Réseaux d’accès radio mobile

Réseaux d’accès radio mobile

Les freins au développement

Le développement des services de la télémédecine est confronté à des problèmes d’ordre culturel, juridique ou éthique, et à des réticences de la part des différents acteurs. Les médecins et les patients craignent notamment qu’elle porte atteinte à la liberté d’exercice, au secret médical, et conduise finalement à une déshumanisation de la relation entre le médecin et son patient. L’exploitation de l’outil informatique pour la détection, la consultation, le transfert et la sauvegarde des informations concernant les patients, ne doit pas nuire à leur confidentialité, leur efficacité et à leur fiabilité. D’autres points importants résident dans la responsabilité et la rémunération des praticiens. En effet, la télé‐pratique médicale n’est pas encore reconnue comme un acte médical à part entière. Le choix de la méthodologie et de la politique tarifaire de la télémédecine est également un problème à résoudre.

La conception d’une telle technique des services de télémédecine en matière de sécurité et de protection doit être méthodique. Il faut prendre le temps d’une réflexion globale, avec un spécialiste de préférence et prendre des mesures à la fois d’organisation, architecturale, technique et électronique. Ainsi, s’il n’y a pas de règle générale, il y a un raisonnement et des questions à se poser. Une autre crainte est celle de la fuite des compétences médicales des centres de soins les plus isolés. La délocalisation d’opérations médicales est en effet accompagnée du risque de regroupement des meilleurs spécialistes dans quelques grandes unités [9]. Au niveau méthodologique, l’hétérogénéité des besoins de chaque praticien et patient impose de développer des applications et services à un degré de compatibilité et d’interopérabilité important. Leur efficacité dépend d’une bonne gestion de la grande quantité d’informations générées, la précision dans les calculs numériques et de l’adaptation de services développés au contexte de l’environnement mobile.

Ces services de télémédecine nécessitent en particulier l’imagination de la technique déployée, le traitement personnalisé des informations dans le contexte d’un patient et prennent en compte bien peu de règles d’interprétation générales issues d’informations médicales. Les travaux de recherche effectués au cours de cette thèse de doctorat se situent dans le cadre des services de santé représentant les dimensions de la télémédecine. Ces applications prennent en compte, en particulier, des éléments de surveillance permanente, de gestion des besoins des patients, la prise en charge, de diagnostic et de détection des situations critiques. Ainsi, nous pouvons être en mesure de surveiller à distance l’évolution de l’état de santé des patients tout en assurant la mobilité. L’objectif de telles plateformes de services de télémédecine est de permettre aux patients de vivre dans des conditions plus performantes, dans un environnement de confort et de sécurité. Ainsi, cette plateforme envisagée permet, à tout moment et en tout lieu, à un patient d’être en contact permanent avec son praticien traitant, pourvu qu’il dispose d’un terminal mobile.

En effet, ils pourraient bénéficier de la sécurité d’un suivi médical 24h/24h, sans l’inconvénient de la prise en charge hospitalière et sans dépenses excessives. Il s’agit de détecter et de prévenir l’occurrence de situations critiques ou la dégradation de l’état de santé d’une personne. Le patient n’est alors plus contraint de renoncer à distance (domicile…) et à la vie en société. Il conserve une large autonomie dans son environnement social et privatif, tout en bénéficiant de services préventifs de santé. Ces services concernent particulièrement les personnes dépendantes, comme les personnes âgées ou handicapés, mais plus généralement les personnes présentant des risques d’affection motrice (chute par exemple) ou cognitive (dépression, démence sénile, etc.), ou nécessitant des soins ou une attention particulière (diabétiques, asthmatiques, etc.). De nos jours les services mobiles sont de plus en plus nombreux (FIG. I.1), chaque fois on entend qu’un nouveau service mobile est apparu dans un secteur donné, que ce soit médical, commercial ou industriel, etc. Ces nouveaux services mobiles font appel souvent à l’utilisation des Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication (NTIC). L’Annexe C, présente un panorama des services (hors télémédecine) destinés au grand public.

Les terminaux mobiles et leurs caractéristiques

Les environnements mobiles se caractérisent par la présence d’un ou de plusieurs terminaux portables ayant chacun un ou plusieurs moyens de communication sans‐fil. Ces interfaces de communication sans‐fil permettent aux terminaux, tout en se déplaçant, de communiquer entre eux ou avec des stations fixes. Ces environnements présentent de grandes différences par rapport aux environnements fixes [59]. Pour des raisons de taille et de poids, les terminaux portables disposent de ressources moins importantes par rapport à celles qu’offrent des stations fixes. De plus, l’utilisation de ces ressources est limitée dans le temps puisqu’elle dépend d’une source d’énergie limitée (la batterie). En ce qui concerne les réseaux de communication sans‐fil, ils offrent une bande passante beaucoup plus faible et variable que les réseaux filaires.

En effet, ces communications sont soumises à de fortes variations résultant des interférences du signal avec le milieu environnant. Ces variations conduisent, dans le cas extrême, à la rupture de la communication lorsque le signal ne parvient plus au terminal portable. Les terminaux portables peuvent être décrits par trois caractéristiques: les ressources, l’encombrement et l’autonomie. Ces différentes caractéristiques ne sont pas indépendantes. En effet, réduire grandement la taille et le poids du terminal portable ne permet pas d’avoir d’importantes ressources mais permet d’avoir une bonne autonomie. A l’inverse, un terminal portable plus volumineux peut offrir plus de ressources, mais il consomme alors plus d’énergie et bénéficie donc d’une autonomie moindre.

Les assistants personnels numériques (PDA) sont conçus pour tenir dans la main ou être mis dans une poche. Ils existent deux compromis pour les ressources et l’autonomie: (i) les organiseurs (Organizers, Palmtops) possèdent des ressources moindres pour une excellente autonomie; ces restrictions limitent grandement leurs fonctionnalités aux applications de consultation et saisie d’informations personnelles (agenda, répertoire, liste de tâches …), et (ii) les assistants personnels de type Pocket PC, Palm‐size PC possèdent de plus grandes ressources pour une autonomie moindre; les fonctionnalités offertes permettent d’implanter les systèmes d’exploitation (Windows CE, Linux) avec la plupart des applications prévues pour ces systèmes (Internet Explorer, Netscape…).

Les ordinateurs de poche sont un peu plus grands que les assistants personnels. Les ordinateurs portables, nécessitant l’utilisation d’une sacoche pour le transport, disposent de ressources comparables à celles d’une station fixe. Ces ressources permettent d’utiliser les mêmes systèmes d’exploitation et les mêmes applications que sur une station fixe, ce qui limite l’autonomie entre 2 et 4 heures [60]. De plus, quel que soit le terminal portable, de nouveaux périphériques peuvent être insérés en cours d’exécution en exploitant les possibilités d’extension qu’offrent les standards PC Card1 et USB. Ainsi, il est possible d’ajouter aux terminaux portables des périphériques permettant d’améliorer (i) le confort d’utilisation des entrées/sorties avec, par exemple, le branchement possible d’un clavier, (ii) les possibilités de stockage avec des disques durs, (iii) l’autonomie avec l’ajout de batteries.

Table des matières

Remerciement
Résumé en arabe
Résumé
Abstract
Table des matières
Table des figures
Liste des tableaux
Glossaire
Introduction et contribution de cette thèse
Problématique
Contribution de cette thèse
Organisation de cette thèse
Premier Chapitre: Contexte de recherche, état de l’art et motivation.
I.1 − Contexte de recherche
I.1.1 − Télémédecine
I.1.1.1 − Les apports et les enjeux de la télémédecine
I.1.1.2 − Les freins au développement
I.1.2 − Services mobiles de santé
I.1.2.1 − Objectif
I.1.2.2 – Principe de télémédecine sur des terminaux mobiles
I.1.2.3 − Enjeux
I.2 − État de l’art et motivation
I.2.1 − Concepts généraux
I.2.1.1 − Quelques définitions
I.2.1.2 − Acteurs de développement de services
I.2.1.3 − Organismes, technologies et standards existants
A – Réseaux sans fil
A.1 – Bluetooth (IEEE 802.15.1)
A.2 – ZigBee (IEEE 802.15.4)
A.3 – Wifi (ou IEEE 802.11)
A.4 – UWB (IEEE 802.15.3)
B – Réseaux d’accès radio mobile
B.1 – GSM (2G)
B.2 – GPRS (2.5G)
B.3 – HSCSD ou EDGE
B.4 – UMTS (3G)
B.5 – Technologie HSDPA (3.5G)
B.6 – Technologie HSUPA (3.75G)
B.7 – Technologie 4G
C – Modèle TCP/IP
D – WAP
I.2.2 − Projets variés dans le monde
I.2.2.1 − Conception et expérimentation globale de systèmes d’information
I.2.2.2 − Systèmes de surveillance au domicile
I.2.2.3 − Un systèmes de gestion et de stockages des données
I.2.2.4 − Analyse de données
I.2.2.5 − Détection des situations critiques d’un patient à domicile
I.2.3 − Projets et travaux connexes
I.2.3.1 − Projet STETAU
I.2.3.2 − Projet BAN: RF Communication and Higher Layer Protocol Design
I.2.3.3 − Projet PAN
I.2.3.4 − Projet QALAB‐DOMIS
I.2.3.5 − Projet “Privacy Framework for Mobile health and Home‐Care system”
I.2.3.6 − Projet “Mobile Phones Assisting With Health Self‐Care: a Diabetes Case Study”
I.2.3.7 − Projet “Activity‐aware ECG‐based Patient Authentication for Remote Health Monitoring”
I.2.4 – Notre contribution
I.2.4.1 − Les terminaux mobiles et leurs caractéristiques
I.2.4.2 − Besoins de développement des services
A – Mobilité
B – Choix d’un modèle de simulation des services sans fil
C – Personnalisation de services
D – Adaptation des applications au contexte
I.2.4.3 − Environnement d’exécution des services
I.3 − Conclusion et motivation de cette thèse
Second Chapitre: Problématique de la conception d’applications sur des environnements mobiles pour télémédecine.
II.1 − Adaptation au support sans fil
II.1.1 − Variation de la bande passante
II.1.2 − Déconnexions réseau
II.1.3 − Sécurisé
II.1.4 − Qualité de service
II.2 − Adaptation au comportement de l’utilisateur
II.3 − Adaptation au terminal portable
II.3.1 − Ressources limitées
II.3.2 − Autonomie limitée
II.3.3 − Ajout de ressources
II.4 − Notre vision
II.5 − Plate‐forme proposée
II.5.1 − Adaptation au contexte
II.5.1.1 − Stratégie de gestion des données
A – Transformation de données
A.1 – Compression
A.2 – Dégradation
B – Pré‐chargement et le stockage
B.1 – Record Management System (RMS): Record Store
B.2 – Gestion du record store
C – Cohérence
C.1 – Accès à des copies qu’en lecture
C.2 – Accès à des copies qu’en écriture
II.5.1.2 – Le cadre de conception
II.5.1.3 – Déploiement et exécution
II.5.2 – Principe de résolution
II.5.2.1 – Notions de base en électrophysiologie du coeur et les pathologies cardiaques
A – Electrocardiographie
B – Pathologies cardiaques
B.1 – Présentation des caractéristiques de l’ECG
B.2 – Diagnostic à partir du rythme
B.3 – Diagnostic à partir des ondes
C – Résumé
II.5.2.2 – Adaptation des applications au contexte mobile
A – Préambule
B – Définition
C – Adaptation statique vs adaptation dynamique
C.1 – Adaptation statique
C.2 – Adaptation dynamique
D – Les systèmes adaptables dans les environnements mobiles
D.1 – Approches masquant la mobilité aux applications
D.1.1 – Transparence de l’adressage IP
D.1.2 – Transparence au niveau du protocole TCP
D.1.3 – Transparence des systèmes de fichiers: NFS
D.1.4 – Transparence au niveau du protocole HTTP
D.2 – Approches intégrant l’adaptabilité aux applications
E – Scénarios des applications médicales
II.6 − Caractéristiques de notre stratégie
II.7 − Conclusion
Troisième Chapitre: Analyse et synthèse des possibilités techniques pour le déploiement des services sur les terminaux mobiles.
III.1 – Description générale de notre projet
III.1.1 – Établissement de la connexion
III.1.2 – Adaptabilité des services au contexte mobile
III.1.2.1 − Adaptation de comportement
III.1.2.2 − Adaptation de contenu
III.1.2.3 − Adaptation de présentation
III.1.3 – Transmission des données
III.1.3.1 − Transmission par réseau de capteur
III.1.3.2 − Transmission par téléphone portable
A – Transmission entre deux terminaux mobiles
A.1 – Service SMS
A.2 – Service MMS
A.2.1 – Contenu
A.2.2 – Acteur
A.2.3 – Les interfaces du service MMS
A.3 – Utilisation du SMS et MMS en J2ME
B – Mobile et serveur (base de données)
B.1 – Connexion réseau sur un Serveur de la base de données
B.2 – Courrier électronique
B.2.1 – SMTP
B.2.2 – Format du message
B.2.3 – Les types MIME
III.2 − Les concurrents du l’outil de simulation sans fil J2ME
III.2.1 – Microsoft .net
III.2.2 – Binary Runtime Environment for Wireless (BREW)
III.3 − Présentation des systèmes d’exploitation utilisés dans les appareils sans fil (Wireless)
III.3.1 – Téléphone portables
III.3.2 – Symbian
III.3.3 – SavaJe
III.3.4 – Palm OS
III.3.5 – Microsoft Windows CE
III.4 − Bilan de l’analyse
III.4.1 – Support de transmission sans fils
III.4.1.1 − Technologie PAN : Bluetooth
A – API Bluetooth
B – Fonctionnement
III.4.1.2 − Technologie d’accès mobile
III.4.2 – Communication via réseau radio mobile
III.4.3 – Communication via Internet
III.4.3.1 − Protocole http
III.4.3.2 − Les Servlets
A – Utilisation
B – Modèle
III.4.4 – Outil de développement
III.4.5 – Système des terminaux
III.5 − Conclusion et motivation de cette thèse
Quatrième Chapitre: Stratégie, méthodologie et implémentation de la plateforme proposée.
IV.1 − Coût du système
IV.2 − Démarche incrémentale
IV.3 − Implémentation de la plateforme de fourniture des services
IV.3.1 – Principe d’implémentation du modèle proposé
IV.3.2 – Structure globale de l’implémentation
IV.3.3 – Stratégie de la plateforme de fourniture des services
IV.4 − Implémentation du modèle
IV.4.1 – Développement sur le Smartphone
IV.4.2 – Côté matériel
IV.4.3 – Côté logiciel
IV.4.4 – Traitement et analyse de l’ECG des personnes cardiaques
IV.5 − Conclusion
Cinquième Chapitre:Analyse et validation des données de la plateforme.
V.1 − Les séquences de données générées d’ECG par les algorithmes implémentés
V.2 − Les données de la plateforme
V.2.1 – Fréquence cardiaque moyenne
V.2.2 – Durée du complexe QRS
V.2.3 – Onde R
V.2.4 – Onde P
V.2.5 – Onde T
V.2.6 – Incorporation des signaux de la base MIT‐BIH
V.3 − Validation des résultats de la classification des personnes cardiaques
V.3.1 – Contexte de validation
V.3.1.1 − Validation par les experts
V.3.1.2 − Validation par un logiciel de calcul numérique (MATLAB)
V.3.2 – Quelques enregistrements exploités de la base MIT‐BIH
V.4 − Évaluation
V.5 − Conclusion
Sixième Chapitre: Résultat : Séquences de données générées.
VI.1 − Mise en oeuvre du système conçu
VI.1.1 – Notre vision
VI.1.2 – Les méthodes implémentées pour la simulation
VI.1.3 – Remarques sur les méthodes
VI.2 − Les séquences de données générées: Système de télésurveillance médicale
VI.2.1 – Problématique
VI.2.2 – Positionnement du travail
VI.2.4 – Plateforme du système de télésurveillance médicale
VI.2.4.1 − Modèle conçu pour les risques cardiovasculaire
VI.2.4.2 − Résultats
VI.3 − Les séquences de données générées: Système de téléassistance médicale
VI.3.1 – Téléassistance médical de personnes transportées à risques
VI.3.2 – Problématique
VI.3.3 – Plateforme de Téléassistance médicale
VI.3.4 – Résultats
VI.4 − Évaluation de la qualité des résultats
Conclusion générale et perspectives
Bibliographies & Références

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