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무선센서네트워크 환경의 모바일 u-헬스케어 시스템 개발
Development of Mobile u-Healthcare System in WSN 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.37C no.4, 2012년, pp.338 - 346  

이승철 (부경대학교 전자정보통신연구소) ,  정완영 (부경대학교 전자공학과)

초록
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무선센서네트워크 기술은 환자의 생체신호를 측정하고 전송할 수 있도록 도와 다양한 메디컬과 헬스케어 솔루션을 제공한다. 그러나 무선센서네트워크 기반의 데이터 신뢰성센서노드의 하드웨어 리소스 제약으로 인해서 헬스케어 라우팅 프로토콜에 상당한 영향 미칠 수 있다. 이러한 이유 때문에 본 연구에서는 무선센서네트워크 환경에서 헬스케어 시스템에 적용 가능한 모바일 헬스케어 라우팅 프로토콜에 성능향상을 시킬 목적으로 RF 세기, 배터리 상태, 배치 상태 등의 조건을 이용하여 다양한 통신실험을 수행하였다. 이 실험은 노드 간 거리와 수신율의 관점에서 몇몇 중요한 파라멘트를 획득하기 위해서 수행하였다. 배터리 상태와 RF 세기와의 관계, 노드 배치 상태와 RF 세기와의 관계 등에 따라 최적 통신 거리를 평가하고, 또한 노드 간 배치 상태와 RF 세기 따른 패킷 수신율 평가하였다. 이 실험결과를 바탕으로 본 연구에서 개발한 모바일 헬스케어 라우팅 프로토콜의 최적 노드 전력제어 및 배치 방법을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Wireless sensor network (WSN) technology provides a variety of medical and healthcare solutions to assist detection and communication of body conditions. However, data reliability inside WSN might be influenced to healthcare routing protocol due to limited hardware resources of computer, storage, an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 그림 6과 같이 제안한 통신 기법으로 이동성에 따른 통신단절의 원인을 극복하고자 하였다. 양방향 MCF는 최소비용으로 목적지까지 데이터를 전달하기 위한 방식으로써 주기적으로 비컨 메시지를 주변노드에 전송하여 최소 링크 비용을 갖는 부모 노드를 선별한다.
  • 특히, 무선센서네트워크 기반 헬스케어 시스템에서 정밀한 생체신호를 모니터링하기 위해서 고속샘플링을 요구함과 동시에 다량의 데이터를 무선으로 전송해야하기 때문에 적절한 통신거리, RF 세기, 배터리 상태, 배치상태 등을 고려함은 생체 센서노드의 수명연장과 데이터 신뢰성을 높이는데 기준이 될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 생체 센서노드의 효율성을 높이기 위해서 3가지 방법을 제안하고 평가하여 모바일 헬스케어 라우팅 프로토콜 구현에 있어서 높은 신뢰성을 확보할 수 있도록 하였다.
  • 모바일 u-헬스케어 응용을 위한 무선센서네트워크에서 웨어러블 센서노드와 중계노드의 배터리의 제한성을 줄이고 통신 효율성을 높이기 위해서 RF 세기, 배터리 상태, 배치상태에 따라 기초 통신실험을 수행하였으며, 이를 바탕으로 신속한 링크 변환 양방향 MCF의 모바일 라우팅 프로토콜을 평가하고자 하였다. 이 기초 통신실험의 결과에서는 RF 파워 세기를 낮추고, 최적통신을 위해 -7dBm 으로 설정한 중계노드를 천정 25.
  • 센서노드 간 통신은 배터리 상태에 따라서 통신거리가 변화가 발생하기 때문에 우선적으로 고려해야할 사항이다. 본 논문에서는 생체 센서노드에서 중계노드로 생체신호를 전송할 경우 중계기 역할을 하는 중계노드들 간 통신이 지속적으로 이루어지기 위해서 중계 노드 간 배치는 중요한 지표가 될 수가 있다. 이를 위해서 그림 2에서 보는 것처럼 배터리 상태에 따른 통신 거리 실험을 행하였다.
  • 본 연구에서는 헬스케어에 실시간 라우팅 알고리즘을 채택하기 위해서 다른 무선센서네트워크 라우팅 프로토콜보다 확장성이 좋고, 적은 제어패킷으로 경로를 설정하는 MCF 라우팅 프로토콜을 이용하여 이동성에 강인하면서 데이터 전송 효율성이 좋은 신속한 링크 변환 양방향 MCF을 디자인하였다. 또한 이동성을 고려한 라우팅 프로토콜을 평가에 앞서 노드 간 기초실험을 통해서 적절한 RF세기를 설정하고, 또한 신뢰성 전송이 가능한 통신거리에 노드를 최적 배치하여 심전도 신호 전송에 있어 신뢰성을 보장할 수 있는 모바일 라우팅 프로토콜을 평가하였다.
  • 피 실험자는 그림 8 에서 보는 것과 같이 의복에 웨어러블 노드를 착용하고 복도 왼쪽에서 오른쪽, 오른쪽에서 왼쪽, 아래쪽에서 위쪽, 위쪽에서 아래쪽으로 걸었다. 이 실험을 통해서 패킷 배달 성공률을 제안한 프로토콜에 따라서 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선센서네트워크 기술은 무엇을 제공하는가? 무선센서네트워크 기술은 환자의 생체신호를 측정하고 전송할 수 있도록 도와 다양한 메디컬과 헬스케어 솔루션을 제공한다. 그러나 무선센서네트워크 기반의 데이터 신뢰성은 센서노드의 하드웨어 리소스 제약으로 인해서 헬스케어 라우팅 프로토콜에 상당한 영향 미칠 수 있다.
유비쿼터스 헬스케어 기술은 어떤 기술인가? 유비쿼터스 헬스케어 기술은 유선통신 인프라와 무선네트워크(블루투스, ZigBee, UWB, WLAN)를 기반으로 만성질환자, 독거노인, 회복중인 환자나 수술 후 환자 등이 가정에서 생활을 유지하면서 불편하지 않게, 짧은 주기나 혹은 지속적으로 신체의 정보를 측정하고, 신체의 상태를 모니터링하여 건강상태의 변화에 대한 전문가의 서비스를 즉각적으로 받는 기술이다[1].
기존의 블루투스나 무선랜 통신환경에서의 헬스케어 시스템의 문제점은? 기존의 블루투스나 무선랜 통신환경에서의 헬스케어 시스템은 이동 노드와 게이트웨이 간의 일대일 통신을 지향하면서 생체신호를 전송하였다. 이 통신방식을 지향하는 헬스케어 시스템은 통신거리 반경에서 생체신호 전송이 가능하나 장애물로 인한 RF 신호감쇄, 제한된 통신거리, 이동성 등에 따른 통신 제약이 수반하여 신뢰성 있는 데이터 전송이 어렵다[2-3]. 특히 이들 몇몇 문제점 중에서 통신거리, 신호감쇄 등의 단점을 개선하기 위해서 최근에는 초소형 저전력 센서 노드들을 가정, 사무실, 병원과 같은 장소에 무선센서 네트워크 환경으로 구성하여 통신범위를 확장하면서 신뢰성 있게 데이터 전달을 위한 멀티 홉 기반의 헬스케어용 라우팅 프로토콜 대한 연구가 증가하고 있다[4-5].
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참고문헌 (9)

  1. Y. B. Kim, S. K. Yoo, D. Y. Kim, "Ubiquitous Healthcare: Technology and Service", Studies in Computational Intelligence, Vol 19, 2006. 

  2. R. G. Lee, C. C. Hsiao , C. C. Chen, M. H. Liu, "A mobile-care system integrated with Bluetooth blood pressure and pulse monitor, and cellular phone", IEICE Trans Inform Syst 2006, Vol. E89-D, Issue 5, pp. 1702-1711, 2006. 

  3. U. Varshney, "Patient monitoring using infrastructure-oriented wireless LANs", Int. J. Electron Healthcare, Vol.2, No. 2, pp. 149-163, 2006. 

  4. F. Hu, M. Jiang, L. Celentano, Y. Xiao, "Robust medical ad hoc sensor networks (MASN) with wavelet-based ECG data mining", Ad Hoc Networks, Vol. 6, Issue 7, pp. 986-1012, 2008. 

  5. B. Zhou, C. Hu, H. Wang, and R. Guo, "A wireless sensor network for pervasive medical supervision", International Conference on Integration Technology, pp. 740-744, 2007. 

  6. I. F. Akyildiz, S. Weilian, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, "A Survey on Sensor Networks", Comm. IEEE., Vol. 40, No. 8, pp.102-114, 2002. 

  7. F. Ye, A. Chen, S. Lu, L. Zhang, "A scalable solution to minimum cost forwarding in large sensor networks", in Proceedings of IEEE 10th Int. Conf. Computer Communications and Networks, Scottsdale, Arizona, pp. 304- 309, 2001. 

  8. D. Yupho and J. Kabara, "Continuous vs. Event Driven Routing Protocols for WSNs in Healthcare Environments", In Pervasive Health Conference and Workshops, pp. 1-4, 2006. 

  9. Seung-Chul Lee and Wan-Young Chung, "Design and Implementation of Minimum Cost Forwarding Model in Sensor Network Database for Healthcare Application", Sensor Letters, Vol. 9, number 1, February 2011, pp. 433-438. 

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