MIoT, IoT’nin sağlık hizmetlerinde kullanılacak bir alt kümesidir. Bu bağlamda düşünüldüğü takdirde sistem mimarisinin temel olarak IoT’ninki ile aynıdır. Yine üç katmandan oluşan bir mimari yapı ile karşılaşılmaktadır. Algılayıcılar vasıtasıyla fiziksel dünyadan veri elde edilmesini sağlayan algılama katmanı, algılama katmanından elde edilen verilerin güvenilir bir şekilde iletimini sağlayan ağ katmanı ve bu iki katman vasıtasıyla elde edilen verilerin sağlık hizmeti amacıyla kullanımını kapsayan uygulama katmanlarından oluşan bir mimari yapı söz konusudur. Ancak MIoT, temelde IoT’nin bir alt kümesi olduğundan ve spesifik bir kullanım alanı olduğundan bu mimari yapıyı farklı bir sınıflandırmaya tabi tutmak gerekmektedir.
Yapılacak olan bu sınıflandırma, MIoT’nin ihtiyaçları doğrultusunda oluşturulmuştur. Algılayıcı ünitesi, koordinatör ünitesi, kullanıcı arayüzü ünitesi,
sunucu ünitesi ve iletişim ünitesinden oluşan MIoT, uzaktan sağlık hizmetlerinin verilmesinin yanı sıra halihazırda hastanede yatmakta olan hastalar için de kullanılabilecektir21. MIoT özelinde ele alınan sistem mimarisi, genel ihtiyaçlar doğrultusunda IoT teknolojilerinin binalarda kullanımı ile akıllı hastaneler oluşturacak ve bu hastaneler MIoT teknolojileri ile donatılacaktır.
1. Algılayıcı Ünitesi
Uzaktan sağlık hizmetlerinde esas sorun hastanın monitörlemesinin nasıl yapılacağı olacaktır. Sağlık hizmetlerinde halihazırda kullanılmakta olan fizyolojik ve elektrofizyolojik algılayıcıların RFID etiketleri ile donatılması en akılcı çözüm olacaktır. Çünkü kandaki oksijen miktarı, kan basıncı, kan şekeri, nabız, solunum, vücut ağırlığı, vücut sıcaklığı gibi temel parametrelerin monitörlenmesi ve elde edilen verilerin değerlendirilmek üzere depolanması ancak RFID etiketleri ile donatılmalarıyla mümkün olacaktır. Yukarıda da değindiğimiz üzere RFID etiketleri amaçlarına uygun olarak pasif, aktif ve yarı pasif olarak üretilmekte ve kullanılmaktadır. Uzaktan sağlık hizmetleri düşünüldüğü takdirde en uygun RFID etiketi aktif etiketler olacaktır. Hem devrelere güç sağlamak hem de uzaktaki okuyucuya radyo dalgaları gönderebilmek amacıyla dahili pil içeren aktif RFID etiketlerinin sağlık hizmetlerinde kullanılan monitörleme sistemleri ile kombinasyonu MIoT için gelecek vadetmektedir. Bu monitörleme sistemlerine elektrokardiyografi (EKG), elektromiyografi (EMG), elektroensefalografi (EEG) ve elektrookülografi (EOG) gibi örnekler verilebilir.
Algılayıcı ünitesi, hastanın evinde kullandığı akıllı tartıdan doktoru tarafından tahsis edilen mobil EMG’ye kadar geniş bir yelpaze içermektedir. Üstelik bu sistemlerin çoğu ticari olarak elde edilebilir ve CE1 onaylı algılayıcılar
21
Ahmed, M. U., Björkman, M., Čaušević, A., Fotouhi, H., & Lindén, M. (2016). An overview on the internet of things for health monitoring systems. In Internet of Things. IoT Infrastructures:
Second International Summit, IoT 360° 2015, Rome, Italy, October 27-29, 2015. Revised Selected Papers, Part I (pp. 429-436). Springer International Publishing. S. 431.
kullanmaktayken pek azı akademik alanda geliştirilen algılayıcıları kullanmaktadır22
.
2. Koordinatör Ünitesi
Koordinatör ünitesi, algılayıcılardan elde edilen verinin sunucuya iletiminin koordinasyonunda görev alır. Koordinatör ünitesi; İşlemci, bellek, radyo ve amacına uygun algılayıcılardan oluşan donanım ve bu algılayıcılardan edinilen verileri toplamak amacıyla bir sunucu platformunda faaliyet gösteren uygulama yazılımı olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır23
.
Bahsi geçen uygulama yazılımı amaca uygun olmalıdır. Algılayıcı ünitesi vasıtasıyla elde edilen verilerin, uzaktaki bir sunucu üzerinde toplanması ve bu verilerin hekim tarafından değerlendirilerek gerekli tedavinin yapılması mümkün olacaktır. Örneğin: Uygulama yazılımı, algılayıcı ünitesi tarafından yapılan ölçümler ile elde edilen verilerin sunucu üzerinde toplanması amacıyla kullanılan bir android işletim sistemi olabilecektir. Bu işletim sistemi, kullanıcı arayüzü ile kolayca kontrol edilebilecek ve algılayıcılar ile sunucu arasında bir köprü vazifesi görecektir.
3. Kullanıcı Arayüzü Ünitesi
Kullanıcı arayüzü ünitesi, hastalar için olduğu kadar uzaktan sağlık hizmeti vermekte olan hekimler için de oldukça önemlidir. Kullanıcı arayüzü, mümkün olduğu kadar kullanıcı dostu olmalıdır. Algılayıcılardan edinilen ölçümlerin hasta tarafından da hekim tarafından da görüntülenebilmesi ve bunun kolayca gerçekleştirilmesi uzaktan sağlık hizmetlerine sürat ve verimlilik kazandıracaktır.
22
Ahmed, M. U., Björkman, M., Čaušević, A., Fotouhi, H., & Lindén, M. (2016). An overview on the internet of things for health monitoring systems. In Internet of Things. IoT Infrastructures:
Second International Summit, IoT 360° 2015, Rome, Italy, October 27-29, 2015. Revised Selected Papers, Part I (pp. 429-436). Springer International Publishing. S. 431.
23
Günümüz teknolojilerinin gelişmesi ve mobil teknolojilerin önem kazanması ile birlikte kullanıcı arayüzü; akıllı telefonlar, tabletler ve bilgisayarlar başta olmak üzere birçok elektronik cihazda kullanılabilecektir. Hasta ve aynı zamanda hekim, kullanıcı arayüzü vasıtasıyla kolaylıkla kaydedilen ölçümlere ulaşabilecektir. Ayrıca giyilebilir teknolojilerin gelişimi ile birlikte bu teknolojilerde kullanılan kullanıcı arayüzü de gündeme gelecektir. Örneğin, hastanın nabız takibi için kullanmakta olduğu akıllı saatin kullanıcı dostu bir arayüze sahip olması ve amacına uygun yazılıma sahip olması önem taşımaktadır.
4. Sunucu Ünitesi
Ağ geçidi ve depolama biriminden oluşan sunucu ünitesi, hasta kayıtlarının depolandığı ve bu kayıtların ulaşılabilir olduğu yerdir. Bu bağlamda ağ geçidi güvenlik ve gizlilik konularına odaklanırken; depolama birimi hastalara ait kullanıcı bilgilerinin yine bu hastalara ait ölçüm değerleri ile ilişkilendirilmesi ve depolanmasına odaklanmaktadır24
. Ağ geçidi, sunucu ünitesinin güvenliğini ve ünitedeki verilerin gizliliğini kimlik doğrulama ile sağlarken; depolama birimi, hastadan algılayıcılar tarafından elde edilen ölçümleri depolamaktadır.
5. İletişim Ünitesi
Veri iletişimi, yerel ve küresel olmak üzere iki bağlamda ele alınacaktır. Yerel veri iletişimi algılayıcı ünitesi ile koordinatör ünitesi arasında gerçekleşmekte ve bu iletişim Bluetooth ya da IEEE 802.15.4 ile sağlanmakta iken küresel veri iletişimi ise koordinatör ünitesi ile sunucu ve kullanıcı arayüzü arasında gerçekleşmektedir25. IEEE 802.15.4 ise Zigbee’nin dayandığı düşük hızlı kablosuz kişisel alan ağlarının çalışmasını sağlayan bir İEEE standardıdır.
24 Ahmed, M. U., Björkman, M., Čaušević, A., Fotouhi, H., & Lindén, M. (2016). An overview on
the internet of things for health monitoring systems. In Internet of Things. IoT Infrastructures:
Second International Summit, IoT 360° 2015, Rome, Italy, October 27-29, 2015. Revised Selected Papers, Part I (pp. 429-436). Springer International Publishing. S. 431
25
Bu noktada düşük güçlü kablosuz ağ (LPWN) kavramı önem kazanmaktadır. Düşük güçlü kablosuz ağ teknolojilerine örnek verecek olursak; IPV6 üzerine yapılandırılan düşük güçlü kablosuz kişisel alan ağı (6LoWPAN), RFID, Zigbee (IEEE 802.15.4), Bluetooth ve ultra geniş band (UWB) öne çıkmaktadır. Düşük güçlü kablosuz ağ teknolojisini hastadan ölçümler elde eden algılayıcılar ile birlikte kullanmak MIoT için gelecek niteliğindedir. LPWN, düşük güç tüketimine sahipken aynı şekilde düşük bir veri iletim hızına sahiptir. Yani kablosuz ağ yapısının düşük enerji sarfiyatı bir avantaj iken aynı zamanda bir dezavantajdır. Şöyle ki; LPWN düşük frekansta bir yayılım yapmaktadır. Bu nedenle istenmeyen ortam gürültülerinden daha kolay etkilenebilmektedir. Uzaktan sağlık hizmetleri gibi önemli bir alanda veri iletiminde sıkıntılar yaşanması en son istenilecek bir durumdur. Bu bağlamda veri iletiminde sıkıntı yaşamamak için LPWN’lerin ortam gürültüsünden etkilenebilme ihtimali göz önüne alınarak veri iletişimine yönelik protokollerin düzenlenmesi gerekmektedir26
.
Aynı zamanda, düşük enerji sarfiyatı sayesinde LPWN teknolojilerinin MIoT için uygun olduğu görülmektedir. Vücuda doğrudan yerleştirilen veyahut özel elbiseler aracılığıyla ölçümlemeler yapabilen algılayıcıların, uzaktan sağlık hizmetlerinde kullanımı binleri hatta milyonları bulacaktır. Bir bütün olarak düşünüldüğünde enerji tüketimi büyük bir problem olacaktır. Bu nedenle algılayıcılar ve LPWN teknolojilerinin düşük enerji tüketimi, MIoT’de anahtar rol oynayacaktır. Algılayıcılar vasıtasıyla yapılan ölçümlemelerden elde edilen verilerin, koordinatör ünitesine iletilmesi kısa menzilli LPWN teknolojilerinin kullanımı ile gerçekleşecektir. Bunun yanı sıra koordinatör ünitesine ulaşan verilerin, sunucu ünitesine iletimi ise kablosuz bağlantı alanı (Wi-Fi) ve hücresel ağ vasıtasıyla gerçekleşecektir. Böylece üç kademeli bir yapı ortaya çıkmaktadır. İlk kademede
26
Ahmed, M. U., Björkman, M., Čaušević, A., Fotouhi, H., & Lindén, M. (2016). An overview on the internet of things for health monitoring systems. In Internet of Things. IoT Infrastructures:
Second International Summit, IoT 360° 2015, Rome, Italy, October 27-29, 2015. Revised Selected Papers, Part I (pp. 429-436). Springer International Publishing. S. 432.
hastanın üzerine yerleştirilen ve belli ölçümlemeler yapabilen algılayıcılar bulunmakta iken ikinci kademede algılayıcılar ile koordinatör ünitesi arasında iletişimi gerçekleştiren LPWN teknolojilerini bulunmaktadır. Son olarak koordinatör ünitesinde toplanan verilerin sunuculara aktarımında Wi-Fi ve hücresel ağ kullanılacaktır.