Proyecto TEC2006-12211: ABRIL

1. Jornadas de Seguimiento y Evaluación de Proyectos de Investigación MICINN Proyecto TEC2006-12211: ABRIL (Aplicaciones Biomédicas en Redes heterogéneas InaLámbricas) Eduardo Casilari (Universidad de Malaga) José Antonio Gázquez Parra (Universidad de Almería) Investigadores principales Madrid, 23 de septiembre, 2008

2. Índice • Datos básicos del proyecto y objetivos • Tareas de desarrollo: Prototipos • Tareas de investigación • Resultados conseguidos

3. 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

4. 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

5. 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.

6. 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

7. 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

8. PROTOTIPO DESARROLLADO Software para el control y monitorización remota de la BAN (también desde smartphone) Nodo Inteligente (IN) (Smart Phone) Cinturón Bluetooth ECG GPRS/ UMTS ECG SPO2 GPS Internet Internet Wifi GPS Internet BT Pulse-oximeter 3. UNIDADES DE CONTROL Y MONITORIZACIÓN (fijas o móviles) 1. BAN (BODY AREA NETWORK) de usuario 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 2. SISTEMA DE CONTROL CENTRAL Centro (médico) de recepción Servidor: a cargo de recibir/almacenar las bioseñales y ofrecerlas a través de cualquier nodo en Internet (autorizado)

9. 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.

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

11. Emulador de bioseñales inalámbricas(II) 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 Recepción (Midlet) Emulador (Midlet) PhysioBank Servidor GPRS/UMTS Wifi Internet Servlet J2EE a cargo de recibir las bioseñales de una base de datos en Internet La arquitectura permite sustituir el sensor ECG Bluetooth por cualquier dispositivo que soporte J2ME Interfaz para seleccionar el registro a transmitir. El registro se solicita a Internet, se reformatea y se transmite por BT.

12. 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

13. 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

14. Pasarela inalámbrica para señales endoscópicas • 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

15. Pasarela inalámbrica para señales endoscópicas • Transmisión en tiempo real de señales de video endoscópico hacia terminales portátiles tipo PDA, en tiempo real y con dispositivos empotrados MINICAMARA CAPTURADOR DE VIDEO SALIDA A SISTEMAS IP μC EMPOTRADO

16. 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

17. 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 AUTOANALIZADOR DE MUESTRA CAPILAR UNIDAD MOVIL DE MEDIDA Y TRANSMISION DE SISMES ENTRADA SERIE AUXILIAR

18. 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

19. 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

20. 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.

21. 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++

22. 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

23. 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)

24. 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.

25. 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.

26. Resultados: Tesis, patentes y publicaciones (I)

27. Resultados: publicaciones • 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)

28. Contratos, proyectos, colaboraciones (I) 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)

29. Contratos, proyectos, colaboraciones (II) 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.

30. Contratos, proyectos, colaboraciones (III) 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”

31. Jornadas de Seguimiento y Evaluación de Proyectos de Investigación MICINN Proyecto TEC2006-12211: ABRIL (Aplicaciones Biomédicas en Redes heterogéneas InaLámbricas) Eduardo Casilari (Universidad de Malaga) José Antonio Gázquez Parra (Universidad de Almería) Investigadores principales Madrid, 23 de septiembre, 2008