Redes Weno

Grupo 802.1 802 .1 80 802. 2.33 802.8 80 802. 2.11 11 80 802. 2.15 15 80 802. 2.16 16

Tem´ atica atica Prot Protoco ocolo loss de de niv nivel el super superior ior en LA LANs Ns Ether therne nett ´ Tecnolog ecnolog´ıas de Fibra Optica ´ Redes des de Area Local Inal´ ambricas(WiFi) ambricas(WiFi) ´ Redes des de Area Personal Inalámbricas ambricas (Bluetooth, ZigBee) ´ Redes des de Area Metropolitana Inal´ ambricas ambricas (WiMAX)

Tabla 2.2: Principales grupos de trabajo de la IEEE. [22 [ 22,, 52 52,, 99 99]] A continuaci´ on se presentan los conceptos fundamentales de las redes on utilizadas en el sistema de telemonitorizaci´ on. on.

2.2. 2.2.1. 1.

´ Rede Redess de Area Personal o PAN (Personal Area Network)

Tienen una cobertura limitada, alrededor de unos pocos metros. Este tipo de redes se implementan para interconectar dispositivos como PDAs, celulares, computadores port´ atiles, etc. Sus tasas de transmisi´ atiles, on on se encuentran entre los 10 bps hasta los 10Mbps. El grupo de trabajo IEEE 802.15 es el encargado del estudio de las redes WPAN o Wireless-PAN. Las implementaciones m´ as importantes de redes PAN se basan en enlaces infrarrojos as (IrDA-Infrared Data Association), Bluetooth y ZigBee. Este tipo de redes se caracterizan por su baja complejidad en su diseño, no, bajos costos y reducido consumo de potencia. [22 [22]] A continuaci´ on on se identifican identifica n las principales princi pales caracter cara cter´´ısticas ıstica s de Bluetooth, Blueto oth, tecnolo tecn ologg´ıa de trans t ransmis misi´ i´ on utilizada en el proyecto para implementar una red on WPAN. Bluetooth: El area a´rea de cubrimiento es de 10 a 15 metros aproximadamente. Esta especificaci´ on industrial elimina el uso de cables entre dispositivos on que se encuentren en un área area limitada, permiti p ermitiendo endo la transmisi´ transmisi´ on de voz y datos en un sistema de comunicaci´ on basado en picored o piconets (unidad on 13 b´ asica del sistema Bluetooth ), conformada por un nodo maestro y hasta asica 7 nodos esclavos. Adicionalmente pueden haber 254 dispositivos esperando 13

Dise˜ nado por SIG (Bluetooth Special Interest Group http://www.bluetooth.com/ nado bluetooth/), grupo fundado por Ericsson, IBM, Intel, Nokia, y Toshiba en 1994.

13

a unirse a la picored. Bluetooth opera con bajos niveles de potencia, la mayor parte de los dispositivos comerciales transmiten a 1 o 10mW, en la banda de 2.4GHz con una modulaci´ on por desplazamientos de frecuencias. El ancho de banda on pueden ser de 721 Kbps en una dirección on y 57.6 Kbps en el otro sentido para una configuración on asim´ asimétrica, etrica, o de 432.6 Kbps en ambas ambas direcciones direcciones para una configuraci´ on on simétrica. etrica. En la ultima u´ltima versi´ on on (v2.0) se alcanzan anchos de banda de 2.1 Mbps.

Figura 2.9: Arquitectura de la pila de protocolos de Bluetooth [109 [ 109]]. En la pila de protocolos del est´ andar Bluetooth (Ver Figura 2.9 andar 2.9)) encontramos RFCOMM tramos RFCOMM , el cual emula un puerto serial y permite la implementaci´ on del protocolo Point to Point Protocol (PPP) o el manejo de comandos on AT para el establecimiento de comunicaciones por internet. [ internet. [11, 26 26,, 49 49,, 56 56,, 64 64,, 88,, 99 88 99,, 105 105]]

2.2. 2.2.2. 2.

´ Rede Redess de Area Local o LAN (Local Area Network)

Su alcance cubre unos cuantos kilómetros, ometros, aproximadamente de 10 m a 10 Km. Generalmente son redes privadas implementadas para compartir recursos. Se distinguen por: Su tama˜ no: Al estar restringido se tienen tiempos de transmisi´ on on limitados y conocidos.

14

Tecno Tecnolog log´ ´ıa de transmisi trans misi´ on: las on: ´ las LAN operan de 10 a 100Mbps. Tienen un bajo retardo, del orden de microsegundos(µs) o nanosegundo nanosegundos( s(ns). Las nuevas LAN funcionan hasta 10Gbps. Topo Topolog´ıa: ıa : en las LAN alambradas de difusión. on. Se encuentran dos principales cipale s topolog topol og´´ıas: bus (Ejemplo: (Ejem plo: Ethernet-IE Ethe rnet-IEEE EE 802.3) y anillo anil lo (Ejemplo: Token Ring de IBM-IEEE 802.5). Las redes inalámbricas ambricas de área area local o WLAN trabajan con el est´ andar andar 14 IEEE 802.11 , en el cual se encuentran tanto las especificaciones de la capa f´ısica como de la capa de control de acceso al medio “MAC”. Una de las tecnolog´ nolog´ıas de mayor uso que trabajan t rabajan con este estándar andar es WiFi. Estas redes operan con anchos de banda entre 2 y 10 Mbps, menores que las ofrecidas con las LAN alambradas. A continuaci´ on on se presentan las caracter´ caracter´ısticas de las redes LAN (Ethernet) y WLAN (WiFi), utilizados en el sistema de telemonitorizaci´ on. on. Ethernet: es Ethernet: es la red LAN de mayor uso a nivel mundial, está descrita en el est´ andar andar IEEE 802.3, el cual se definen caracter´ caracter´ısticas de la capa f´ısica y de la capa de enlace de datos, como son el tipo de cableado, la señalizaci´ nalizaci´ on on y las tramas de los datos. Ethernet es un conjunto de tecnolog´ tecnolog´ıas LAN que puede operar con anchos de banda desde los 10 Mbps hasta los 10Gbps en las ultimas u ´ ltimas versiones. Un aspecto muy importante en estas redes es el método etodo usado para acceder al medio, que se denomina CSMA/CD (Acceso M´ ultiple ultiple por Censado de Portadora con Detección on de Colisiones) [24 [24]]. WiFi: es una tecnolog tecnolog´´ıa de WLAN basada en las especificacion especificaciones es del 15 est´ andar andar IEEE 802.11 . Es una de las tecnolog´ tecnolog´ıas m´ as as comunes para las conexiones de los computadores portátiles atiles con las redes alambradas. WiFi generalmente se usa para referirse a las redes del est´ andar andar 802.11(b, a, g, n, . . . ). Las redes redes moder moderna nas, s, como las dise˜ dise˜ nadas con el estándar andar 802.11n, operan con anchos de banda cercanos a los 108Mbps. [1 [1, 47 47,, 61 61]] 14

Un aspecto sensible en este tipo de redes es la seguridad, para lo cual se implementan algunos protocolos de cifrado de datos entre los que tenemos WEP (Wired Equivalent Privacy), WPA (Wi-Fi Protected Access), o WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2). 15 WiFi surge como una iniciativa realizada por “Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), la cual fue creada por Nokia y Symbol Technologies en 1999, en el 2003 paso a denominarse Wi-Fi Alliance, la página agina principal es http://www.wi-fi.org/ )”.

15

2.2.3. 2.2.3.

Redes Redes Celula Celulare ress

Se enmarcan en el alcance de las redes WANs. Comprenden áreas extensas como co mo pa´ıses ıses y continentes. En la prestaci´ prestac i´ on de los servicios de Telemedion cina se busca tener acceso a este tipo de redes porque permiten eliminar las barreras geogr´ aficas aficas en la atenci´ on de los pacientes. Constituye la principal on red a implementar en el sistema de telemonitorizaci´ on on de se˜ nale na less bio b iom´ médiedi cas propuesto, propuesto, fundamen fundamentalmen talmente te por el amplio cubrimiento cubrimiento en el territorio territorio nacional, adem´ as as de ofrecer condiciones técnicas ecnicas apropiadas a propiadas para la transmisi´ on on de las se˜ nales nal es biom´ bio médicas. edi cas. CELDAS BTS BTS

BTS

BTS MS

BSC

Otras Redes 

BTS MSC

BTS

BTS

BSC

Figura 2.10: Esquema general de las redes celulares. El funcionamiento del sistema de telefon´ telefon´ıa m´ ovil ovil se basa en la divisi´ on on del terreno a cubrir con celdas teóricamente oricamente hexagonales (Ver Figura 2.10 Figura 2.10), ), motivo por el cual recibe el nombre de Red Celular. Este esquema permite la reutilizaci´ reutilizaci´ on de frecuencias en celdas no contiguas. Cada celda esta asoon ciada a una Estaci´ on Base (BTS-Base Transceiver Station) responsable de on establecer la comunicaci´ on on con la Estaci´ on on M´ ovil (MS-Mobile Station), la ovil cual puede ser un celular, un módem odem GSM, un PC port´ atil, atil, etc. [ etc. [61 61,, 83 83,, 91 91,, 99 99]]

2.3. 2.3.

Siste Sistemas mas Embebi Embebidos dos

Son sistemas Hardware/Software de prop´ osito osito espec´ıfico, ıfico, dise˜ disenado nãdo para realizar una o más as actividades. Esto permite su optimizaci´ on on con el objetivo de mejorar el desempeño, no, eficiencia y confiabilidad, teniendo la posibilidad de reducir el tama˜ no no y costo de producción. on.

16

Estas caracter´ caracter´ısticas hacen a los sistemas embebidos herramientas tecnol´ ogicas ogicas utiles u ´tiles en el desarrollo de dispositivos disp ositivos médicos edicos para la telemonitotelemonit orizaci´ on on de se˜ nales nal es biom´ bio médicas edi cas.. [46 46]] Las principales diferencias de los sistemas embebidos con los computadores personales son [ son [19 19,, 82 82]]: El costo de producci´ on on es bajo. Pueden ser implementados en diferentes arquitecturas de procesadores. Su desarrollo implica un dise˜ no particular de hardware y software, con no el ob jetivo de satisfacer la tarea espec esp ec´´ıfica que se desea cumplir. Poseen recursos limitados de hardware, por ejemplo: en cuanto a la memoria RAM, ROM y al manejo de los dispositivos de Entrada/Salida (E/S). En los sistemas embebidos el consumo de potencia es un aspecto muy importante, porque permiten implementar soluciones con bajos consumos sumo s de energ ener g´ıa. Generalmente, los sistema embebidos poseen restricciones de tiempo, motivo por el cual, gran parte del estudio se enfoca al desarrollo de Sistemas de Tiempo Real . A continuaci´ on se presentan los componentes principales que integran la on arquitectura de estos sistemas.

2.3. 2.3.1. 1.

Hard Ha rdw ware are

Los tres principales componentes de un sistema embebido son: Unidad de Procesamiento Los sistemas embebidos basan su implementaci´ on on en un amplio rango de arquitecturas de procesadores, que pueden ser microprocesadores o microcontroladores, entre las que se encuentran: ARM [5], AVR, x86, MIPS, Hitachi SuperH, IBM/Motorola PowerPC, Motorola 68000 y Blackfin. En el Ap´ Apéndi en dice ce C se especifica la informaci´ on on b´ asica asica de estas arquitecturas. arquitecturas. Una de las m´ as importantes arquitecturas de procesadores en los Sisteas mas Embebidos es la ARM. Esto se debe principalmente a [55 [ 55]: ]: 17

Su arquitectura es abierta. Se dispone de gran cantidad de información on para los usuarios o dise˜ nadores, nadores, entre entre las que se encuentr encuentran an manuales, manuales, gu´ gu´ıas de usuario usuario y especificacio especi ficaciones nes técnicas. ecnicas . Se utilizada en un amplio rango de aplicaciones (Ejemplo: PDAs, Celulares, lulares, C´ amaras amaras Digitales e Impresoras) Impresoras).. Es una arquitectura moderna con una amplia gama de soportes en la interconexi´ on on de perif´ per iféricos. eric os. Estos criterios determinaron la seleccionada de esta arquitectura de procesadores para el desarrollo de la tesis. A continuación on se presenta la información on principal de los procesadores ARM. [29 [29,, 33 33,, 110 110]] ARM (Advanced RISC Machines) [55 55,, 109 109,, 110 110]: ]: 16 es una familia de procesadores RISC (Reduced Instruction Set Computer) dise˜ nado nado por Acorn Computers y desarrollado por Advanced RISC Machines Ltd. En desarrollo de la tesis se utiliz´ o el n´ ucleo ARM920T de la familia de ucleo 17 procesadores ARM9TDMI . En el Apéndic end icee C C,, Figura C.1 Figura C.1 se se presenta el diagrama de bloques de la arquitectura interna de este n´ ucleo. ucleo. Dispositivos de Almacenamiento Los sistemas embebidos necesitan tener uno o varios dispositivos de almacenamiento de informaci´ on para inicializar el sistema, ejecutar los proon gramas y administrar los recursos. Los dispositivos de almacenamiento se pueden clasificar como: a. Memorias Vol´ atiles: atiles: [62 62]] son dispositivos que requieren estar constantemente energizados para mantener la informaci´ on on almacenada. Generalmen neralmente te son utilizadas como memorias memorias de acceso acceso aleatorio aleatorio (RAM), (RAM), principalmente por el bajo tiempo de acceso de lectura/escritura. Algunos ejemplos de este tipo de memorias son: SRAM o RAM estáticas, aticas, DRAM o RAM dinámica amica y SDRAM y SDRAM (Synchronous (Synchronous Dynamic Random Access Memory), la cual es una memoria DRAM con interfaz sincr´ onionica y es la que m´ as se utiliza en los sistemas embebidos. as 16 17

La p´ agina agina web de ARM es http://www.arm.com/ . La lista completa de las arquitecturas y n´ ucleos puede consultarse en la p´ ucleos agina agina http:

//www.arm.com/products/processors/index.php

18

b. Memorias Memorias no Vol´ atiles: atiles: son dispositivos que almacenan informaci´ on on por largos per´ per´ıodos de tiempo, as´ as´ı no estén en energizados. Algunos ejemplos de estos dispositivos son: DVD, Disco duro, memorias EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory), flash (Tipo NOR o NAND) [19 19,, 82 82,, 110 110], ], NVRA NVRAM M (Non-vola (Non-volatile tile random random access access 18 memory) y ROM (Read Only Memory) . Peri Perif´ f´ eric er icos os Estos dispositivos se emplean principalmente para adquirir, transmitir y almacenar la informaci´ on de los procesos realizados en el sistema. [20 on [20,, 82 82,, 86,, 110 86 110]] Algunos de los periféricos, ericos, interfaces y buses que pueden ser usados son: Interfaces de comunicaci´ on serial o SCI (Serial Communication Interon faces): RS-232, RS-422, RS-423, RS-485. Generalmente se emplea un puerto RS-232 para realizar las actividades de desarrollo y depuraci´ on on entre el host y el sistema embebido. Interfac Interfaces es de comunicaci comunicaci´ on oń serial sincrónicas: onicas: I2 C (Inter (Inter Integrate Integrated d Circuit), SPI (Serial Peripheral Interface Bus) y ESSI (Enhanced Synchronous Serial Interface). Dispositivos de comunicaci´ on: modems, tarjetas de red (Ethernet), taron: jetas inal´ ambricas. ambricas. Puertos: Puertos: USB (Universal (Universal Serial Bus), paralelos, paralelos, ISA (The Industry Industry Standard Standard Architect Architecture), ure), PCI (The Peripher Peripheral al Component Component InterconInterconnect), PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), GPIO (General Purpose Input/Output), IEEE1394 (FireWire). Conversores Conversores An´ alogos/Digital alogos/Digitales es o Digitales/An Digitales/An´ alogos a´logos (ADC/DAC), (ADC/DAC), monitor, monitor, pantalla pantalla t´ actil, actil, teclado y rat´ on. on. Componentes de depuraci´ on: on: soporte sop orte JTAG JTAG (Joint Test Action Group), ISP (In-system programming), ICSP (In Circuit Serial Programming), interfaz BDM (Background Debug Mode). 18

En los sistemas embebidos generalmente se usa la memoria ROM para almacenar el firmware, el cual es un programa de prop´ osito osito espec´ espec´ıfico ligado al hardware que funciona como una interfaz para controlar la electr´ onica del dispositivo, con el objetivo de realizar onica correctamente las instrucciones externas que recibe.

19

Controlad Controladores ores para memorias: memorias: Compact Compact Flash, Flash, NAN NAND D flash, DataFlash, SDRAM, SD/MMC. Es importante imp ortante aclarar que uno de los aspectos que var´ var´ıa con frecuencia entre los diferentes sistemas embebidos es el manejo de los dispositivos de E/S, interfaces y/o buses.

2.3.2. 2.3.2.

Softw Software are

En estos sistemas se implementa un Sistema Operativo Embebido, Embebido, dise˜ nado para ser compacto y eficiente, capaz de administrar los recursos y nado permitir la comunicaci´ on hardware/software con el fin de realizar las taon reas espec´ espec´ıficas para las que est´ a dise˜ nado. Algunos de los principales S.O. nado. Embebidos son: Symbian OS: 19 dise˜ nado para dispositivos m´ nado oviles oviles y celulares, opera con licencia Nokia Symbian bajo un modelo de código odigo compartido, es decir es Software propietario. Soporta arquitecturas ARM y es compatible con x86. Windows Windows CE (Microsoft (Microsoft Windows CE)20 : Software Software propietario propietario que opera con una licencia MS-EULA. Soporta la plataforma x86 y es compatible con arquitecturas de procesadores MIPS y ARM. [98 [ 98]]. Palm OS (Garnet OS)21 Software propietario que opera con una licencia cencia EULA, EULA, utilizado utilizado en las PDAs PDAs (Personal (Personal Digital Assistants). Assistants). Soporta arquitecturas ARM. Linux embebido embebido22 las princi principal pales es vent ventajas ajas de utiliz utilizar ar este este S.O. S.O. con respecto a los otros son [19 [19,, 109 109]: ]: • Existe • Es

libre su código odigo fuente, est´ a disponible (c´ odigo odigo abierto).

• Se

tiene independencia del vendedor.

• Es

estable y pequeño(ocupa no(ocupa alrededor de 2MB).

• Ofrece 19 20

gran cantidad de informaci´ on, on, software y soport so portee en l´ınea.

portabilidad del código odigo y

http://symbian.nokia.com/ La p´ agina web de Symbian es: http://symbian.nokia.com/ agina http://www.microsoft.com/windowsembedde t.com/windowsembedded/ d/ La p´ agina web de Windows CE es: http://www.microsof agina

en-us/windows-embedded.aspx 21

La pagi a ´ gina web de Garne arnett OS es:http://www.access-company.com/products/

platforms/garnet/index.html 22

http://elinux.org/Main_Page in_Page La p´ agina web de Linux Embebido es: http://elinux.org/Ma agina

20

• Soporte

a una gran variedad de hardware entre las que se encuentra ARM, MIPS, x86.

Estas ventajas son las principales motivaciones por las cuales se emplea el Linux embebido en el desarrollo de la tesis. A continuación on se presenta las principales principa les caracter´ ca racter´ısticas ıstica s de este e ste S.O.. S. O.. Linux Embebido Corresponde al uso del sistema operativo Linux en el sistema embebido , de tal forma que se pueda implementar el kernel o núcleo ucleo de Linux junto con otras utilidades o herramientas del software libre en el limitado espacio espacio disponible disponible24. Actualmen Actualmente, te, existen existen varias distribucion distribuciones es que pueden ser implementadas en los sistemas embebidos, entre la que se encuentran: ˚ Angstr¨ Angstr¨ om distribution, Openembedded, Embedded Debian, OpenZauom rus, BlueCat, SlugOS, MontaVista, RTLinux, Maemo (basado en Debian), Openmoko Linux y Android [2, 77 77,, 80 80,, 82 82,, 110 110]]. 23

Arquitectura del Sistema de Linux Embebido La estructura de estos sistemas es similar a cualquier arquitectura de un Linux genérico, erico, fundamentalmente fundamentalmente por estar dise˜ nados nados al mismo nivel de abstracci´ on. on. En la Figura 2.11 Figura 2.11 se se muestra una arquitectura general para estos sistemas, identificando en una forma muy resumida sus principales componentes. [ componentes. [19 19,, 76 76,, 78 78,, 82 82,, 100 100,, 110 110]] El kernel es el componente fundamental del Sistema Operativo, su principal tarea es administrar el hardware, de tal forma que ofrezca a las aplicaciones de nivel de usuario un nivel de abstracción on elevado que facilite su manipulaci´ on, por ejemplo mediante la implementaci´ on, on on de APIs (Application Programming Interface). Algunas de las actividades que realiza son: manejar los dispositivos, controlar los accesos de E/S, administrar los procesos y el manejo de la memoria compartida. 23

Algunas de las ventajas que ofrece el uso del Linux embebido son: existe gran cantidad de informaci´ on, on, software sof tware y soporte sop orte en l´ınea, es libre su c´ odigo odigo fuente, está disponible (c´ odiodigo abierto), se tiene independencia del vendedor, es estable y peque˜ no(ocupa no(ocupa alrededor de 2MB), ofrece portabilidad del c´ odigo y soporte a una gran variedad de hardware. odigo 24 No es necesario desarrollar un kernel especial para el sistema embebido, se pueden emplear los kernel oficiales de Linux, realizando las modificaciones necesarias para ser integrado al sistema.

21

´ APLICACION LIBRERÍAS Kernel Abstracci´ on on de Alto Nivel Sistema de Protocolos Archivos de Red Interfaz de Bajo Nivel

HARDWARE Figura Figura 2.11: Arquitectura general de un Sistema de Linux Embebido. [ Embebido. [110 110]] Como se identifica en la Figura 2.11 Figura 2.11 el el Kernel básicamente asicamente se compone 25 de: una Interfaz de Bajo Nivel , en la que se gestionan y controlan directamente los recursos de hardware, unos Componentes unos Componentes de alto nivel o “Abstracci´ on de Alto Nivel”, que generalmente es independiente del hardon ware y provee abstracciones comunes a todos los sistemas Unix, incluyendo procesos, archivos, sockets y se˜ nales, nales, y entre entre estos dos niveles niveles se encuentr encuentran an los Componentes Componentes de interpretac interpretaci´ i´ on on que captan e interact´ uan u an con las estructuras de datos recibidas o transmitidas por los dispositivos. Los tipos de sistemas sistemas de archivos archivos (FA (FAT32, NTFS, EXT2, EXT2, EXT3, EXT4 . . . ) y los protocolos de red son ejemplos de estructuras de datos. Cuando el kernel se encuentra operando, requiere manejar una estructura adecua adecuada da del sistem sistemaa de archiv archivo, o, que se denomi denomina na Root Filesystem Filesystem o Sistema Sistema de Archiv Archivos os Ra Ra´´ız, cargado cargado al momento momento del arranque arranque del sistema sistema operativo, que es una estructura de directorios jerárquicos arquicos en forma de árbol, arbol, donde se almacenan las aplicaciones, librer´ librer´ıas y archivos relacionados con los programas ejecutados. En el Root Filesystem el directorio principal se denomina Root denomina Root y y se simboliza por / por / . El nivel de abstracci´ on on ofrecido por el 25

La interfaz de Bajo Nivel es especifica para cada una de las arquitecturas de Hardware ware que se est´ estén en usando, usando, por ejemplo: ejemplo: es diferen diferente te el manejo manejo de la memoria memoria para las arquitecturas de procesadores MIPs y ARM.

22

kernel a´ un no es adecuado para la ejecución un on de las aplicaciones, es necesario la implementaci´ on on de librer li brer´´ıas y programas Demonios (Deamons) en el nivel de usuario que ofrezcan, por ejemplo, APIs capaces de interactuar con el Kernel Kernel y a su vez ofrecer la funcionalid funcionalidad ad deseada. deseada. Algunas Algunas librer librer´ıas son: Qt, XML, MD5, µClibc y GNU C (Principal ( Principal librer´ librer´ıa usada en los sistemas embebidos). Herramientas de Desarrollo En el dise˜ no de los sistemas embebidos, generalmente, es necesario el no uso de un computador que ofrezca las herramientas de hardware y software necesarias para el desarrollo, eliminando las limitaciones existentes. De esta forma, se busca implementar una plataforma acondicionada para la creaci´ on, on, compilaci´ on y prueba de los programas o componentes de software que on se necesiten incorporar al sistema. Este tipo de herramientas se denominan plataformas cruzadas de desarrollo (Cross-Platform Development Tools) y contienen compiladores, sistemas de enlace (Linkers), interpretes, ambientes de desarrollo integrados, etc. Estas plataformas se basan en la compilaci´ on on 26 cruzada , que consiste en crear o generar un código odigo ejecutable para el sistema embebido en un computador personal denominado Host, permitiendo separar el entorno de desarrollo.

2.4. 2.4.

Marc Marco o Lega Legall

Para evitar o minimizar los riesgos que pueda presentar un dispositivo médico edico para la telemonitorizaci´ on o n de se˜ nales nales biom´ biomédicas, edicas, es de vital importancia considerar los requerimientos contenidos en las normas técnicas ecnicas durante todo el proceso de diseño. no. Esto permitir´ a, a su vez, una reducción a, on tanto en el tiempo como en los costos de fabricación on al momento de la comercializaci´ on on del equipo. Un dise˜ no minucioso garantiza la detecci´ no on on temprana de errores o fallos, fallos, que de otra forma habr´ habr´ıan surgido surgido al final del proceso. proceso. A continuaci´ on se presentan las normas más on as relevantes que están an ligadas a este tema. (La (La informaci´ on contenida en esta secci´ on se basa en el reporte t´ ecnico ecnico “Marco Legal de los Dispositivos Médicos edicos en Colombia”, Colombi a”, realizado realizado en el proceso de desarrollo de la Tesis, el cual se encuentra en el CD. ) 26

Para realizar la compilaci´ on on cruzada es nec esario instalar, insta lar, las librer lib rer´ ´ıas (ejemplo: (ejemplo : glibc), glibc ), el compilador (ejemplo: gcc) y los Binutils (colecci´ on de herramientas de programaci´ on on). on).

23

2.4.1. 2.4.1.

Normas Normas Nac Nacion ionale aless

Las normas normas NTC-IE NTC-IEC C 606 60601 01 homolo homologad gadas as por el ICONTE ICONTEC C para para el ambito ámbito nacional estandarizan los dispositivos médicos, edicos, principalmente en los temas de seguridad que garanticen un funcionamiento óptimo optimo y adecuado de estos equipos en el campo de la medicina. En la Figura 2.12 Figura 2.12 se se resaltan las normas aplicables a los dispositivos dise˜ nados para la telemonitorizaci´ nados on on de las se˜ nales nales biomédicas, edicas, entre las que se encuentra la NTC-IEC 60601-1, 6 0601-1, la cual corresponde a la norma base o principal donde se especifican los requerimientos generales de seguridad. [ seguridad. [51 51]. ].

Figura Figura 2.12: Normas NTC-IEC 60601, homologadas por el ICONTEC, aplicables a los dispositivos de telemonitorizaci´ on. on.

A continuaci´ on se presenta el objeto y/o aplicaci´ on on on extra´ıdos ıdos de cada una de las normas. ´ CO. PAR NTC-IEC NTC-IEC 60601-1 60601-1 EQUIPO ELECTROMEDICO. EDI ARTE TE 1: REQUISITOS QUISITOS GENERALES GENERALES PARA LA SEGURIDA SEGURIDAD: D: “El objeto de esta norma es el de especificar los requisitos generales para la seguridad de los equipos equip os electromédicos edicos y servir de base para los requisitos de seguridad de las normas particulares.” Esta norma presenta aspectos de seguridad tales como: las pruebas que se deben realizar a un equipo para su funcionamiento, los fallos en componentes electr´ onicos a evitar, las protecciones de tierra que se beonicos 24

ben tener, la aparici´ on on de tensiones eléctricas ectricas en las se˜ nales, nales, presencia de tensiones eléctricas ectricas en los componentes que tienen contacto con el paciente, fallos en componentes mecánicos, anicos, condiciones de aislamiento y especificaciones de los mandos de control. En la Tabla 2.3 2.3 se identifican las medidas a realizar seg´ un un la norma NTC-IEC 60601-1, con sus respectivos valores de referencia, para garantizar rantizar la seguridad seguridad el´ ectrica ectrica en el funcionamie funcionamiento nto de este tipo de dispositivos. Medida Tensi´ on de Red Corriente de Fuga a Tierra Condici´ on on de Primera Falla Corriente de Fuga al Chasis Condici´ on on Primera Falla Condici´ on on Segunda Falla Corriente Fuga Eléctrica ectrica Paciente a Tierra T ierra Condici´ on on Primera Falla Condici´ on on Segunda Falla Condici´ on on Tercera Falla Corriente Auxiliar Auxili ar Eléctrica ectrica Partes Aplicabl Ap licables es Condici´ on on Primera Falla Condici´ on on Segunda Falla Condici´ on on Tercera Falla Resistencia a Tierra

Unidad VAC µA µA µA µA µA µA µA µA µA µA µA µA µA Ohmios

Valor 117,0 ≤ 500 ≤ 1000 ≤ 100 ≤ 500 ≤ 500 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 50 ≤ 50 ≤ 50 ≤ 0,2

Tabla 2.3: Especificaci Espec ificaciones ones t´ ecnicas ecnicas en seguridad segurida d eléctrica ectrica seg´ un un la norma NTC-IEC 60601-1

´ NTC-IEC 60601-1-1 EQUIPOS ELECTROMEDICOS. PARTE 1: REQUI´ SITOS GENERALES DE SEGURIDAD. SECCION 1: Norma Colateral. Requisitos De Seguridad Para Sistemas Electromédicos: edicos: “Esta norma se aplica a la seguridad de Sistemas Electromédicos. edicos. Describe Describ e los l os requisitos de seguridad para Sistemas Electromédicos edicos con el fin de asegurar la protección on del PACIENTE, del OPERADOR y del entorno. Se supone que las partes encargadas del montaje o modificación on de los Sistemas Electrom´ edicos edicos deben tomar las medidas necesarias para asegurar la conformidad con esta norma.” ´ NTC-IEC 60601-1-2 EQUIPOS ELECTROM ELECTROMEDICOS. PARTE 1-2: REQUISITOS GENERALES DE SEGURIDAD. Norma Colateral. Compatibi-

25

lidad Electromagn´ etica. etica. Requisitos Y Ensayos: Ensayos: “Esta norma especifica los requisitos y ensayos relacionados con la Compatibilidad Electromagn´ etica etica de Equipos y/o Sistemas, y sirve como base de posibles requisitos adicionales de Compatibilidad Electromagn´ etica etica y de Normas Particulares.” ´ NTC-IEC 60601-1-4 EQUIPOS ELECTROMEDICOS. PARTE 1: REQUI´ 4: Norma ColaSITOS GENERALES PARA LA SEGURIDAD SECCION ´ teral. SISTEMAS ELECTROMEDICOS PROGRAMABLES: “Esta Norma Colateral Colateral se aplica a la Seguridad Seguridad de los Equipos Electrom´ Electromédicos edicos y de los ´ Sistemas Electrom´ E lectromédicos edicos que qu e incorporan incorp oran SUBSISTEMAS SUBSI STEMAS ELECTR EL ECTR ONICOS PROGRAMABLES (SSEP), a los que de ahora en adelante nos referiremos como Sistemas Sis temas Electrom´ E lectromédicos edicos Programables Programa bles (SEMP).” ( SEMP).” ´ NTC-IEC 60601-2-25 EQUIPOS 60601-2-25 EQUIPOS ELECTROMEDICOS. PARTE 2: REQUISITOS PARTICULA PARTICULARES RES PARA LA SEGURIDAD SEGURIDAD DE ELECTROCARELECTROCAR´ DIOGRAFOS: “El objeto de esta norma particular es especificar los requisitos particulares de seguridad de los equipos para la vigilancia de la presión sangu´ınea ınea de funcionamiento funcion amiento automático, atico, c´ıclico ıclic o e indirecto, in directo, prestando prestand o espeesp ecial atención on a la prevención on de riesgos debidos al proceso de inflado.” ´ NTC-IEC 60601-2-27 EQUIPOS 60601-2-27 EQUIPOS ELECTROMEDICOS. PARTE 2: REQUISITOS PARTICULARES PARA LA SEGURIDAD DE EQUIPOS DE SU´ ELECTROCARDIOGRAFICA: ´ PERVISION “Esta norma especifica los requisitos particulares referentes a la seguridad de equipos de supervisión electrocardiogr´ afica afica tal y como se definen en 2.101 y denominados tambi´ también en en lo que sigue como equipo.” NTC-IEC 60601-2-30 Equ 60601-2-30 Equipos ipos Electromédicos. edicos. PARTE PARTE 2-30: 2- 30: REQUISIT R EQUISITOS OS PAR ARTICULA TICULARES RES PARA LA SEGURIDAD SEGURIDAD DE LOS EQUIPOS DE SU´ ´ PERVISION DE LA PRESION SANGUÍNEA, DE FUNCIONAMIENTO ´ AUTOMATICO, CÍCLICO E INDIRECTO: “El objeto de esta norma particular es especificar los requisitos particulares de seguridad de los equipos para la vigilancia de la presión on sangu´ınea ınea de funcionamiento funciona miento automático, ati co, c´ıcli ıc li-co e indirecto, prestando especial atención on a la prevención on de riesgos debidos al proceso de inflado.”

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Cap´ıtulo 3

Sistema de Telemoni monittoriza zaci ci´ ´ on on de Se˜ nales Bio nal Biom´ edica dicass Este cap´ cap´ıtulo describe describ e el diseño no e implementa implementaci´ ci´ on del sistema embebido on para la adquisici´ on on y transmisi´ on o n de se˜ nales nales biomédicas edicas a través es de redes inal´ ambricas, y su integración ambricas, on en el sistema de telemonitorizaci´ on. o n. En la Secci´ on 3. on 3.11 se identifica el problema y el contexto en el cual se desarrolla la tesis, en la Sección on 3.2 3.2 se se presenta la soluci´ on a implementar en el sistema on de telemonitoriz telemonitorizaci´ aci´ on propuesto, en la Secci´ on on on 3.3 se presenta el dispositivo de adquisici´ on o n de se˜ nales nales biomédicas, edicas, en el cual se integra integra el sistema sistema TES ROv2.0 ROv2.0 dise˜ nado, nado, en la Sección on 3.4 se presenta en forma detalla el desarrollo e implementaci´ on del hardware y el software del Sistema Embeon bido TES ROv2.0, en la Secci´ on 3.5 on 3.5 se se presenta la descripción on del dise˜ no no de los m´ odulos odulos de adquisición on y comunicación, on, identificando las configuraciones necesarias para que el sistema TES ROv2.0 transmita por varios tipos de redes, en la Sección on 3.6 se presenta el proceso realizado para integrar el dispositivo de adquisici´ on o n de se˜ nales con el sistema de informaci´ nales on on SARURO, presentando las capturas realizadas, y en la Sección 3. on 3.77 se presenta la implementaci´ on final del Dispositivos de Telemonitorizaci´ on on o n de se˜ nales nales biomédicas, edicas, el cual funciona con el sistema TES ROv2.0.

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3.1. 3.1.

Desc Descri ripci pci´ ´ on on T´ ecnica ecni ca del Problema Probl ema

La utilizaci´ utilizaci´ on de las Telecomunicaciones en la medicina ha permitido la on implementaci´ on de nuevas estrategias para la prestación on on de los servicios de salud. En particular, la tesis se desarrolla en la estrategia correspondiente a la telemonitorizaci´ on on de se˜ nales nal es biom´ bio médicas edi cas.. El desarrollo de la tesis se apoya en la estructura del sistema de telemonitorizaci´ on del Centro de Telemedicina, la cual se presenta en la Figura 3.1 on Figura 3.1,, y tiene como funciones capturar, procesar, adaptar y visualizar las se˜ nales. nales.

Figura 3.1: Esquema general del sistema de telemonitorización on de se˜ nales nal es biomédicas edic as del Centro de Telemedicina, implementado con SARURO [ SARURO [104 104]].

El funcionamiento del sistema inicia con la adquisici´ on o n de las se˜ nales nales biomédicas edicas utilizando un dispositivo electr´ onico y un Computador Persoonico nal, los cuales procesan y adecuan las se˜ nales para transmitirlas al sistema nales de informaci´ on on SARURO [104 [ 104]] (Ver Sección 2.1.4 on 2.1.4). ). El sistema de informaci´ on esta instalado en el Computador, el cual posee la aplicaci´ on on o n gr´ afica afica para visualizar la informaci´ on on localmente localmente y permitir su env´ env´ıo al servidor servidor de Telemedicina, desde el cual se transmite la informaci´ on on al centro de referencia o al lugar en donde se encuentre conectado el médico edico y/o especialista. En el dispositivo de adquisici´ on on de se˜ nales, se necesitaba dise˜ nales, nar nar e implementar una herramienta capaz de realizar la transmisi´ on on por redes inal´ ambriambricas al sistema SARURO [ SARURO [104 104], ], de la información on proveniente de las tarjetas 28

de adquisici´ on on de se˜ nales nales biomédicas, edicas, aspecto asp ecto puntual en el cual se trabaj´ o la tesis. A continuaci´ on, se presentan los requerimientos a cumplir por la heon, rramienta de comunicaci´ on a ser integrada en el dispositivo. on

3.1.1.

An´ alisis alisis de Requerimientos Requerimientos

Los requerimientos son: Ofrecer flexibilidad en el manejo de la informaci´ on: el sistema debe tener la capacidad de almacenar, procesar y adaptar la información on médica edica para realizar realiz ar su transmisi´ transm isi´ on on por redes inalámbricas ambricas al sistema de informaci´ on. on. Adem´ as, as, deber ser fácil acil de reprogramar, de tal forma que permita manejar diversos protocolos de transmisi´ on on y empaquetado de las se˜ nales nal es biom´ bio médicas. edi cas. Capturar la informaci´ on proveniente de las tarjetas de adquisici´ on de se˜ nales biomédicas edicas seleccionadas. Permitir la integraci´ on de dispositivos de comunicaci´ on externos para transmitir la informaci´ on por la red Celular, especialmente, en el manejo de un m´ odem GSM con conexi´ on por USB. El sistema debe ser f´ acil de adaptar al sistema de telemonitorizaci´ on: el on: el dise˜ no debe permitir la interconexi´ no on en forma sencilla con el sistema on de informaci´ on on cl´ cl´ınico, adaptando las caracter´ caracter´ısticas, especialmente del hardware, a las necesidades del sistema en la adquisición o n de la informaci´ on on de las se˜ nales. nales. El sistema debe ser un dise˜ no que integre los componentes necesarios para interconectarse con las tarjetas de adquisici´ on de se˜ nales y los dispositivos externos de comunicaci´ on , de tal forma que no se requiera el uso de tarjetas o componentes electrónicos onicos adicionales. Tener un tama˜ no limitado que permita su adaptaci´ on en el dispositivo: la soluci´ on a implementar debe tener un tama˜ on no no reducido que facilite su incorporación on en el dispositivo, de tal forma que favorezca su transporte y su utilización on en el campo de la Telemedicina. Ser una soluci´ on econ´ omica: la omica: la herramienta desarrollada debe ser una soluci´ on on econ´ omica que reduzca los costos derivados por la utilizaci´ omica on on 1 de componentes electr´ onicos onicos comerciales . 1

Es important importantee destacar destacar que implemen implementar tar este tipo de soluciones soluciones con componente componentess

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3.2. 3.2.

Siste Sistema ma de de Tele Telemon monito itoriz rizaci aci´ ´ on on Propuesto

La soluci´ on a implementar se basada en el dise˜ on no de un Sistema Embeno 2 bido TES ROv2.0 , el cual funciona como una herramienta de comunicación on 3 entre la captura de las se˜ nales nal es biom´ bio médicas edi cas , y la transmisi´ on on de la informaci´ on on por redes inalámbricas ambricas al sistema de informaci´ on on SARURO [104 [104]. ]. El sistema embebido (S.E.) TES ROv2.0 hace parte del dispositivo, como se presenta en la Figura 3.2 Figura 3.2,, el cual es utilizado en el sistema de telemonitorizaci´ on on de se˜ nales nales biomédicas. edicas. En esta figura se especifica esp ecifica el esquema general de la soluci´ on a implementar, detallando los componentes, con los cuales se on realiza realiza la transmisi´ transmisi´ on on de la informaci´ on on en el dispositivo.

Figura 3.2: Esquema general de la solución on a implementar. El funcionamiento del sistema propuesto, consiste en capturar las se˜ nales nales biomédicas edicas por p or medio de sensores, los cuales digitalizan la se˜ senales. ˜ Posterior comerciales, los cuales no son dise˜ nos a la medida, requieren la utilizaci´ nos on on adicional de m´ as componentes y tarjetas, incrementando el costo de desarrollo. as 2 La informaci´ on sobre los sistemas embebidos esta disponible en la Sección 2.3 on on 2.3.. 3 La captura de las se˜ nales nales biom´ edicas edicas se realizada con tres tarjetas comerciales, como se identifica en la Figura 3.2 Figura 3.2..

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a esto, la informaci´ on on se env´ env´ıa al sistema sistema TES ROv2.0, ROv2.0, el cual se encarga encarga de almacenar, adaptar y transmitir la informaci´ on on a SARURO [104 104]. ]. En este sistema se visualiza la informaci´ on on y se tiene la opción on de realizar una monitorizaci´ on local o remota por medio de una aplicación on on Web.

3.3. 3.3.

Disposi Dispositiv tivo o de Adquis Adquisici ici´ ´ on on de Se˜ nales nales

En la tesis se implement´ o un dispositivo de telemonitorizaci´ on on de se˜ nales nales 4 biom´ bi omédic ed icas as , cuyo plano interno se presenta en la Figura 3.3 3.3,, en la cual se identifican las ubicaciones del Sistema Embebido TES ROv2.0 y las tres tarjetas de adquisición on de se˜ nales. nales.

Figura 3.3: Plano interno del dispositivo de adquisición on de se˜ nales. nales.

3.3.1. 3.3.1.

Adquis Adquisici ici´ ´ on o n de las Se˜ na les Biom´ nales Bio m´ edica ed icass

Las se˜ nales nales biomédicas edicas seleccionadas para el desarrollo del proyectos proyectos corresponden al electrocardiograma (ECG) (Ver Secci´ on on 2.1.1), 2.1.1), la frecuencia card´ card´ıaca (FC) (Ver (Ver Sección on 2.1.1), 2.1.1), la saturaci´ on on de ox´ ox´ıgeno en la sangre (SO2 ) (Ver Sección on 2.1.2) 2.1.2) y la presión on arterial (PA) (Ver Secci´ on on 2.1.3) 2.1.3)5 . Estas se˜ nales nales biomédicas edicas suministran suminis tran informaci´ informa ci´ on relevante, con la cual se on 4

Este dispositivo se ha utilizado en el Centro de Telemedicina, y fue desarrollado en la tesis dentro del grupo de investigación on BioIngenium. 5 Este grupo de se˜ nales nales biomédicas edicas son usadas en el Centro de Telemedicina para monitorizar nitorizar el estado estado de los paciente pacientess en las Unidades Unidades de Cuidados Cuidados Intermedios Intermedios (UCIs), (UCIs), las cuales se implementaron y se utilizan en el servicio de Telemedicina prestado a CAPRECOM. Las UCIs han sido desarrolladas en las actividades de investigación on del grupo BioIngenium.

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puede monitorizar el estado de un paciente, ya sea en el diagnostico, seguimiento y/o control de una un a patolog´ pa tolog´ıa. ıa. Para la adquisici´ on o n de las se˜ nales nales biomédicas edicas se utiliza un conjunto de 6 componentes electr´ onicos onicos OEM (Ver Figura 3.4 Figura 3.4), ), adquiridos por el Centro 7 de Telemedicina . Estas tarjetas son fabricadas por la compa˜ n´ıa alem al emana ana 8 MEDLAB , los cuales cumplen con las disposiciones de la norma técnica ecnica EN 60601-1, en la cual se especifican los requerimientos generales de seguridad que deben cumplir los equipos médicos. edicos.

Figura 3.4: Adquisición on de las se˜ nales nal es biom´ bio médicas. edic as. A continuaci´ on se presentan las tarjetas implementadas en el sistema de on telemonitorizaci´ on on propuesto, propuest o, con sus principales princip ales caracter caract er´´ısticas ıstic as técnicas ecnica s9. Adquisici´ on o n de la Se˜ nal nal del ECG Para la adquisici´ on o n de esta se˜ nal se utiliza una tarjeta de referencia nal comercial EG01010 comercial EG01010 (ECG OEM Module - Medlab GmbH)10, presentada en la Figura 3.5 3.5,, la cual est´ a fabricada seg´ un la norma IEC 60601-1 y puede un ser utilizada en el desarrollo de equipos para la monitorizaci´ on o n de se˜ nales nales 6

OEM corresponde a las siglas de Original Equipment Manufacturer. La selecci´ on de estos componentes fue realizada en el grupo de investigaci´ on on on BioIngenium para el desarrollo de los proyectos implementados en el Centro de Telemedicina. 8 Medlab es una empresa reconocida en la fabricaci´ on on de dispositivos dispo sitivos médicos, especialespeci almente en Europa, fundada en 1993, la cual ofrece un gran n´ umero de equipos incluyendo componentes electr´ onicos OEM, cumpliendo con est´ onicos andares internacionales en los procesos andares de fabricaci´ on, entre los que se encuentra la ISO 9001:2000. [65 on, [ 65]] 9 Esta informaci´ on on ha sido extra´ extra´ıda de los manuales y las hojas de datos, los cuales se encuentran en el CD. 10 La informaci´ on de la tarjeta EG01010 puede ser consultada en la p´ on agina agina Web http: 7

//www.medlab.eu/english/modules/ekgm //www.medlab.eu/english/modules/ekgmodules/eg01010/inde odules/eg01010/index.html x.html

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biom´ bi omédic ed icas as..

Figura 3.5: Componentes electrónicos onicos para la captura del ECG. [ ECG. [65 65]] Las se˜ nales son capturadas con electrodos superficiales de baja impedannales cia y permite la detecci´ on de las tres derivaciones bipolares de los miembros: on I, II y III (Ver Sección 2.1.1 on 2.1.1). ). El protocolo de comunicaci´ on on que establece esta tarjeta, usa el estándar andar RS232 RS 232 as a s´ıncrono con la siguiente siguie nte configuraci´ config uraci´ on: on: Velocidad de comunicaci´ on N´ umero de bits de datos Modo as´ıncrono ınc rono Bit de parada Paridad

9600 baudios. 8. bidireccional. 1. ninguna.

Las caracter caract er´´ısticas ıstica s técnicas ecnica s de la tarjeta se presentan en la l a Tabla 3 Tabla 3.1 .1.. CARACTER´ ISTICA Tama˜ no: 77mm x 52.5mm, altura máxima no: axima de 10mm. Peso: 28g. Alimentaci´ on: on: 5V ± 10%. Consumo de potencia: aproximadamente 150 mW. Consumo de corriente: 26 a 30 mA. Aislamiento galv´ anico anico de la tarjeta. Rango de detecci´ detecci´ on de la frecuencia cardiaca: 30 - 250 lpm. on Precisi´ on on frecuencia cardiaca: ± 1 %, ± 1 d´ıgit ıg ito. o. Filtro notch de 60 Hz. Cables conductores aislados galvánicamente anicamente para protección on contra ruido externo y dise˜ nados nados para soportar soportar voltajes voltajes de desfibrilaci desfibrilaci´ón. on.

Tabla 3.1: Caracter Carac ter´ ´ısticas t´ ecnicas ecnicas principales principa les de la l a Tarjeta de Adquisici Ad quisici´ on oń de ECG.

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Medici´ on on de la Saturaci´ on on de Ox´ Ox´ıgeno en la Sangre Para la adquisici´ on on de esta se˜ nal nal se utiliza el sensor sensor de Oximetr Oximetr´´ıa y la 2 tarjeta de referencia comercial PEARL 100 (SpO OEM Module - Medlab GmbH)11, presentada en la Figura 3. Figura 3.66. El m´ odulo odulo cumple con los siguientes siguientes est´ andares: IEC 60601-1:1996, IEC 60601-1-4:2001 y EN ISO9919:2005. andares:

onicos para la medici´ on on de SpO . [65 [ 65]] Figura 3.6: Componentes electrónicos 2

La tarjeta permite capturar y medir el nivel de SO2 , la componente AC de la luz absorbida en la región on infrarroja infrarroja y la frecuenci frecuenciaa cardiaca cardiaca (Ver (Ver Secciones 2.1.2 ciones 2.1.2 y y 2.1.1 2.1.1). ). El protocolo de comunicaci´ on que establece esta tarjeta, on usa el est´ andar andar RS232 as´ as´ıncrono con la siguiente configuraci´ on: on: Velocidad de comunicaci´ on 9600 baudios. N´ umero de bits de datos 8. Modo Mod o as´ıncron ın crono o unidireccional. Bit de parada 1. Paridad ninguna. Las caracter caract er´´ısticas ıstica s técnicas ecnica s de la tarjeta se presentan en la l a Tabla 3 Tabla 3.2 .2..

11

La informaci´ on de la tarjeta PEARL 100 puede ser consultada en la página on agina Web

http://www.medlab-gmbh.de/english/modules/pulseo http://www.medlab-gmbh.de/english/modules/pulseoximetry/pearl/index ximetry/pearl/index.html .html

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CARACTER´ ISTICA Tama˜ no de 77mm x 53mm, altura máxima de 6mm. no Peso: 23g. Alimentaci´ on: on: 2.5 - 5.5 V. Consumo de corriente: 33 a 60 mA. Consumo de potencia: 100 - 150 mW, dependiendo del voltaje de alimentación. on. Rango para la medición on de la frecuencia cardiaca: 30 - 250 lpm. Precisi´ on de la frecuencia cardiaca: ± 1 %, ± 1 d´ıgit on ıg ito. o. Rango de medida del nivel de SO 2 : 0 % a 100 100 %.

Tabla 3.2: Caracter Carac ter´ ´ısticas t´ ecnicas ecnicas principales princip ales de la l a Tarjeta de Adquisici´ Adquisic i´ on on de SpO . 2

Medici´ on on de la Presi´ on on Arterial Para la adquisici´ on o n de esta se˜ nal se utiliza el brazalete y la tarjeta de nal referencia comercial NIBP comercial NIBP 2000 (OEM Module - Medlab GmbH)12, presentados en la Figura 3.7 Figura 3.7.. El módulo odulo se fabrica cumpliendo los est´ andares: andares: EN IEC 60601-1, EN IEC 60601-2-30:2000, EN ISO 1060-1:1995, EN ISO 10603:1997 y EN ISO 1060-4:2004.

Figura 3.7: Componentes electrónicos onicos para la medici´ on on de PA. [65 [65]] El dispositivo permite la medici´ on on de: presión on arterial media (PAM)13, PA diast´ olica olica (DBP), PA sist´ olica olica (SBP) y frecuencia frec uencia card´ card´ıaca (Ver Sección on 12

La informaci´ on de la tarjeta NIBP 2000 puede ser consultada en la p´ on agina agina Web http:

//www.medlab.eu/english/modules/nibp //www.medlab.eu/english/modules/nibpmodules/nibp2000/in modules/nibp2000/index.html dex.html 13

Presi´ on Arterial Media(PAM): corresponde a la presión on promedio medida en un ciclo card´ıaco ıac o compl c ompleto eto [42 42]]. Se calcula con la ecuaci´ on 3.1 on 3.1:: P AM

= P diast´ diast´ olica olica +

P sist´ sist´ olica olica

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− P diast´ diast´ olica olica 3

(3.1)

2.1.3). El m´ 2.1.3). odulo odulo se puede configurar para realizar mediciones c´ıclicas con intervalos de 1 a 90 minutos. El protocolo de comunicaci´ on on que establece esta tarjeta, usa el estándar andar RS232 RS 232 as a s´ıncrono con la siguiente siguie nte configuraci´ config uraci´ on: on:

Velocidad de comunicaci´ on 4800 baudios. N´ umero de bits de datos 8. Modo as´ıncron ın crono o bidireccional. Bit de parada 1. Paridad ninguna. Las caracter caract er´´ısticas ıstica s técnicas ecnica s de la tarjeta se presentan en la l a Tabla 3 Tabla 3.3 .3.. CARACTER´ ISTICA Tama˜ no: 128mm x 68mm, altura máxima de 34mm. no: Peso: 170g. Alimentaci´ on: on: 7V ± 15% ó 12V ± 15%. Consumo de corriente: 50 a 750mA. Consumo de potencia: durante la medición: on: máximo aximo 3.5W y en reposo: máximo aximo 0.35W. Rango para la medición on de la frecuencia cardiaca: 30 - 250 lpm.

Tabla 3.3: Caracter Carac ter´ ´ısticas técnicas ecnicas principales princip ales de la Tarjeta de Adquisici´ Adquisic i´ on on de PA.

3.4. 3.4.

Siste Sistema ma Embeb Embebido ido TES RO ROv2. v2.0 0

La herramienta de comunicación on TES ROv2.0 creada en la tesis es un sistema embebido dise˜ nado a la medida, el cual integrar los componentes nado necesarios para conectar e interactuar con los dispositivos de comunicaci´ on on y las tarjetas de adquisici´ on on de se˜ nales, sin la necesidad de utilizar componales, nentes electrónicos onicos complementarios en el dispositivo de Telemonitorizaci´ on. on.

3.4. 3.4.1. 1.

Sele Selecc cci´ i´ on del Sistema Embebido on

Inicialmente, la telemonitorizaci´ on on de las se˜ nales nales biomédicas edicas en el Centro de Telemedicina se realizaba utilizando un Computador Personal, soluci´ on on que limitaba la portabilidad del sistema, al tener un tama˜ no no considerable, e incrementaba los costos. Esta opci´ on era un desarrollo sobredimensionado on 36

para la funci´ on a implementar, la cual consiste en la captura y transmisi´ on on on de las se˜ nales nales biomédicas edicas por redes inalámbricas. ambricas. Una de las m´ as as importantes importantes restriccion restricciones es que se ten´ ten´ıan al utilizar utilizar un computador computa dor en el sistema sistem a consist´ıa ıa en la carencia carenci a de los perif´ peri féricos ericos espec´ıfiıficos para realizar la telemonitorizaci´ on, siendo necesario utilizar dispositivos on, externos tanto para la captura como para la transmisi´ on on de la informaci´ on on de las se˜ nales nal es biom´ bio médicas. edi cas. A partir de estos aspectos, se planteo el desarrollo de la tesis que tenia como motivaci´ on principal generar una soluci´ on on on integrada, dise˜ nando nando e implementando un S.E. como una herramienta de comunicaci´ on on en el sistema de telemonitorizaci´ on. on. Se escogi´ o los S.E. para implementar el dispositivo de telemonitorizaci´ on on porque ofrecen gran versatilidad en el manejo de la informaci´ on, on, permiten dise˜ nar sistemas independientes de computadores, se pueden realizar aplicanar ciones especificas y gestionar en forma eficaz los recursos, tanto de software como de hardware, para realizar los procesos de captura, almacenamiento y transmisi´ on on de la información on de las se˜ nales nal es biom´ bio médicas. edi cas. En este punto se ten´ ten´ıan dos opciones las cuales correspond´ correspond´ıan a utilizar un sistema embebido comercial como: la BeagleBoard14, DevKit325015, o ATMEL ATEVK110016 o dise˜ nar un sistema embebido propio. Para tomar nar la decisi´ on de construir un S.E. propio se tuvieron en cuenta los criterios on que se presentan en la Tabla 3.4 Tabla 3.4 y y se analizan a continuaci´ on, on, con los cuales se puedo establecer que diseñar nar e implementar el S.E. TES ROv2.0 era una de las mejores opciones en ese momento.

a. Conocimiento de la Arquitectura del sistema: en los sistemas comerciales no se revela la arquitectura de hardware que lo compone por ser parte del negocio. Por otro lado, al dise˜ nar una arquitectura propia nar 14

http://beagleboard.org/ . Su costo es de $149, Trabaja La p´ agina agina web del S.E. es: http://beagleboard.org/ con Linux Embebido y tiene un procesador OMAP3530. 15 La pagin a ´ gina a web del del S.E. S.E. DevK DevKit it32 3250 50 es: es: http://www.armkits.com/product/ devkit3250.asp. Tiene un costo de $199, funciona con Linux Embebido, tiene un procesador de 266MHz, ARM926EJ S core. 16 http://www.newark.com/ com/ . Tiene un La p´ agina web del S.E. ATMEL ATEVK1100 es: http://www.newark. agina costo de $171, funciona con una arquitectura de procesador AVR32 y se trabaja con Linux Embebido.

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Redes Weno

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