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홈 헬스케어를 위한 무선센서네트워크 라우팅 프로토콜 디자인 및 평가
Design and evaluation of wireless sensor network routing protocolfor home healthcare 원문보기

센서학회지 = Journal of the Korean Sensors Society, v.19 no.4, 2010년, pp.297 - 305  

이승철 (부경대학교 대학원 전자공학과) ,  서용수 (동서대학교 전자공학과) ,  권태하 (부경대학교 전자공학과) ,  정완영 (부경대학교 전자공학과)

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A home healthcare system based wireless sensor network, which can continuously monitor and manage the elderly's electrocardiogram(ECG) signal at any space at home without space limit is proposed. The communication coverage of wireless network is expended by multi-hop wireless sensor network. In orde...

주제어

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문제 정의

  • 또한 “Active Status_Mobile or Intermediate node” 명령을 사용하여 휴지상태인 센서노드를 활성화 시킬 수 있으며, 활성화 되어진 이동형 노드에게 다양한 생체 샘플링율(50 Hz, 100 Hz, 200 Hz) 을 요청하기 위해서 “Sample Rate_Mobile_Node” 명령을 사용 할 수 있도록 하였다. 본 논문에서 각각 다른 샘플링을 부여한 이유는 센서노드의 특성상 전송율의 한계로 인해서 헬스케어용으로 분석 가능한 심전도의 최소 샘플링율 판별하는 것이다. “Select_Channel_Mobile_Node”명령을 이동 노드에게 보낼 경우 이 노드의 생체 인터페이스 채널들을 선택하여 필요로 하는 생체 센서정보를 획득하도록 하는 명령이며, 또한 “Radio Power_Control_Mobile or Intermediate node” 명령은 중계노드나 이동형 노드들에게 무선 파워 세기(radio frequence)를 3~31까지 부여하여 다양한 파워 세기를 조절할 수 있다.
  • 본 논문에서는 심전도 인터페이스, 프로세서모듈, 통신모듈을 3 V 리튬배터리로 동작 가능하도록 설계하였다. Fig.
  • 3절에서 제안한 홈 헬스케어용 라우팅 프로토콜에 대한 구현은 본 절에 기술하였다. 본 논문에서는 이동형 노드와 실내주변에 설치되어진 중계노드들을 원격 관리할 목적으로 디자인 하였으며, 또한 생체 데이터를 효율적으로 송수신 하기위해서 헬스케어용라우팅 프로토콜들을 구현하였다. Fig.
  • 본 논문에서는 헬스케어용으로 디자인한 플로딩 프로토콜의 단점을 개선시키고 센서노드의 확장성을 고려한 최소 비용 포워딩(minimum cost forwarding or MCF) 기능을 적용한 MCF 기반의 MMCF 프로토콜을 구현하였다. MCF은 센서노드의 유일한 ID나 메시지를 전송할 테이블을 가질 필요 없이 넓은 범위 네트워크에 대해 적합하게 설계되어진 라우팅 알고리즘이다[14].
  • 서버컴퓨터에서는 이동형 심전도노드를 활성화시키기 위해서 원격명령을 전달하고, 그 명령에 따라 측정된 심전도 신호는 헬스케어용 라우팅 프로토콜로 구축된 무선센서네트워크를 통해 베이스스테이션으로 전달되고자 하였다. Fig.
  • 앞서 2.3절에서 제안한 홈 헬스케어용 라우팅 프로토콜에 대한 구현은 본 절에 기술하였다. 본 논문에서는 이동형 노드와 실내주변에 설치되어진 중계노드들을 원격 관리할 목적으로 디자인 하였으며, 또한 생체 데이터를 효율적으로 송수신 하기위해서 헬스케어용라우팅 프로토콜들을 구현하였다.
  • 이로 인해서 패킷 손실이 많이 발생하게 되어 헬스케어용 심전도 데이터로 사용할 수 없는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 생체정보와 질의를 신뢰성 있게 전달하도록 최소 비용 포워딩(MMCF) 프로토콜을 구현하였다. 이 두 프로토콜 기반의 노드들을 실내 주변 환경에 각각 배치하여 터미널 PC로부터 이동형 노드의 심전도 패킷 수신율(packet reception rate)을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 통신 기술의 발달로 인해 어떤 변화를 맞고 있는가? 최근 들어 정보통신과 의료기술의 발달로 인해 홈 헬스케어에 대한 필요성이 요구되고 있다[1,2]. 특히 무선 통신 기술의 발달로 인해 기존 유선기반의 심전도(electrocardiogram), 혈압(blood pressure), 혈당(blood sugar), 산소포화도(SpO2) 같은 생체신호 측정 시스템을 가정에서 손쉽게 접근함은 물론이고 무선랜과 같은 환경에서 측정된 생체신호를 중앙센터 서버로 전송을 하고, 여기서 생체 데이터 저장, 분석, 그리고 의료센터에서 원격 모니터링이 가능한 유비쿼터스 헬스케어 시대를 열어가고 있다.
실내 환경에서의 인터넷 접속을 위해서 무선랜을 활용하는 경우 통신 신호의 세기가 약해지면 어떤 상황이 일어나는가? 실내 환경에서의 인터넷 접속을 위해서 무선랜을 활용하는 경우에는 장해물로 인해 통신신호의 세기가 30 %~90 %까지 약해질 수 있다. 그러므로 무선랜의 통신범위는 줄어들 수 있으며, 이동형 의료기기와 무선랜 사이에 통신 차단으로 인해 반송 중지 상태(dead spot)가 발생한다. 이는 환자의 중요한 생체정보를 중앙센터 서버로 제대로 전송하지 못하게 할 수 있다. 이러한 무선랜의 단점을 해결하기 위한 방법으로서 많은 수의 액세스 포인트를 설치 할 수 있지만, 시설 초기 비용이 크게 증가할 수 있다[3,4].
수신 받은 데이터를 다시 송신하는 것을 무엇이라고 하는가? 기존의 플로딩은 각각의 노드가 수신 받은 데이터를 다시 송신하는 기법이다. 수신 받은 데이터를 다시 송신하는 것을 포워딩이라고 한다. 매우 간단한 방법이기 때문에 애드혹(ad-hoc) 망에서 자주 사용되는 기법이다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (15)

  1. S. Koch, “Home telehealth current state and future trends”, International Journal of Medical Informatics, vol. 75, Issue 8, pp. 565-576, 2006. 

  2. M. Rigby, “Applying emergent ubiquitous technologies in health: The need to respond to new challenges of opportunity, expectation, and responsibility”, International Journal of Medical Informatics, vol. 76, Supplement 3, pp. S349-S352, 2007. 

  3. T. Bratan, M. Clarke, R. Jones, A. Larkworthy, and R. Paul, “Evaluation of the practical feasibility and acceptability of home monitoring in residential homes”, Journal of Telemedicine and Telecare, vol. 11, Supplement 1, pp. 29-31, 2005. 

  4. U. Varshney, “Patient monitoring using infrastructure-oriented wireless LANs”, International Journal of Electronic Healthcare, vol. 2, no. 2, pp. 149-163, 2006. 

  5. A. Milenkovic, C. Otto, and E. Jovanov, “Wireless sensor networks for personal health monitoring: Issues and an implementation”, Computer Communications, vol. 29, Issues 13-14, pp. 2521-2533, 2006. 

  6. K. Lorincz, D. J. Malan, R.F. Jones, A. Nawoj, A. Clavel, V. Shnayder, G. Mainland, and M. Welsh, “Sensor networks for emergency response: Challenges and opportunities”, IEEE Pervasive Computing, vol. 3, Issue 4, pp. 16-23, 2004. 

  7. S.-H. Toh, S.-C. Lee, H.-J. Lee, and K.-H. Do, “Mobile u-healthcare system in IEEE 802.15.4 WSN and CDMA network environments”, J. Kor. Sensors Soc., vol. 18, No. 5, pp. 337-342, 2009. 

  8. L. Alazzawi and A. Elkateeb, “Performance evaluation of the WSN routing protocols scalability”, Journal of Computer Systems, Networks, and Communications, vol. 2008, no.14, 2008. 

  9. Available at: http://www.mobihealth.org. 

  10. Available at: http://fiji.eecs.harvard.edu. 

  11. W.R. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishman, “Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor network”, in Proceedings of the 33rd International Conference on System Sciences, vol. 8, p. 8020, 2000. 

  12. J.-W. Lee and G.-K. Lee, “Design of an adaptive filter with a dynamic structure for ECG signal processing”, International Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 3, No. 1, pp. 137-142, 2005. 

  13. 이승철, 정상중, 이영동, 정완영, “실내환경 모니터 링시스템을 위한 무선 센서네트워크에서의 플러딩 방식의 질의모델 설계 및 구현”, 센서학회지, 제17 권, 제3호, pp.168-176, 2008. 

  14. F. Ye, A. Chen, S. Lu, and L. Zhang, “A scalable solution to minimum cost forwarding in large sensor networks”, in Proc. IEEE 10th Int. Conf. Computer Communications and Networks, Arizona, pp. 304-309, 2001. 

  15. Available at: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/cc2420.pdf, 20, 2007. 

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