Análise de disponibilidade de sistemas de mHealth fundamentados na internet das coisas

A Internet das Coisas (IoT) é uma realidade que vem sendo inserida no cotidiano das pessoas promovendo interação entre o mundo físico e digital. Paralelo a isso, a evolução dos dispositivos móveis aliado ao desenvolvimento científico e tecnológico em saúde tem trazido avanços para atender diversas necessidades dos usuários. Nesse contexto, o termo saúde móvel (mHealth) é utilizado para se referir a utilização destes dispositivos com o intuito de prover melhores serviços na área de saúde, ampliando a assistência médica e reduzindo custos. O uso da computação móvel em nuvem (MCC) permite superar as limitações de recursos dos dispositivos móveis como a capacidade de processamento, armazenamento e consumo de energia. O monitoramento remoto de pacientes por meio de sensores sem fio implantados junto ao seu corpo constitui uma rede de área corporal (WBAN). Estas redes são utilizadas para registrar e disponibilizar dados que podem auxiliar no diagnóstico e prevenção de doenças. Essa integração de tecnologias cria novas alternativas para tratamento e acompanhamento de pacientes, seja dentro ou fora do ambiente hospitalar. Este trabalho apresenta um estudo da disponibilidade em sistemas IoT aplicado à mHealth. A arquitetura analisada composta por pacientes monitorados por sensores sem fio, rede de comunicação interna (intra-BAN), dispositivo móvel com sua bateria e interfaces de comunicação, rede de comunicação externa (extra-BAN) com conexão WiFi e 3G, e por fim, o ambiente de nuvem, no qual são armazenados os dados. A partir desses componentes, foram elaborados modelos hierárquicos utilizando diagramas de blocos de confiabilidade (RBD) e cadeia de Markov de tempo contínuo (CTMC). A disponibilidade de cada componente é calculada de maneira independente, utilizando seus valores de tempo médio para falhas (MTTF) e tempo médio para reparo (MTTR), a fim de se avaliar a disponibilidade do sistema, ou partes deles. Foram realizados experimentos a fim de se avaliar fatores relevantes pra se obter uma alta disponibilidade nos sistemas de mHealth. Os resultados obtidos mostram que o protocolo adotado na intra-BAN, Zigbee ou Bluetooth, não apresentam diferenças significativas sobre a disponibilidade do sistema. Também se observou que para ambientes domésticos, é mais eficaz o uso de dois roteadores de pequeno porte na extra-BAN, que utilizar um roteador mais caro e de grande porte. Por fim, a disponibilidades de baterias reservas e power banks, contribuem positivamente para a obtenção de uma alta disponibilidade. Os modelos propostos podem auxiliar desenvolvedores e mantenedores de sistemas de mHealth a dimensionarem o sistema dependendo do nível de serviço que se deseja prover.The Internet of Things (IoT) is a reality that has been inserted in the daily lives of people promoting interaction between the physical and digital world. Parallel to this, the evolution of mobile devices combined with the scientific and technological development in health has brought advances to meet diverse needs of users. In this context, the term mobile health (mHealth) is used to refer to the use of these devices in order to provide better services in the health area, expanding medical care and reducing costs. The use of mobile cloud computing (MCC) allows you to overcome the limitations of mobile devices’ capabilities such as processing, storage and power consumption. Remote monitoring of patients through wireless sensors implanted near their body constitutes a body area network (WBAN). These networks are used to record and make available data that can aid in the diagnosis and prevention of diseases. This integration of technologies creates new alternatives for treatment and follow-up of patients, either inside or outside the hospital environment. This work presents a study of the availability in IoT systems applied to mHealth. The architecture analyzed consists of patients monitored by wireless sensors, internal communication network (intra-BAN), mobile device with its battery and communication interfaces, external communication network (extra-BAN) with WiFi and 3G connection, and finally, the cloud environment in which the data is stored. From these components, hierarchical models were developed using reliability block diagrams (RBD) and continuous time Markov chain (CTMC). The availability of each component is independently calculated using its Mean Time to Fault (MTTF) and Mean Time to Repair (MTTR) values in order to evaluate the availability of the system, or parts of it. Several experiments were carried out to evaluate relevant factors for high availability in mHealth systems. The results show that the communication protocol adopted in intra-BAN, Zigbee or Bluetooth, do not present significant differences on the availability of the system. It was also noted that for domestic environments, it is more effective to use two small routers in the extra-BAN, than to use a more expensive and large router. Finally, the availability of reserve batteries and powerbanks, contribute positively to the achievement of high availability. The proposed models can help developers and maintainers of mHealth systems to scale the system depending on the level of service they want to provide