한 결과를 바탕으로 유비쿼터스 헬스케어 서비스 분야에서의의료비 절감 및 인프라 구축에 대한 비용 절감뿐만 아니라 모든 사회 계층에 양질의 의료 서비스가 제공될것이며, 국내 지자체 규모나 국가적 규모의 u-헬스케어서비스 기반 기술이 확보되어 rr, 통신, 의료 솔루션의융합관련산업의 비즈니스영역으로크게 확대될것으로 예상된다.
또한 칩/모듈 시장이 30억$, 서비스 시장이 265억$, 단말 시장은 1억 개의 시장이 형성될 것으로전망하고 있다. 이에 본 연구에서는 웨 어 러블 센서, 지능적 생 체 신호 분석 및 건강정보 제공 등과 같이 사람중심의 통신의 한계를 벗어나 동작의 주체가사물이 되는 M2M 기술을 이용하여 신뢰성과 접근성이 우수한새 로운 형 태 의 IPv6 (Intenet-Protocol version 6) 기반 글로벌 헬스케어 시스템을 제공하고자 한다.

제안 방법

4 프로토콜 기 반의 통신과는달리 IETF (Internet Engineering Task Force) WG 에서 제안된 IPv6 기술을 적용한 6LoWPAN (IPv6 Low-power Wireless Personal Area Networks)을 구축하여 각각의 센서노드에 고유의 IP를 할당하였다回. 또한 IP 계층과 MAC 계 증 사이에 적 응계 증 (AdaptationLayer)을 적 용하여 패킷의 단편화와 재조합 과정을 수행하도록 하였다. 이로써 IEEE 802.
제안된 헬스케어 시스템은 기존의 유선이나 무선으로 구축된 센서를 IP 기반의 무선네트워크로 대체 하는 기술로서 심전도및 맥파 신호측정을 위한 웨어러블 센서, IP 기반의 센서노드, 이종의 네트워크 및 인터넷과의 연동을 위한게이트웨 이, 그리고 서버 PC로 구성된다. 먼저 심 전도신호를 측정하기 위하여 셔츠의 가슴부분에 부착된 2 개 전 극으로부터 소신호를 유도하고 유도된 2개의 신호의 전위차를 차동 증폭함으로서 100Hz의 심전도신호를 획득하였다. 반면에 맥파 센서는 맥파 신호측정의 기본 원리에 따라 LED (Infrared: 940 nm)와 포토다이오드로 손목형으로 제작하였으며, 잡음제거를 위한필터와 신호의 증폭을 위한 회로를 구성하여 75 Hz의맥파 신호를 획득하였다[8-9].
먼저 심 전도신호를 측정하기 위하여 셔츠의 가슴부분에 부착된 2 개 전 극으로부터 소신호를 유도하고 유도된 2개의 신호의 전위차를 차동 증폭함으로서 100Hz의 심전도신호를 획득하였다. 반면에 맥파 센서는 맥파 신호측정의 기본 원리에 따라 LED (Infrared: 940 nm)와 포토다이오드로 손목형으로 제작하였으며, 잡음제거를 위한필터와 신호의 증폭을 위한 회로를 구성하여 75 Hz의맥파 신호를 획득하였다[8-9]. 센서노드에서 수집 된 생체 신호의 전송은 6LoWPAN 환경 에서 사용되는 LOAD(6L0WPAN Ad Hoc On-Demand Distance Vector) 라우 팅프로토콜을 사용하여 게이트웨 이로 전송되는 방식으로 IP 기반의 네트워크를 형성하게 된다.
표 2와 같이 지능형 단말기 에 사용되는 운영체제에는 다양한 종류가 있는데 지능형 사물들은 대체로 프로세서 파워와 메모리가 매우 작은 컴퓨터들이 대부분이므로 리눅스 같은 범용 운영체제는 알맞지 않다 [3-5], 그에 반해 센서네트워크용 운영체제들은 가벼우면서도여러 대학 과 연구기관들의 많은노력을통해 다소 무거 운 응용에도 안정 적 으로 동작하는 등 고도화 상태에 진입하고 있어 지능형 사물에 적용하기에 적합하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 센서네트워크에서 사용되는 운영체제 중 컴포넌트를 기반으로 사용하고 저전력 모드에 맞는 TinyOS를 적용한 센서 노드를 사용하여 IPv6 환경을 구축하는데 사용하였다.
착용하여 생체신호를 측정하였다. 생체 신호의측정은 20대에서 30대의 건강한 성 인 남녀로 본 논문의저자와9명의 연구실원이 실험에 참여하였으며, 정상상태와 스트레스 상태를 주야간 상황으로 나누어 3일 동안하루에 5차례씩 약 3분여간 측정하여 평균하였다. 정상상태의 경우는 졸리거나 피곤하지 않고 컨디션이 좋은상태의 조건에서 측정하였으며, 스트레스 상태의 경우는 졸음, 피로, 스트레스와 같은 조건에서 측정하였다.
인터넷을 연동한 지역간 네트워크 통신을 위한 테스트를 위해 그림 4와 같이 공인 아이피 (IPv4)가 허용된 서로 다른 지역에서 6LoWPAN 환경을 구축하여 제작된웨어러블심전도및 맥파센서를 착용하여 정상 상태와스트레스 상태를 측정하였다.
생체 신호의측정은 20대에서 30대의 건강한 성 인 남녀로 본 논문의저자와9명의 연구실원이 실험에 참여하였으며, 정상상태와 스트레스 상태를 주야간 상황으로 나누어 3일 동안하루에 5차례씩 약 3분여간 측정하여 평균하였다. 정상상태의 경우는 졸리거나 피곤하지 않고 컨디션이 좋은상태의 조건에서 측정하였으며, 스트레스 상태의 경우는 졸음, 피로, 스트레스와 같은 조건에서 측정하였다. 서 버 PC에 구축된 모니터 링 및 분석 프로그램 은 측정된생 체 신호의 HRV (Heart Rate Variability, 심 박변 이 도) 분석을 통해 건강상태에 대한 객관적인 정보를 제공하도록 하였다[10].
플랫폼의 구성도를 보여주고 있다. 제안된 헬스케어 시스템은 기존의 유선이나 무선으로 구축된 센서를 IP 기반의 무선네트워크로 대체 하는 기술로서 심전도및 맥파 신호측정을 위한 웨어러블 센서, IP 기반의 센서노드, 이종의 네트워크 및 인터넷과의 연동을 위한게이트웨 이, 그리고 서버 PC로 구성된다. 먼저 심 전도신호를 측정하기 위하여 셔츠의 가슴부분에 부착된 2 개 전 극으로부터 소신호를 유도하고 유도된 2개의 신호의 전위차를 차동 증폭함으로서 100Hz의 심전도신호를 획득하였다.
테스트는 센서노드와 게이트웨이가 구성된 6LoWPAN 환경에서 제작된 웨어러블 심전도 및 맥파센서를 착용하여 생체신호를 측정하였다. 생체 신호의측정은 20대에서 30대의 건강한 성 인 남녀로 본 논문의저자와9명의 연구실원이 실험에 참여하였으며, 정상상태와 스트레스 상태를 주야간 상황으로 나누어 3일 동안하루에 5차례씩 약 3분여간 측정하여 평균하였다.

대상 데이터

그림 4에서 보는 바와 같이 실험 환경은 단일 PAN과멀티 PAN환경인2가지의 시나리오에 따라 이루어졌으며, 부경대학교의 2개의 캠퍼스에 (용당캠퍼스, 대연캠퍼스) PAN 환경과 서버 PC를 따로 설치하여 테스트 하였다.

성능/효과

VLF (0.003 ~ 0.04 Hz) 영역 에서 정상 상태의평균 PSD 값은 616.42ms2인데 반해 스트레스 상태의경우 409.96ms2를 나타내어 스트레스 상태에서의 PSD 값이 정상 상태에 비해 낮은 수치를 기록하는 것을 확인하였다. 이와 마찬가지로 LF (0.
4 표준 프로토콜에 IPv6 기술을 적용한 6LoWPAN 환경을 구축하였다. 또한 6LoWPAN 환경에 제안된 플랫폼을 적용하여기존의 무선센서네트워크에서 제한이 되었던 신뢰성, 확장성과 이동성을 보완하여 헬스케어 서비스 영 역을획기적으로 확장하였다. 실제 서로 다른 지역에서의테스트롤 통해 외부에서의 구조적 접근과 인터넷이 연결된 어디에서나 사용가능한 상호운용성을 보완하고자 하였으며, 서버 프로그램을 통한 환자의 건강 상태를 객관적으로 판단할 수 있었다.
72ms2로 그 값이 낮은 수치로 기록되는 것을 확인하였다. 이러한 결과를바탕으로 환자의 상태에 따라 두드러지게 변화하는 LF과 HF 영역에서의 LF/H毋 비의 평균값을 통해 표 3 과 같이 정상 상태와 스트레스 상태의 판단을 가능하게 하였다.

후속연구

실제 서로 다른 지역에서의테스트롤 통해 외부에서의 구조적 접근과 인터넷이 연결된 어디에서나 사용가능한 상호운용성을 보완하고자 하였으며, 서버 프로그램을 통한 환자의 건강 상태를 객관적으로 판단할 수 있었다. 따라서 이러한 결과를 바탕으로 유비쿼터스 헬스케어 서비스 분야에서의의료비 절감 및 인프라 구축에 대한 비용 절감뿐만 아니라 모든 사회 계층에 양질의 의료 서비스가 제공될것이며, 국내 지자체 규모나 국가적 규모의 u-헬스케어서비스 기반 기술이 확보되어 rr, 통신, 의료 솔루션의융합관련산업의 비즈니스영역으로크게 확대될것으로 예상된다.

참고문헌 (12)

사물지능통신 포럼, http://seri.org/
G. Lawton, "Machine-to-Machine Technology Gears Up for Growth", In Computer, vol. 37, pp. 12-15, 2004.
TinyOS, http://www.tinyos.net/
The Contiki Operating System, http://www.sics.se/contiki/
S. M. Park, J. W. Kim, K. Y. Shin, and D. Y. Kim, "A Nano Operating System for Wireless Sensor Networks", Proceedings of International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), pp. 345-348, Feb 2006 .
Internet Engineering Task Force, http://www.ietf.org/
N. K. Nagar, G. Montenegro, C. Schumacher, "Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks", IETF Network Working Group, RFC 4944, pp. 1-30, Sep 2007.
S. J. Jung and W. Y. Chung, "A Flexible and Scalable Patient's Health Monitoring System in 6LoWPAN", Proceedings of the 13th International Meeting on Chemical Sensors (IMCS-13), pp. 188, 2010.
신승섭, 정상중, 서용수, 정완영, "실시간 지능형 운전자 건강 및 주의 모니터링 시스템", 한국해양정보통신학회논문지, 제14권, 제5호, pp. 1303-1310, 2010.

원문보기 상세보기
Task Force of the European Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and Electrophysiology, "Guidelines - Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use", European Heart Journal, vol. 17, pp. 354-381, 1996.

상세보기
G. C. Butler, Y. Yamamoto, R. L. Hughson, "Heart Rate Variability to Monitor Autonomic Nervous System Activity During Orthostatic Stress", The Journal of Clinical Pharmacology, vol. 34, pp. 558-562, 1994.

상세보기
A. Malliani, F. Lombardi, M. Pagani, "Power spectrum analysis of heart rate variability: a tool to explore neural regulatory mechanisms", British Heart Journal, vol. 71, pp. 1-2, 1994.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증