A caregiver support platform within the scope of an ambient assisted living ecosystem

The Ambient Assisted Living (AAL) area is in constant evolution, providing new technologies to users and enhancing the level of security and comfort that is ensured by house platforms. The Ambient Assisted Living for All (AAL4ALL) project aims to develop a new AAL concept, supported on a unified ecosystem and certification process that enables a heterogeneous environment. The concepts of Intelligent Environments, Ambient Intelligence, and the foundations of the Ambient Assisted Living are all presented in the framework of this project. In this work, we consider a specific platform developed in the scope of AAL4ALL, called UserAccess. The architecture of the platform and its role within the overall AAL4ALL concept, the implementation of the platform, and the available interfaces are presented. In addition, its feasibility is validated through a series of tests.Project “AAL4ALL”, co-financed by the European Community Fund FEDER, through COMPETE—Programa Operacional Factores de Competitividade (POFC). Foundation for Science and Technology (FCT), Lisbon, Portugal, through Project PEst-C/CTM/LA0025/2013. Project CAMCoF—Context-Aware Multimodal Communication Framework funded by ERDF—European Regional Development Fund through the COMPETE Programme (operational programme for competitiveness) and by National Funds through the FCT—Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portuguese Foundation for Science and Technology) within project FCOMP-01-0124-FEDER-028980. This work is part-funded by National Funds through the FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portuguese Foundation for Science and Technology) within project PEst-OE/EEI/UI0752/201

ESTUDIO DE REDES DE SENSORES Y APLICACIONES ORIENTADAS A LA RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS DE SEÑALES BIOMÉDICAS.

RESUMEN ANALÍTICOEl presente estudio realiza un análisis de las principales investigacionesque en los últimos años comprenden el uso de las redes de sensores inalámbricas (WSN) para aplicaciones médicas ydecuidado de la salud, con énfasis en lo relacionado con la captura y envío de datos en tiempo real, teniendo en cuenta la concepción de red WSN, sus protocolos y aplicaciones, como también eluso de sensores, sus clases y características;y la forma como se integran para hacer un sistema que apoye a la medicina mediante el uso de la tecnología en lo que generalmente se denominatelemedicina. Adicionalmente se ha tenido en cuenta que la información obtenida de la red de sensores es el insumo que permite el desarrollo de aplicaciones para el cuidado de la salud, la cuales un área de investigación que promete importantes oportunidades de investigación, por ello se ha realizado una revisión inicial del estado del arte en este tema. Por último, el estudio identifica losprincipales problemas y retos que presentan las aplicaciones propuestas en procura del análisis de dichas situaciones que a futuro pueden determinar nuevas investigaciones y desarrollos en el campode estudio.PALABRAS CLAVES: Telemedicina, Sensores, WSN, Minería de datos, Señales Biomédicas. ANALYTICAL SUMMARYThis survey aims to provide a review of the advancements in wireless sensor network (WSN) for health care applications. This includes the capture and real-time delivery of sensor data, the designof the WSN, its protocols, sensors, and its real-time requirements. In general, these kinds of systems are considered Telemedicine applications and have been the subject of extensive research. Theinformation collected by the WSN is the prime matter for the development of healthcare applications, anpromising area of research where we provide an initial review of the state of the art.Finally; thiswork presents a review of the main research problems in the area and outlines possible lines forfurther development.KEYWORDS: Telemedicine, Sensors, WSN, Data Mining, Biomedical Signals.

Capítulo 1: Las redes de sensores inalámbricas, arquitectura y aplicaciones

Las redes de sensores inalámbricas (WSN), son una tendencia tecnológica que cada día cuenta con más aplicaciones, las características de sus nodos, los protocolos que utilizan y la versatilidad de sus configuraciones, las hacen como una opción importante dentro del mundo tecnológico. Actualmente no es extraño encontrar en un hospital una WSN que haga seguimiento a un paciente con una determinada patología; como tampoco es fuera de lo común que en algunas granjas tecnificadas, las WSN ayuden a controlar el cultivo de la plantas que allí se producen; también es posible que alguien que haya viajado recientemente en un sistema de transporte masivo, haya experimentado que el bus mostraba en una pantalla la ubicación del mismo y la próxima estación que cubriría, lo mismo sucede con los aeropuertos, los bancos, etc.; es decir son tantas las aplicaciones que hoy existen alrededor de esta tecnología que su estudio es casi obligado y un referente importante para el desarrollo de nuevas soluciones que propendan por el mejoramiento de las condiciones de vida de las personas. En el presente capitulo se hace una reseña de la definición de las WSN, sus orígenes y aplicaciones. Luego se estudia los elementos que hacen parte de una WSN, las características de los mismos y se profundiza en la descripción técnica que contiene este tipo de redes. Por último, se presenta un acercamiento de la aplicación de las WSN con el cuidado de la salud y se cierra el capítulo con la descripción de un caso específico, relacionado con una patología denominada “Preeclampsia”

Energy Efficiency in Public Buildings through Context-Aware Social Computing

[EN]The challenge of promoting behavioral changes in users that leads to energy savings in public buildings has become a complex task requiring the involvement of multiple technologies. Wireless sensor networks have a great potential for the development of tools, such as serious games, that encourage acquiring good energy and healthy habits among users in the workplace. This paper presents the development of a serious game using CAFCLA, a framework that allows for integrating multiple technologies, which provide both context-awareness and social computing. Game development has shown that the data provided by sensor networks encourage users to reduce energy consumption in their workplace and that social interactions and competitiveness allow for accelerating the achievement of good results and behavioral changes that favor energy savings.European Commision (EC). Funding H2020/MSCARISE. Project Code: 64179

Tag-free indoor fall detection using transformer network encoder and data fusion

This work presents a radio frequency identification (RFID)-based technique to detect falls in the elderly. The proposed RFID-based approach offers a practical and efficient alternative to wearables, which can be uncomfortable to wear and may negatively impact user experience. The system utilises strategically positioned passive ultra-high frequency (UHF) tag array, enabling unobtrusive monitoring of elderly individuals. This contactless solution queries battery-less tag and processes the received signal strength indicator (RSSI) and phase data. Leveraging the powerful data-fitting capabilities of a transformer model to take raw RSSI and phase data as input with minimal preprocessing, combined with data fusion, it significantly improves activity recognition and fall detection accuracy, achieving an average rate exceeding 96.5%. This performance surpasses existing methods such as convolutional neural network (CNN), recurrent neural network (RNN), and long short-term memory (LSTM), demonstrating its reliability and potential for practical implementation. Additionally, the system maintains good accuracy beyond a 3-m range using minimal battery-less UHF tags and a single antenna, enhancing its practicality and cost-effectiveness

Monitoring and Detection Platform to Prevent Anomalous Situations in Home Care

Monitoring and tracking people at home usually requires high cost hardware installations, which implies they are not affordable in many situations. This study/paper proposes a monitoring and tracking system for people with medical problems. A virtual organization of agents based on the PANGEA platform, which allows the easy integration of different devices, was created for this study. In this case, a virtual organization was implemented to track and monitor patients carrying a Holter monitor. The system includes the hardware and software required to perform: ECG measurements, monitoring through accelerometers and WiFi networks. Furthermore, the use of interactive television can moderate interactivity with the user. The system makes it possible to merge the information and facilitates patient tracking efficiently with low cost

Reliable, Context-Aware and Energy-Efficient Architecture for Wireless Body Area Networks in Sports Applications

RÉSUMÉ Un Réseau Corporel Sans Fil (RCSF, Wireless Body Area Network en anglais ou WBAN) permet de collecter de l'information à partir de capteurs corporels. Cette information est envoyée à un hub qui la transforme et qui peut aussi effectuer d'autres fonctions comme gérer des événements corporels, fusionner les données à partir des capteurs, percevoir d’autres paramètres, exécuter les fonctions d’une interface d’utilisateur, et faire un lien vers des infrastructures de plus haut niveau et d’autres parties prenantes. La réduction de la consommation d'énergie d’un RCSF est un des aspects les plus importants qui doit être amélioré lors de sa conception. Cet aspect peut impliquer le développement de protocoles de Contrôles d'Accès au Support (CAS, Media Access Control en anglais ou MAC), protocoles de transport et de routage plus efficients. Le contrôle de la congestion est un autre des facteurs les plus importants dans la conception d’un RCSF, parce que la congestion influe directement sur la Qualité De Service (QDS, Quality of Service en anglais ou QoS) et l’efficience en énergie du réseau. La congestion dans un RCSF peut produire une grande perte de paquets et une haute consommation d’énergie. La QDS est directement impactée par la perte de paquets. L’implémentation de mesures additionnelles est nécessaire pour atténuer l’impact sur la communication des RCSF. Les protocoles de CAS pour RCSF devraient permettre aux capteurs corporels d’accéder rapidement au canal de communication et d’envoyer les données au hub, surtout pour les événements urgents tout en réduisant la consommation d’énergie. Les protocoles de transport pour RCSF doivent fournir de la fiabilité bout-à-bout et de la QDS pour tout le réseau. Cette tâche peut être accomplie par la réduction du ratio de perte de paquets (Packet Loss Ratio en anglais ou PLR) et de la latence tout en gardant l'équité et la faible consommation d'énergie entre les noeuds. Le standard IEEE 802.15.6 suggère un protocole de CAS qui est destiné à être applicable à tous les types de RCSF; toutefois, ce protocole peut être amélioré pour les RCSF utilisés dans le domaine du sport, où la gestion du trafic pourrait être différente d’autres réseaux. Le standard IEEE 802.15.6 comprend la QDS, mais cela ne suggère aucun protocole de transport ou système de contrôle du débit. Le but principal de ce projet de recherche est de concevoir une architecture pour RCSF en trois phases : (i) Conception d’un mécanisme sensible au contexte et efficient en énergie pour fournir une QDS aux RCSF; (ii) Conception d’un mécanisme fiable et efficient en énergie pour fournir une récupération des paquets perdus et de l’équité dans les RCSF; et (iii) Conception d’un système de contrôle du débit sensible au contexte pour fournir un contrôle de congestion aux RCSF. Finalement, ce projet de recherche propose une architecture fiable, sensible au contexte et efficiente en énergie pour RCSF utilisés dans le domaine du sport. Cette architecture fait face à quatre défis : l'efficacité de l'énergie, la sensibilité au contexte, la qualité de service et la fiabilité. La mise en place de cette solution aidera à l’amélioration des compétences, de la performance, de l’endurance et des protocoles d’entraînement des athlètes, ainsi qu’à la détection des points faibles. Cette solution pourrait être prolongée à l’amélioration de la qualité de vie des enfants, des personnes malades ou âgées, ou encore aux domaines militaires, de la sécurité et du divertissement. L’évaluation des protocoles et schémas proposés a été faite par simulations programmées avec le simulateur OMNeT++ et le système Castalia. Premièrement, le protocole de CAS proposé a été comparé avec les protocoles de CAS suivants : IEEE 802.15.6, IEEE 802.15.4 et T-MAC (Timeout MAC). Deuxièmement, le protocole de CAS proposé a été comparé avec le standard IEEE 802.15.6 avec et sans l’utilisation du protocole de transport proposé. Finalement, le protocole de CAS proposé et le standard IEEE 802.15.6 ont été comparés avec et sans l’utilisation du système de contrôle du débit proposé. Le protocole de CAS proposé surpasse les protocoles de CAS IEEE 802.15.6, IEEE 802.15.4 et T-MAC dans le pourcentage de pertes de paquets d’urgence et normaux, l’efficacité en énergie, et la latence du trafic d’urgence et du trafic normal. Le protocole de CAS proposé utilisé avec le protocole du transport proposé surpasse la performance du standard IEEE 802.15.6 dans le pourcentage de perte de paquets avec ou sans trafic d’urgence, l’efficacité en énergie, et la latence du trafic normal. Le système de contrôle du débit proposé a amélioré la performance du protocole de CAS proposé et du standard IEEE 802.15.6 dans le pourcentage de perte de paquets avec ou sans trafic d’urgence, l’efficacité en énergie, et la latence du trafic d’urgence.----------ABSTRACT Information collected from body sensors in a Wireless Body Area Network (WBAN) is sent to a hub or coordinator which processes the information and can also perform other functions such as managing body events, merging data from sensors, sensing other parameters, performing the functions of a user interface and bridging the WBAN to higher-level infrastructure and other stakeholders. The reduction of the power consumption of a WBAN is one of the most important aspects to be improved when designing a WBAN. This challenge might imply the development of more efficient Medium Access Control (MAC), transport and routing protocols. Congestion control is another of the most important factors when a WBAN is designed, due to its direct impact in the Quality of Service (QoS) and the energy efficiency of the network. The presence of congestion in a WBAN can produce a big packet loss and high energy consumption. The QoS is also impacted directly by the packet loss. The implementation of additional measures is necessary to mitigate the impact on WBAN communications. The MAC protocols for WBANs should allow body sensors to get quick access to the channel and send data to the hub, especially in emergency events while reducing the power consumption. The transport protocols for WBANs must provide end-to-end reliability and QoS for the whole network. This task can be accomplished through the reduction of both the Packet Loss Ratio (PLR) and the latency while keeping fairness and low power consumption between nodes. The IEEE 802.15.6 standard suggests a MAC protocol which is intended to be applicable for all kinds of WBANs. Nonetheless, it could be improved for sports WBANs where the traffic-types handling could be different from other networks. The IEEE 802.15.6 standard supports QoS, but it does not suggest any transport protocol or rate control scheme. The main objective of this research project is to design an architecture for WBANs in three phases: (i) Designing a context-aware and energy-efficient mechanism for providing QoS in WBANs; (ii) Designing a reliable and energy-efficient mechanism to provide packet loss recovery and fairness in WBANs; and (iii) Designing a context-aware rate control scheme to provide congestion control in WBANs. Finally, this research project proposes a reliable, context-aware and energy-efficient architecture for WBANs used in sports applications, facing four challenges: energy efficiency, context awareness, quality of service and reliability. The benefits of this solution will help to improve skills, performance, endurance and training protocols of athletes, and deficiency detection. Also, it could be extended to enhance the quality of life of children, ill and elderly people, and to security, military and entertainment fields. The evaluation of the proposed protocols and schemes was made through simulations programed in the OMNeT++ simulator and the Castalia framework. First, the proposed MAC protocol was compared against the IEEE 802.15.6 MAC protocol, the IEEE 802.15.4 MAC protocol and the T-MAC (Timeout MAC) protocol. Second, the proposed MAC protocol was compared with the IEEE 802.15.6 standard with and without the use of the proposed transport protocol. Finally, both the proposed MAC protocol and the IEEE 802.15.6 standard were compared with and without the use of the proposed rate control scheme. The proposed MAC protocol outperforms the IEEE 802.15.6 MAC protocol, the IEEE 802.15.4 MAC protocol and the T-MAC protocol in the percentage of emergency and normal packet loss, the energy effectiveness, and the latency of emergency and normal traffic. The proposed MAC protocol working along with the proposed transport protocol outperforms the IEEE 802.15.6 standard in the percentage of the packet loss with or without emergency traffic, the energy effectiveness, and the latency of normal traffic. The proposed rate control scheme improved the performance of both the proposed MAC protocol and the IEEE 802.15.6 standard in the percentage of the packet loss with or without emergency traffic, the energy effectiveness and the latency of emergency traffic

New platform for intelligent context-based distributed information fusion

Tesis por compendio de publicaciones[ES]Durante las últimas décadas, las redes de sensores se han vuelto cada vez más importantes y hoy en día están presentes en prácticamente todos los sectores de nuestra sociedad. Su gran capacidad para adquirir datos y actuar sobre el entorno, puede facilitar la construcción de sistemas sensibles al contexto, que permitan un análisis detallado y flexible de los procesos que ocurren y los servicios que se pueden proporcionar a los usuarios. Esta tesis doctoral se presenta en el formato de “Compendio de Artículos”, de tal forma que las principales características de la arquitectura multi-agente distribuida propuesta para facilitar la interconexión de redes de sensores se presentan en tres artículos bien diferenciados. Se ha planteado una arquitectura modular y ligera para dispositivos limitados computacionalmente, diseñando un mecanismo de comunicación flexible que permite la interacción entre diferentes agentes embebidos, desplegados en dispositivos de tamaño reducido. Se propone un nuevo modelo de agente embebido, como mecanismo de extensión para la plataforma PANGEA. Además, se diseña un nuevo modelo de organización virtual de agentes especializada en la fusión de información. De esta forma, los agentes inteligentes tienen en cuenta las características de las organizaciones existentes en el entorno a la hora de proporcionar servicios. El modelo de fusión de información presenta una arquitectura claramente diferenciada en 4 niveles, siendo capaz de obtener la información proporcionada por las redes de sensores (capas inferiores) para ser integrada con organizaciones virtuales de agentes (capas superiores). El filtrado de señales, minería de datos, sistemas de razonamiento basados en casos y otras técnicas de Inteligencia Artificial han sido aplicadas para la consecución exitosa de esta investigación. Una de las principales innovaciones que pretendo con mi estudio, es investigar acerca de nuevos mecanismos que permitan la adición dinámica de redes de sensores combinando diferentes tecnologías con el propósito final de exponer un conjunto de servicios de usuario de forma distribuida. En este sentido, se propondrá una arquitectura multiagente basada en organizaciones virtuales que gestione de forma autónoma la infraestructura subyacente constituida por el hardware y los diferentes sensores

Aplicación de la tecnología de radio cognitiva en redes de área corporal

For the past few years, a number of new wireless technologies have emerged, allowing users to access the Internet and a myriad of services through mobile devices such as smartphones, tablets, wearables..., Among others, body area networks is one of the applications of such technologies. These networks are based on the deployment of several sensor nodes over a body that get information about parameters such as glucose level or temperature and send it to another device, such as a smartphone. Body area networks can be very valuable for athletes, since they can monitor and track their performance but also in the medical field. In this case, a patient can get information about vital signs and report them to a medical expert/center remotely. Body area networks deal with sensitive data and therefore it is of paramount importance to provide a given level of reliability and security to their data communications. In this work we have implemented and evaluated a simple body area network that provides secure and robust communications by means of cryptographic tools and applies the idea of cognitive radio, which allows selecting in an opportunistic manner the optimal channel for data transmission