Apport des réseaux intelligents aux usages et pratiques en e-santé : Une architecture flexible basée sur la technologie radio cognitive pour un suivi efficace et temps réel des patients

E-health services improvement through smart networking : A flexible architecture based on Cognitive Radio technology for efficient and real-time patient monitoring

• Auteur / Autrice : Dramane Ouattara
• Direction : Francine Krief
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 28/11/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Guy Pujolle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Negru, Mohamed Aymen Chalouf, Philippe Lagouarde, Omessaad Hamdi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Lorenz, Zoubir Mammeri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques intelligents

Radio cognitive

Télémédecine

Mots clés libres

E-santé

Réseaux médicaux Radio Cognitive

Connectivité

Gestion des interférences

Qualité de service

E-health

Medical Cognitive Radio Networks

Connectivity

Interference management

QoS

Model Predictive Control

Grey Model

Résumé

Le vieillissement de la population sans doute catalysera l’augmentation des maladies chroniques et intensifiera le besoin de solutions d’assistance à la personne. Pendant que les chercheurs s’activent à apporter des réponses aux problèmes de santé publique qui s’accentuent, en s’appuyant sur les technologies de l’information et de la communication, le nombre des objets connectés connait une expansion fulgurante. Ainsi, le désir de révolution des technologies pour la santé, afin de faire face à la menace pathologique, coïncide avec le développement de l’Internet des objets 1. En effet, grâce aux innovations technologiques et au progrès médical, nombre de pathologies, souvent chroniques pourraient être suivies en temps réel et en tout lieu. Dans ce contexte, la gestion ou le partage des ressources de communication, la compatibilité des technologies et les performances à atteindre constituent des défis importants. Cet accroissement significatif du volume des communications, les contraintes de mobilité imposées par le contexte du suivi de patient ainsi que les besoins de qualité dans les transmissions de données médicales, révèlent une aspiration à des infrastructures de communication plus flexibles.Dans cette thèse, nous présentons une architecture de communication basée sur les réseaux Radio Cognitive pour répondre à cette exigence. Le caractère adaptable, flexible et autonome de la solution proposée permet d’aspirer à de meilleures performances. Ainsi, pour l’évaluation de son efficacité,nous avons choisi d’analyser et de tester trois critères importants pour les transmissions de données médicales urgentes.La connectivité en tout lieu : Ce premier critère est essentiel dans la mesure des performances et l’estimation de la fiabilité d’une infrastructure réseau dédiée à la santé. Plus précisément, toute solution de communication envisagée, doit être en mesure d’accompagner le patient suivi dans son environnement. En effet, la haute disponibilité des services réseaux et la qualité offerte sont déterminantes pour le suivi de patient à distance. Nous proposons dans cette première contribution, un mécanisme de prédiction spectrale capable d’examiner l’état d’occupation des bandes de fréquence. Cet algorithme associé au module de prise de décision Radio Cognitive, permet de parer aux éventuelles discontinuités de connexion réseaux.La gestion des interférences : Il s’agit du second critère qui évalue le degré de coexistence des ondes garantit par l’architecture, dans un contexte de prolifération des réseaux et des objets connectés. Le matériel communicant doit être capable de percevoir, d’analyser son environnement et d’agir en fonction des différentes contraintes. L’intérêt étant de protéger le matériel surtout médical, souvent très sensible aux bruits. Le suivi du patient devient alors possible à domicile ou à l’hôpital par exemple, avec un niveau d’interférence acceptable. Ainsi, tout en proposant un modèle de déploiement du réseau Radio Cognitive dans un centre hospitalier, nous définissons des exemples de fonctions permettant une adaptation dynamique des paramètres de communication en fonction de la sensibilité des équipements médicaux de proximité.L’efficacité dans la transmission de contenu multimédia : Ce dernier critère symbolise la capacité de l’architecture à fournir du contenu de qualité pour une assistance en temps réel. En effet, un réseau de soin à domicile ou une situation d’urgence peut nécessiter la transmission d’images ou de contenu multimédia vers les centres hospitaliers. Une solution de suivi de patient à distance doit être capable de fournir ces facilités qui imposent l’accès au haut débit. Dans une contribution répondant à cette préoccupation, nous suggérons un algorithme de réservation de ressources permettant de mieux gérer la qualité de service pour le contenu multimédia médical.

The aging of the population will probably catalyze the rise of chronic diseases and could intensify the need for personal assistance solutions. While researchers are focusing on information and communication technologies to provide responses to these public health problems, the number of connected objects is experiencing a rapid expansion. Indeed, desired revolution of technologies for health, forprevention and disease treatment coincides with the development of the Internet of Things 2. Thus, technological innovations and medical progress, for making it possible to monitor pathologies, often chronic, anywhere need appropriate equipments. Also, remote and real-time patient monitoring applications would require more network resources. In this context, communication resources management/sharing, technologies and equipments compatibilities and aplication’s desired performances become significant challenges. In this thesis, we propose an architecture based on Cognitive Radio, for meeting the medical applications constraints. We also analyze and test three important criteria for emergency transmissions, using this architecture.Connectivity : Any solution for patients monitoring must have anywhere and anytime capabilities for care continuity needs. High availability of network services and quality offered are critical for patient telemonitoring. We propose in this context, a spectral prediction mechanism able to examine the occupation conditions of the frequency bands. The algorithm we propose, associated learning and Grey Model technique in order to deal with any network connection discontinuities.Interference management : Network equipments must be able to perceive or to analyze their environment and act according to the underlying constraints. The interest is to protect in our case, medical equipment which are very sensitive to noise. Patient monitoring becomes possible at home or in the hospital, for example, with an acceptable level of interference. We propose for this criterion evaluation, a Cognitive Radio Networks deployment model in a hospital area. We define examples of functions for dynamic adaptation of the communication parameters, depending on the nearby medical devices sensitivity.Transmission efficiency under multimedia content delivery : This criterion analizes the ability of the architecture to provide desired quality in multimedia content delivery for real-time assistance or diagnosis. Patient monitoring at home or an emergency event may require the transmission of image or audio content to the hospital center. The remote monitoring solution must be able to provide these facilities which require a broadband network. We suggest an algorithm for resource reservation that performs a better management of the quality of service for medical multimedia content. We combine this algorithm with a transmission parameters control methode for maintaining the QoS at an acceptable level.