Wireless IoT Smart Bed System

Abstract

Nos últimos anos, em particular com o desenvolvimento da pandemia COVID-19, temos observado uma transformação digital continua dos cuidados de saúde. Uma tecnologia em específico destaca-se, revelando grande potencial para revolucionar o paradigma atual dos cuidados de saúde – a Internet das Coisas (IoT). O trabalho desta dissertação consiste no desenvolvimento de uma infrastrutura IoT que interliga sensores inteligentes vestíveis a um sistema de informação de saúde utilizado por inúmeros hospitais nacionais. Em particular, é efetuada uma avaliação de diferentes placas de hardware IoT comuns para determinar que placa será utilizada para a infraestrutura de aquisição de dados, além de uma análise extensiva da comunicação Bluetooth Low Energy (BLE) para avaliar os dispositivos utilizados para efetuar a comunicação BLE. No âmbito deste trabalho foi também proposta uma especificação para comunicação Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), tal como o desenvolvimento de uma Interface de Programação de Aplicações (API) usando o protocolo Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR), que é um dos protocolos mais utilizados para a transmissão de informação de saúde no ambiente de software clínico, para integrar a infraestrutura no sistema de informação de saúde, juntamente com uma arquitetura de serviços para o servidor edge, desenhado com segurança e privacidade em mente. A plataforma desenvolvida é validada através de um ensaio em instalações hospitalares e testes em ambiente controlado, nos quais a infraestrutura mostrou uso eficiente de recursos, disponibilidade máxima e boa segurança, fornecendo uma base sólida para continuar o desenvolvimento e expandir as funcionalidades existentes do sistema.

In the past years, especially with the COVID-19 pandemic, we have observed the continuous digital transformation of healthcare. But there is one technology in particular shows potential to revolutionize the current healthcare paradigm – the Internet of Things (IoT). This work focuses on the development of a secure Internet of Things infrastructure which connects wireless, wearable, and intelligent sensors to a health information system used by multiple national hospitals. In particular, an extensive benchmarking of common IoT hardware platforms to serve as IoT acquisition nodes is performed, and an analysis of Bluetooth Low Energy (BLE) communication protocol to evaluate the adequacy of the devices used to implement it. Additionally, a specification for Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) communication is also proposed, as well as the development of a Application Programming Interface (API) using Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR), an open standard widely used in health informatics for exchanging electronic health records, to integrate the IoT infrastructure with the health information system, coupled with an efficient service architecture for the edge server, designed with security and privacy in mind. The work is validated both through trials within hospital facilities and controlled laboratory tests, in which the infrastructure shows efficient resource usage, maximum availability and security, providing solid foundations for future work to build upon.