WI-BIO: redes de monitoramento de pacientes em ambientes de automação hospitalar utilizando o padrão IEEE 802.11

The monitoring of patients performed in hospitals is usually done either in a manual or semiautomated way, where the members of the healthcare team must constantly visit the patients to ascertain the health condition in which they are. The adoption of this procedure, however, compromises the quality of the monitoring conducted since the shortage of physical and human resources in hospitals tends to overwhelm members of the healthcare team, preventing them from moving to patients with adequate frequency. Given this, many existing works in the literature specify alternatives aimed at improving this monitoring through the use of wireless networks. In these works, the network is only intended for data traffic generated by medical sensors and there is no possibility of it being allocated for the transmission of data from applications present in existing user stations in the hospital. However, in the case of hospital automation environments, this aspect is a negative point, considering that the data generated in such applications can be directly related to the patient monitoring conducted. Thus, this thesis defines Wi-Bio as a communication protocol aimed at the establishment of IEEE 802.11 networks for patient monitoring, capable of enabling the harmonious coexistence among the traffic generated by medical sensors and user stations. The formal specification and verification of Wi-Bio were made through the design and analysis of Petri net models. Its validation was performed through simulations with the Network Simulator 2 (NS2) tool. The simulations of NS2 were designed to portray a real patient monitoring environment corresponding to a floor of the nursing wards sector of the University Hospital Onofre Lopes (HUOL), located at Natal, Rio Grande do Norte. Moreover, in order to verify the feasibility of Wi-Bio in terms of wireless networks standards prevailing in the market, the testing scenario was also simulated under a perspective in which the network elements used the HCCA access mechanism described in the IEEE 802.11e amendment. The results confirmed the validity of the designed Petri nets and showed that Wi-Bio, in addition to presenting a superior performance compared to HCCA on most items analyzed, was also able to promote efficient integration between the data generated by medical sensors and user applications on the same wireless network

O monitoramento de pacientes realizado nos hospitais normalmente é feito de forma manual ou semi-automatizada, em que os membros da equipe de saúde precisam constantemente se deslocar até os pacientes para verificarem o estado de saúde em que eles se encontram. A adoção desse procedimento, todavia, compromete a qualidade do monitoramento realizado, uma vez que a escassez de recursos físicos e humanos nos hospitais tende a sobrecarregar os membros da equipe de saúde e assim impedir que os mesmos se desloquem aos pacientes com a freqüência adequada. Diante disso, diversos trabalhos existentes na literatura especificam alternativas voltadas à melhoria desse monitoramento mediante o uso de redes sem fio. Nesses trabalhos, a rede é destinada apenas ao tráfego de dados gerados por sensores médicos e não existe a possibilidade da mesma ser alocada para o envio de informações oriundas de aplicações presentes nas estações de usuário existentes no hospital. Todavia, em se tratando de ambientes de automação hospitalar, esse aspecto constitui-se em um ponto negativo, haja vista que os dados gerados nessas aplicações podem estar diretamente relacionados ao monitoramento de pacientes realizado. Desse modo, esta tese define o Wi-Bio como sendo um protocolo de comunicação voltado ao estabelecimento de redes de monitoramento de pacientes IEEE 802.11 capazes de permitir a convivência harmoniosa entre os tráfegos gerados por sensores médicos e estações de usuário. A especificação e verificação formal do Wi-Bio foram feitas mediante o projeto e análise de modelos em redes de Petri e sua validação foi realizada através simulações efetuadas na ferramenta Network Simulator 2 (NS2). As simulações realizadas no NS2 foram projetadas para retratarem um ambiente real de monitoramento de pacientes correspondente a um andar do setor de enfermarias do Hospital Universitário Onofre Lopes (HUOL), localizado na cidade de Natal/RN. Além disso, no intuito de verificar a viabilidade do Wi-Bio quanto aos padrões de redes sem fio vigentes no mercado, o cenário de testes também foi simulado sob uma perspectiva em que os elementos da rede utilizavam o mecanismo de acesso HCCA descrito na emenda IEEE 802.11e. Os resultados obtidos atestaram a validade das redes de Petri projetadas e mostraram que o Wi-Bio, além de apresentar um desempenho superior ao do HCCA na maioria dos quesitos analisados, também se mostrou capaz de promover uma integração eficiente entre os dados gerados por sensores médicos e aplicações de usuário sob a mesma rede sem fio