본 논문에서는 언제 어디서나 환자의 건강상태를 체크할 수 있는 유비쿼터스헬스 케어 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 front-end와 back-end로 구성되는데 front-end에는 온도, 습도, 조도 등 환경 센서 그룹과 혈압, 심전도, 맥박 등의 헬스 센서 그룹, 센싱 자료를 유무선으로 전달하는 게이트웨이, 환자를 인식하는 RFID 리더기로 구성된다. back-end 로는 측정데이터를 전달하는 포워드, 측정 결과를 모니터링 할 수 있는 모니터 프로그램, 개인별 측정값을 저장하는 의료 정보 수집 서버로 구성된다. 구현된 센서 노드는 지그비(Zigbee)프로토콜을 통하여 센서 네트워크를 구성하며 초소형 보드에 적합한 TinyOS가 내장되어 있다. 자료 전달을 위한 게이트웨이는 무선 리녹스 단말기로 구성되어 서버로 무선 랜을 통하여 센싱된 정보를 실시간으로 전송한다. 또한 의료 정보 수집 서버는 단말기에서 얻은 데이터를 저장 관리하며 긴급 상황 발생 시 연계된 의료진에게 환자의 상태를 보고하도록 설계되었다. 실험 결과 지그비통신 프로토콜을 이용한 센서 네트워크를 통하여 유비쿼터스 헬스 케어 시스템이 구현 가능함을 확인하였다.
본 논문에서는 언제 어디서나 환자의 건강상태를 체크할 수 있는 유비쿼터스 헬스 케어 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 front-end와 back-end로 구성되는데 front-end에는 온도, 습도, 조도 등 환경 센서 그룹과 혈압, 심전도, 맥박 등의 헬스 센서 그룹, 센싱 자료를 유무선으로 전달하는 게이트웨이, 환자를 인식하는 RFID 리더기로 구성된다. back-end 로는 측정데이터를 전달하는 포워드, 측정 결과를 모니터링 할 수 있는 모니터 프로그램, 개인별 측정값을 저장하는 의료 정보 수집 서버로 구성된다. 구현된 센서 노드는 지그비(Zigbee) 프로토콜을 통하여 센서 네트워크를 구성하며 초소형 보드에 적합한 TinyOS가 내장되어 있다. 자료 전달을 위한 게이트웨이는 무선 리녹스 단말기로 구성되어 서버로 무선 랜을 통하여 센싱된 정보를 실시간으로 전송한다. 또한 의료 정보 수집 서버는 단말기에서 얻은 데이터를 저장 관리하며 긴급 상황 발생 시 연계된 의료진에게 환자의 상태를 보고하도록 설계되었다. 실험 결과 지그비 통신 프로토콜을 이용한 센서 네트워크를 통하여 유비쿼터스 헬스 케어 시스템이 구현 가능함을 확인하였다.
In this paper, we have implemented a ubiquitous healthcare system that can measure and check human's health in anytime and anywhere. The implemented prototype are composed of both front-end and back-end. The front-end have several groups: environment sensor group such as temperature, humidity, photo...
In this paper, we have implemented a ubiquitous healthcare system that can measure and check human's health in anytime and anywhere. The implemented prototype are composed of both front-end and back-end. The front-end have several groups: environment sensor group such as temperature, humidity, photo, voice sensor, health sensor group such as blood pressure, heart beat, electrocardiogram, spo2 sensor, gateway for wired/wireless communication, and RFlD reader to identify personal. The back-end has a serial forwarder to propagate measurment results, monitor program, and medical information server. The implemented sensor node constructs a sensor network using the Zigbee protocol and is ported the TinyOS. The data gathering base node is linux-based terminal that can transfer a sensed medial data through wireless LAN. And, the medical information server stores the processed medical data and can promptly notify the urgent status to the connected medical team. Through our experiments, we've confirmed the possibility of ubiquitous healthcare system based on sensor network using the Zigbee.
In this paper, we have implemented a ubiquitous healthcare system that can measure and check human's health in anytime and anywhere. The implemented prototype are composed of both front-end and back-end. The front-end have several groups: environment sensor group such as temperature, humidity, photo, voice sensor, health sensor group such as blood pressure, heart beat, electrocardiogram, spo2 sensor, gateway for wired/wireless communication, and RFlD reader to identify personal. The back-end has a serial forwarder to propagate measurment results, monitor program, and medical information server. The implemented sensor node constructs a sensor network using the Zigbee protocol and is ported the TinyOS. The data gathering base node is linux-based terminal that can transfer a sensed medial data through wireless LAN. And, the medical information server stores the processed medical data and can promptly notify the urgent status to the connected medical team. Through our experiments, we've confirmed the possibility of ubiquitous healthcare system based on sensor network using the Zigbee.
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문제 정의
본 논문에서는 유비쿼터스 헬스 케어를 위한 프로토타입 수준의 시스템을 개발하였다. 구현된 시스템은 지그비 통산 프로토콜 기반으로 데이터를 전송하며 각 센서 노드에는 TinyOS가 장착되어 이벤트를 처리하며 임베디드 리눅스가 탑재된 게이트웨이는 무선 통산으로 의료정보를 실시간으로 전송할 수 있어 언제, 어디서나 의료정보를 의료전문가에게 전달할 수 있어 위험 상황이나 주기적 건강을 보고할 수 있는 시스템이다.
라이프케어 요소기술 중, 바이오센서 기술의 나노 기술 융합 분야는 세계적으로 미국의 Harvard대학, Nanomix 및 유럽의 Delft 대학 등에서 활발히 수행중卜는 연구주제이나 아직은 기초연구 수준의 단계이며 CMOS 공정 기반의 nano-FET 기술은 비표지식, 전기식 실시간 고감도 검출이 요구되는 나노바이오 센서의 실용화에 유리하므로 실리콘 나노채널 공정, 실리콘 표면 화학처리, 신호검출 및 구동 처리 둥의 체계적인 연구가 필요하다 [5, 6].본 논문에서는 이 USN(Ubiquitous sensor network) 상에서 의료 서비스를 제공하는 유비쿼터스 헬스케어 시스템을 설계하고 가정에서 응용할 수 있는 프로토타입 수준의 시스템을 개발하였다. u-Healthcare 응용에는 환자의 몸에 착용하여 심장박동수나 산소포화심전도를 체크하는 생체신호 감지하여 이상 발생시 센서 네트워크를 통하여 의료진에게 통보하는 생체신호 감지응용, 노인들의 옷에 위치추적 배지를 부착하여 노인의 위치나 건강의 이상 유무를 체크하는 노인 보호 응용 등 다양한 응용이 소개되고 있다.
게이트웨이는 리눅스기반의 무선단말기로서 베이스노드에서 받은 센서 데이터를 무선으로 AP로 전송하고 AP는 인터넷에 연결되어 있으므로 센싱 결과를 의료정보 서버로 실시간 전송할 수 있다. 본 연구에서는 TinyOS 연구그룹에서 제공하는 시리얼 포워드프로그램을 통하여 센싱될 결과를 다수의 모니터로 보낼 수 있도록 하였다. 모니터링 소프트웨어는 현재의 측정값을 감시하고 데이터베이스에 측정값을 저장할 수 있도록 구성하였다.
본 연구에서는 기존의 연구들을 통합하여 가정에서 u-헬스케어를 서비스할 수 있는 프로토타입 시스템을 구현하였다. 구현된 프로토타입은 크게 두 가지 구성요소로 이루어지는데 인체의 헬스 정보를 센싱하여 센서 네트워크를 통하여 게이트웨이로 전송하고, 센서 네트워크에서 전송된 정보롤 유무선으로 전송하는 게이트웨이로 구성된 front-end, 전송된 인체의 의료 정보를 모니터링, 관리 및 저장하여 긴급 상황 발생시 의료진에게 통보하는 의료정보수집 서버의 back-end로 구성된다.
그림에서 보듯이 Hyper_EKGM 컴포넌트는 타이머, LED, ADC, UART2, GenericCommz 그리고 EKGC 컴포넌트와 연결되어 있다. 타이머는 소리 값을 주기적으로 샘플링하기 위하여 연결하며, LED 센서 노드에 부착된 LED 점멸로 데이터 통신 상태 및 디버깅 목적으로 연결하였다. 또한 ADC 는 아날로그로 획득한 측정값을 디지털로 변환하기 위하여 연결하였으며 GenericComm 은 RF 또는 시리얼로 센싱된 데이터 값을 센서노드 또는 베이스 노드로 전송하기 위하여 연결하였다.
제안 방법
구현된 프로토타입은 크게 두 가지 구성요소로 이루어지는데 인체의 헬스 정보를 센싱하여 센서 네트워크를 통하여 게이트웨이로 전송하고, 센서 네트워크에서 전송된 정보롤 유무선으로 전송하는 게이트웨이로 구성된 front-end, 전송된 인체의 의료 정보를 모니터링, 관리 및 저장하여 긴급 상황 발생시 의료진에게 통보하는 의료정보수집 서버의 back-end로 구성된다. 헬스케어 관련 측정 노드는 TinyOS[8]를 탑재한 초소형 노드이며 지그비 프로토콜을 통하여 다른 노드와 센서 네트워크를 형성하며 헬스관련 데이터 값을 전송한다.
타이머는 소리 값을 주기적으로 샘플링하기 위하여 연결하며, LED 센서 노드에 부착된 LED 점멸로 데이터 통신 상태 및 디버깅 목적으로 연결하였다. 또한 ADC 는 아날로그로 획득한 측정값을 디지털로 변환하기 위하여 연결하였으며 GenericComm 은 RF 또는 시리얼로 센싱된 데이터 값을 센서노드 또는 베이스 노드로 전송하기 위하여 연결하였다. EKGC 컴포넌트의 경우는 측정값을 직접 센싱하는 센서노드의 값을 ADS] 전달하기 위하여 Hyper_EKGM 컴포넌트에 연결되 었다.
본 연구에서는 가정에서 간이로 EKG를 측정할 수 있는 센서를 부착하여 의료진에게 그 결과를 전달 할 수 있도록 하였대7L EKG 파형은 좌우 심빙의 순차적 활동을 보여주는 P袞 좌우 심실의 전기적 자극을 보여주는 QRS 파, 그리고 S 파형 다음에 나타나는 T 파가 있는 본 연구에서 사용된 센서는 P파를 간단히 보여 준다 그림 2는 본 연구에서 사용된 센서의 부착 위치를 그림으로 보여준다. P1은 좌심방, P2 우심방쪽, 그리고 P3 는 GND 용으로 부착된다.
센서노드는 센서와 센서에서 읽은 데이터를 게이트웨이로 전송하는 센서노드로 구성되는데 본 연구에서는 버클리대학에서 배포한 센서 노드용 운영체제인 tinyOS 및 telos 플랫폼亿8]에 기반하여 센서 노드가 제작되었다 telos 플랫폼은 TIMSP430 마이크로컨트롤러와 Chipcon2420 RF가 탑재된 센서노드 플랫폼으로 저전력, 지그니】(IEEE 802.15.4)기반의 표준을 지원한다. 설치된 운영체제는 tinyOS 1.
대상 데이터
센싱 그룹에는 온도, 습도 조도, 소리등 가정의 환경을 센싱하는 센서들과 혈압, 맥박, 심전도등 헬스 정보를 센싱하는 그룹이 있다. 개인의 인식을 위해서 RFID 리더기가 사용되는데 본 연구에서는 13.57MHz의 접촉식 태그가 사용되었다. 게이트웨이는 리눅스기반의 무선단말기로서 베이스노드에서 받은 센서 데이터를 무선으로 AP로 전송하고 AP는 인터넷에 연결되어 있으므로 센싱 결과를 의료정보 서버로 실시간 전송할 수 있다.
성능/효과
이 프로그램은 서비스 제공자 또는 사용자가 직접 접속하여 현재의 상태를 모니터링할 수 있다. 프로그램은 자바 언어로 개발되었으며 서버의 데이터 베이스와 연동하여 각종 정보를 양방향으로 입출력이 가능하며 의료진에게 연결되어 각종 정보를 전달 할 수 있다.
후속연구
모니터링 소프트웨어는 현재의 측정값을 감시하고 데이터베이스에 측정값을 저장할 수 있도록 구성하였다. 의료진에서 긴급 메시지 전송은 센싱 결과의 의학적 판단이 필요하므로 본 향후 연구 과제로 남겨두었다
이 그래프에 표시된 내용은 자동적으로 서버의 데이터베이스에 저장되어 진다. 집안의 내부 구조는 헬스 케어 서비스 사업자 등이 헬스 케어 대상자의 집 구조를 파악하여 다양한 홈 네트워크 서비스를 제공하고 긴급 상황 발생시 현재의 환자 위치를 파악할 수 있으며, 또한 서비스 사업자가 센서 노드 설치 위치를 파악하는데 이용될 수 있다. 헬스 케어 대상자 신상 정보창에는 사진 성명, 주소지, 전화번호 등의 정보가 보여진다.
구현된 시스템은 지그비 통산 프로토콜 기반으로 데이터를 전송하며 각 센서 노드에는 TinyOS가 장착되어 이벤트를 처리하며 임베디드 리눅스가 탑재된 게이트웨이는 무선 통산으로 의료정보를 실시간으로 전송할 수 있어 언제, 어디서나 의료정보를 의료전문가에게 전달할 수 있어 위험 상황이나 주기적 건강을 보고할 수 있는 시스템이다. 향후 연구로는 프로토타입 수준인 현재 시스템을 안정화하는 것과 CDMA 모듈을 통한 실시간 전송, 그리고 의료진과 연계한 메시징 시스템을 개발하는 것이다.
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