POSSIBILITIES OF USING WIRELESS COMMUNICATION CHANNELS IN MEDICINE

POSSIBILITIES OF USING WIRELESS COMMUNICATION CHANNELS IN MEDICINE

Anastasia Kodochigova

Graduate student, Federal State Government-Financed Educational Institution of Higher Education "Volgograd State Technical University",

Russia, Volgograd

Assistant, Federal State Government-Financed Educational Institution of Higher Education "Volgograd State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation,

Russia, Volgograd

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ В МЕДИЦИНЕ

Кодочигова Анастасия Владимировна

аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный технический университет»,

РФ, г. Волгоград

ассистент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, РФ, г. Волгоград

Введение

Достижения в области беспроводных технологий привели к появлению медицинских систем, обеспечивающих непрерывный мониторинг пациентов, что помогает врачам ставить диагноз, а также предоставляет возможность давать персональные медицинские рекомендации. Однако внедрение новых технологий неизбежно связано с обнаружением проблем и новых требований к ним.

Основная часть

В нескольких, изученных мною, обзорах подробно описаны технологии и проблемы, связанные с WBAN (англ. wireless body area network). В статье [1] представлен обзор последних исследований сосуществования беспроводных технологий и возможностей уменьшения помех в WBAN. Исследователи [2] обсуждают последние разработки в области беспроводных технологий, доступных для систем WBAN. Архитектура, технологии, проблемы и различные аспекты WBAN проиллюстрированы в [3]. В [4] обсуждаются возможности приложения системы WBAN, а также такие характеристики как отказоустойчивость, управление передачей данных и энергопотребление. Авторы [5] рассматривают типы связи WBAN и сравнивают ряд медицинских приложений WBAN с точки зрения используемых технологий. В работе [6] сравниваются некоторые технологии связи с низким энергопотреблением по таким параметрам как скорость передачи данных, полоса частот, безопасность, возможные топологии, диапазон и др., особое внимание уделяется возможности удаленного мониторинга пожилых или хронически больных людей. В статье [7] основное внимание уделяется новейшим беспроводным технологиям LPWAN, которые можно рассматривать как решение следующего поколения для мониторинга здравоохранения через WBAN. Основные характеристики систем WBAN со списком требований возможных приложений WBAN также рассмотрены в [8], где авторы представляют ключевые проблемы систем WBAN, такие как проблема минимизации энергопотребления, сосуществование беспроводных технологий и другие. Авторы [9] исследуют функции WBAN, технологии передачи данных и их безопасность. Статья [10] представляет собой обзор особенностей систем WBAN, особенно связи датчиков, требований с точки зрения приложений и аспектов безопасности. В [11] приведена информация о нескольких типах миниатюрных сенсоров, используемых в WBAN.

Важным параметром WBAN является габаритный размер и ёмкость источника питания, что определяется энергопотреблением. Энергопотребление в значительной степени зависит от скорости передачи данных и используемой беспроводной технологии. Эти параметры зависят от требований каждой системы с точки зрения потребностей в данных, потребности в покрытии, необходимый уровень безопасности и др. Основными требованиями к WBAN являются создание безопасной частной сети с высокой степенью надежности. Дополнительные требования, такие как низкая задержка, высокая энергоэффективность и меньшее поглощение излучения человеческим телом, также имеют большое значение.

Безопасность и конфиденциальность медицинских данных в WBAN остаются двумя самыми критичными проблемами, требующими поиска соответствующих механизмов решения. В настоящее время проводится много исследований и существует несколько открытых проблем, таких как:

1. Во-первых, в ближайшем будущем WBAN станет более широко распространенным, данные о пациентах будут передаваться членам семьи, врачам, больницам, аптекам и другим лицам, что требует высокого уровня согласованных наборов нормативных документов для защиты конфиденциальности пациента.
2. Во-вторых, сети WBAN могут быть уязвимы для различных атак: внешних и некорректных. Внешние атаки, можно легко снизить с помощью традиционных механизмов безопасности, в то время как с неправильными атаками справиться невозможно, они требуют дополнительных исследований.
3. В-третьих, доверительное управление. Доверие - это степень, в которой узел можно считать заслуживающим доверия, надежным и безопасным при взаимодействии с другими узлами. Обзор последних исследований в области доверительного управления для WBAN представлен в [12].
4. В-четвертых, сложные механизмы безопасности для WBAN требуют большего количества ресурсов питания, поэтому баланс между многими факторами, такими как безопасность, энергопотребление, эффективность и практичность, очень важен и требует дополнительных исследований для достижения широкого использования медицинских приложений в WBAN.

Поглощение радиочастотного излучения может негативно сказаться на организме человека, особенно на чувствительных органах. Одна из основных задач WBAN - снизить интенсивность излучения [13].

Надежность передачи является ключевым моментом, обеспечивающим производительность WBAN [14]. Надежность включает доставку данных в разумные сроки и гарантированную доставку данных. У ненадежности есть основные причины: низкая дальность передачи, помехи, неэффективная маршрутизация и другие [15].

Воздействие помех в работу сетей WBAN - одна из основных открытых проблем, которую необходимо решить. Требование поддерживать множество различных датчиков на теле человека в WBAN, в дополнение к сосуществованию множества WBAN в одной и той же области, делает координацию между системами WBAN необходимой и сложной [16]. Проблема интерференции также может возникать между WBAN и другими беспроводными сетями в диапазонах ISM, что приводит к низкой надежности данных о работоспособности, неэффективности использования энергии и высокой задержке, вызванной искажением сигнала.

Заключение

Несмотря на широкий спектр вопросов, рассматриваемых в этих работах, некоторые моменты в области применения систем WBAN все еще недостаточно освещены. Наиболее значимой проблемой, на мой взгляд, является угроза безопасности данных и конфиденциальности пациентов. В обозримом будущем необходимы исследования по разработке эффективных методов защиты медицинских данных из-за их чувствительности и критичности.

Список литературы:

1. Hayajneh, T., Almashaqbeh, G., Ullah, S., & Vasilakos, A. V. (2014). A survey of wireless technologies coexistence in wban: analysis and open research issues. Wireless Networks, 20(8), 2165–2199.
2. Khan, R. A., & Pathan, A.-S.K. (2018). The state-of-the-art wireless body area sensor networks: A survey. International Journal of Distributed Sensor Networks, 14(4), 1550147718768994.
3. Hasan, K., Biswas, K., Ahmed, K., Nafi, N. S., & Islam, M. S. (2019). A comprehensive review of wireless body area network. Journal of Network and Computer Applications, 143, 178–198.
4. Salayma, M., Al-Dubai, A., Romdhani, I., & Nasser, Y. (2017). Wireless body area network (wban) a survey on reliability, fault tolerance, and technologies coexistence. ACM Computing Surveys (CSUR), 50(1), 1–38.
5. Chen, M., Gonzalez, S., Vasilakos, A., Cao, H., & Leung, V. C. M. (2011). Body area networks: A survey. Mobile networks and applications, 16(2), 171–193.
6. Ghamari, M., Janko, B., Sherratt, R. S., Harwin, W., Piechockic, R., & Soltanpur, C. (2016). A survey on wireless body area networks for ehealthcare systems in residential environments. Sensors, 16(6), 831.
7. Olatinwo, D. D., Abu-Mahfouz, A., & Hancke, G. (2019). A survey on lpwan technologies in wban for remote health-care monitoring. Sensors, 19(23), 5268.
8. Cavallari, R., Martelli, F., Rosini, R., Buratti, C., & Verdone, R. (2014). A survey on wireless body area networks: Technologies and design challenges. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 16(3), 1635–1657.
9. Narwal, B., & Mohapatra, A. K. (2020). A survey on security and authentication in wireless body area networks. Journal of Systems Architecture, 113, 101883.
10. Pandey, I., Dutta, H. S., & Banerjee, J. S. (2019). Wban: a smart approach to next generation e-healthcare system. In 2019 3rd International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC) (pp. 344–349). IEEE.
11. Poongodi, T., Rathee, A., Indrakumari, R., & Suresh, P. (2020). Iot sensing capabilities: sensor deployment and node discovery, wearable sensors, wireless body area network (wban), data acquisition. In Principles of Internet of Things (IoT) Ecosystem: Insight Paradigm (pp. 127–151). Springer.
12. 1Ayed, S., Chaari, L., & Fares, A. (2020). A survey on trust management for wban: Investigations and future directions. Sensors, 20(21), 6041.
13. Foster, K. R. (2000). Thermal and nonthermal mechanisms of interaction of radio-frequency energy with biological systems. IEEE Transactions on Plasma Science, 28(1), 15–23.
14. Barakah, D. M. & Ammad-uddin, M. (2012). A survey of challenges and applications of wireless body area network (wban) and role of a virtual doctor server in existing architecture. In 2012 Third International Conference on Intelligent Systems Modelling and Simulation (pp. 214–219). IEEE.
15. Abbasi, U. F., Awang, A. & Hamid, N. H. (2014). A cross-layer opportunistic mac/routing protocol to improve reliability in wban. In The 20th Asia-Pacific Conference on Communication (APCC2014) (pp. 36–41). IEEE.
16. Alam, M. M. & Hamida, E. B. (2015). Interference mitigation and coexistence strategies in ieee 802.15. 6 based wearable body-to-body networks. In International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks) (pp. 665–677). Springer.