JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Lääketieteen mittausinstrumentit halutaan liittää verkkoon radiolla. Radion voi toteuttaa monella eri protokollalla, mutta usein paras ratkaisu löytyy parin tai useamman radiotekniikan yhdistelmästä.

Artikkelin kirjoittaja Bernd Hantsche toimii Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH:lla sulautettujen ja langattomien tuotteiden markkinointijohtajana. 

Yksi kymmenestä saksalaisesta kärsii diabeteksestä ja määrä kasvaa koko ajan. Diabeetikkojen määrä kasvaa myös dramaattisesti maissa, joissa talouskasvu on nopeaa kuten Kiinassa. Vaikka älykkäät laitteet voivat parantaa potilaiden hoitoa, oikean langattoman tekniikan valinta ei ole helppo tehtävä.

Sovelluskaupat ovat täynnä hyödyllisiä sovelluksia diabeetikoille, mutta parhaimmatkin sovellukset ovat hyödyttömiä ilman oikeita lukemia verensokerimittareista, insuliinipumpuista, verenpainemittareista tai kylpyhuoneen vaaoista. Näissä kaikissa datansiirtoon suositellaan radiolinkkiä. Sillä on selkeitä etuja USB-yhteyteen verrattuna, vaikka siinä tarvitaankin akkua. Potilaiden ei tarvitse kantaa mukanaan kaapelia tai tapella liitäntöjen kanssa.

Koska potilaat usein vaihtavat mittausinstrumentteja uudempiin, asiakaskohtaiset radiotekniikat – vaikka kyse olisi vain asiakaskohtaisista sovellusprofiileista standardeilla protokollilla – tarjoavat vain lyhyen tähtäimen ratkaisuja. Standardoidut profiilit sen sijaan varmistavat yhteensopivuuden eri valmistajien laitteiden kesken, ovat paremmin aikaa kestäviä ja joustavampia. Tämän hetken älypuhelimet tarjoavat käyttäjille laajan valikoiman liitäntöjä.

NFC, Near Field Communication

Useimmissa tämän päivän älypuhelimissa on mukana NFC-tekniikka. Se nousee esiin ennen kaikkea käyttäjäystävällisyytensä ja salatun datansiirron takia lyhyillä kantamilla. Viimeksi mainittu on kuitenkin puute lääketieteellisissä mittausinstrumenteissa, koska diabeetikon täytyy asettaa kännykkänsä esimerkiksi vaa´an lähelle halutessaan siirtää dataa.

Mobiilidata

Instrumentit voivat myös käyttää mobiilidatayhteyttä ladatakseen mittausarvoja internetiin automaattisesti, ilman paikallista yhdyskäytävää. Mielenkiintoinen lisätoiminto on turvallisuusavaimen siirto tekstiviestin välityksellä. SMS-viesti käyttää suoraa yhteyttä ilman internet-liitäntää. Sen jälkeinen dataliikenne voi tapahtua IP-verkon yli. Tätä menetelmää pidetään erityisen turvallisena, koska salausavain reititetään eri verkkoyhteyttä pitkin. Pitää kuitenkin arvioida vaadittavan työn määrää muihin prioriteetteihin: tarvitaan sopimus langattoman operaattorin kanssa, mikä johtaa juokseviin kustannuksiin ja vaadittava vastaanotin on paljon NFC-ratkaisuja kalliimpi. Ja mikäli loppukäyttäjälaitteet viedään ulkomaille, sertifioinnin hallinta on paljon monimutkaisempaa ja – langattomasta moduulista riippuen – paljon kalliimpaa.

Pitkän tähtäimen näkökulmasta vain LTE-tekniikka (Long Term Evaluation) antaa mahdollisuuden taata sen, että vaivannäkö on sen arvoista. Sveitsi on jo ilmoittanut aikomuksestaan sulkea toisen polven verkkonsa (GPRS/EDGE) muutaman vuoden kuluttua, ja useampi Skandinavian maa on pian lopettamassa kolmannen polven verkkojen (UMTS/HSDPA) käytön.

Toinen este on lainsäädännöllinen sertifiointi, kun eri maissa on erilaiset radiosäteilyn rajat taajuusjaon, lähetystehon ja palvelujen eliniän suhteen, sekä operaattorikohtaiset sertifioinnit. Jos maassa on useampi mobiilioperaattori ja palveluntarjoaja ja SIM-korttien valinta on vapaa, ajaudutaan nopeasti seitsennumeroisiin kustannuksiin. Vakiintuneet toimittajat kuten Telit tarjoavat tarvittavat sertifikaatit lähes kaikille moduuleilleen ja palveluntarjoajille eri puolilla maailmaa. Vähemmän tunnettujen, usein aasialaisten valmistajien kanssa on järkevämpää hankkia käyttöönsä mahdollisimman paljon tietoa ennen kuin investoidaan kallista aikaa tuotekehitykseen.

Korkeammista kustannuksista huolimatta mobiiliyhteys on edelleen paras ratkaisu liikkuvuuden ja itsenäisyyden suhteen. Uudet, pienet LTE-kategoriat 1 ja M ovat räätälöityjä IoT-sovelluksiin, joissa pitää siirtää vain pieni määrä dataa muutaman tunnin välein. Tarjolla on myös tätä edullisempia laitteita vieläkin pienemmällä tehonkulutuksella.

Bluetooth

Ensi katsomalta Bluetooth vaikuttaa täydelliseltä mittausinstrumenttien liittämiseen. Kuitenkin perinteinen Bluetooth-protokolla tarjoaa tietoliikenteeseen vain SSP-profiilia (Serial Port Profile). Koska erilaisille datatyypeille SSP-pinon päällä ei ole erityisiä standardeja ja Bluetooth tarvitsee paljon energiaa toimiakseen, on sille kehitetty teknologisesti riippumaton matalan tehonkulutuksen seuraaja: Bluetooth Low Energy eli BLE.

BLE

Siinä missä klassinen Bluetooth pilkkoo 2,4 gigahertsin ISM-alueen 79:een yhden megahertsin kanavaan satunnaishyppelyllä, BLE hyödyntää 2 megahertsin kanavanleveyttä ja vaihtaa taajuutta vain kun siihen on tarvetta. Myös ohjelmistokerrokset on suunniteltu eri tavoin. Klassisessa Bluetoothissa on hyvin vähän tiukasti määriteltyjä sovellusprofiileja HCI-isäntäohjainliitännän yläpuolella. Sen sijaan BLE:ssä on lukuisia määriteltyjä sovellusprofiileja ja palveluja GAP/GATT-kerrosten päällä, mikä mahdollistaa profiilien kustomoinnin. Bittivirta voidaan täten sovittaa ja optimoida kutakin sovellusta varten.

Käytännössä instrumenttien valmistajien pitäisi toteuttaa vastaava sovellus yleisimmille älypuhelinalustoilla ja ajaa BLE-palvelua taustalla. Kaikki muutokset käyttöjärjestelmään edellyttäisivät ohjelmiston tarkistusta ja mahdollisesti muokkaamista. Myöskään BLE ei ole tyydyttävä vastaus pitkällä aikavälillä, koska yhteensopivuus muiden lääketieteen laitteiden kanssa ei yleensä ole mahdollista.

WiFi

WiFi voi olla mielenkiintoinen vaihtoehto kotona käytettäville sovelluksille, kun vankka WiFI-verkko lähettää dataa tietoturvallisesti tietokantapalvelimelle. Käytettävät protokolla ovat yleensä standardeja kuten TCP, UDP, IPv4, IPv6, HTTP tai FTP. Puutteena on, että vaadittava WiFi-laitteisto on BLE-laitteita kalliimpaa ja käyttää merkittävästi enemmän energiaa.

ANT

Näyttää vaikealta löytyy yhtä ainoaa ratkaisua, joka kävisi niin verensokerimittariin, insuliinipumppuun, verenpainemittariin tai henkilövaakaan, mutta sellainen on tarjolla. Toisin kuin BLE, ANT-protokolla (Adaptive Network Topology) tarjoaa:

- pienemmän tehonkulutuksen kevyemmän ohjelmiston ja vain 1 MHz kanavanleveyden ansiosta ilman tarpeettomia taajuudenvaihtoja
- vastaavat alhaiset laitekustannukset
- paljon pienemmät jäsenyys- ja tuotelistauskustannukset
- merkittävästi joustavamman verkkotopologian, joka mahdollistaa yhteensä 64 000 tilaajan integroimisen yhteen ANT-verkkoon

Lähes jokainen älypuhelin tukee ANT-protokollaa ja sen käyttö on hyvin yksilöllistä. Standardoituja sovellusprofiileja voi löytää protokollan päällä ”ANT+”:n alta. Useita spesifioituja datapaketteja on tarjolla yksittäisillä mittausarvoille, erityisesti terveydenhuollon ja liikunnan alueilla. Täten ANT varmistaa laitevalmistajista riippumattoman lääketieteellisten ja liikuntalaitteiden verkon, joka kommunikoi sekä keskittimen (hub) yli että yksilöllisesti.

ANT-protokollaa ei yleensä ole integroitu iPhone-puhelimiin, mutta tämä on vain marginaalinen ongelma mittausinstrumentteja kehitettäessä ratkaisujen älykkään moniprotokollaisuuden takia. AMT-lisämoduuli voidaan liittää vanhemman polven iPhoneihin. iPhone 4S:ssä ja sitä uudemmissa laitteissa yhteys toteutetaan BLE:tä käyttämällä. Useimmat ANT-pohjaiset kehitykset nojaavat Nordic Semiconductorin nRF51422- tai nRF52832-piiriin, joille on olmeassa ilmaisia yhdistelmäprotokollia ANT- ja BLE-protokollan rinnakkaiseen käyttöön.

Täydellisiä yhdistelmiä

Hyvin usein ideaalisten toimintojen toteuttaminen perustuu useiden langattomien liitäntöjen yhdistelmään. Koko joukko tällaisia on jo olemassa yhdistelmäpaketteina: BLE ja NFC, BT ja BLE, WiFi ja BT, BLE ja ZigBee, BLE ja ANT sekä NFC, jne. Rutronikin edustuksessa on 35 langattomien piirien toimittajaa, joten yrityksellä on oikea ratkaisu käytännössä kaikkiin sovelluksiin, ja Rutronikin langattoman tekniikan osaamiskeskuksen asiantuntijat tarjoavat neuvojaan ja tietämystään kehittäjille. Tämän kaltainen läpinäkyvyys säästää sekä aikaa että rahaa tekniikan esivalinnan vaiheessa ja me nojaamme laajasta projekteista syntyneeseen asiantuntijuuteen varmistaaksemme, että yleisiltä ja vakavilta suunnittelun virheiltä vältytään.

IoT-laitteiden tietoturva on retuperällä

Viime syksynä Mirai-haittaohjelma valloitti tuhansia ja tuhansia valvontakameroita palvelunestohyökkäyksiä varten. Barr Groupin tuore kyselytutkimus osoittaa, että sulautettujen laitteiden suunnittelijat eivät vieläkään suhtaudu riittävän vakavasti laitteiden tietoturvaan.

Lue lisää...

Alustalla nettiyhteys laitteeseen

Lähes kaikissa sulautetuissa laitteissa tarvitaan langaton yhteys internetiin. Sen toteuttaminen onnistuu parhaiten oikein valitun alustan avulla.

Lue lisää...
 
ETN_fi DIMECC on julkaissut kaksi opaskirjaa ohjelmistoyrityksille parhaista käytännöistä. Ks. https://t.co/m6VgKCJ19e
ETN_fi Embedded World avasi ovensa tänään. ETN uutisoi messuilla laajasti. https://t.co/LoXBmMsTe7
ETN_fi Mikropiirien myynti kasvoi tammikuussa 14 prosenttia. SIA:n mukaan kasvu on nopeinta kuuteen vuoteen. https://t.co/0DeApXU868
ETN_fi Nokian Rajeev Suri pitää jo perinteisen puheensa MWC-messujen alla Barcelonassa ensi sunnuntaina. https://t.co/IkVjHgsVYT
ETN_fi Nokia, Google ja Qualcomm demosivat ensimmäistä kertaa livena yksityistä LTE-verkkoa CBRS-taajuuksilla Las Vegasin… https://t.co/PQxC5SEAN6
 



ECF template