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Proyecto ABRIL

Proyecto TEC2006-12211: ABRIL(Aplicaciones Biomédicas en Redes heterogéneas

InaLámbricas)

Jornadas de Seguimiento y Evaluación

de Proyectos de Investigación MICINN

Eduardo Casilari (Universidad de Malaga)

José Antonio Gázquez Parra (Universidad de Almería)

Investigadores principales

Madrid, 23 de septiembre, 2008

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Proyecto ABRIL

Índice

1. Datos básicos del proyecto y objetivos2. Tareas de desarrollo: Prototipos3. Tareas de investigación 4. Resultados conseguidos

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Proyecto ABRIL

Datos básicos del proyecto

• Duración: 01/Octubre/2006 a 30/Septiembre/2009• Proyecto coordinado: 2 grupos

• Dpto. Tecnología Electrónica (Universidad de Málaga, UMA) • 5 profesores a tiempo completo • 6 profesores a tiempo parcial• 1 becaria FPI a tiempo completo (beca concluida)

• Dpto. Arq. de Computadores y Electrónica (Univ. de Almería, UAL) • 6 profesores a tiempo completo• 1 becario FPI a tiempo completo (contratado por empresa)• 5 licenciados médicos del Hospital Torrecárdenas de Almería

• Presupuesto (sin incluir costes indirectos)• Gastos de ejecución: 105.000 € (UMA) + 35.000(UAL)• Sin dinero para personal ni becarios ni complementos salariales

• Incidencias: • 4 bajas con licencia por maternidad (+excedencia en algunos casos), presupuesto

de grupo UAL concedido con posterioridad

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Proyecto ABRIL

Objetivos (I): líneas de desarrollo

• Líneas de desarrollo de prototipos en telemedicina• Grupo UMA:

• Desarrollo de un prototipo de redes de área personal/corporal basado en smartphones

• Grupo UAL• Desarrollo de una pasarela inalámbrica para señales

endoscópicas• Desarrollo de una pasarela para autoanalizadores de

muestra capilar• Ambos grupos: integración de plataformas

desarrolladas, asesoramiento del equipo médico

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Proyecto ABRIL

Objetivos (II): líneas de investigación

• Líneas de investigación en comunicaciones inalámbricas:

• Grupo UMA:• 1. Estudio de redes MANET híbridas• 2. Caracterización de tecnologías para redes PAN/BAN• 3. Análisis de redes celulares y redes MIMO

• Grupo UAL:• 1. Optimización de procedimientos criptográficos para la

transmisión de bioseñales.

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Proyecto ABRIL

Objetivos (I): líneas de desarrollo

• Líneas de desarrollo de prototipos en telemedicina• Grupo UMA:

• Desarrollo de un prototipo de redes de área personal/corporal basado en smartphones

• Grupo UAL• Desarrollo de una pasarela inalámbrica para señales

endoscópicas• Desarrollo de una pasarela para autoanalizadores de

muestra capilar• Ambos grupos: integración de plataformas

desarrolladas, asesoramiento del equipo médico

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Proyecto ABRIL

Objetivos del prototipo desarrollado

• Adquirir experiencia en la creación y desarrollo de redes de área personal Personal y Área Corporal.

• Uso/evaluación de smartphones como maestros de una piconets de biosensores

• Integración/Emulación de biosensores comerciales BT: uso del Serial Server Profile (SSP) de BT

• Adopción/Evaluación de Java (J2ME) para aplicaciones de teleasistencia

• Uso alternativo de otros lenguajes: Python, C para Symbian• Uso/evaluación de las capacidades de transmisión híbridas

(BT/GPRS/UMTS/WiFi) de los smartphones para este tipo de redes

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Proyecto ABRIL

PROTOTIPO DESARROLLADO

SPO2

ECG

GPS

InternetInternet

Centro (médico)de recepción

Wifi

2. SISTEMA DECONTROL CENTRAL

Nodo Inteligente (IN)(Smart Phone)

BT Pulse-oximeterGPS

3. UNIDADES DE CONTROL Y

MONITORIZACIÓN(fijas o móviles)

GPRS/UMTS

1. BAN (BODY AREA NETWORK) de usuario

Cinturón Bluetooth ECG

Internet

El Smart phone a cargo de recibir las señales de los senores

inalámbricos y retransmitirlas por un sistema híbrido

(GPRS/UMTS/Wifi).

Otras funciones: -Detección de alarmas médicas -Programación

remota de los sensores

Software para el control y monitorización remota de la

BAN (también desde smartphone)

Servidor: a cargo de recibir/almacenar las bioseñales y ofrecerlas a través de cualquier nodo en Internet (autorizado)

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Proyecto ABRIL

Dispositivos integrados

• Integración de nuevos dispositivos médicos comerciales inalámbricos:• Sensores BT: GPS, SPO2, Cinturón para señal electrocardiográfica, sensor ECG con

doce derivaciones, un tensiómetro, un espirómetro y un peso electrónico.

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Proyecto ABRIL

Software de recepción

• Recepción de la información• Applet Java en cualquier navegador• Midlet J2ME para cualquier teléfono móvil.• SMS/MMS con detección de alarmas

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Proyecto ABRIL

Emulador de bioseñales inalámbricas(II)

PhysioBank

Internet

Emulador (Midlet)

Recepción (Midlet) Servidor

GPRS/UMTSWifi

Servlet J2EE a cargo de recibir las bioseñales de una base de datos en Internet

Interfaz para seleccionar el registro a transmitir. El registro se solicita a Internet, se reformatea y se transmite por BT.

La arquitectura permite sustituir el sensor ECG Bluetooth por cualquier dispositivo que soporte J2ME

• Estudios sobre redes BAN médicas: centradas en convivencia de tecnologías (WiFi/BT) y en problemas de escalabilidad

• Necesidad de emular señales realistas desde dispositivos móviles• Desarrollo de un emulador con tecnología J2ME y acceso a base de datos

médicas en Internet

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Proyecto ABRIL

Investigación sobre el prototipo

• Estudio de la usabilidad de J2ME para este tipo de aplicaciones• Problemas de portabilidad• Necesidad excesiva de interacción

• Estudio empírico de la convivencia de emisiones de bioseñales con otras señales interferentes

• Comparación de las prestaciones de diversos lenguajes de programación

• Evaluación de tecnologías móviles para soportar este tipo de servicios:• Viabilidad de BT para multiplexar señales• Estudio de los traspasos entre tecnologías (BT/BT, BT/WiFi, WiFi-

UMTS) en dispositivos móviles Smartphones

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Proyecto ABRIL

Objetivos (I): líneas de desarrollo

• Líneas de desarrollo de prototipos en telemedicina• Grupo UMA:

• Desarrollo de un prototipo de redes de área personal/corporal basado en smartphones

• Grupo UAL• Desarrollo de una pasarela inalámbrica para señales

endoscópicas• Desarrollo de una pasarela para autoanalizadores de

muestra capilar• Ambos grupos: integración de plataformas

desarrolladas, asesoramiento del equipo médico

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Proyecto ABRIL

•Estudio de señales de las cápsulas endoscópicas y de los endoscopios flexibles– Cápsulas de transmisión inalámbrica (400 MHz con alcance de cm.)

•Desarrollo de un sistema de emulación de sistema endoscópico (cámaras +minimonitor): Evitar las pruebas iniciales en hospital•Desarrollo de la pasarela inalámbrica portable

– Optimización de peso y consumo (los sistemas reales obligan a llevar encima un arnés con un equipo con disco duro y una pesada batería)– Recepción de señales de la cápsula y reenvío (WiFi) a una unidad central que la almacena y la retransmite a Internet– Preprocesado, cifrado y compresión en tiempo real de la información

Pasarela inalámbrica para señales endoscópicas

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Proyecto ABRIL

• Transmisión en tiempo real de señales de video endoscópico hacia terminales portátiles tipo PDA, en tiempo real y con dispositivos empotrados

CAPTURADOR DE VIDEO

μC EMPOTRADO

MINICAMARA

SALIDA ASISTEMAS IP

Pasarela inalámbrica para señales endoscópicas

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Proyecto ABRIL

Pasarela para autoanalizadores de muestra capilar

• Integración de los autoanalizadores en un Proyecto anterior (SISMES, del coordinado AIRES): – Equipo de transmisión híbrido de señales de un monitor médico para ambulancia (GPRS/radiomódem)

•Estudio (y elección) de los autoanalizadores hematológicos comerciales portátiles•Desarrollo de interfaz de comunicación (basado en microprocesador) entre el analizador y SISMES:

– Descodificación de la señal aportada por el fabricante– Recodificación y cifrado para inyección en SISMES– Gestión de alarmas

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Proyecto ABRIL

Pasarela para autoanalizadores de muestra capilar

Transmisión en tiempo real de información de autoanalizador de sangre mediante muestra capilar, integración en la Red del Proyecto SISMES

MONITOR MEDICO

UNIDAD MOVIL DE MEDIDA Y TRANSMISION DE SISMES

AUTOANALIZADORDE MUESTRA CAPILAR

ENTRADA SERIE AUXILIAR

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Proyecto ABRIL

Objetivos (I): líneas de desarrollo

• Líneas de desarrollo de prototipos en telemedicina• Grupo UMA:

• Desarrollo de un prototipo de redes de área personal/corporal basado en smartphones

• Grupo UAL• Desarrollo de una pasarela inalámbrica para señales

endoscópicas• Desarrollo de una pasarela para autoanalizadores de

muestra capilar• Ambos grupos: integración de plataformas

desarrolladas, asesoramiento del equipo médico

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Proyecto ABRIL

Integración de trabajos (en realización)

• Colaboración en el prototipo con Smartphones

• Integración de las nuevas señales de SISMES y de las cápsulas endoscópicas en el sistema de recepción del prototipo con Smartphones

• Asesoramiento médico para posibles pruebas de campo en el Hospital Torrecárdenas

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Proyecto ABRIL

Objetivos (II): líneas de investigación

• Líneas de investigación en comunicaciones inalámbricas:

• Grupo UMA:• 1. Estudio de redes MANET híbridas• 2. Caracterización de tecnologías para redes PAN/BAN• 3. Análisis de redes celulares y redes MIMO

• Grupo UAL:• 1. Optimización de procedimientos criptográficos para la

transmisión de bioseñales.

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Proyecto ABRIL

1. Estudio de redes MANET híbridas

• Coordinación: E. Casilari• Integración de redes ad hoc (MANET) en Internet

• Optimización de las técnicas de descubrimiento de gateways (pasarelas) • Uso de gateways oportunistas:

• Técnicas para la mejora de las conmutaciones y la distribución (‘balanceo’) de tráfico

• Elección del gateway en función de la estabilidad de la ruta

• Propuesta de un modelo analítico de duración de enlace (válido más allá de las redes MANET híbridas)

• Diseminación de contenidos y caché en redes MANET• Desarrollo de modelos de simulación:

• Algoritmos de routing (basado en implementaciones reales) para OMNeT++

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Proyecto ABRIL

2. Caracterización de tecnologías para redes PAN

• Coordinación: E. Casilari/JM Cano García• Bluetooth:

• Modelado analítico del retardo y el throughput• Con/sin pérdidas• Perfiles PAN/SPP

• Optimización del consumo y su impacto en las prestaciones de Bluetooth (estudio de modos de bajo consumo)

• 802.15.4/Zigbee• Desarrollo de modelos para organización en clusters

• Propuesta y montaje de MAC eficientes para redes de sensores y evaluación de tecnologías comerciales disponibles

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Proyecto ABRIL

3. Análisis de redes celulares y redes MIMO

• Coordinación: J.M. Romero• Estudio de las prestaciones y caracterización del servicio de

transporte de datos sobre UMTS y HDSPA/HSUPA.• Análisis de los sistemas con transmisión y/o recepción MIMO

• Modelo de probabilidad de error de bit o símbolo para diversas modulaciones en distintos entornos de propagación

• Estudio analítico de los modos de utilizar las antenas receptoras • Reglas de diseño que permiten optar por la cancelación de interferencias

o la diversidad en función de las condiciones del canal y los parámetros del sistema (nº antenas, nº y potencia señales interferentes)

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Proyecto ABRIL

Objetivos (II): líneas de investigación

• Líneas de investigación en comunicaciones inalámbricas:

• Grupo UMA:• 1. Estudio de redes MANET híbridas• 2. Caracterización de tecnologías para redes PAN/BAN• 3. Análisis de redes celulares y redes MIMO

• Grupo UAL:• 1. Optimización de procedimientos criptográficos para la

transmisión de bioseñales.

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Proyecto ABRIL

Procedimientos criptográficos para bioseñales

• Coordinación: J.A. López Ramos• Estudio y evaluación de métodos criptográficos para la transmisión

y almacenamiento de señales biomédicas de pacientes. • Identificación y propuesta de sistemas de cifrado en flujo para

montaje sobre red WiFi.

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Proyecto ABRIL

Resultados: Tesis, patentes y publicaciones (I)

Grupo de la U. Málaga

Grupo de la U. Almería

Tesis defendidas desde el inicio del Proyecto 2 1Artículos publicados o aceptados definitivamente en

revistas indexadas en el JCR (Journal Citation Reports) 8 3

Artículos aceptados con petición de cambios para ser publicados en revistas indexadas en el JCR (Journal

Citation Reports)2 -

Artículos publicados en otras revistas 3 -Artículos aceptados o publicados en congresos

internacionales 24 3

Artículos aceptados o publicados en congresos nacionales 8 -

Patentes - 1

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Proyecto ABRIL

• 13 artículos JCR publicados y aceptados (2 de ellos con exigencia de cambios)• IEEE Transactions on Wireless Communication (3)

• IEEE Transactions on Communications

• IEEE Communications Letters

• IEE Electronics Letters

• Telecommunication Systems

• Wireless Personal Communications

• Arkiv för Matematik

• Houston Journal of Mathematics, etc.

• 27 Ponencias y pósters presentados y aceptados en congresos internacionales• ICC, IEEE LCN, MSWIM (Categoría A, Índice CORE)

• Globecom (Cat. C), IADIS AC (Cat. C) PWC, SimuTools, etc.

• Especializadas: Body Sensor Networks (BSN), EMBC (Cat. C)

Resultados: publicaciones

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Proyecto ABRIL

GRUPO UMA• Participación en el Proyecto Nacional CENIT:

• INREDIS (INterfaces de RElación entre el entorno y las personas con DIScapacidad)

• Contrato con OPTIMI (antigua Tartessos Technologies S.A.) * Modelado y estrategias de optimización para QoS en redes celulares móviles

• Contrato con IHMAN (Interfaces Hombre-Máquina Avanzados) • Proyecto "Desarrollo de un módulo radio de ultrabajo consumo en el ámbito

del proyecto NetDoVR" with Quality International Services S.L.

• Contrato con Mediaweb Andalucía SA• “Plataforma para servicios de asistencia social”

• Pertenencia a MovilForum (coordinado por Telefónica Móviles)• Desarrollo de aplicaciones para terminales móviles

• Petición de Proyecto de Excelencia a la Junta de Andalucía• “Plataforma empotrada de bajo coste para integración de aplicaciones con

interacción natural soportadas sobre tecnologías de Realidad Virtual y Realidad Aumentada” (AVATAR)

Contratos, proyectos, colaboraciones (I)

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Proyecto ABRIL

GRUPO UMA• Colaboración con el Wireless System Laboratory dirigido por la doctora

Andrea Goldsmith. Electrical Engineering Dept. (Universidad de Stanford, EEUU). • Estancia de A. Goldsmith en Málaga

• Dos estancias de seis meses del profesor JM Romero en Stanford

• Prestaciones de sistemas inalámbricos de transmisión/recepción de última generación (receptores multiusuario, transmisión adaptativa y sistemas MIMO)

• Varias publicaciones de prestigio

• Participación en Red Temática TIC2002-10150-E, estudio de entornos de circuitos virtuales, con especial hincapié en estándares MPLS y GMPLS.

• Solicitud de un proyecto común a la Generalidad Valenciana con el grupo GRC (Grupo de Investigación de Redes de Computadores) de la Universidad Politécnica de Valencia (dirigido por Pietro Manzoni) • Varias publicaciones conjuntas

• Línea de trabajo con Dr. Angel Lozano Solsona (Pompeu Fabra), antes en los Bell Labs de Holmdel (New Jersey, EEUU) y profesor en la Universidad de Columbia.

Contratos, proyectos, colaboraciones (II)

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Proyecto ABRIL

GRUPO UAL• Acuerdo de colaboración con el Hospital Torrecárdenas de Almería

(Servicio Andaluz de Salud) • Aplicaciones de Telemedicina

• Colaboración con el Grupo de Electrodinámica de Fenómenos Transitorios de la Universidad de Granada• Obtención de un Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía, “Estudio

de Fenómenos Electromagnéticos para el Diagnostico del Medio Ambiente”, vigencia hasta 2010. Presupuesto > 300.000 €

• Colaboración con el Grupo de Recursos Hídricos y Geología Ambiental de la Universidad de Almería• Reciente finalización de otro proyecto del Plan Nacional de I+D

• Contrato con la Consejería de Turismo de Cantabria• “Telemonitorización ambiental en la Cueva Mina de “El Soplao” en Cantabria”

• Patente Nº 2 272 130, Publicación: 16/04/07, Concesión:16/02/08

• AN. Novas, J.A. López-Ramos, J.A. Gázquez, y J. Peralta. “Unidad cifradora/descifradora de mensajes con información digital, sistema y método de cifrado/descifrado para comunicaciones digitales en tiempo real”

Contratos, proyectos, colaboraciones (III)

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Proyecto ABRIL

Proyecto TEC2006-12211: ABRIL(Aplicaciones Biomédicas en Redes heterogéneas

InaLámbricas)

Jornadas de Seguimiento y Evaluación

de Proyectos de Investigación MICINN

Eduardo Casilari (Universidad de Malaga)

José Antonio Gázquez Parra (Universidad de Almería)

Investigadores principales

Madrid, 23 de septiembre, 2008