ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ НОСИМЫМИ МЕДИЦИНСКИМИ ПРИБОРАМИ СУТОЧНОГО МОНИТОРИНГА НА УДАЛЁННЫЙ СЕРВЕР

Стремительное развитие области Интернета вещей не могло не оказать влияния на повседневную жизнь человека. В том числе и на сферу здравоохранения. В современном мире выделяется отдельная подобласть данной технологии – Интернет медицинских вещей (IoMT).

Использование технологии IoT в медицине даёт ряд ощутимых преимуществ:

• Снижение затрат: уменьшается необходимость присутствия пациента в больнице – становится возможным удалённо отслеживать состояние пациента.
• Улучшение управления заболеванием: состояние пациента отслеживается в реальном времени, что позволяет проводить раннюю диагностику.
• Упрощённый доступ к пациентам в географически удалённых регионах.

Данная работа касается конкретного вида устройств, имеющих отношение к этой сфере – носимых медицинских устройств. Такие устройства позволяют собирать статистику о здоровье пациента, ставить необходимые диагнозы (как, например, аппарат суточного мониторинга АД), вовремя реагировать на рецидивы, позволять врачам меньше контактировать с пациентами, что может снизить риск заболевания самих врачей.

Несмотря на важность темы и необходимость правового регулирования данной технологической сферы [1], пока что не получается говорить о каких-то конкретных строгих требованиях к подобного рода устройствам. Пока таких стандартов нет, «применение телемедицинских технологий на данный момент возможно только при коррекции лечения и последующего наблюдением за пациентом» [2]. Следовательно, остаётся руководствоваться исключительно спецификой задачи и техническими ограничениями.

Специфика же рассматриваемой задачи заключается в том, что носимое устройство должно передавать данные на большие расстояния, независимо от текущей локации и передвижений пациента. Следовательно, требуется большая область покрытия связи. Также, нецелесообразно проектировать специализированную топологию сети, так как потребуется неоправданно большое количество средств на производство. Таким образом, невозможно использование ряда технологий передачи данных, требовательных как к топологии, так и к области покрытия (Low Power Short Range Networkd, LPSRN), как, например, ZigBee или Z-Wave.

Также, сразу отметается вариант с передачей данных через сторонние устройства, как, например, через Bluetooth на смартфон пациента, так как в таком случае повышается вероятность неконтролируемого обрыва связи: на электронном счету мобильной связи могут неожиданно закончиться деньги, или сам телефон может банально разрядиться.

Помимо вышеперечисленного, устройству необходимо работать со стеком протоколов TCP/IP, так как ему требуется взаимодействовать с сервером. Следовательно, отпадает семейство технологий Low Power Wide Area Networks (LPWAN), так как для них требуются специализированные подстанции, транслирующие радиосигнал в сеть Интернет, что, опять же, приводит к дополнительным ненужным затратам на оборудование.

Исходя из вышеперечисленного, такие устройства должны использовать мобильную сеть, или Cellular Network (CN). Для обеспечения работы IoT-устройств с таковыми, консорциум 3GPP разработал и развивает три стандарта сотовых технологий:

1. eMTC (LTE-M, LTE Cat.M1)

Данная технология обеспечивает работу устройств с LTE-сетями. Основной её фокус сделан на высокой скорости передачи (до 1 Мбит/с) и полнодуплексной связи. В данный стандарт добавлены технологии     Extended DRX (снижает периодичность обязательных сигнальных сообщений, есть два режима работы: I-DRX (Idle mode Discontinuous Reception) и C-DRX (Connected mode Discontinuous Reception), первый – режим во время простоя, второй – режим во время активного подключения) и PSM (поддержка долгих периодов «молчания», до 52 минут), что обеспечивает значительное снижение энергопотребления.

2. EC-GSM-IoT (EC-GSM, EC-GPRS)

Стандартная GSM/GPRS с дополнительным пакетом функций: помимо описанных выше Extended DRX и PSM, есть также Extended Coverage (адаптация канального уровня сети, использующая многократное повторение сигнала, что улучшает покрытие на 20 dB по сравнению с традиционными системами), а также несколько других, вроде упрощения сетевой сигнализации или расширения механизмов аутентификации и авторизации.

3. NB-IoT

Относительно новое направление развития сетевых технологий IoT, при этом всё ещё обеспечивающее интеграцию с сетями как LTE, так и GSM. Существенно переработаны протоколы канального уровня, что обеспечило очень низкий уровень энергопотребления (вплоть до 10 лет от батареи ёмкостью 5 Вт*ч, энергопотребление в спящем режиме 236 мкА, в активном 5.6 мА), а также низкую нагрузку на сеть. Более того, значительно уменьшает стоимость конечных устройств.

Таблица 1

Сравнение характеристик стандартов передачи данных IoT

Исходя из вышеперечисленных характеристик, можно сделать вывод, что наиболее эффективной технологией связи для носимых устройств является NB-IoT по следующим причинам: возможность работы как с GSM, так и с LTE сетями, отличная энергоэффективность, наиболее активное развитие и поддержка

Список литературы:

1. Лебедев Г.С., Шадеркин И.А., Фомина И.В., Лисненко А.А., Рябков И.В., Качковский С.В., Мелаев Д.В., Интернем медицинских вещей: первые шаги по систематизации // jtelmed – 2017 – №6 [Электронный ресурс] – Режим доступа – URL: https://jtelemed.ru/article/internet-medicinskih-veshhej-pervye-shagi-po-sistematizacii (Дата обращения: 22.03.2023)
2. Сазонова М., Здоровье и технологии: правовые проблемы взаимодействия // Гарант.ру – 2021 [Электронный ресурс] – Режим доступа – URL: https://www.garant.ru/article/1453970/ (Дата обращения: 22.03.2023)
3. Обзор технологий Cellular Network // Технологии связи [Электронный ресурс] – Режим доступа – URL: https://itechinfo.ru/content/%D0%BE%D0%B1%D0%B7%D0%BE%D1%80-%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B9-cellular-network (Дата обращения: 23.03.2023)
4. Руденовский А., Перспективы технологий LTE для IoT и их реализация в модулях Telit // Беспроводные технологии – 2017 – №3 – [Электронный ресурс] – Режим доступа – URL: https://wireless-e.ru/gsm/lte-dlya-iot-v-telit/ (Дата обращения: 24.03.2023)