Hasso-Plattner-Institut
 

Steuerung der Datenübertragung in öffentlichen zellularen Funknetzen im Kontext telemedizinischer Anwendungen

In den ländlichen Gebieten Deutschlands ist neben der geringen Einwohnerdichte häufig auch die wirtschaftliche und strukturelle Entwicklung schwächer ausgeprägt, als in den städtischen Regionen. Eine solche ländliche Region ist Nordbrandenburg. Hier war 2006 die Sterblichkeitsrate nach einem Herzinfarkt im Vergleich zu allen Gemeinden des Landes Brandenburg überdurchschnittlich hoch. Und der Durchschnitt des Landes Brandenburg war fast fünfmal so hoch wie in der von Brandenburg umschlossenen Metropolregion Berlin. Dies ist einer der Grunde, weshalb sich das Fontane Projekt der Verbesserung der medizinischen Betreuung von Patienten mit Herzkreislaufkrankheiten widmet.

Ein wichtiger Arbeitsschritt bei der telemedizinischen Betreuung der Patienten im Fontane Projekt ist die Übermittlung der gemessenen Vitaldaten zum Kardiologen. Zurzeit unterscheidet man dabei zwischen zwei Dringlichkeitsstufen. Die größere Priorität besitzen die Daten von Streaming-EKGs, die nur in Notsituationen übertragen werden. Die täglich aufgenommenen Vitaldaten des Patienten haben die niedrigere Priorität.

Um den Gegebenheiten des technischen und medizinischen Umfeldes besser gerecht zu werden, stutzt sich diese Arbeit auf eine Priorisierung der Vitaldaten entsprechend des Gesundheitszustandes des Patienten. Dies ermöglicht es, die Datenübertragung in Abhängigkeit der verfügbaren Netzwerkressourcen zu steuern und den Befundungsrhythmus des Arztes zu berücksichtigen. In der vorliegenden Arbeit wird die verfügbare Datenübertragungsrate als eine wesentliche Ressource des genutzten öffentlichen zellularen Funknetzes betrachtet. Ergänzt wird die Ende-zu-Ende Messung der Übertragungsrate auf der Seite der mobilen Endgerate mit Informationen aus allen Schichten des Protokollstapels.

Die zusätzlich genutzten Informationen bieten einen Einblick in den Ablauf der Kommunikation und helfen damit nicht nur Übertragungsprobleme zu erkennen, sondern diese auch bei der Steuerung der Datenübertragung zu berücksichtigen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine modellbasierte Steuerung entwickelt, die die Daten aus den verschiedenen Ebenen des Protokollstapels ermittelt, die verfügbare Datenübertragungsrate bestimmt und kontrolliert welche Übertragungsrate die Anwendungen jeweils nutzen können.

In bestimmten Situationen müssen sich mehrere mobile Endgerate von unterschiedlichen Patienten die gleichen Ressourcen des Funknetzes teilen. Um die Datenstrome solcher Endgerate steuern zu können, werden - ergänzend zu dem oben beschriebenen Ansatz - die Ortsinformationen des Funknetzes verwendet. Dafür wurden ein Steuerungsprotokoll und ein Algorithmus zur Ermittlung des Schwellwertes der Datenpriorität für jeden der genutzten Bereiche im Funknetz entwickelt.

Da im Fontane Projekt zur Begrenzung der Entwicklungskosten die Forderung besteht, möglichst Standardkomponenten einzusetzen, wurde eine Middleware-Losung für die Implementierung der Steuerung gewählt. Diese Middleware-Plattform verbindet die Arbeiten von vier Doktoranden. Neben der Datenübertragung sind weitere Schwerpunkte die automatisierte Analyse der medizinischen Daten, die Einbindung in vorhandenen Systemen zur Erfassung von Patientendaten in Krankenhäusern und die flexible Anbindung von Endgeraten.