Eszközfejlesztések

2008. november 1. – 2009. augusztus 31.

 

Tervezett feladatok

A második munkaszakaszban a következő feladatok elvégzését tűzték ki
célul:

• funkcionális specifikáció: adatelemző és kiértékelő rendszer (SW);
• tervezés: szenzorok és aktuátorok, orvosi műszerek; adatgyűjtő és átjáró (HW/SW); orvostechnikai eszközök (vital sensors) kommunikációja; egyéb eszközök (environmental sensors) kommunikációja; szolgáltaltástámogató rendszer (SW), adatelemző és -kiértékelő rendszer (SW);
• mintarendszer (HW/SW): szenzorok és aktuátorok, orvosi műszerek; adatgyűjtő és átjáró (HW/SW);
  orvostechnikai eszközök (vital sensors) kommunikációja; egyéb eszközök
  (environmental sensors) kommunikációja; szolgáltaltástámogató rendszer
  (SW), adatelemző és -kiértékelő rendszer (SW);
• üzleti modell kidolgozása.

A második munkaszakaszban a konzorciumi tagok a kitűzött ütemnek megfelelően lényegében az összes tervezett feladatot elvégezték. Az új fejlesztésekkel kapcsolatos ismeretek megszerzését követően a munkákat részben vagy teljes egészében a projekt céljának megfelelően kialakított fejlesztő-laboratóriumaikban végezték, tesztelték, illetve javították. Az egyéni munkával, kiscsoportosan elért eredményekről a rendszeresen megtartott projektértekezleteken, illetve a szükség szerint szervezett koordinációs megbeszéléseken tájékoztatták egymást, majd az egyeztetések eredményeihez igazodva folytatták további tevékenységeiket.

 

Eszközfejlesztések

A második munkaszakaszban a következő eszközök fejlesztését végezték el a konzorciumi tagok:

1. A fiziológiai jelek monitorozása alrendszer eszközei

1.1 Home ECG Tele Measuring Head

Diagnosztikai minőségű vezeték nélküli kardiológiai felvételező eszköz, amelyet kimondottan kardiológiai rehabilitációra vagy prevencióra szoruló felhasználók otthoni környezetben használhatnak.
A rendszer részei a telemetriás mérő- és adatgyűjtő-készülék, az átjáróhoz kapcsolódó adó-vevő egység és az átjárón futó szoftvermodul.

A telemetriás adatgyűjtő-készülék főbb jellemzői:

• szakaszos működési üzemmódok;
• a felvétel típusa lehet egycsatornás ritmusgörbe vagy háromcsatornás, nagyfelbontású felvétel komplex diagnosztikára alkalmas minőségben;
• DC-csatolt háromcsatornás EKG-erősítő;
• 24-bites Sigma-delta A/D átalakítók nagyon hatásos digitális szűrőkkel;
• beépített SD-kártya, későbbi tárolási funkciókra;
• USB-csatlakozó a gyors, vezetékes adatkiolvasás érdekében;
• 868 MHz-es ISM-sávban működő rádiós adatátvitel.

1.2 Home Tele Care Unit

A vezeték nélküli, multiparaméteres, otthoni páciens-megfigyelő eszköz olyan, elsősorban esetlegesen veszélyt jelentő keringési vagy légzési betegségben szenvedő személyek számára készült, akiknél fontos, hogy állapotukat folyamatosan monitorozzák; szükség esetén időben érkezhessen segítség, viszont még nem szorulnak folyamatos kórházi megfigyelésre, fekvőbeteg-ellátásra.

A készülék főbb jellemzői:

• 3 csatornán EKG-mérés, analizálás;
• légzésmérés impedancia, és EKG-ból nyert módon;
• mozgásérzékelős aktivitás-monitorozás;
• hőmérséklet-érzékelés;
• SpO₂-mérés;
• beépített hangszóró és mikrofon;
• esemény-nyomógomb a készüléken;
• beépített SD-kártya;
• Li-Polimer akkumulátor;
• a készülék egy feltöltéssel 24 órán át működik;
• 868 MHz-es ISM sávban működő rádiós adatátvitel.

1.3 Vérnyomás-monitorozó alrendszer

Napi, heti vérnyomásmérésre, valamint az eredmények tárolására alkalmas eszköz.

Az alrendszer főbb jellemzői:

Szoftvermodul:

• lokális, többfelhasználós és többnyelvű kezelőfelület;
• a vérnyomásértékek mérése, tárolása időbélyegesen, megjegyzések hozzáfűzésével;
• a mért értékek megjelenítése különböző grafikonokon; a mért értékek mentése fájlba;
• közvetlen kapcsolat soros porton keresztül a vérnyomásmérőkkel;
• többféle vérnyomásmérő kezelése (egyelőre kettőt implementáltak);
• webes felületén a vérnyomáshoz magas-alacsony határértékek hozzárendelése.

TD-3213 vérnyomásmérő

• kommunikáció: RS 232

EK-812 vérnyomásmérő

• kommunikáció: RS 232

1.4 Dietetikus mérleg és elektronikus receptkönyv alrendszer

Egyének táplálkozási szokásainak rögzítéséhez, ételek kalória- és nyomelem-tartalom számításához ajánlott.

Az alrendszer főbb jellemzői:

Szoftvermodul:

• lokális, többnyelvű kezelőfelület;
• alapvetően ételreceptek alapértékeit tartalmazza, de azok egyéni szájíz szerint módosíthatók, feltölthetők;
• az ételek és összetevőik mennyiségének mérése és tárolása időbélyegesen;
• étel mérése esetén, a tárolt recept alapján, a fogyasztott összetevők mennyiségének kiszámítása;
• közvetlen kapcsolat soros porton keresztül a digitális mérleggel;
• a lemért értékek összehasonlítása a személyre vonatkozó ajánlott napi bevitellel; információk az illetőnek;
• az összetevőkre vonatkozó megengedett vagy szükséges határérték beállítása a webes felületen, a dietetikus vagy az orvos segítségével.

SI-132 típusú digitális mérleg:

• maximális kapacitás: 3 kg, 30.000-es felbontás; 0.1 g osztás; mininális méréshatár: 2 g
• RS 232 interfész

1.5 Esti nyugalmi állapotot monitorozó alrendszer

Nyugodt/nyugtalan alvás, pihenés, illetve aktivitás detektálására kialakított eszköz, amelyhez az adatokat az ágylábak (fotellábak) alá helyezett erőmérőcellák szolgáltatják.

Az alrendszer főbb jellemzői:

Szoftvermodul:

• lokálisan futó, többnyelvű, teszteléshez kialakított kezelőfelület;
• közvetlen kapcsolat soros porton keresztül az erőmérőcellákkal;
• a mintavételi frekvencia szoftveresen állítható az erőmérőcellákhoz;
• a mért értékekből súlypont számítása, valamint tárolása időbélyegesen;
• a súlypontvándorlás megjelenítése online és offline kapcsolat esetén is.

Erőmérőcella

Low speed ADC Module

• kommunikáció: RS 485

RS 485/RS 232 átalakító

 

2. Tremor alrendszer

2.1 Tremormérő (remegésmérő)

A készülék a végtagok vagy a fej remegésének mérésére alkalmas, ujjra rögzíthető gyorsulásmérő modulokkal bővíthető. A mérési adatok egy vezeték nélküli hálózaton keresztül jutnak el az átjáróba, amely a fogadott adatokat elmenti, elemzi és továbbítja az alkalmazásszolgáltatónak.

Az alrendszer főbb jellemzői:

Kéz, láb, fej remegésének mérése
Az ujjak remegésének mérése (opcionális adapterekkel)
Rádiós kommunikáció az átjáróval (2,4 GHz, PC-oldali ZigBee illesztő szükséges)

Szoftvermodulok:

• beágyazott, vezeték nélküli bootloader;
• beágyazott mérőprogram;
• beágyazott órakalibrációs program;
• PC-s vezeték nélküli programozó;
• PC-s mérési vizualizációs szoftver.

Tápellátás:

• 1 darab 1,5 V-os elem

Környezeti feltételek: normál szobai klíma

2.2 Kézügyességmérő (Nine Hole Peg Tester)

A Nine Hole Peg Test nevű vizsgálati módszerhez készített elektronikus készülék egyenként érzékeli a rudacskák behelyezését, kivételét, és mikrokontroller segítségével méri az időket. A mérési eredményeket egy alfanumerikus kijelzőre kiírja, és egy soros kommunikációs csatornán keresztül továbbítja az átjárónak.

A készülék főbb jellemzői:

Tesztfunkciók:

• standard Nine Hole Peg Test;
• irányított teszt;
• időteszt.

Menü a tesztek kiválasztásához
Az eredmények megjelenítése a készülék LCD alfanumerikus kijelzőjén
Az eredmények továbbítása soros vonalon
Tápellátás: 230V-os adapterről
Környezeti feltételek: normál szobai klíma

2.3 Sit-to-stand

A „Sit-to-Stand” mozgásvizsgáló alapesetben azt vizsgálja, hogy a páciens hogyan ül le egy székre, és hogyan áll fel róla, illetve ezen komplex mozgások közben a talpra és a székre nehezedő erők mekkorák, és milyen az erőkomponensek eloszlása.
A berendezés hardvere és alapszoftvere egyéb mérési feladatokra is alkalmas, például megméri a páciens tömegét.

A berendezés főbb jellemzői:

• erőmérőcellákkal felszerelt ülőke;
• állítható lábtartók erőmérőcellákkal;
• maximális mérhető tömeg: 120 kg;
• mikrovezérlős elektronika, mintavételezési idő: 10 ms;
• kommunikációs interfész: USB (virtuális soros port);
• PC-s kiértékelő, megjelenítő szoftver;
• tápellátás: USB-ről.

 

3. Szellemi frissesség alrendszer

3.1 Mentális állapotot monitorozó alrendszer

Olyan programok idősödő emberek számára, amelyek ötvözik a jelenkor kedvelt, egyszerű internetes játékait, ugyanakkor értékes, számszerűsített adatokat nyújtanak a felhasználó mentális teljesítőképességéről rövid és hosszú távon.

Az alrendszer főbb jellemzői:

Szoftvermodul:

• játékok: egyszerűen változtatható kialakítás és struktúra;
• többnyelvűség (igény esetén);
• eredményértékelés: pszichiáterrel egyeztetett módon;
• Flash technológia;
• Wii Remote: innovatív vezérlővel motorikus információk gyűjtése.

Wii Remote vezérlő:

• méret: 148x36.2x30.8 mm³;
• kommunikáció: Bluetooth (kb. 10 m távolságig);
• tápellátás: a 2 db AA alkáli elem 60 óra működést tesz lehetővé, ha csak a gyorsulásérzékelőt, és 25 órát, ha az infrakamerát is használják;
• optikai érzékelő: PixArt infraérzékelő;
• gyorsulásérzékelő: ADXL 330, 3-tengelyű gyorsulásérzékelő.

 

4. Tevékenység elvégzésére emlékeztető alrendszer

4.1 Energiafogyasztás alapú tevékenységfigyelő alrendszer

A tevékenységfigyelés során a rendszer meghatározza, hogy a páciens mikor, milyen fogyasztású villamos eszközöket kapcsol be, illetve ki, és ebből következtet a páciens tevékenységeire.

A rendszer célja, hogy a villamosenergia-fogyasztó berendezések összesített jeléből kiválogassa a megfigyelésre kiválasztott eszközökkel folytatott műveleteket. (A következő évtized elején minden háztartásban kötelező lesz felszerelni elektronikus fogyasztásmérő berendezéseket, amelyek jelei felhasználhatók a tevékenységfigyelő alrendszerhez.)

Az alrendszer főbb jellemzői:

Egyfázisú fogyasztásmérő:

• áram és feszültség effektív értéke [mA] (30mA – 40A);
• hatásos fogyasztás [Wh] (5W – 5kW);
• látszólagos fogyasztás [VAh] (15VA – 9kVA);
• egy hónap mérési adatainak tárolása időbélyeggel (negyedórás mérések esetén);
• mérési hiba: 1%;
• minőségi paraméterek mérésének lehetősége: feszültségvölgyek/-csúcsok detektálása, hőmérséklet- és frekvenciamérés;
• kommunikáció: PLC (Power Line Carrier) a meglévő hálózati vezetékek felhasználásával, vagy soros porton.

Intelligens feldolgozó egység:

  Konfigurációs eszköz:

• operációs rendszer: Windows;
• futási környezet: dotnet 2.0.

  Működés közbeni kiértékelés:

• futási környezet: Java 1.6

 

4.2 Gyógyszeres emlékeztető alrendszer

Az alrendszer jelentősen megkönnyíti a betegek gyógyszerszedési problémáit, emlékeztetve őket minden fontos információra, amely a gyógyszerszedésnél felmerülhet.

A szoftvermodul főbb jellemzői:

• lokális kezelőfelület (csökkentett funkcionalitás esetén a kezelőfelületen a felhasználó /páciens/ semmit nem tud beállítani);
• a szoftvermodul webes felületén a beállításokat, változtatásokat csak jogosult felhasználók végezhetik el;
• általános és páciens-specifikus információ rendelhető minden egyes gyógyszerhez;
• egészségügyi státuszhoz és terápiához tartozó többletinformáció tárolható (pl. a páciens betegségeivel kapcsolatos adatok, legközelebbi patikák, fontosabb telefonszámok stb.);
• a modul figyeli a rendelkezésre álló gyógyszerek mennyiségét, és időben figyelmezteti a felhasználót, hogy mikor és hol kell felíratni, illetve kiváltani a gyógyszereket;
• minden figyelmeztetés felugró ablakban jelenik meg. A modul naplózza az eseményeket, és külön rákérdez a gyógyszer beszedésére;
• képes iCal formátumot támogató külső programban generált események átvételére és megjelenítésére.

 

5. Helymeghatározó alrendszer

5.1 Pozíciókiértékelés-alapú tevékenységfigyelő alrendszer

A pozíciókiértékelés alapú tevékenységfigyelő alrendszer célja, hogy az idős ember vagy az utógondozott beteg napi mozgásciklusait az orvos megvizsgálhassa. A rendszer magvát vezeték nélküli ZigBee-elemek alkotják; ezeket a lakás fontosabb pontjaira elhelyezve megállapítható, hogy a páciens a lakás mely területén tartózkodik. A páciens egy övet hord, amelyen egy speciálisan kialakított antennával szintén egy ZigBee kommunikációs modul található. A központi helymeghatározó rendszer utasítja a modulokat, hogy küldjenek egyszerű üzeneteket, és az adatok jelerőssége alapján határozza meg a mozgó modul (a páciens) pozícióját.

Az alrendszer főbb jellemzői:

Kommunikációs szabvány: IEEE 802.15.4 - ZigBee; 2405 MHz - 2480 MHz ISM sáv

Kommunikációs modul: Telegesis TG-ETRX2

• ZigBee Stack processzor: EM 250;
• UART kommunikációs interfész (AT utasításkészlet);
• 16 dedikálható alcsatorna;
• 2,1-3,6 V-os működési feszültség.

Vezérlőmodul:

• ATMega128 L mikroprocesszor;
• UART, SPI, I2C kommunikációs interfészek;
• működési frekvencia (11,0592 MHz);
• akkumulátorfigyelési funkció;
• AT parancskészlet kezelése;
• ZigBee hálózat automatikus vezérlése.

Szerveralkalmazás

• MySQL 5.1 (várhatóan korábbi verziókkal is);
• Apache 2.2;
• Java Runtime: JRE 1.6.0_12.

 

6. Másodlagos alkalmazások

6.1 ZigBee alapú szenzorok fejlesztése

A lakásvezérlési és biztonsági, illetve az idős személyek otthonápolásával és távfelügyeletével kapcsolatos feladatokat ellátó szolgáltatói rendszert az alább bemutatott hardvereszközök látják el valós adatokkal. Ezeket az adatokat ad-hoc rádiókapcsolaton keresztül az adott környezet Helyi Vezérlő Központja (HVK, lásd 7.4 szakasz) a ZigBee hálózat koordinátoraként gyűjti össze, és továbbítja a különböző távfelügyeleti feladatokat ellátó szolgáltató központok felé.

A hardvereszközök főbb jellemzői:

MultiSensor:

• mozgásdetektor: Crow Swain PIR;
• fényérzékelő: SILONEX NORPS-12;
• hőmérsékletérzékelő: LM-61;
• ajtóállapot-érzékelő: reed relés állandó mágnessel;
• Telegesis ETRX2 modul xIDE tool-lal, IKTI fejlesztésű firmware-rel programozva az EM250-es ZigBee chip;
• tápellátás: 9V-os elemről a PIR, 3,3 V stabilizált feszültségről a többi áramkör.

ZigBee coordinator: a koordinátor funkciójú eszközzel a HVK-hoz lehet csatlakozni USB-interfészen keresztül

HumiditySensor: a páratartalom mellett a hőmérsékletet is méri

Voice Actuator: hordozható eszköz. Hangüzeneteket lehet vele felvenni, amelyeket vissza is tud játszani. Távolról működtethető a ZigBee vezeték nélküli hálózati szabvány segítségével.

 

6.2 ZigBee modul rendszer 2.4 GHz és 868 MHz frekvenciákon

A rendszer főbb jellemzői:

• MITMÓT-kompatibilitás, számos különböző szenzor, beavatkozó és humáninterfész-modul elérhető hozzá, pl. MEMS szenzor alapú érzékelők páratartalom, hőmérséklet, nyomás, fényerő, gyorsulás, szögelfordulás, és hangerő mérésére, soros eszközök (RS232, RS422, RS485) illesztésére;
• 8-bites AVR-magú Atmega 1281 processzor a ZigBee modulon;
• ZigBee PRO kommunikáció a 2.4 GHz-es vagy a 868 MHz-es sávban;
• 2.4 GHz-es integrált vagy külső antenna, 868 MHz-en külső antenna;
• kombinált kommunikációs és alkalmazás-processzor, valamint dedikált kommunikációs processzor működési mód támogatása;
• Assembly, C fejlesztői környezet, JTAG és ISP programletöltés támogatása;
• USB-kártya Windows és Linux virtuális soros port eszközmeghajtóval;
• tápellátás:

          – 2 db 1,5 V-os elem, közvetlen csatlakozás az elemtartó vezetékeihez;
          – USB-ről táplálható az USB-modul alkalmazása esetén (DC/DC, 3,3V);
          – minimális fogyasztásra optimalizált kialakítás;

• mechanikai kivitel: MITMÓT-kompatibilis, gyors prototípusfejlesztés.

 

6.3 ZigBee alapú NCAP modul MITMÓT buszhoz

Az IEEE 1451 szabványcsalád javaslatot ad az intelligens, hálózatba köthető távadók, műszerek logikai felépítésére. A készüléket két nagyobb egységre bontja: az NCAP-re (Network Capable Application Processor) és a STIM-re (Smart Transducer Inteface Module). A két rész a TII (Transducer Independent Interface) felületen keresztül kapcsolódik egymáshoz.

Az NCAP végzi a hálózati kommunikációt, továbbá általános esetben az alkalmazás-specifikus feladatok egy részét. A közvetlen mérő/beavatkozó egység a STIM, amely saját processzorral rendelkező mérőmodul. A STIM passzív szerepet játszik, az utasításokat (pl. azonosítsd magad, indíts el egy mérést, indíts el egy mérési sorozatot) az NCAP-től kapja. Az NCAP a STIM-től kapott eredményeket az adott hálózaton (itt ZigBee-n) keresztül továbbítja egy felsőbb szintnek, ebben az esetben az átjárónak.

A ZigBee-s NCAP modul csak a filozófiájában követi az IEEE 1451 szabványt, mivel azt nem célszerű teljes bonyolultságában megvalósítani.

 

7. Átjáró-technológia

7.1 Átjáróhardver

Tesztelt, átjárónak tervezett hardvereszközök
Típus	AFOLUX	AC ClassMate	Albacomp netPC
Processzor	AMD Geode™ LX 800-500 MHz	Intel Atom 1,6 GHz	Intel ATOM 1,6 GHz
Chipset	AMD CS5536	Intel 945GSE	Intel 945G
Memória	512 MB	1 GB DDR2	1 GB DDR2
Kijelző	12,1” Touch screen 1024x768	8,9” LCD 1024x600	külső, vagy külső adapterrel TV
VGA vezérlő	–	–	integrált
Optikai meghajtó	–	–	dual layer DVD író
HDD	2,5” HDD SATA	1,8” HDD v SSD	160 GB SATA
Audió	integrált	2x 1W beépített	integrált
I/O portok	1x RS-232 1x RS232/422/485 2x USB 2.0 2x LAN	1x táp 2x USB 2.0 1x RJ45 1x mikrofon 1x fejhallgató 2 in 1 kártyaolvasó	4x USB 2.0 1x soros 1x párhuzamos 1x VGA 2x PS2 1x RJ45, 1x audió
LAN	Ethernet és Wireless LAN és Bluetooth	Ethernet és Wireless LAN	Gigabit
Operációs rendszer	Windows, Windows CE és Linux	Linux és Windows	Linux
Ház	ventillátor nélküli panel PC, 29W adapterről	netbook	ITX fekete mini torony, 225W

 

7.2 Otthoni átjáró-architektúra JAVA/OSGi környezetben

A kidolgozott átjáró-architektúra olyan moduláris, hordozható, átstrukturálható rendszer, amely könnyen igazítható a kívánt alkalmazási terület igényeihez. A feladat elvégzéséhez új technológiákat kellett bevonni. Ilyen a Java/OSGi keretrendszer, továbbá a hozzá tartozó OSGi-támogatott szolgáltatások, mint pl. a Device Access, a Wire Admin, a User Admin OSGi batyuk (batyu = bundle).

A kidolgozott általános architektúra-modell négy rétegből áll:

1. Szenzorréteg (Sensor Layer): Itt helyezkednek el a szenzorhálózatok. A különböző szenzorok adataikat az úgynevezett bázisállomások (Base Station) felé továbbítják, amelyek ezen adatokat nyers formában továbbítják az átjárórétegbe.
2. Átjáróréteg (Gateway Layer): Az adatokat az itt elhelyezkedő átjáróknál dolgozzák fel először. A csomagok értelmezése és feldolgozása után az információ az alkalmazási rétegbe kerül. Az átjáróréteg feladata a szenzorhálózatok és egyéb eszközök kezelése egységes módon, annak érdekében, hogy a szükséges információ a fizikai eszközöktől a feldolgozó alkalmazásokig könnyen kezelhető módon eljusson. Az átjárórétegben tetszőleges számú átjáró helyezhető el a rendszer konkrét fizikai kialakítása alapján.
3. Alkalmazási réteg (Application Layer): Az itt található szolgáltatások az adatokat, funkciótól függően, adatbázisba rendszerezik, továbbítják, illetve alkalmazások formájában feladatokat hajtanak végre rajtuk. A továbbítás során különböző csatornákon keresztül jutnak az alkalmazások a negyedik rétegbe, amely a kliens réteg.
4. Kliens réteg (Client Layer): A kliensek az alkalmazásszerveren futó konkrét alkalmazások felhasználói. E kliensek különböző módokon érhetik el az alkalmazásszerver által nyújtott applikációkat (UPnP-n keresztül, webszolgáltatásként stb.). A kliensek és az alkalmazásszerver között folyamatos az interakció: a kliensek kéréseket küldenek és adatokat fogadnak.

A szolgáltatástámogató rendszer (lásd 9.3 fejezet) működéséhez az átjárót és az egyéb erőforrásokat folyamatosan meg kell figyelni. Ezt a célt szolgálja az OSGi WireAdmin-kompatibilis SysMon batyu, amely adatokat gyűjt az átjáróhardver és szoftverkomponenseinek működéséről, az erőforrások kihasználtságáról.

A SysMon batyu a szintén WireAdmin-kompatibilis Communicator batyu segítségével tölti fel az információkat a szolgáltatástámogató rendszer átjáró oldali webszerverére.

A SysMon és Communicator batyuk alapkonfigurációja lokális, és tetszőlegesen módosítható az átjáró oldali webszerverről letöltött konfigurációspecifikáció alapján.

 

7.3 Natív kód beágyazása a JAVA/OSGi környezetbe

A Silvergate-112 rendszerben szükség van olyan modulok, alrendszerek illesztésére is, amelyeket nem Java/OSGi-specifikus módon valósítottak meg. Ugyanakkor az alaprendszer funkcióit is  elérhetővé kell tenni e modulok számára is (frissítés, monitorozás stb.). Ezt a célt szolgálja a JNI keretrendszer, amely lehetővé teszi, hogy egy Java virtuális gépen (Java Virtual Machine) futatott Java nyelvű programkódból natív nyelvű programkódot lehessen használni, illetve fordítva, natív kódba lehessen beágyazni egy Java virtuális gép implementációt, és ezáltal Java nyelvű programkódot is lehessen végrehajtani natív kódból történő hívással.

A JNI kétirányú interfész a Java és a natív kódok között, amely többek között támogatja a C, C++ és az Assembly nyelveket. Egyik tipikus használata, amikor egy Java nyelvű programból olyan programkönyvtárat (pl. egy adott szenzortípust kezelő meghajtót) kell elérni, amelynek nincs Java nyelvű implementációja, csak C vagy C++ nyelvű (mert a gyártó csak ezt adja). Ezt teszi lehetővé az OSGi környezethez illesztett JNI.

 

7.4 Helyi Vezérlő Központ

A Helyi Vezérlő Központ (HVK) egy ZigBee hálózathoz kifejlesztett központi vezérlő. A rendszer távoli elemei a mótok (mote), amelyek egy vagy több kapcsolót, érzékelőt (szenzort) vagy beavatkozót (aktivátort) tartalmaznak. Alapszolgáltatás a pont-pont kapcsolat egy kapcsoló vagy szenzor és egy vezérelt elem között (például világításkapcsoló és lámpa, hőérzékelő és szelep), összetett funkciót azonban csak központi vezérlő alkalmazásával lehet megvalósítani.

A HVK egy kisméretű dugaszolható hardverből és egy programcsomagból áll. A hardver egy Linux operációs rendszerrel ellátott átjáró USB-csatlakozójába dugaszolva üzemképes. Ha belső antennája segítségével a ZigBee hálózat legalább egy mótját rádiófrekvenciásan el tudja érni, a ZigBee hálózat koordinátoraként fog működni. A programcsomag univerzális, független a szolgáltatásoktól. A szolgáltatásokat a ZigBee hálózattal együtt kell megtervezni, és egy konfigurátorprogrammal adatbázisba kell foglalni. A HVK alapprogramja felügyeli a hálózatot, és az adatbázis alapján végzi a szolgáltatást.

Új adatbázis interneten keresztül is betölthető. A HVK minden állapotváltozást egy naplófájlban rögzít, így a korábbi események és beállítások visszakereshetőek. Egy adatbázissal több, egymástól független szolgáltatás is kiszolgálható.

A HVK alkalmazására példa a ZigBee alapú szenzorokkal kialakított lakásfelügyelet, ahol helyiségenként elhelyezett PIR szenzorok felügyelik a lakásban élő idős ember mozgását. Huzamos passzivitás esetén a HVK rákérdez, nincs-e az illetőnek problémája, és válasz hiányában az adatbázisban megjelölt módon értesítést küld egy hozzátartozónak. Ugyanez a konfiguráció alkalmas arra is, hogy megadott időpontokban figyelmeztessen bizonyos tevékenység elvégzésére.

 

8. Adatelemző és kiértékelő alrendszer

A mindennapi élet egyre nagyobb részének van elektronikai-informatikai vonatkozása is: modellek „követik” a tevékenységeket, és direkt vagy indirekt módon hatnak vissza a valós világra. Egyszerűsítve a képet, ebbe a virtuális térbe a következők kerülhetnek be:

 1. fizikai tárgyak hely- és állapotjellemzői (egy elektronikai követőrendszeren keresztül);

 2. személyek fiziológiai állapota (különböző passzív mérőrendszereken keresztül);

 3. személyek kognitív leírói (aktív közreműködéssel határidőnaplók, teendők listájának a használatával, vagy passzív modellezés útján).

Ezen egybemosódó fizikai-informatikai világ – a Silvergate-112 projekt részét képező – speciális esetét az alábbi jellemzők határozzák meg:

8.1 Bemeneti információk

 1. Otthoni környezet

 2. Idős vagy betegségből felépülő egyedülálló személy

 3. Mindennapi tevékenységek követése

• Pozíció
• Készülékhasználat

 4. Általános fiziológiás állapot követése (aktív, nagy megbízhatóságú; passzív, potenciálisan zajos és/vagy kisebb megbízhatóságú)

• Hőmérséklet
• Pulzus, EKG: származtatott mutatók
• Légzés: kapacitás, gyakoriság
• Vérnyomás
• Bőrellenállás
• Súly
• Kalóriabevitel
• Mozgás

 5. Betegség-specifikus állapot követése (aktív, nagy megbízhatóságú; passzív, potenciálisan zajos és/vagy kisebb megbízhatóságú)

• Elektronikus kórtörténet, leletek
• Kézremegés
• Cukorszint

8.2 Kimeneti információk (akciók)

 1. Diszpécserközpont

 2. Gondozói ellátás

 3. Háziorvosi ellátás

 4. Szakorvosi ellátás

 5. Hozzátartozók


Az otthoni általános és betegség-specifikus adatok gyűjtése lehetőségek széles skáláját kínálja több szempontból is, például a következőket:

 1. A háziorvos, a szakorvos, a gondozó és a hozzátartozók elérhetik

• az elektronikus nyers adatokat;
• azok automatizált korrigáltját;
• azok kézzel történő jóváhagyását (ez a kézi megerősítés például otthoni gyógyszeradagolás, -bevétel esetén lehet fontos).

 2. Az adatok, azok statisztikai leírói és az adaptív modellek mind részévé válhatnak az általánosan elérhető elektronikus beteg-adatlapnak (EBA).

 3. A háziorvos és a szakorvos az adatok és a követő modellek egyedi és csoportos elemzésével pontosabb, személyre szabottabb

• megelőzést;
• diagnózist és
• kezelést érhet el.

 4. Már forgalomban lévő gyógyszerek ún. negyedik fázisbeli értékelését, a környezeti hatások figyelembe vételét nagyban segíthetik a részleges adatok.

 5. Anomáliákra, potenciális veszélyhelyzetekre való figyelmeztetést és magyarázatot kaphatnak logikai és bizonytalanságot is kezelő modellek felhasználásával.

• A modellek mind egyetlen, mind több személy adatai alapján adaptívak lehetnek;
• speciális, személyre szabott követési vagy figyelmeztetési modelleket hozhatnak létre, amelyek a gondozói és hozzátartozói kapcsolatban jelenthetnek nagy segítséget.

 6. A gondozott maga is átfogó információt kaphat az állapotáról, amit felhasználhat gyógymódjának segítésében. A kapott információból akár személyes profilt is kialakíthat, amit valós vagy virtuális közösségekben is felhasználhat a gyógyulás elősegítésére.

A Silvergate-112 projekt – céljainak megfelelően – itt csupán arra a lehetőségre fókuszál, hogy adott betegség-specifikus adatgyűjtés esetén olyan modellek szülessenek, amelyekkel anomáliákat és potenciális veszélyhelyzeteket megelőző jelleggel lehet előre jelezni. A lehetséges felhasználások közül két alkalmazási terület vizsgálata történt meg: a krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) monitorozása és az általános időskori monitorozás egy részletének vizsgálata.

 

8.3 A modellek iránti követelmények

 1. A priori orvosi, méréstechnikai és informatikai tudás befogadása, dokumentálása; ezek alapján konstruálás.

 2. Logikai és bizonytalan tudáselemek befogadása.

 3. Méretbeli skálázhatóság, azaz: adott szakterület esetén akár több száz fogalom és szabály befogadása, és azzal – egy standard PC-hardver adottságait feltételezve – perces nagyságrendben, valós időben következtetések levonása.

 4. Kalibrálhatóság, hogy a figyelmeztetések – minimális követelményként – sorrendezhetők legyenek, de ideálisan egy objektív, az egészségügyben is felhasználható döntéselméleti értelmezéssel bíró skalárral is jellemezhetők legyenek.

 5. Értelmezhetőség a modellek, a döntéselméleti keret és a figyelmeztetések esetén is, ami a létrehozás, fenntartás és felelősség kérdése miatt is fontos.

 6. Elektronikus beteg-adatlappal való kompatibilitás, azaz:

• legyen lehetőség az adatok automatizált átvételére a következtetéshez;
• legyen lehetséges a nyers és korrigált adatok, statisztikai leírók, modellek, figyelmeztetések és magyarázataik elektronikus beteg-adatlapba történő exportálása.

 7. Heterogén, zajos adat tisztítása, abból következtetés levonása.

 8. Adaptivitás, a modellek egyes részeinél legyen állítható

• az a priori tudás hatása;
• az összes vagy adott csoportba tartozó személy adatának hatása;
• az adott személyre saját adatainak hatása.

A fejlesztők munkájuk során a Bayes-hálózatok reprezentációt használták, amelyek az előző kívánalmaknak eleget tesznek, és mint modellosztály magukba foglalják a logikai szakértőrendszereket és a fekete-doboz alapú osztályozó és predikciós modelleket is.

8.4 Szükséges funkcionalitások és tevékenységek

A javasolt korai anomália-detekció és a potenciális veszélyhelyzetekre való korai, megelőző figyelmeztetés kialakításához a fejlesztők a következő nagyobb modulokat, funkcionalitásokat alakították ki:

 1. Általános Bayes-hálós tudásmérnöki rendszer (DSS_ABN)

 2. Dinamikus Bayes-hálós kiterjesztés, hozzátartozó következtetési és paramétertanulási eljárással (DSS_DBN)

 3. Bayes-logikai kiterjesztés, hozzátartozó paramétertanulási eljárással (DSS_BL)

 4. A krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) monitorizálásának valószínűségi modellje (DSS_COPD)

 5. Általános időskori monitorizálás valószínűségi modellje (DSS_IM)

 6. Modellek következtetési és tanulási integrációja (DSS_DSJNI)

 

9. Szolgáltatástámogató rendszer

A szolgáltatástámogató rendszer az alapszolgáltató által üzemeltetett informatikai rendszer. Fő feladata a szolgáltatások menedzsmentje, valamint megjelenítése a felhasználók számára.

A szolgáltatástámogató rendszer fő részei:

• kommunikációs infrastruktúra: lehetővé teszi a rendszer különféle komponensei közötti biztonságos és megbízható kommunikációt;
• átjáró oldali, HTTP alapú, elsősorban gép-gép (M2M) kommunikációt használó alkalmazás: az átjáróval való kommunikációt, valamint azon keresztül az átjáróhoz csatlakozó szenzorhálózatok és eszközök menedzsmentjét teszi lehetővé;
• felhasználói webportál: a felhasználók – az alkalmazásszolgáltatók és a célszemély – ezen keresztül érhetik el az alapszolgáltatót;
• a rendszer menedzsmentjét lehetővé tevő webportál: a kísérleti rendszerben lényegében a felhasználói webportállal integrálva;
• a rendszer működésével kapcsolatos konfigurációs és teljesítményadatokat tartalmazó adatbázis.

A kommunikációs infrastruktúra alrendszerei:

• Nyilvános kommunikációs infrastruktúra: a felhasználók, az átjárók és az alkalmazásszolgáltatók a nyilvános interneten ezen keresztül csatlakoznak a rendszerhez. Itt kapnak helyet például a nyilvános web-, email- stb. szerverek, valamint a belső informatikai infrastruktúra és az átjárók kommunikációját biztosító VPN (Virtuális Privát Hálózat) szerverek kommunikációs interfészei is.
• Belső informatikai célú kommunikációs infrastruktúra: a rendszer üzemeltetésével kapcsolatos feladatokat látja el.
• Az átjáró és a szolgáltatástámogató rendszer közötti Virtuális Privát Hálózat (VPN) alapú infrastruktúra: az internet és a szolgáltatástámogató rendszer nyilvános kommunikációs infrastruktúráján keresztül biztonságos hozzáférést tesz lehetővé a célszemélyek otthonában telepített átjáróhoz.

 

9.1 VPN alapú adatközpont-átjáró kommunikációs alrendszer

A TCP/IP protokollcsalád alkalmazása során az eredeti elveknek megfelelő, végpontok közötti teljes transzparenciát az elmúlt 10 évben teljességgel elvetették. Napjainkban a hálózaticím-transzformáció (Network Address Translation, NAT), valamint a tűzfalak széleskörű elterjedése a lakossági internetkapcsolatoknál szinte biztosan lehetetlenné teszi az adatközpont és az átjáró közötti transzparens kommunikációt.

A probléma megoldására VPN-kapcsolat hozható létre az átjáró és az adatközpont között, amelyen át az eszközök biztonságosan és transzparensen kommunikálhatnak. Erre a célra kiválóan megfelel az ingyenes és szabad forráskódú OpenVPN csomag, amelyet kis erőforrás-igényű, pl. erősen korlátozott erőforrásokkal rendelkező beágyazott rendszerekben is használnak. Az alkalmazott kriptográfiai megoldások széles körben elterjedtek és erősek, ennek megfelelően a tanúsítványokkal azonosított VPN-kliensek és egyéb felek közötti kommunikáció biztonságos, vagyis az ilyen módon megvalósított kommunikáció a Silvergate-112 alkalmazásszolgáltatói számára is megfelelő megoldás.

Az alrendszer fő jellemzői:

• Az adatközpont és az átjáró között VPN alapú kapcsolat épül ki az OpenVPN ingyenes, szabad forráskódú szoftver alkalmazásával.
• A VPN-kapcsolaton keresztül – bizonyos korlátozásokkal – lehetséges az átjáró távoli menedzsmentje, a széles körben alkalmazott megoldásokkal (SSH, WEB, SNMP), a köztes hálózati eszközök (NAT, tűzfal) tulajdonságaitól függetlenül.
• A VPN-szervereket és a klienseket (átjárókat) tanúsítványok azonosítják, amelyek a széles körben alkalmazott, erős kriptográfia megoldásokon alapulnak (SSL).
• Jól skálázható és redundáns rendszer hozható létre több VPN-szerver alkalmazásával.
• Az alkalmazásszolgáltatók kommunikációja is történhet a VPN-en keresztül. Így lényegesen nagyobb a kommunikáció biztonsága, mintha az direkt módon, az átjáró és az alkalmazásszolgáltató között történne.
• A felhasználói internethasználat is biztonságossá tehető az átjárón, ha a kommunikáció az adatközpont dedikált tűzfalain keresztül történik, a VPN felhasználásával.
• A VPN privát IP címtartományokat alkalmaz, ezért az IPv4 címtér kimerülése esetén is hosszú távon alkalmazható marad ez a megoldás (pl. az IPv6 bevezetése esetén is).

9.2 Átjáró monitorozó rendszer OSGi alapon

Az OSGi WireAdmin-kompatibilis SysMon batyu (bundle) adatokat gyűjt az átjáró hardver- és szoftverkomponenseinek működéséről, az erőforrások kihasználtságáról. A SysMon batyu a szintén WireAdmin kompatibilis Communicator batyu segítségével tölti fel az információkat a szolgáltatástámogató rendszer átjáró oldali webszerverére. A SysMon és Communicator batyuk alapkonfigurációja lokális, amely tetszőlegesen módosítható az átjáró oldali webszerverről letöltött konfigurációspecifikáció alapján.

A rendszer fő jellemzői:

SysMon Bundle

• OSGi WireAdmin-kompatibilis adatgyűjtő rendszer az átjáró működésével kapcsolatos adatok gyűjtésére;
• HW, operációs rendszer (OS), OS task, JAVA VM, OSGi és OSGi-batyu szintű adatgyűjtés, központilag dinamikusan konfigurálható részletességgel;
• alacsony erőforrás-igény (CPU és memória);
• a /proc és a /sys fájlrendszerek konfigurálható megfigyelése;
• a Java Virtual Machine Tool Interface (JVMTI) alkalmazása a JAVA VM-ben történő speciális események debug jellegű megfigyelésére;
• opcionálisan JAVA Bytecode Instrumentation (BCI) technológiával is kiegészíthető (részletesebb statisztikák).

Communicator Bundle

• OSGi WireAdmin-kompatibilis adatfeltöltő rendszer;
• többszálú, nem blokkoló működés;
• párhuzamosan több adatgyűjtőszerverre történő feltöltés támogatása;
• feltöltés HTTP protokollal; magasabb biztonsági követelmények esetén (ha nem áll rendelkezésre VPN) felhasználói azonosítással kombinált HTTPS protokollal;
• feltöltés tranzakció jelleggel, a sikeresség visszaigazolásával;
• más batyuk is használhatják.

9.3 Webes interfészek

A szolgáltatástámogató rendszer két eltérő funkciójú webes interfésszel rendelkezik:

• Az átjáró oldali interfész gép-gép kommunikációt tesz lehetővé az átjáró és a szolgáltatástámogató rendszer között. Az átjárón futó OSGi batyuk konfigurációja a Configurator webalkalmazás segítségével állítható be. A Communicator batyu a Data Collector webalkalmazás használatával tölti fel az adatokat. A gyűjtött adatok RRD, SQL (MySQL) vagy TEXT/XML adatbázisban tárolhatók. A konfigurációs információt a rendszer SQL adatbázisban vagy XML formátumban tárolja.
• A felhasználók és a rendszer menedzserei egy Drupal alapú webportálon érhetik el és konfigurálhatják (az adatbázisokon keresztül) a rendszert. A Drupal webportál egyben a rendszer használatát segítő információkat is nyújt, például gyakran ismételt kérdések (FAQ), felhasználói fórum, levelezés formájában.

A webes alkalmazások, interfészek főbb jellemzői:

Configurator webalkalmazás

• a SysMon és más batyuk konfigurációjának lekérdezésére;
• a konfiguráció letöltése és a letöltési folyamat vezérlése HTTP protokollal történik; ez opcionálisan felhasználói azonosítással kombinált HTTPS protokollra cserélhető;
• a konfiguráció verziókontroll-támogatása;
• teljes vagy részleges konfiguráció-letöltés.

Data Collector webalkalmazás

• az adatok feltöltése és a feltöltési folyamat vezérlése HTTP protokollal történik; ez felhasználói azonosítással kombinált HTTPS protokollra cserélhető;
• adatforrásonként megadható az adattárolás módja.

Drupal alapú webportál

• adatbázis alapú adatvezérelt működés felhasználói és adminisztrációs interfésszel;
• felhasználói profilok és felhasználók bevitele, felhasználói szerepkörök támogatása;
• eszközprofilok és eszközök bevitele;
• alkalmazásprofilok bevitele;
• nyílt interfész az alkalmazásszolgáltatóknak;
• beágyazható alkalmazásszolgáltató-specifikus bővítések (plug-ins, extensions);
• gyakran ismételt kérdések (FAQ), fórum, üzenet- és levélküldés a portálon.

 

Üzleti modell

A Silvergate-112 projekt eddigi eredményei alapján elkészült a Silvergate-112 Alapszolgáltató létrehozásának és működtetésének üzleti modellje. Ennek fő elemei a következők:

Feltételezés: a magyar piacon működő, központi támogatású, szakápolást és idősgondozást végző önkormányzati és fitness/wellness szolgáltatást nyújtó magán alkalmazásszolgáltatókkal kapcsolatban álló Alapszolgáltató tevékenységére mint vállalkozásra kívánatos a modellt kidolgozni.

Az Alapszolgáltató alaptevékenysége: a Silvergate-112 projektben kifejlesztett, kitelepíthető eszközök bérbeadása, azok telepítés utáni üzemeltetése. Ezen eszközöket az alkalmazásszolgáltatók szolgáltatásaik kiegészítéseként vagy azokba beépítve adják tovább az érintett célszemélyeknek.

Alapfeltétel: internet a célszemély otthoni környezetében.

Az alkalmazásszolgáltató az elvégzett szolgáltatás díját a központi vagy önkormányzati költségvetésből, illetve magánszemélyektől a kezelések után kapja. Így ezen díjakat el lehet különíteni a telekommunikációs cégek erőforrásainak igénybevételéből származó díjaktól. Következésképpen el lehet tekinteni a Silvergate-112 projektből származó eszközök erőforrás-igénybevétel szerinti tarifálási rendszerének kidolgozásától.

Az alapalkalmazást nyújtó új kisvállalkozás – a későbbiekben feltételezhetően egy nagyobb vállalkozás részeként fenntartott önelszámoló részleg – bevétel-költség-eredmény számítása a klasszikus módon, lépésről lépésre megtörtént.

Piactér: az Egészségügyi Minisztérium felügyelete alatt dolgozó, otthoni szakápolást és önkormányzati idősgondozást végző szervezetek. Kisebb mértékben a fitness/wellness szolgáltatók és a magánfinanszírozók érdeklődése is várható.

Szervezet, szolgáltatási volumen, költségek: a növekvő piaci igényekkel lineárisan bővíthető kialakítás.

A szervezet nagysága: 6-8 fő, ami egyszerre 300-350 otthon Silvergate-112 eszközökkel történő felszerelését és folyamatos támogatását teszi lehetővé.

A kalkuláció szerint a kezdeti időben a saját tőke bevitele mellett hosszúlejáratú és folyószámla-hitel is szükséges.

A számítások szerint az ötéves időtartam első két évében – amikor a bérbe adandó eszközöket is finanszírozni kell – veszteség jelentkezik a vállalkozásban. A harmadik évtől – az eszközfinanszírozások mellett – a felfutott szolgáltatási árbevétel már ellensúlyozza a kiadásokat. A negyedik és ötödik gazdasági évben – a meglévő eszközökkel – tovább lehet növelni a bevételeket és az eredményt, ami lehetővé teszi a kezdeti tőkebevitel kivonását, valamint további beruházások és bővítések beindítását.

Következtetés: a rögzített feltételezések mellett 5 éves távlatban jövedelmező vállalkozást lehet kialakítani a Silvergate-112 projektben fejlesztés alatt álló eszközökkel.