IMPLEMENTACIN DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UN SISTEMA DE ADQUISICION Y VISUALIZACION DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN SERES HUMANOS, UTILIZANDO REDES DE SENSORES INALMBRICAS.

OSCAR JAVIER RODRGUEZ RIVEROS CAMILO EDUARDO TLLEZ VILLAMIZAR

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERAPROGRAMA DE INGENIERA ELECTRNICA BOGOTA D.C.2009

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IMPLEMENTACIN DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UN SISTEMA DE ADQUISICION Y VISUALIZACION DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN SERES HUMANOS, UTILIZANDO REDES DE SENSORES INALMBRICAS.

OSCAR JAVIER RODRGUEZ RIVEROS CAMILO EDUARDO TLLEZ VILLAMIZAR

Tesis entregada como parte de los requisitos para optar al ttulo de

Ingeniero Electrnico

Ing. CARLOS ANDRS LOZANO GARZN. Ms. C (C) Director

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERAPROGRAMA DE INGENIERA ELECTRNICA BOGOTA D.C.2009

Nota de Aceptacin

Director Jurado JuradoBogot D.C., 22 de Mayo de 2009

COMENTARIOS

4

Sin duda primero a DIOS, gracias por permitirme cumplir este sueo

A mis padres y hermana por su apoyo incondicional en toda ocasin

A toda mi familia y amigos interesados en el desarrollo y avance del proyecto.

OSCAR JAVIER

Deseo dar un profundo agradecimiento ante todo a Dios por todos los beneficios que de l he heredado.A mis padres y hermana por su apoyo y colaboracin incondicional. A los estamentos de mi universidad, que me permitieron en todo momento ampliar mis horizontes, sobretodo en el campo de la investigacin, brindndome la oportunidad de liderar varios de sus proyectos.CAMILO EDUARDO

5

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestras ms sinceras palabras de agradecimiento a:

El ingeniero Carlos Andrs Lozano Garzn, quien tuvo plena confianza en nuestras habilidades y capacidad de desarrollar este proyecto, facilitndonos las herramientas necesarias para que el material presentado, fuera material de alta calidad.

Al Ingeniero Juan Pablo Leyva, quien con la calidad humana que pocas veces se encuentra en los ingenieros actuales, apoy y colabor fuertemente en el desarrollo ingenieril, convirtindose en corto tiempo en pieza fundamental del desarrollo del proyecto.

Al estudiante Isaac Medina, quien en sus tiempos libres nos colaboro indispensablemente con su experiencia en el diseo del prototipo y la implementacin del mismo.

Al Ingeniero Jorge Lpez, quien con su apoyo se mantuvo siempre un ambiente ingenieril que permiti establecer estrategias vitales para el avance de nuestro proyecto

Al Ingeniero Aldo Forero, quien con sus gestiones frente a la Universidad, permiti que el proyecto se viera apoyado por la facultad de Ingeniera.

Al semillero de Investigacin en Telemedicina, quien tambin jug un papel fundamental en el desarrollo y reunin de informacin para el desarrollo del proyecto.

Finalmente, gracias a IEEE, porque con el apoyo y material acadmico que obtuvimos por parte de la comunidad, es que se est presentando un proyecto de alta calidad, con informacin y avances tecnolgicos que lo posicionan como un excelente trabajo.

CONTENIDO

pg.

1. INTRODUCCIN .........................................................................................12

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..........................................................132.1. ANTECEDENTES.....................................................................................13

2.1.1 Nacional. ............................................................................................13

2.1.2. Internacional.......................................................................................152.2. JUSTIFICACIN.......................................................................................35

2.3. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA. ...........................................................35

2.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN .....................................................352.4.1. Objetivo General. ...............................................................................35

2.4.2. Objetivos Especficos. ........................................................................36

2.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO. ...................................363. MARCO DE REFERENCIA..........................................................................37

3.1. MARCO TEORICO CONCEPTUAL..........................................................37

3.1.1. TELEMEDICINA ....................................................................................373.1.2. WSN (Wireless Sensor Networks)......................................................38

3.1.3. BSN (Body Sensor Networks). ...........................................................46

3.1.4. ZIGBEE.................................................................................................503.1.5. Bluetooth ..............................................................................................55

3.1.6. Sensores Biomdicos. ...........................................................................57

3.1.7. Adquisicin de seales Biomdicas. .....................................................593.2. MARCO LEGAL NORMATIVO. ..................................................................61

3.2.1. Normativas nacionales.........................................................................613.2.2. Normativas internacionales. ..................................................................64

4. METODOLOGA. .........................................................................................66

4.1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN. ..........................................................664.2. LINEA DE INVESTIGACIN........................................................................66

4.3. HIPOTESIS. .................................................................................................66

4.4. VARIABLES. ...............................................................................................66

5. DESARROLLO INGENIERIL. ......................................................................675.1. SELECCIN DE LOS DISPOSITIVOS PARA EL SENSADO DE LAS SEALES BIOMDICAS ....................................................................................68

5.1.1. Anlisis de las Seales Biomdicas.......................................................68

5.1.2. Elementos relevantes para la adquisicin de seales biomdicas.....725.1.3. Anlisis de los Sensores. ...................................................................73

5.2. IMPLEMENTACIN DEL HARDWARE PARA LA TRANSMISION Y RECEPCION DE LAS SEALES BIOMEDICAS DE TEMPERATURA Y HUMEDAD. .........................................................................................................76

5.2.1. Arquitectura de la Red de Sensores Inalmbricos .............................795.2.2. Parmetros Seleccionados para la Realizacin Del Proyecto. ..............82

5.2.3. Diseo del Circuito del Proyecto ........................................................87

5.3. IMPLEMENTACIN DE LOS NODOS DE LA RED DE SENSORES INALMBRICA....................................................................................................915.3.1. Inicializacin del Programa Del Micro controlador del Nodo Routeador.91

5.3.2. Inicializacin del Programa Del Micro controlador del Nodo Coordinador..........................................................................................................................975.4. DISEO E IMPLEMENTACIN DEL SOFTWARE PARA LA VISUALIZACIN DE LOS DATOS. ..................................................................108

5.4.1. Plataforma para el Diseo del Software de Visualizacin de Seales. 108

5.4.2. Diseo de la Plataforma de Recepcin y Visualizacin de las Seales en el Entorno Virtual. .....................................................................................1095.4.3. Implementacin del Diseo en Labview..............................................110

5.4.4. Depuracin y Pruebas del Software de Visualizacin. ........................111

5.4.5. Etapas de programacin en Labview. ..................................................1165.4.6. Programacin Termistores ..................................................................117

5.4.7. Programacin sensor de humedad. ....................................................118

5.5. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO. ........................................................1226. PRESENTACIN Y ANALISIS DE RESULTADOS. ..................................125

7. CONCLUSIONES. .....................................................................................127

8. RECOMENDACINES. .............................................................................1299. BIBLIOGRAFIA. .........................................................................................131

LISTA DE FIGURAS

pg.

Figura 1. Sensor para pletismografa y esquema de uso del sistema....................17Figura 2. Topologa del sistema propuesto. ...........................................................22Figura 3. Pagina Web Mostrando Toda La Red.....................................................23Figura 4. Soluciones de una WSN para una RTMNPP ..........................................25Figura 5. Grfica evolucin del estado del paciente con respecto al tiempo y los niveles de deteccin de condiciones crticas. ........................................................28Figura 6. Grfica nivel de salud con respecto al tiempo usando modelo tradicional y modelo BASUMA. ...............................................................................................29Figura 7. Red de sensores corporales o BSN propuesto por el modelo BASUMA................................................................................................................................29Figura 8. Grafica con puntos clave para la activacin del conversor A/D. .............30Figura 9. Comparacin entre la seal base suministrada al micro controlador y la seal reconstruida con la informacin enviada desde el nodo sensor. ..................31Figura 10. Ejemplo de prenda de ropa inteligente son sus nodos visibles.............32Figura 11. Diagrama de bloques propuesto segn los aportes del proyecto. ........33Figura 12. Fases de la llave de administracin. .....................................................34Figura 13. Arquitectura de una WSN .....................................................................40Figura 14. Modelos Comprensivos: a) Radio; b) Ambiente....................................46Figura 15. Diagrama de bloques de las capas Zigbee. ..........................................52Figura 16. Topologas Zigbee ................................................................................54Figura 17. Clasificacin de los sensores biomdicos.............................................58Figura 18. Diagrama de bloques proyecto. ............................................................67Figura 19. Diagrama de bloques general en el procedimiento de una sealAnloga a digital ....................................................................................................77Figura 20. Topologa de una red Estrella ...............................................................79Figura 21. Topologa de una red Mallada. .............................................................80Figura 22. Topologa de una red hibrida Estrella-Mallada .....................................80Figura 23. Caractersticas de la capa del modelo OSI. ..........................................81Figura 24. Comparacin grafica de los protocolos disponibles ..............................82Figura 25. Dispositivo LR-WPAN PAN802154HAR ..............................................86Figura 26. Diagrama de Conexiones Nodo Routeador ..........................................88Figura 27. Diagrama de Conexiones Nodo Coordinador .......................................89Figura 28. Diagrama de Flujo Nodo Routeador .....................................................90Figura 29. Diagrama de Flujo Nodo Coordinador ..................................................90Figura 30. Configuracin del micro controlador Nodo Routeador ..........................91Figura 31. Cdigo de inicio del estndar 68HC08 Nodo Routeador ......................92Figura 32. Inicializacin del CPU Nodo Routeador ................................................93Figura 33. Registros de todos los perifricos y bits Nodo Routeador ....................93

Figura 34. Comunicacin Serial Asncrona Nodo Routeador.................................94Figura 35. Evento (.C) Nodo Routeador ................................................................95Figura 36. Interrupcin peridica Nodo Routeador ................................................96Figura 37. Conversor anlogo/digital Nodo Routeador ..........................................97Figura 38. Configuracin del micro controlador Nodo Coordinador .......................98Figura 39. Cdigo de inicio del estndar 68HC08 Nodo Coordinador ...................98Figura 40. Inicializacin del CPU Nodo Coordinador .............................................99Figura 41. Comunicacin Serial Asncrona Nodo Coordinador..............................99Figura 42. Registros de todos los perifricos y bits Nodo Coordinador ...............100Figura 43. Evento .C Nodo Coordinador ..............................................................105Figura 44. Estructura y asignacin de valor por BIT. Nodo Coordinador...........106Figura 45. Bit 1 y Bit 2 Nodo Coordinador ...........................................................106Figura 46. Bit 3 Nodo Coordinador ......................................................................107Figura 47. Interrupcin peridica Nodo Coordinador ...........................................107Figura 48. Diagrama de flujo lgica de programacin..........................................109Figura 49. Diagrama de Bloques en LabView del Software de VisualizacinImplementado ......................................................................................................110Figura 50. Programacin prueba de adquisicin de una seal ............................111Figura 51. Panel frontal prueba de adquisicin de una seal. .............................112Figura 52. Programacin prueba de adquisicin de varias seales.....................112Figura 53. Panel frontal prueba de adquisicin de varias seales. ......................113Figura 54. Cdigo de prueba, boceto panel frontal prueba simulada...................114Figura 55. Panel frontal, boceto prueba simulada pestaa 1. ..............................114Figura 56. Panel frontal, boceto prueba simulada pestaa 2. ..............................115Figura 57. Panel frontal, boceto prueba simulada pestaa 3. ..............................115Figura 58. Programacin virtual de adquisicin de seales externas. .................116Figura 59. Tabla de Caracterizacin del Sensor de Temperatura........................117Figura 60. Configuracin de la temperatura en Labview......................................118Figura 61. Tabla de comportamiento Sensor de Humedad HIH-4010. ................119Figura 62. Configuracin de la humedad en Labview. .........................................119Figura 63. Panel principal de monitoreo. .............................................................120Figura 64. Panel detallado de monitoreo termistor 1. ..........................................121Figura 65. Panel detallado de monitoreo termistor 2. ..........................................121Figura 66. Panel detallado de monitoreo sensor de humedad.............................121Figura 67. Reporte de tabla. ................................................................................122Figura 68. Informe general pruebas de funcionamiento.......................................123

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LISTA DE TABLAS

pg.

Tabla 1. Elementos relevantes en el proyecto WSN..............................................14Tabla 2. Componentes usados en el proyecto redes de sensores. .......................17Tabla 3. Protocolos para la administracin de energa. .........................................19Tabla 4. Tecnologas inalmbricas candidatas para el proyecto. ..........................21Tabla 5. Diferencias descubiertas entre WSN y BSN. ...........................................49Tabla 6. Caractersticas de Zigbee ........................................................................51Tabla 7. Caractersticas del Funcionamiento de Zigbee ........................................51Tabla 8. Variables fsicas y sensores.....................................................................59Tabla 9. Aproximacin hacia el comportamiento del cuerpo humano segn el nivel de actividad fsica. .................................................................................................70Tabla 10. Comparativo de los Sensores de Temperatura......................................74Tabla 11. Comparacin de Sensores de Humedad. ..............................................75Tabla 12. Tabla comparativa de nodos ..................................................................78Tabla 13. Comparativo de Micro controladores .....................................................85Tabla 15. Resultados prueba de funcionamiento.................................................124Tabla 16. Resultados prueba de funcionamiento pruebas finales........................125Tabla 17. Resultados de la prueba de nodos, utilizando el mnimo voltaje requerido para el funcionamiento del Circuito......................................................................126

1. INTRODUCCIN

Las tecnologas inalmbricas y microelectrnicas en Colombia, van tomando cada da ms fuerza en el mercado, y estos en conjunto con la instrumentacin, permiten que campos como la medicina se vean beneficiados a mediano y largo plazo.

Con este proyecto, se busca aprovechar este tipo de tecnologas de corto alcance para establecer el conocimiento necesario al momento de poder disear un prototipo para la adquisicin de datos, por medio de sensores inalmbricos, esto con el fin de poder adquirir seales biomdicas y as dar paso a proyectos de mayor envergadura en el campo de la telemedicina.

Este documento presenta una completa informacin sobre el campo de las comunicaciones de corto alcance enfocadas a diversas aplicaciones, dentro de las que se encuentra el campo de la Telemedicina, el cual cumple un factor importante en el desarrollo del proyecto. As pues se muestra un panorama sobre los componentes y herramientas que ayudan a desarrollar aplicaciones en diversas reas donde este tipo de redes tienen gran demanda.

El rea de Software, tambin juega un papel fundamental en el proyecto, conocer ms a fondo plataformas de simulacin e interaccin Hardware Software de instrumentacin virtual, permite que el proyecto genere ciertos matices que proyectan nuevas soluciones a problemticas reales en cuestin de visualizacin de seales.

Establecer un mecanismo adecuado para la transmisin de la informacin por medios inalmbricos es una tarea que permite abarcar ms a fondo los trminos tcnicos de los medios de transmisin, permitiendo establecer parmetros ms concretos y complejos que faciliten la transmisin sin que la seal sufra alteraciones o prdidas ocasionadas por agentes externos.

Conocer la instrumentacin indicada para el monitoreo del proyecto tiene gran importancia, luego de garantizar una precisa y excelente recoleccin de la informacin gracias a un correcto protocolo de seleccin de sensores.

Establecer una red de sensores con caractersticas hibridas, permite que el prototipo se adapte a un sin nmero de aplicaciones.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1. ANTECEDENTES

Dentro de los antecedentes que se encuentran al momento de establecer un ambiente que permitiera conocer sobre el tema estn 3 lneas que permiten comprender ms a fondo el objetivo del proyecto.

Como primera lnea se encuentra el campo de la bioingeniera, dentro del cual se encuentra una sub lnea, que se relaciona con la segunda lnea; la telemedicina. Ya dentro de este campo, podemos ver que la telemedicina va a ser la conexin entre lo tcnico instrumental y el campo medico. Dentro de esta lnea, se permite conocer el cuerpo humano, cules son sus caractersticas ms relevantes al momento de hacer una red que permita monitorear la temperatura, pero tomando en cuenta, cuales son los elementos ms importantes al momento de hacer cualquier medida.

En la segunda lnea se encuentran las comunicaciones, esta se centra principalmente en las comunicaciones inalmbricas, permitindole al prototipo, la capacidad de contar con tecnologa novedosa en el mercado; en este caso los sensores inalmbricos, que buscan optimizar y mejorar la informacin que se pueda adquirir al momento de monitorear cualquier ambiente o persona . De igual manera se busca trabajar con tecnologa inalmbrica, ya que esto puede adaptarse a futuro con tecnologas de mayor alcance como redes metropolitanas.

Finalmente en la tercera lnea, se encuentran la electrnica, la cual contempla lo que son el micro controlador, quienes permiten establecer el medio de conexin al PC para la visualizacin de las seales, el diseo estructural del prototipo, ya que este debe contar con los elementos de funcionamiento bsicos.

2.1.1 Nacional.

El campo de las redes de sensores a nivel Nacional es muy limitado con respecto a desarrollos o avances no solo en lo tcnico sino en el desarrollo de aplicaciones y prototipos funcionales, sin embargo, existen Universidades nacionales que ya

renen esfuerzos para explotar esta tecnologa en espacios donde la tecnologa de punta puede jugar un papel fundamental en el mejoramiento y optimizacin de procesos.

El proyecto de redes de sensores inalmbricos trabajado por estudiantes y docentes del Grupo de investigacin GIACO de la Universidad Tecnolgica de Bolvar, busca por medio de una red de sensores WSN y bajo el estndar ZIGBEE, establecer mecanismos que permitieran aumentar el tiempo de vida de las bateras de los sensores inalmbricos y elementos que no tengan la posibilidad de conectarse de manera permanente a una fuente de energa. [1]

Tabla 1. Elementos relevantes en el proyecto WSN.

COMPONENTE FUNCINMC13192 Sensor Applications ReferenceDesign (SARD)

Esta tarjeta facilita la transmisin de los datos adquiridos por un sensor de forma almbrica; se escogi, porque esta tiene en la tarjeta un acelermetro.PAN802154-HAR00 de Panasonic Esta tarjeta permite conectar cualquier sensor de forma almbrica a la tarjeta, permitiendo as desarrollar un prototipo de sensor inalmbrico.

Fuente: Anlisis de una WSN en un Automvil bajo IEEE 802.15.4 con Variacin de Ciclos de Trabajo para Mejorar Vida de Bateras.Congreso Colombiano de Comunicaciones COLCOM 2007.

Con la implementacin de este proyecto se buscaba establecer una tabla de anlisis y resultados sobre la calidad de servicio del sensor inalmbrico, dando como resultado mtodos de sensado que permiten que la duracin de la batera sea aun ms amplia de lo normal1.

En la Universidad Javeriana, en Bogot, se adelanto un proyecto de grado sobre tele monitoreo usando tecnologas inalmbricas semi moviles, este trabajo desarrollado por estudiantes de Ingeniera Electrnica en el ao 2005, permite ver un prototipo de monitoreo de seales biomdicas, las cuales permiten que un paciente que se encuentre en una zona rural, tenga acceso a una atencin mdica oportuna y a distancia.

1 Tomado del Articulo Anlisis de una WSN en un Automvil bajo IEEE 802.15.4 con Variacin de Ciclos de Trabajo para Mejorar Vida de Bateras COLCOM2007.

2.1.2. Internacional

El marco internacional presenta una serie de aplicaciones ms avanzado en el desarrollo de redes de sensores inalmbricas, a su vez ofrece un panorama ms esperanzador sobre los avances que genera la implementacin de WSN en reas como la agricultura, la domtica, la biomedicina entre otros.

En el marco del congreso Colombiano de Comunicaciones COLCOM 2007, en el tutorial de Future Research trends in Wireless Sensor Networks presentado por el profesor Tomasso Melodia de la Univerisdad de Buffalo en Nueva York, se presentaron una serie de aplicaciones en WSN no solo en el monitoreo de seales, sino en el desarrollo de redes automatizadas para el control de ambientes. A continuacin se resaltan los proyectos presentados en el tutorial como avances en WSN:

Las WSN, pueden ser tiles para el control de flujo de vehculos en areas congestionadas. Permitiendo al conductor tener conocimiento de un lugar disponible donde parquear el vehculo, sin la necesidad de estar dando vueltas en busca de uno.

Al existir la necesidad de aplicaciones de WSN en espacios abiertos, se encuentra la posibilidad de desarrollar redes de sensores que mantengan el control de temperatura y humedad en ambientes naturales, estos pueden de igual manera estar unidos a una red de actuadores para la prevencin de incendios forestales.

Como se haba comentado antes, las WSN pueden ser muy tiles para el control de espacios cerrados, se pueden tener un control de ventilacin, temperatura y hasta la presencia de gases nocivos para la salud dentro de un edificio.

En el campo agrcola, el cuidado de los cultivos en la actualidad, juega un papel fundamental en la economa de un pas, es por esto que las WSN pueden implementarse para establecer un control de irrigacin o dispersin tanto de agua como de qumicos para preservar los cultivos.

El campo de la robtica no es ajeno a las WSN, ya que los robots tambin juegan un papel fundamental en varios ambientes, dentro de los cuales se destacan la presencia de estos en zonas de desastre para el diagnostico de la zona y el rescate de heridos; tambin pueden ser usados en espionaje, monitoreo, deteccin de humo entre otros.

Una aplicacin interesante y poco conocida, se encuentra en la capacidad de crear una red de sensores acsticos que permitan auto configurar el sonido de un espacio cerrado, de tal forma en la que no se requiera de ningn tcnico que establezca la calidad del audio necesaria para un espacio en especial.

El control de flujo vehicular, as como la prevencin de robo de vehculos y el monitoreo de las vas en busca de infractores potenciales, hacen parte de otro espacio donde las redes de sensores juegan un papel especial, econmico y til al momento de utilizarse como herramienta para la evolucin de las metrpolis.

Toda esta serie de aplicaciones en las redes de sensores que cuentan con elementos que para su correcto anlisis necesitan de una batera mas grande, un ancho de banda mayor entre otro tipo de caractersticas que atacan directamente la viabilidad de una WSN. Dentro de las aplicaciones se destaca la posibilidad de establecer una WSN escalar, esto con el fin de optimizar recursos de energa por medio de nodos que mantengan una precisin con una calidad ms baja, pero que si requiere de una segunda opinin (en el caso de una cmara de video) pueda enviar el aviso a un nivel mayor, donde los nodos consumen ms recursos pero la calidad de monitoreo es mayor.

En Ecuador, estudiantes de la Escuela Politcnica Nacional de Ecuador, desarrollaron una red de sensores para control de temperatura, este contaba con una gran cantidad de nodos, los cuales contaban con distintos sensores para poder disear una buena red. De este proyecto se rescatan varios tems tanto en la parte de software como en la parte de Hardware.

Software, En este proyecto hicieron la adquisicin de datos por medio del sistema operativo Tiny OS y NesC. Este software es bien conocido en el ambiente de las redes de sensores y ms aun en sistemas que usan sensores inalmbricos, es un sistema que no gasta mucha energa y es pequeo con respecto a otras plataformas para redes. Su sistema es de gran utilidad ya que su funcionamiento de la red se basa en respuestas, en trminos ms coloquiales, la mota, como es conocido en TinyOS, solo se activa cuando le autorizan hacer alguna transmisin de resto se mantiene en standby.

El software de visualizacin que se propuso para este trabajo se baso en el lenguaje de visual Basic, esto facilitando la visualizacin, adquisicin y programacin de los datos.

Hardware, En la parte de Hardware, se destacan los siguientes componentes que son tiles para el funcionamiento de este sistema.

Tabla 2. Componentes usados en el proyecto redes de sensores.

COMPONENTEDESCRIPCIN

MPR 2400Radio Procesador

MTS310CBSensor de luz, temperatura, magnetismo, aceleracin.

MIB510Tablero de programacin con interfaz RS-232.

MIB520Tablero de programacin con interfaz de USB.

MIB600Tablero de programacin con interfaz de Ethernet.

Fuente: Implementacin de una Red de Sensores Inalmbricos para el Control deTemperatura. Congreso Colombiano de Comunicaciones COLCOM 2007.

En la Universidad tcnica Federico Santamara de Chile, se desarroll un prototipo para monitoreo de seales ECG, el cual funciona de la siguiente manera:

1. Toma las seales por medio de un micrfono especialmente diseado y con la capacidad de captar pulsaciones para finalmente convertirlas en seales ECG de forma discreta, con esto se tiene un punto a favor en cuestiones de monitoreo y ahorro de energa en el sistema.

Figura 1. Sensor para pletismografa y esquema de uso del sistema.

Fuente: pgina Web, Articulo Sistema de Adquisicin, Procesamiento y Transmisin de SealesBiomdicas utilizando Dispositivos Mviles de uso masivo.

2. El software que captura la seal tiene la capacidad de hacer el procesamiento de seales en seales ECG, las cuales sern luego transmitidas, la aplicacin tiene la capacidad de guardar informacin para transmisin.3. El medio de transmisin se hace por medio de GPRS, con el cual cuenta el telfono mvil que a la vez tiene la aplicacin que toma las seales, para luego enviarlas a una pgina web, en esta pgina web se guarda y se visualiza la informacin desde internet.4. Finalmente y como elementos prximos a la evolucin del proyecto en cuestin, encontramos que los prximos avances es usar protocolo IEEE802.15.3 Bluetooth, para transmisiones sin costo alguno.5. El proyecto enfatiza, que al momento de hacer transmisiones por medio de telfonos mviles, se pueden desarrollar diversas aplicaciones en donde gracias al gran empuje que los nuevos celulares tienen en este tipo de tecnologas, el uso de las mismas, disminuir los precios de forma significativa.

En la Universidad Estatal de Georgia considera que implementar tecnologas emergentes para el cuidado de la salud a distancia es complejo de desarrollar teniendo en cuenta que la medicina requiere de mecanismos confiables y robustos al momento de dejar en manos de equipos mdicos el cuidado de los pacientes. Sin embargo, ellos estn en la bsqueda de crear confianza en la telemedicina con la ayuda de las redes inalmbricas. Este proyecto, es apoyado firmemente gracias a las QoS (calidad de servicio) que las redes inalmbricas tienen desde la telefona celular como la plataforma GSM, hasta pasar por redes LAN, MAN, PAN entre otros, ya que estas deben establecer conexiones confiables para que la comunicacin paciente especialista se mantenga siempre constante y no exista la posibilidad de generar incertidumbre en el diagnostico del paciente. Cabe resaltar que el proyecto establece protocolos y estudios que sirvan como solucin a los problemas de comunicaciones permanentes, estos se enfocan en protocolos de transmisin de la informacin entre redes, la cobertura de las redes, los protocolos de servicio, la capacidad de la red para administrar energa, y establecer mecanismos que permitan a la red que se encuentra monitoreando al paciente establecer mtodos que le permitan tener conocimiento de los signos vitales del paciente ahorrando energa.

La tabla 3, explica con ms detalle los protocolos que el artculo propone para la administracin de los protocolos de energa; entre ellos esta: Alimentacin mxima para dispositivos en pacientes y dispositivos cooperantes (MP-MCD por sus siglas en ingles), Alimentacin optima tanto en dispositivos colaboradores como en dispositivos en los pacientes (OP-OCD, por sus siglas en ingles), Alimentacin mxima para dispositivos en los pacientes y optimo para dispositivos colaboradores (MP-OCD por sus siglas en ingles), Alimentacin aleatoria tanto para dispositivos colaboradores como para dispositivos en pacientes (RP-OCD por sus siglas en ingles), se toman 4 tipos de protocolo y se compraran con base en 5 tems que facilitan la comprensin de los protocolos.

Tabla 3. Protocolos para la administracin de energa.

Nivel de Eficiencia de Nmero de Requisitos de ApropiadoProtocolo confiabilidad alimentacin saltos procesamiento para

Baja (Labatera podraLa ms alta no durar Muy pocos Ninguna (Todos Transmisin(Debido a la mucho, (Debido a los de seales MP-MCD mxima debido a que que la componentes vitales de potencia de la potencia de potencia de necesita niveles emergencia.transmisin). transmisin transmisin de potencia).es alta y es mxima).continua).

Muy altaAlta La ms alta (determinando Transmisin(Especialmente (debido a la el nmero de rutina deOP-OCD para partes La ms alta. transmisin optimo de sealesmviles). de potencia niveles de vitales. mnima). potencia)

Muy alta (lapotencia Alta mxima desde (determinandoel dispositivo de Alto nivel de Ms que MP- los niveles deMP-OCD la fuente puede conservacin MCD, pero potencia N/Aincrementar la de potencia menos que ptimos para probabilidad de posible. OP-OCD. msencontrar el componentes). siguiente salto).

20

confiabilidadalimentacinsaltosprocesamientoparaImpredecibleImpredecibleImpredecibleBajo (todos los(basado en(basado en la(basado endispositivos aunniveles de potencia ensuma de todos loslos niveles de potencia entienen a escoger un nivel deN/Asaltosniveles desaltospotenciaindividuales).potencia).individuales).aleatorio).Protocolo Nivel de

Eficiencia de

Nmero de

Requisitos de

Apropiado

RP-RCD

Fuente: Patient Monitoring Using Ad Hoc Wireless Networks: Reliability and Power Management, COMMUNICATIONS MAGAZINE.

Del Instituto Nacional de Estndares y Tecnologa de los Estados Unidos, se estableci como principal tarea en el 2006, establecer estndares que permitieran tanto a investigadores como mdicos tener claridad sobre caractersticas que identifiquen la calidad del sistema a desarrollar, creando as un ambiente de confianza entre la medicina y la ingeniera. Basados en el principio de conectividad ubicua que busca facilitar las conexiones de distintos estndares de comunicacin inalmbrica para establecer un nmero ms amplio de posibilidades al momento de transmitir una seal biomdica sin verse afectado por la falta de cobertura de algn sistema en especial.

Este trabajo, busca establecer el conocimiento en niveles que permitan llegar a una conclusin ms detallada sobre las caractersticas que el sistema en desarrollo con herramientas de comunicacin inalmbrica, son las optimas para un correcto funcionamiento. Esto se encuentra argumentado en los distintos tipos de estndares que se encuentran en el mercado, desde redes LAN, MAN, PAN, as como las frecuencias en las que transmiten la informacin como sus peligros que estos pueden llegar a ocasionar enviando informacin tan precisa y delicada como lo es una seal biomdica en un espectro abierto al pblico el cual se presenta en un alto ndice de vulnerabilidad al encontrarse con diversos dispositivos que pueden alterar dicha seal.

Tabla 4. Tecnologas inalmbricas candidatas para el proyecto.

TECNOLOGA. 802.15.4 802.15.1 802.11b

TIPO DE RED. WPAN WPAN WLAN

MODULACIN. DS FH DS

NMERO DE 16 79 11CANALES.

ANCHO DE CANAL 22(MHz). 2 1

AREA DE < 10 < 10 < 100COBERTURA (m)

TASA DE DATOS 11(Mbps). 0.25 1

SERVICIO DE Unack, ack Reconocido. Reconocido.DATOS.

MEDIO DE CSMA/CA TDMA CSMA/CAACCESO.

Fuente: Prevailing over Wires in Healthcare Environments: Benefist and Challenges, COMMUNICATIONS MAGAZINE.

El principal obstculo para el desarrollo de estndares en el proceso de fabricacin de sistemas mdicos con comunicaciones inalmbricas recae principalmente en las complicaciones que la transmisin puede traer al enviarse dicha informacin en una frecuencia abierta al pblico; ahora, para un estudio ms concreto sobre la implementacin de estndares, debe tomarse en cuenta tambin elementos tan importantes como el rea de cobertura, la arquitectura de la red, la potencia de transmisin.

Basados en la Figura 2, se encuentra que se pueden disear redes inalmbricas que trabajen de forma local segn las etapas de transmisin, permitindole tanto al paciente como al mdico, tener una apreciacin ms confiable y sin la idea de verse afectada la informacin transmitida, ya que esta contara con elementos que confirmen la calidad de la informacin recibida hasta dicha etapa. Este proyecto, no solo busca establecer tems que regulen proyectos con tecnologa inalmbrica

en el ambiente medico, sino el de crear conciencia en los desarrolladores de prototipos para que creen una solucin que les permita enfocar y canalizar dichos avances preservando cualidades de calidad que respalden el sistema.

Figura 2. Topologa del sistema propuesto.

Fuente: Prevailing over Wires in Healthcare Environments: Benefist and Challenges, COMMUNICATIONS MAGAZINE.

El tema de las redes de sensores inalmbricas, no es en tema exclusivo q involucre solo a investigadores con un alto nivel de conocimiento (maestra o doctorado), sino es un tema el cual puede ser desarrollado por estudiantes que cursan pregrado, el cual gracias a algunas herramientas bsicas, se puede obtener grandiosos resultados. Un proyecto desarrollado por 2 estudiantes de pregrado de la Universidad de Puerdue (tecnologa en ingeniera elctrica y de sistemas respectivamente) disearon, e implementaron una aplicacin en el rea de la redes de sensores inalmbricas enfocndose en los estudios de parmetros hidrolgicos para monitoreo del suelo.

Al interactuar con una tecnologa como los es WSN, implico obtener informacin detallada del sistema, su funcionamiento, saber la cantidad de consumo de

energa en las bateras en los nodos, y la distribucin de los nodos en una red determinada, fueron algunos obstculos a los que los estudiantes del proyecto de la Universidad de Puerdue, se enfocaron en dar una respuesta para as crear una plataforma de WSN. La solucin fue implementar un mtodo fcil que ayudo a obtener una clasificacin de lo que requera el proyecto, de ah surgi la idea de disear una pgina web, el cual ilustrara tanto a los investigadores como a los estudiantes de una forma sencilla, sobre lo que una WSN necesita para su implementacin.

Figura 3. Pagina Web Mostrando Toda La Red

Fuente: 37th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference

En la Figura 3 (esquina derecha arriba) se puede visualizar los nodos que se comunican con la central de entrada. Esta central est equipada con muchas interfaces de redes el cual permiten localizar en el campo de una WSN la conexin directa a un ISP2. Un segundo link (802.11b) fue creado para mover la informacin de la central a una posicin ms cercana de la estacin meteorolgica, donde la informacin fuese transformada y enviada por un enlace microondas haciainternet, donde esta finalizara en un servidor web del laboratorio conectado.

2 Proveedor de servicio de Internet

Despus de comprender el funcionamiento, y saber cules son las variables a tratar (transmisin, diseo de red, software de visualizacin, etc.), se enfatizo en como poder reducir el consumo de poder al mnimo, de esta manera se pudiese garantizar que todos los subsistemas del nodo estn en un modo de consumo bajo en largos periodos de inactividad. El proyecto implemento en su finalizacin, un mecanismo de protocolos de comunicacin que ayudaron a reconocer la comunicacin de un nodo individual mientras se desarrollaba la comunicacin en 2 vas, permitiendo a los usuarios de la WSN, poder alterar el comportamiento delnodo bsico. 3

Los avances en microelectrnica, la tecnologa de sensado y las comunicaciones inalmbricas han permitido el desarrollo a un bajo costo, y de consumo mnimo de energa, el poder crear redes especificas como lo son las redes de sensores inalmbricas. Una red de sensores inalmbricos puede ser usada para un sensado continuo, detecciones de eventos, sensado de localizaciones, y de control local de actuadores. El concepto de microsensado y de conexin inalmbrica de los nodos en una WSN, promueven la creacin de nuevas reas de aplicacin.

Gracias a estos aportes en nuevas tecnologas, se han implementado soluciones de una WSN para el monitoreo en tiempo real en una planta de energa nuclear. Uno de los aspectos ms importantes en el caso de Plantas de energa nuclear, es lo referente a la seguridad, el cual debe ser considerado como el aspecto ms importante de seguridad ya se trabaja con un potencial peligro de liberacin de materiales radioactivos. Otros aspectos importantes son:

Temperatura del reactor Vibracin del reactor Ruido del reactor Radiacin

Debido a que el control de estos aspectos se torna un poco compleja en la hora de la exposicin a la cual estn sometidas las personas que trabajan en estas

3 EVANS, Jeffrey J. Undergraduate Research Experiences with Wireless Sensor Networks. En:37th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Octubre 2007.

plantas, se propone que se monitoree todas estas operaciones por medio de ciertos sensores especficos.

Figura 4. Soluciones de una WSN para una RTMNPP4

(a) Arquitectura de una WSN para RTMNPP

Data Base ExpertSystem

MonitorSoft

Diagnosis

CenterServer

Locating

TimeSynchronization

Sensing

WatchDog

OS Core

Executing

PowerManagement

ServiceScheduler

(b) Bloque de Software para una RTMNPP

Fuente: Proceedings of the 5 World Congress on intelligent Control and Automation. June 15-19,2004, Hangzhou. P.R. China

4 Real time monitoring nuclear power plant.

Los sensores de los nodos estn desplegados a lo largo de una red especifica (el cual para nuestro caso es una planta de energa nuclear), crean muchas subredes, y a la vez ejecutando los comandos desde el centro de control, sensado y monitoreo de una planta de control desde el centro de control, como sensado y monitoreo de la planta de energa, y transmisin de la informacin al centro de control.

Cuando una emergencia es detectada por los nodos sensores, la alarma de informacin es enviada al centro, activando la central de campanas, reactivando la accin para que pueda ser tomada con tiempo, y as la emergencia pueda ser controlada antes de que se torne incontrolable.5

Durante la ltima dcada, muchos receptores de GPS, experimentaron un inusual rango de error por horas y das antes de que se produjera un fuerte terremoto. Diferentes terremotos condujeron a probar la existencia de anomalas tanto electromagnticas como de plasma en parmetros de perturbacin generados en la atmosfera e ionosfera. En particular, esta anomalas son el incremento de la radiacin electromagntica en los rangos deextremo bajo, y de muy bajas frecuencias (ELF/VLF)6; como tambin endiversas observaciones experimentales se reportaron la presencia de alta y muy alta frecuencia (HF/VHF)7 de ondas electromagnticas despus de largos terremotos.

Debido al uso de radio frecuencia en las mediciones experimentales, se propuso crear una nueva rea de investigacin, el cual debido al hecho de en la actualidad no hay tecnologas fiables para predecir terremotos usando el monitoreo por radiofrecuencia en los procesos de la ionosfera. Gracias a diversas tecnologas se propuso un sistema de advertencia temprana para terremotos. Este sistema puede ser generalizado para introducir diferentes sistemas basados en loscomportamientos cooperativos de una WSN.

5 RUIZHONG, Lin, Zhi Wang and YOUXIAN Sun, Wireless Sensor Networks Solutions for Real Time Monitoring of Nuclear Power Plant. En: Proceedings of the 5 World Congress on intelligent Control and Automation. June 15-19,2004, Hangzhou. P.R. China.6 ELF (extremely low) / VLF (very low frequencies)7 HF (High Frecuency) / VHF (VEry High Frecuency)

La cooperacin entre sensores ayudara a la fiabilidad para el sistema propuesto. Uno de los principales objetivos del diseo de una WSN es la capacidad de localizacin. La localizacin permitir que la WSN pueda cambiar algunos sensores con el fin de elegir y cambiar entre las diferentes direcciones de monitoreo.

Para detectar las seales de bajas frecuencias fue se utilizo un circuito pasa bajo, el cual pudo establecer en una red, las frecuencias cambiantes que funcionaran como el nmero de sensores colocados en el los lugares de posible movimiento. Este fiable y dinmico diseo, facilita el desarrollo de una WSN para sistemas de advertencia temprana para terremotos y ayuda en predecir futuros terremotos por monitoreo de HF/VHF por ondas electromagnticas de igual forma.

Este sistema se baso en colocar sensores con antenas incorporadas para que funcionaran con el sistema y as poder desarrollar una red de antenas operativas para formar un sistema de multi-antenas capaces de controlar la fiabilidad del ELF/VLF y HF/VHF tambin.8

Existe un trmino que es pieza fundamental en la mayora de los desarrollos en telemedicina, este se llama, Redes de sensores corporales, BSN por su nombre en ingls (Body Sensor Networks).

Con esta tecnologa, se ha llegado a diversos avances que permiten a la telemedicina obtener mejores resultados y diagnsticos del paciente, a continuacin se nombran proyectos en redes de sensores corporales que sustentan la importancia de las BSN en el campo mdico.

1. El proyecto My Heart, desarrollado en Alemania, busca por medio de una BSN monitorear y diagnosticar en el momento el sistema cardiaco, esto por medio del desarrollo de ropa inteligente la cual cuenta con pequeos sensores en puntos estratgicos que facilitan el anlisis del paciente. Este proyecto, a la vez que monitorea el estado del paciente, tiene la capacidad de elaborar undiagnostico para que el paciente lo vea, dicha informacin le permite al

8 M. Youssef, A. Yousif, N. El-Sheimy, A. Noureldin, A Novel Earthquake Warning System based on Virtual MIMO-Wireless Sensor Networks. En: CIUDAD: IEEE, 2007. 4 p.

paciente establecer mecanismos para mantener el sistema cardiaco equilibrado, en caso que el sistema diagnostique un estado del paciente critico, este puede conectarse por medio de Bluetooth al celular quien posteriormente da aviso a un centro de emergencias para atender al paciente en el menor tiempo posible.

2. Adems del proyecto My Heart, se encuentra el proyecto BASUMA, tambin desarrollado en Alemania, el cual se centra en el monitoreo de personas con daos de obstruccin pulmonar crnico o COPD por su nombre en ingls. Este sistema, permite tambin el monitoreo remoto de la evolucin las personas luego de haber sido intervenidas a quimioterapia. Se busca por medio de este sistema, mantener un control de los pacientes con enfermedades crnicas a distancia, para evitar el nmero de los mismos en los centros mdicos.

Figura 5. Grfica evolucin del estado del paciente con respecto al tiempo y los niveles de deteccin de condiciones crticas.

Tomada de: BASUMA The sixth Sense for Chronically III Patients (BSN06). Prueba de ello se encuentra en el siguiente grfico, donde se garantiza una mejorcalidad de atencin al usar este sistema en pacientes y el tiempo de respuesta de los especialistas.9

Todo este monitoreo, debe ser estudiado y analizado segn los datos que varios sensores en el cuerpo humano arrojen y permitan elaborar un diagnostico ms confiable, este basa su diagnostico en la medida de la presin sangunea, as como el ritmo cardiaco, la temperatura externa entre otros tipos de medidores quese incluyen en la red para elaborar un diagnostico.

9 FALCK, Thomas; ESPINA, Javier y EBERT, Jean-Pierre. BASUMA The sixth Sense forChronically III Patients (BSN06).

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Figura 6. Grfica nivel de salud con respecto al tiempo usando modelo tradicional y modelo BASUMA.

Tomada de: BASUMA The sixth Sense for Chronically III Patients (BSN06).

Figura 7. Red de sensores corporales o BSN propuesto por el modeloBASUMA.

Fuente:BASUMA The sixth Sense for Chronically III Patients, International Worshop onWerarable and Implantable Body Sensor Networks (BSN06).

3. No solo existen proyectos en la actualidad que se basan en el diseo y construccin total de una red que permita un monitoreo de seales biomdicas por medio de una red de sensores corporales; otro de los proyectos significativos es el desarrollo de circuitos o algoritmos que permitan disminuir el consumo de energa en los nodos de la red. La mayora de estas redes de sensores sean corporales, inteligentes o inalmbricas, deben contar con un sistema de alimentacin independiente el cual comnmente es una batera corriente; as que el tiempo de vida del nodo se ve expuesto y limitado al algoritmo que configure el consumo del mismo.

El proyecto encuentra que la etapa de conversin de datos as como la de transmisin son las que ms consumen dentro del nodo, es por esto que sin intervenir en la etapa de transmisin, quieren es aplicar un sistema de monitoreo, que monitoree anomalas en la seal que est recibiendo y solo en tales casos active la conversin y posteriormente la etapa de transmisin. Las pruebas fueron hechas con una seal generada por el ritmo cardiaco, una seal comn, de los muchos parmetros que se conocen; con base en dicha seal, se establecen puntos clave que le permiten al micro controlador conocer el estado de la seal, este, luego de hacer la comparacin de la seal, activa el conversor en determinados momentos de la seal, disminuyendo el tiempo de radiacin que a su vez optimiza el consumo de energa.

Figura 8. Grafica con puntos clave para la activacin del conversor A/D.

Fuente: International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks (BSN06).

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Luego de hacer el envo de los picos significativos de la seal, en la recepcin se toman los datos y se comienza a reconstruir la seal para su futura visualizacin.

Figura 9. Comparacin entre la seal base suministrada al micro controlador y la seal reconstruida con la informacin enviada desde el nodo sensor.

Fuente: International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks (BSN06).

En la etapa en la que se encuentra el proyecto, se puede notar que hace falta agregarle a la seal reconstruida una etapa de amplificacin, que asemeje la seal a una seal con registro ptimo.10

4. Existe otro proyecto que busca optimizar el funcionamiento de las redes de sensores, este se basa en la distribucin de la alimentacin de energa, como en los anteriores proyectos de BSN se haba planteado un sistema de alimentacin independiente para cada nodo inalmbrico, esto con el fin de garantizar la menor incomodidad al tener que implementar la red. Este proyecto propone establecer una fuente central de la red, la cual se encarga de alimentar tanto sensores como nodos (en caso que dentro del nodo no se encuentre el sensor). El hecho de implementar un sistema de alimentacincentral, permite que la fuente tenga ms tiempo de vida y que la red no se vea

10 RIEGER, Robert y CHEN, Shinyu. A Signal Based Clocking Scheme for A/D Converters in BodySensor Networks.

limitada por alimentacin, teniendo en cuenta que la corriente de alimentacin que usan los nodos es tcnicamente baja.

Esta alimentacin central no afecta la movilidad de la persona, ya que el proyecto propone implementar la red de sensores en una sola prenda de ropa, la cual sencillamente no requiere de cableado que incomode a la persona que use la prenda.

Figura 10. Ejemplo de prenda de ropa inteligente son sus nodos visibles.

Fuente:Combination of Body Sensor Networks and On-Body Signal Processing Algorithms: the practical case of My Heart Project, International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks (BSN06).

Es as como luego de tener una prenda que con el rozamiento del cuerpo no genere niveles significativos de esttica, se plantea el siguiente diagrama de bloques en el cual se explica el funcionamiento tcnico y la propuesta a desarrollarse.

Cabe resaltar, que cada nodo es una tarjeta integrada que contiene: sensor, micro controlador (para la conversin anloga Digital y viceversa), transmisor yantena.11

11 KOLLER, M; LUPRANO, J y SOLA, J. Combination of Body Sensor Networks and On-BodySignal Processing.

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Figura 11. Diagrama de bloques propuesto segn los aportes del proyecto.

Fuente:Combination of Body Sensor Networks and On-Body Signal Processing Algorithms: the practical case of My Heart Project, International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks (BSN06).

5. Otro de los esfuerzos importante en el campo de las redes de sensores corporales, se enfoca en establecer protocolos que garanticen que la informacin que se transmite por cualquier medio inalmbrico, tenga la seguridad suficiente para que los datos no sean alterados en el transcurso de la transmisin. El principal motivo para reunir esfuerzos en esta rea, se enfoca en garantizar seguridad en la informacin que se enva, mas aun cuando los estndares de transmisin son de banda libre y existe la posibilidad que varios dispositivos dentro del cubrimiento de la misma.

El desarrollo de esta tecnologa se elabora teniendo en cuenta que en una sola transmisin la informacin pasar por diversos tipos de redes, comenzando por una red de rea personal (PAN), pasando a una red de rea local (LAN), hasta la posibilidad de pasar por redes metropolitanas (MAN) para finalmente llegar a su abonado final que puede estar ubicado en una red personal o local.

Figura 12. Fases de la llave de administracin.

Fuente:Resource-Efficient Security for Medical Body Sensor Networks, International Workshop onWearable and Implantable Body Sensor Networks (BSN06).

Cada llave es auto configurable, regido segn el numero de nodos presentes en la red, tiene la capacidad de saber la ubicacin del sensor, as como la posibilidad en que un nodo coordinador sea quien establezca la primera conexin entre el sensor remoto y el nodo coordinador, toda esta configuracin basada en la capacidad de transmisin segn los estndares a usar y la capacidad de las memorias en cada uno de los nodos, ya que de estos depende la viabilidad y calidad de la llave. Todo esto regido a los estndares de calidad de servicio en desarrollo de dispositivos BSN, normativas principales tomadas de las leyes americanas para redes de sensores corporales y las directivas europeas en eltema. [11]12

12 GARCIA, Oscar y SANCHES, David. Resource-efficient security for medical body sensor networks.

2.2. JUSTIFICACIN.

El desarrollo de este proyecto, busca crear inquietud en la comunidad universitaria Bonaventuriana en el campo de la bioingeniera, de esta forma, se le presenta a la comunidad la posibilidad de poder desarrollar proyectos que vinculen las lneas de profundizacin que la facultad ofrece, creando as la interdisciplinariedad que los grupos de investigacin requieren para la formacin investigativa dentro del plantel. De igual manera, se busca que el desarrollo del proyecto, el cual fue pensado y elaborado basado en las necesidades de la sociedad Colombiana en el campo de la medicina, y la urgente necesidad de poder elaborar tecnologa que mejore la calidad en la atencin de los pacientes.

Este proyecto busca mostrar a la sociedad mdica colombiana y a la poblacin en general, que se puede contar con tecnologa desarrollada aqu en nuestro pas de alta calidad y con los elementos necesarios para una atencin personalizada, basndose en la confianza de las producciones cientficas locales y con la capacidad de competir con tecnologa extranjera.

2.3. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA.

La telemedicina, as como las tecnologas de la informacin, son elementos que trabajan con un mismo fin, la de poder establecer una dinmica en pro del uso permanente de las comunicaciones para fines educativos y mdicos, entre otros.

Podemos, con base en las herramientas que estos dos elementos nombrados anteriormente ofrecen, tener la posibilidad de elaborar una red de sensores que permitan tener un anlisis ms definido del comportamiento humano, por medio de seales biomdicas como la temperatura?

Podemos, basados en redes de rea personal, tener la facilidad para poder desarrollar este prototipo, el cual buscara acercarse lo ms posible y ser lo ms til con la tecnologa que se ofrece actualmente?

2.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

2.4.1. Objetivo General.

Implementar un prototipo funcional para el monitoreo de temperatura corporal con la ayuda de tecnologas inalmbricas y basados en redes de rea personal.

2.4.2. Objetivos Especficos.

Analizar y seleccionar los sensores inalmbricos que se adapten al sistema biomdico.Implementar la adquisicin de las seales biomdicas de temperatura y humedad.Disear la interface de visualizacin (software) de las seales biomdicas de temperatura y humedad.Implementar los diseos realizados.Realizar pruebas del funcionamiento del prototipo desarrollado.

2.5. ALCANCES Y LIMTACIONES DEL PROYECTO.

Con el desarrollo de este proyecto se pretende entregar un prototipo funcional de adquisicin de seales biomdicas de temperatura y humedad compuesto por hardware y software, adicionalmente se entregar un documento donde se muestran los planos de diseo de los circuitos y los programas desarrollados.

Como principal limitacin para la realizacin de este proyecto est la consecucin de algunos de los sensores de temperatura o de humedad en el pas, ya que dentro de los compromisos del proyecto, se encuentra el uso de nodos inalmbricos.

3. MARCO DE REFERENCIA.

3.1. MARCO TEORICO CONCEPTUAL.

Esta etapa del proyecto, presenta las bases en las que est cimentado el prototipo, tomando como principal pilar, las redes de sensores inalmbricas o WSN, las WSN con enfoque biomdico (Body Sensor Networks) y el entorno en el que el proyecto argumenta las aplicaciones del prototipo (Telemedicina).

3.1.1. TELEMEDICINA

Tambin llamada tele salud o E-HEALTH, trata de todo lo relacionado con transmisin de datos mdicos electrnicos para monitoreo, diagnostico o anlisis para el tratamiento de pacientes en locaciones remotas. Usualmente este incluye el uso de elementos mdicos, tecnologa en comunicaciones de avanzada, sistemas de videoconferencia entre otros 13

Tele monitoreo: Este trmino, muy usado en el mbito de seguridad, permite controlar, supervisar y monitorear diferentes lugares desde un lugar centralizado, dndole as la capacidad de disminuir el nmero de vigilantes gracias a tecnologas de video con capacidad de transmisin remota.

Tele consulta: Mecanismo usado en la medicina moderna que permite tener la atencin medica personalizada desde cualquier lugar elementos de alta tecnologa que le permitan al doctor tener acceso al paciente de forma remota (medicin de temperatura, signos vitales, ritmo cardiaco, etc.). Este mtodo, se desarrollara usando elementos de videoconferencia para que el paciente y el doctor puedan tener un medio de comunicacin con todas las garantas para dar una mejor atencin.

Tele diagnostico: El tele diagnostico busca que el paciente sin la necesidad del doctor, pueda recibir un diagnostico que le permita descartar una enfermedad o mal mayor, este sistema busca disminuir el nmero de personas en centros mdicos para recibir algn diagnostico que les defina que mtodo o que tratamiento tomar, estudios afirman que este sistema puede ser muy til, siempre y cuando se encuentre bien desarrollado, porque se est dejando diagnsticos mdicos actualmente hechos por doctores a la tecnologa.

13 ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY. Designing a Career in Biomedical Engineering

Telemetra: Es una tcnica automatizada que gracias a la informacin de diferentes puntos remotos, le permite dar resultados ms concretos y no tan aislados como un monitoreo de una estacin remota, este mecanismo es usado para el control de los vuelos espaciales tripulados, as como del estado del clima.

Teleciruga: Esta tcnica ya ha sido usada por varios pases de forma exitosa, permite que el especialista en determinada parte del cuerpo pueda desarrollar cirugas a distancia con todas las facilidades tecnolgicas, entre ellas la del un robot con la capacidad de recibir seales de gran precisin que permitan una operacin satisfactoria.

3.1.2. WSN (Wireless Sensor Networks).Una red de sensores inalmbricos (WSN), es aquella red el cual est conformada por un largo nmero de pequeos y simples dispositivos de sensores el cual se comunican por medio de interfaces inalmbricas. A parte de tener sensores, la red, est conformada por dispositivos el cual ayudan al rpido, y confiable desarrollo de la red. Algunos de estos dispositivos son operados por medio de una batera que est incorporada en las unidades de proceso central (CPU), en donde el objetivo primordial es mejorar el rendimiento computacional de la red. Por otro lado se tiene una memoria en donde su funcionamiento se centra en el almacenamiento de cdigos de programas y de datos, y por ltimo se tiene un transmisor de radio, el cual se utiliza para la comunicacin inalmbrica. Esta unin de dispositivos son colocados en conjunto, al que se denomina nodo.

Caractersticas. Hay muchos aspectos en una Red de sensores inalmbrica, aspectos relacionados a los dispositivos de hardware, protocolos de comunicaciones, consumo de energa, y muchas otras como la sincronizacin de tiempo, localizacin geogrfica, y seguridad.

Recientes investigaciones en microelectrnica han dado como resultado la produccin de dispositivos de sensores muy pequeos, casi del orden de un centmetro cubico. Debido a su tamao pequeo, tanto los sensores como los otros dispositivos que conforman un nodo, sufren algunas limitaciones de

recursos de energa, poder de computacin, memoria, y ancho de banda en el caso de las comunicaciones.14

Tipos de WSN: Una red de sensores inalmbrica puede ser clasificada dependiendo de su aplicacin, de su programacin, su funcionalidad en el campo a sensar, entre otros. En el caso de una WSN (Wireless Sensor Networks), se clasifica de la siguiente manera:

Homognea, hace referencia cuando todos los nodos tienen el mismo hardware, de lo contrario se le es llamada heterognea.

Autnomos, hace referencia cuando todos los nodos estn capacitados a ejecutar tareas de auto configuracin sin la intervencin de un humano.

Jerrquica, hace referencia cuando los nodos son agrupados para el propsito de comunicarse o de otra manera apagarse; en esta clasificacin es comn tener una estacin base que trabaja como puente a entidades externas.

Esttica, hace referencia cuando los nodos son estacionarios o de otra manera dinmicos.

Una WSN tambin puede ser continua, hbrida, reactiva, en este ltimo es cuando los nodos del sensor envan informacin referente a eventos que estn ocurriendo en el ambiente y a la vez son programados cuando recolectan la informacin en condiciones definidas o especificadas para la aplicacin que se desee.15

Clasificacin por niveles de una WSN: Una red WSN, se clasificar en 3 niveles funcionales: El nivel de control, el nivel de Red de Comunicaciones y elNivel de Campo, como se muestra en la Figura 13.

14 Middleware for Wireless Sensor Networks: A Comparatvive Analysis. En: International Conference on Network and Parallel Computing, IEEE, 200715 MANNA: A management architecture for Wireless Sensor Networks. En: IEEECOMUNICATIONS MAGAZINE:

El nivel de campo est conformado por un conjunto de sensores y actuadores que interactuaran directamente con el ambiente. Los sensores se encargan de obtener datos ya sea trmicos, ptica acstica, ssmicos, etc. Los actuadores por otro lado reciben rdenes el cual son el resultado de procesar la informacin recogida por los sensores para poderla ejecutar posteriormente.

En la red de comunicaciones se establece un enlace de comunicacin entre el nivel de campo y el nivel de control. Los nodos que forman parte del subsistema de comunicaciones de una WSN, se agrupan en 3 categoras: Puntos finales, Routers, Pasarelas.

Por ltimo encontramos el nivel de control. Est conformado por uno o varios centros de control y de monitorizacin, que utilizan la informacin recogida por los sensores para poder establecer tareas que requieran el comportamiento de los actuadores. Este control, se realiza por medio de software especial para el manejo de topologas de red, y comportamientos especficos de nuestra red en ambientes diversos

Figura 13. Arquitectura de una WSN

Fuente: Comunicaciones Inalmbricas: Un Enfoque aplicado, Editorial: Alfaomega.

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Aplicaciones: Hay diversas aplicaciones en una WSN, estas suelen dividirse en dos grupos, uno externo y uno interno. Las aplicaciones externas son operadas por medio de dispositivos remotos que no son los nodos de la WSN. En este tipo de aplicaciones se incluyen la parte de visualizacin de datos y almacenamiento de aplicaciones de una WSN, control y manejo de las aplicaciones e interfaces remotas de usuarios en una WSN. Por otro lado las aplicaciones internas son efectuadas sobre los nodos de una WSN. En estas aplicaciones se incluyen las variables de medicin, control y manejo, y aplicaciones de procesamiento de datos.

Condiciones de diseo: cuando se disea y se empieza evaluar el tipo de operacin de una WSN, se deben tomar en cuenta ciertos tpicos dependiendo de su aplicacin y del ambiente que se maneje. Algunas de esas condiciones de diseo son parte importante para el rendimiento de la red. Dentro de esas condiciones, tenemos las siguientes:

Longevidad / energa: es la disponibilidad que tiene nuestra red al ser medida como la cantidad de tiempo en donde algunos o todos los nodos de nuestra red obtienen la informacin sensada y pasa entre ellos para llegar despus a la aplicacin final.

Latencia: hace referencia al intervalo de tiempo entre el instante que el sensor obtiene la informacin y el momento en que es entregada al destino.

Precisin: esta variable indica la exactitud del resultado. Esta aplicacin juega un rol muy importante, ya que es responsable de establecer la cantidad de energa que es utilizada en los sensores en el momento de obtener la informacin recibida.

Tipos de nodos: Los nodos en las redes de sensores inalmbricas estn ubicados sobre una regin especfica para obtener datos especficos de esa regin, estas a su vez se comunican entre ellos mismos usando las comunicaciones inalmbricas (PUNTO A PUNTO), posiblemente formando una red AD HOC. Hay 3 tipos de nodos: Los nodos Comunes, responsables de

recolectar la informacin sensada, el nodo sink16, responsable de la recepcin, almacenamiento, y el procesamiento de la informacin de los nodos comunes, y por ltimo los nodos de entrada, los cuales conectan los nodos sink a entidades externas llamadas observadores17.

Dispositivos que conforman una red WSN: En una red de sensores inalmbrica, los dispositivos que ayudan a la red a obtener, transmitir, y recibir datos de un ambiente especifico, son clasificados de acuerdo a sus atributos o desempeos especficos en la red; estos suelen ser clasificados de la siguiente manera 18

Comunicacin: aspectos relacionados con los protocolos estndares, el cual dependiendo de su aplicacin se obtiene variables como la frecuencia de operacin y los tipos de estndares a utilizar (ZigBee, bluetooth, UWB, entre otros.)

Energa: Las WSN necesitan energa para el sensado, cmputo y la comunicacin. El consumo de energa de los dispositivos ligados a una WSN, determinan el tiempo de vida de la red. La mayora de los trabajos realizados en esta rea envuelve el desarrollo de algoritmos de consumo de energa y protocolos para el enrutamiento, etc. Otros aspectos importantes, es la capacidad de almacenamiento de energa, como tambin los mtodos de obtencin de energa en donde gracias a diversas tecnologas como la energa fotovoltaica, o el poder utilizar el calor corporal para almacenar energa y usarla para la alimentacin de sensores mdicos, se intenta brindar un mejor rendimiento a nuestra red al acoplarla a un ambiente o a un experimento especfico.

Memoria: la memoria es utilizada para aplicaciones de almacenamiento relacionadas con datos y tambin para realizar los clculos sobre estosdatos.

16 Nodo Sink: Procesan los datos de la red, y pueden interrogar a los sensores acerca de eventos de inters. Estos eventos vienen de los componentes de ambientes fsicos, el cual pueden ser generados por s mismo, o actualizados por los agentes.17 Observadores, hace referencia como los usuarios finales que quieren disponer de la informacin sobre los datos recogidos por los nodos de sensores18 CHEEKIRALLA Sivaram, ENGELS W. Daniel,. A Functional Taxonomy of Wireless SensorDevices.

Sensores: este dispositivo genera informacin acerca de un fenmeno dado.

Otros: en este aspecto se enfocan en la parte de la programacin o simulacin de nuestra red, el cual permite reconfigurar un dispositivo y poder obtener un mejor rendimiento de nuestra red sin implementar directamente los nodos en ambiente. Gracias a esta herramienta se ahorra costos y se obtiene una mayor precisin en los datos.

En una red de sensores inalmbrica, todos los atributos clasificados anteriormente son importantes para el desempeo de esta misma, adicionalmente no hay que olvidar que factores como la energa, los sensores y la simulacin, pueden determinar el funcionamiento, su duracin o tiempo de vida, y su desempeo. A continuacin explicaremos con ms detalle estos 3 tpicos:

Energa: Una de las caractersticas ms importantes en una Red de Sensores Inalmbricas es lo relacionado con la eficiencia energtica el cual gracias a varias investigaciones19, se ha considerado esta caracterstica como una mtrica clave. En el caso de los desarrolladores de hardware de una WSN, se trata de proporcionar diversas tcnicas para reducir el consumo de energa.Debido a este factor, el consumo de energa de nuestra red, debe ser controlada por medio de 2 mdulos: 1) El modulo de poder (el cual computa el consumo de energa de los diferentes componentes); 2) el modulo de batera (el cual usa esta informacin para computar la descarga de la batera).

Cuando una red contiene un largo nmero de nodos, el reemplazo de las bateras se torna muy complejo, para este caso la energa usada para las comunicaciones inalmbrica de esta red es reducida mediante saltos mltiples de baja energa (ruteo multisalto) en vez de una transmisin simple de alta tecnologa.

Sensores: Hay una variable importante en el caso de los sensores a utilizar en una red de sensores Inalmbricos, ya que esta puede ser determinada por medio de la localizacin de los sensores y puede proveer el soportefundamental para muchos protocolos y aplicaciones que son indispensables

19 WANG Quim. YANG Woodward,. Energy Consumption model for power Management inWireless Sensor Networks

para toda red en general. Por ejemplo, algunos protocolos de ruteo en redes inalmbricas usan la localizacin del sensor para asistir en el enrutamiento.

Simulacin: El aspecto relacionado a la simulacin de ambientes donde se va a plasmar la red de sensores es esencial en el estudio de las WSN, siendo esta una manera muy comn para probar nuevos aplicaciones y protocolos en el campo.

En una WSN, se presentan ciertas caractersticas que la distinguen del resto de redes de comunicaciones convencionales. Sin embargo, las diferencias ms importantes se encuentran a nivel MAC. Este nivel el nodo emplea el medio de transmisin y el cmo es repartido en un intervalo de tiempo. En el nivel MAC, se emplea algunas tramas denominadas tramas beacon, el cual se encargan de comprobar si los nodos tienen informacin pendiente para ser transmitida, si es as, la enva y vuelve a su estado normal el nodo.

Funcionalidad: En una red de sensores inalmbricos el desempeo sobre un ambiente a sensar se fundamenta en la capacidad de poder crear un diseo capaz de acoplarse a las caractersticas requeridas; la funcin de cada dispositivo y la caracterstica que cada uno realiza sobre la red es un factor para el tiempo de vida de nuestra red.

oCondiciones de diseo para el funcionamiento de una red: Objetivos fundamentales del diseo de una red de sensores incluyen fiabilidad, exactitud, flexibilidad, rentabilidad y facilidad de despliegue. Cada nodo tiene uno o ms unidades de sensado, un procesador embebido, y un radio de baja potencia.

Otra variable importante en el momento del diseo de nuestra red, es la relacionado con el tiempo de vida de una red, la cual est directamente relacionada con las fuentes de poder en los nodos sensores. El tiempo de vida de una red puede estar incrementndose a travs de mtodos de conservacin de la energa tales como protocolos de ahorro de energa y algoritmos, y tcnicas de reposicin de bateras.

Una red de sensores inalmbricos funciona dependiendo del consumo de energa del tiempo de vida total de los dispositivos que conforman la red de sensores, en vez de depender de solo del proceso de transmisin y recepcin de datos. El consumo de energa vara significativamente segn el estado sobre el cual el dispositivo esta andando. Algunas investigaciones proponen 4 estados para optimizar nuestra red; uno de los estados ms utilizados e implementados son los que contienen las siguientes etapas: transmisin, recepcin, escucha en espera, y en reposo. Debido al uso continuo de las redes, se han propuesto estado o niveles que contengan ms de 4 estados, cabe aclarar que eso depende de la aplicacin que se quiere realizar, y del consumo energtico que nuestra red disipe.

oModelo de funcionamiento de los componentes de una WSN: La funcin de cada dispositivo que conforma una WSN, depende en cierta medida, en el cumplimiento de cada nivel, donde cada etapa es prerrequisito para poder obtener una funcionalidad optima del campo a sensar.

En la Figura 14 parte a, los canales de radio deben determinar los nodos que reciben una transmisin, la calidad de la recepcin (con o sin error), y el estado del medio compartido (libre u ocupado). Para implementar tal funcionalidad, algunos simuladores emplean 3 mdulos independientes20: el modulo de transmisin, se define la potencia de radiacin, la frecuencia, la velocidad de transmisin de datos, y otrosparmetros de transmisin; el modulo de propagacin encargado de computar la potencia de recepcin, el cual principalmente es una funcin de los parmetros de transmisin y de distancia; basados en el poder de recepcin y la operacin de transmisin interna, el modulo de recepcin decide donde los paquetes son recibidos, donde hay un error, o donde el medio este ocupado.

En la Figura 14 parte b, se describe la estructura del modelo ambiental, los Sensores son alimentados con los datos desde el ambiente a travs de canales fsicos. Eso canales son encargados de decidir cundo y cuales nodos reciben los eventos fsicos generados por el generador de

20 Simulation Scalability Issues in Wireless Sensor Networks En: IEEE COMUNICATIONS MAGAZINE. Julio 2006.

eventos fsicos. En algunos casos, algunos simuladores de una red de sensores inalmbrica, incorporan agentes independientes (vehculos mviles), que activan eventos en el generador de eventos fsicos.

Figura 14. Modelos Comprensivos: a) Radio; b) Ambiente

Fuente: Simulation Scalability Issues in Wireless Sensor Networks En: IEEE COMUNICATIONS MAGAZINE.

3.1.3. BSN (Body Sensor Networks).El termino de redes de sensores corporales o BSN por sus siglas en ingles se da como una aplicacin especfica dentro de las redes de sensores cuya finalidad son las aplicaciones mdicas, siendo necesario en estas el cumplimiento con estndares de seguridad y confianza ms estrictos que para las aplicaciones de una red de sensores comn.

En el avance de las BSN, se ha evidenciado que estas redes se han convertido en pieza fundamental para el avance de la telemedicina, permitiendo establecer nuevos prototipos que permiten obtener mayor informacin del paciente, as como

mayor comodidad para quien est siendo monitoreado y a su vez permite establecer diagnsticos ms acertados y concretos.

Las consecuencias que este tipo de desarrollos en la telemedicina, se ha visto en la disminucin de pacientes en estado de recuperacin presente en los centros mdicos, ya que gracias al sistema el mdico puede contar con la ayuda de la red de sensores quien le avisa si el paciente presenta algunas variaciones en sus signos vitales, adems de contar con la facilidad de poder contactarse con el paciente a distancia con la posibilidad de ofrecer atencin personalizada y establecer el mejor tratamiento en el momento justo, de esta forma se optimiza la atencin mdica y permite que el paciente tenga la posibilidad de afrontar su recuperacin desde su hogar, pero contando con la presencia virtual del especialista.

Ahora bien, ya luego de encontrar un enfoque concreto y til para el desarrollo de las BSN, se deben tener en cuenta otro tipo caractersticas que deben ayudar a que el monitoreo e implementacin de la red sea lo menos incomoda posible para el paciente, es por esto que factores como el tamao de los nodos, el consumo de la red y la implementacin de estos segn la prenda son elementos vitales y que a mediano y largo plazo influyen en los datos recibidos por el sistema.

A continuacin se har una breve presentacin sobre cada uno de estas caractersticas al momento de desarrollar e implementar una BSN.

Consumo de energa: Al elaborar una red de sensores la cual tiene como principal beneficio el de la fcil movilidad del paciente en este caso, debe contarse con un buen sistema de alimentacin, en muchos casos este tipo de alimentacin es independiente segn el nodo, muchos desarrolladores de redes de sensores, optan por a cada nodo incluirle bateras comunes, las cuales son de fcil acceso al consumidor y no ocupan mucho espacio, sin contar con que el peso de estas no es significativo, pero se corre el riesgo que la informacin de aquel nodo se vea alterada por el bajo nivel de carga de la batera, lo que en el marco de la telemedicina es complejo, teniendo en cuenta que la informacin debe ser de excelente calidad y el importante que no sufra de alteraciones de ningn tipo.

Otros investigadores, consideran que el hecho de independizar la alimentacin implica que en caso que la red sea muy grande el espacio se ve afectado, ya que posiblemente no sea muy atractivo para que el paciente lo use, y esto puede ser incomodo y pesado a la vez, es por esto que la propuesta de otros investigadores ser enfoca en el diseo de un sistema que alimente toda la red, con esto se optimiza espacio, mas sin embargo se debe planear una buena ruta de cableado para evitar incomodidades en el paciente, sin embargo el tamao de la batera a la vez que el consumo de la misma serian grandes por lo que ambas propuestas deben estar apoyadas en el desarrollo de algoritmos que optimicen el consumo no solo de los nodos, sino tambin los tiempos de transmisin y el tamao de la informacin a enviar, por lo que estos pequeos esfuerzos crean soluciones al problema de la alimentacin remota.

Tamao de los nodos: Este factor es fundamental al desarrollar una red de sensores corporales, por lo que es importante contar con nodos que tengan la posibilidad de una memoria flash, buena cobertura y tamao pequeo, esto se comenta ya que en el mercado existen tarjetas que tienen el tamao de una tarjeta de red de un ordenador de escritorio, eso sin contar con el tamao de la antena que no es menor a los 5 cm; al ver estas dimensiones se encuentra un inconveniente que puede fcilmente dejar una red como un sistema obsoleto y poco funcional en el campo mdico.

La mayora de los nodos que se usan en medicina, son nodos que no pasan los 7 cm de largo, dentro de los que comercialmente en Colombia se encuentran, sin embargo, la compaa FREESCALE se encuentra en el proceso de desarrollo y aprobacin nodos que no sobrepasan los 3 cm y en la mayora de los casos cuenta con el sensor ya incluido en la tarjeta, lo que optimiza aun ms el espacio y permite que el paciente a portar el sistema no sienta la presencia de estos en la mayora del tiempo de su postura.

Implementacin del sistema en prendas de vestir: Si la parte del diseo de la forma de alimentacin, la ubicacin de los nodos y el tamao de los mismos es compleja, la implementacin del sistema en prendas de vestir requiere de un anlisis ms detallado sobre los parmetros de diseo y la influencia de la prenda tanto en la toma de datos como en la presencia de esttica generada por la prenda y las alteraciones que esta pueda llegar a ocasionar no solo al

nodo, sino a la calidad de la alimentacin del nodo y posteriormente a los datos recogidos por el mismo.

Dentro de los descubrimientos hechos en Europa, se han encontrado alteraciones mnimas al desarrollar BSN e implementarlas en distintos tipos de prendas, llegando as a la conclusin que las fibras en muchos casos genera interferencias, las cuales pueden llegar a alterar la informacin recogida por el nodo. Ahora bien, no se puede dejar de lado que la posicin de los sensores debe ser de tal manera en la que el paciente no sienta la presencia del sistema en la mayora del tiempo, esto se ve argumentado en el hecho que por la sola presencia de estos elementos a cualquier distancia del cuerpo, puede ocasionar que los datos recogidos por la red se vean alterados por esto, obviamente este inconveniente es involuntario, ya que si la red se est usando en el monitoreo de los signos vitales del paciente no con fines de cuidado mdico sino con el objetivo de estudiar las respuestas del cuerpo frente a diversas situaciones o momentos el cerebro tiene claro que el cuerpo se encuentra rodeado por agentes extraos a los comunes, lo que pone el cuerpo en sobre aviso y daara por completo el ejercicio.

Tabla 5. Diferencias descubiertas entre WSN y BSN.

RETOS WSN BSN

Escala Es grande, cuando el ambiente comienza Tan largo como las partes humanas a ser monitoreado (metros / kilmetros). (milmetros / centmetros)

Nmero de nodos Gran nmero de nodos se requieren para Poca, ms precisin en los nodos sensores precisin, ancho de rea cubierta. (por espacio limitado).

Funcin del nodo Mltiples sensores, cada uno lleva a cabo Sensores sencillos, cada uno con tareas una tarea dedicada. mltiples.

Grande, el nmero de nodos compensaPrecisin del nodo para precisin y precisin en la Limitado el nmero de nodos, cada uno validacin de resultados. debe ser robusto y preciso.

Tamao pequeo preferiblemente, pero Monitoreo dominante y necesita deTamao del nodo hay mayor limitacin en la mayora de miniaturizacinlos casos.

Expuesta a ambientes ms predecibles,Dinmicas Expuesta a extremos en clima, ruido y a pero en artefactos de movimiento faltan sincrona. ms descubrimientos.

Deteccin de Deteccin temprana de eventos adversos Deteccin temprana de eventos vital;eventos. deseable; fallas a menudo reversibles. fallas en el tejido humano irreversibles.

RETOS WSN BSN

Variabilidad Mucho ms probable que tenga una Variacin biolgica y variacin de medios estructura fija o esttica. en estructuras ms variables.

Proteccin de Bajo nivel en datos inalmbricos Alto nivel en transferencia de datos pordatos requiere de seguridad. medio inalmbrico

Alimentacin Accesible y puede ser modificado con Inaccesible y difcil a reemplazar en(potencia) facilidad y frecuentemente. propiedades implantables.

Demanda de Para incrementar la potencia es ms fcil Para incrementar potencia es mspotencia para suplir. complicado para suplir

Alimentacin solar o elica son las Movimiento (vibracin) y termalEnergas alternas mejores candidatas como fuentes de (calentamiento corporal) las candidatas energa. mas opcionales.

Acceso Sensores reemplazables ms fcilmente Sensores implantados, de difcil reemplazo e incluso desechables. y requiere biodegradabilidad.

Necesario para sensores implantables yBiocompatibilidad No considerada en la mayora de las algunos sensores externos, lo cual aplicaciones. aumenta los costos.

Contexto de No es tan importante con sensores Muy importantes porque la fisiologa delconciencia estticos donde los ambientes son bien cuerpo es muy sensible en cambios dedefinidos. contexto.

Tecnologa Bluetooth, Zigbee, GPRS, y LAN Baja potencia inalmbrica requerida, coninalmbrica inalmbricas, y RF entre otras deteccin de seales ms desafiantes. soluciones.

Perdida de datos durante la Perdida de datos mas significativo, esto Transferencia de transferencia inalmbrica es bien puede requerir de medidas adicionales datos compensada por el nmero de sensores que aseguren Calidad de servicio yusados. capacidad de interrogacin de dat