Список литературы

2518-1092

Научный результат. Информационные технологии

2518-1092

10.18413/2518-1092-2024-9-3-0-3

3557

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

<strong>МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ДОСТАВКИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СООБЩЕНИЙ В СИСТЕМЕ МЕДИЦИНСКОГО ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ</strong>

<strong>MATHEMATICAL MODEL OF THE DELIVERY PROCESS OF TELEMETRY MESSAGES IN THE MEDICAL INTERNET OF THINGS SYSTEM</strong>

Махди

Тарек Нассер

Mahdi

Tareq Nasser

tareq.nasser.m@gmail.com

Польщиков

Константин Александрович

Polshchykov

Konstantin Alexandrovich

polshchikov@bsu.edu.ru

2024

9300

В настоящее время актуальны исследования и разработки, направленные на повышение оперативности передачи телеметрических сообщений в беспроводных системах удаленного мониторинга, используемых медицинскими работниками для своевременного оказания помощи находящимся под наблюдением пациентам. Техническую основу передачи таких сообщений составляют системы медицинского Интернета вещей. Статья посвящена разработке математической модели процесса доставки телеметрических сообщений в такой системе. В ходе исследования получены аналитические выражения, дающие возможность оценить среднее время доставки сообщений от сенсорного устройства пациента к беспроводному устройству медработника в зависимости от интервалов срабатывания таймеров повторной передачи, установленных в приемо-передающих элементах системы. Полученные результаты позволяют теоретически обосновать выбор значений тайм-аутов повторных передач, обеспечивающий минимизацию среднего времени доставки сообщений при текущем уровне интенсивности битовых ошибок.

Currently, research and development are relevant aimed at increasing the efficiency of transmission of telemetry messages in wireless remote monitoring systems used by medical workers to provide timely assistance to patients under observation. The technical basis for transmitting such messages is provided by medical Internet of Things systems. The article is devoted to the development of a mathematical model of the process of delivering telemetric messages in such a system. In the course of the study, analytical expressions were obtained that make it possible to estimate the average delivery time of messages from the patient’s sensory device to the healthcare worker’s wireless device, depending on the response intervals of the retransmission timers installed in the transmitting and receiving elements of the system. The results obtained allow us to theoretically substantiate the choice of retransmission timeout values that ensure minimization of the average message delivery time at the current level of bit error intensity.

медицинский Интернет вещейIoMTпротокол MQTT-SNтелеметрические сообщениязадержки доставкитаймер повторной передачибитовые ошибки

medical Internet of thingsIoMTMQTT-SN protocoltelemetry messagesdelivery delaysretransmission timerbit errors

Список литературы

1.  Razdan S., Sharma S. Internet of Medical Things (IoMT): Overview, Emerging Technologies, and Case Studies // IETE Technical Review. – 2021. – No. 39(4). Р. 775–788.

2.  Parvathy V.S., Pothiraj S., Sampson J. Automated Internet of Medical Things (IoMT) Based Healthcare Monitoring System // Studies in Systems, Decision and Control. – 2021. – Vol. 311. https://doi.org/10.1007/978-3-030-55833-8_7.

3.  Keerthana A. Performance Assessment of IoMT Services and Protocols // The Internet of Medical Things (IoMT). – 2022. – https://doi.org/10.1002/9781119769200.ch9.

4.  Dwivedi R., Mehrotra D., Chandra Sh. Potential of Internet of Medical Things (IoMT) applications in building a smart healthcare system: A systematic review // Journal of Oral Biology and Craniofacial Research. – 2022. – Vol. 12(2). – Р. 302-318.

5.  Singh R.P., Javaid M., Haleem A., Vaishya R., Ali Sh. Internet of Medical Things (IoMT) for orthopaedic in COVID-19 pandemic: Roles, challenges, and applications // Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma. – 2020. – Vol. 11(4). – Р. 713-717.

6.  Adeniyi E.A., Ogundokun R.O., Awotunde J.B. IoMT-Based Wearable Body Sensors Network Healthcare Monitoring System // Studies in Computational Intelligence. – 2021. – Vol. 933. https://doi.org/10.1007/978-981-15-9897-5_6.

7.  Ashfaq Z., Rafay A., Mumtaz R., Zaidi S.M.H., Saleem H., Zaidi S.A.R., Mumtaz S., Haque A. A review of enabling technologies for Internet of Medical Things (IoMT) Ecosystem // Ain Shams Engineering Journal. – 2022. – Vol. 13(4). – Р. 101660.

8.  Puri V., Kataria A., Sharma V. Artificial intelligence-powered decentralized framework for Internet of Things in Healthcare 4.0 // Transactions on Emerging Telecommunications Technologies. – 2024. – Vol. 35(4). – Р. e4245.

9.  Weqar M., Mehfuz S., Gupta D., Urooj S. Adaptive Switching Based Data-Communication Model for Internet of Healthcare Things Networks // IEEE Access. – 2024. – No. 12. – Р. 11530–1548.

10. MQTT For Sensor Networks (MQTT-SN). Protocol Specification.Version 1.2. https://groups.oasis-open.org/higherlogic/ws/public/download/66091/MQTT-SN_spec_v1.2.pdf/latest.

11. Herrero R. MQTT-SN, CoAP, and RTP in wireless IoT real-time communications // Multimedia Systems. – 2020. – No. 26. – Р. 643–654.

12. Palmese F., Redondi A.E.C., Cesana M. Adaptive Quality of Service Control for MQTT-SN // Sensors. – 2022. – Vol. 22(22). – Р. 8852.

13. Ясир М.Д.Я., Польщиков К.А., Федоров В.И. Модель доставки сообщения в сенсорной сети с низким энергопотреблением // Экономика. Информатика. – 2023. – Т. 50, № 2. – С. 439-447. – DOI 10.52575/2687-0932-2023-50-2-439-447.

14. Konstantinov I., Polshchykov K., Lazarev S., Polshchykova O. Mathematical Model of Message Delivery in a Mobile Ad Hoc Network // Proceedings of the 11th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT). – Moscow, 2017. – P. 10–13.

15. Borsatti D., Cerroni W., Tonini F., Raffaelli C. From IoT to Cloud: Applications and Performance of the MQTT Protocol // 22nd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). – Bari, 2020. – Р. 1-4.

16. Polshchykov K., Lazarev S., Zdorovtsov A. Multimedia messages transmission modeling in a mobile Ad Hoc network // 11th IEEE International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT). – Moscow, 2017. – P. 24–27.

17. Akshatha P.S., Kumar S.M. Delay Estimation of Healthcare Applications Based on MQTT Protocol: A Node-RED Implementation // IEEE International Conference on Electronics, Computing and Communication Technologies (CONECCT). – Bangalore, 2022. – Р. 1-6.

18. Tejashree V., Vidhyashree N., Anusha S., Anu K., Akshatha P.S., Kumar S.M.D. (). MQTT-SN Based Architecture for Estimating Delay and Throughput in IoT // Communications in Computer and Information Science. – 2021. – Vol. 1483. https://doi.org/10.1007/978-3-030-91244-4_38.

19. Pawar S., Panigrahi N., Jyothi A.P., Lokhande M., Godse D., Jadhav D.B. Evaluation of Delay Parameter of MQTT Protocol // International Journal of Engineering Trends and Technology. – 2023. – Vol. 71(3). – Р. 227-235.

20. Cho A., Kim T.Y., Kim Ch.K., Choi S., Lee S.K. IoT data dissemination scheme for reducing delay in multi-broker environments // Internet of Things. – 2024. – Vol. 25. – Р. 101025.

21. Al Enany M.O., Harb H.M., Attiya G. A Comparative analysis of MQTT and IoT application protocols // International Conference on Electronic Engineering (ICEEM). – Menouf, 2021. – Р. 1-6.

22. Yamamoto K., Fukuhara A., Nishi H. Hardware Implementation of MQTT Broker and Precise Time Synchronization Using IoT Devices // IEEJ Transactins Electrical Electronic Engineering. – 2022. – Vol. 17. – Р. 209-217.

23. Buenrostro-Mariscal R., Santana-Mancilla P.C., Montesinos-López O.A., Vazquez-Briseno M., Nieto-Hipolito J.I. Prioritization-Driven Congestion Control in Networks for the Internet of Medical Things: A Cross-Layer Proposal // Sensors. – 2023. – Vol. 23(2). – Р. 923.

24. da Rocha H., Monteiro T.L., Pellenz M.E., Penna M.C., Alves Junior J. An MQTT-SN-Based QoS Dynamic Adaptation Method for Wireless Sensor Networks // Advances in Intelligent Systems and Computing. – 2020. – Vol. 26. https://doi.org/10.1007/978-3-030-15032-7_58.

25. Zhang Y.J., Tao W.Q. Analysis of network overhead and delay of rule engine based on MQTT protocol // Proceedings of the 2022 10th International Conference on Information Technology: IoT and Smart City (ICIT '22). – New York, 2023. – Р. 179–183.

26. Zhang H., Zhang H., Wang Z. et al. Delay-reliability-aware protocol adaption and quality of service guarantee for message queuing telemetry transport-empowered electric Internet of things // International Journal of Distributed Sensor Networks. – 2022. – Vol. 18(5). https://doi:10.1177/15501329221097815.

27. Польщиков К.А. Оценка вероятностно-временных характеристик доставки данных в беспроводной самоорганизующейся сети // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Экономика. Информатика. – 2015. – № 7(204). – С. 183-187.

28. Polschykov K. Olexij S., Rvachova N. The methodology of modeling available for data traffic bandwidth telecommunications network // Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science. Proceedings of the 10th International Conference, 2010. – P. 158.

29. Polshchykov K.O., Lazarev S.A., Kiseleva E.D. Mathematical Model of Multimedia Information Exchange in Real Time Within а Mobile Ad Hoc Network // International Journal of Computer Science and Network Security. – 2018. – Vol. 18(6). – Р. 20–24.

30. Polshchykov K.O., Lazarev S.A., Zdorovtsov A.D. Limitary request queue choice mathematical model for the real time streams transfer by means of the mobile ad hoc network radio channel // Journal of Fundamental and Applied Sciences. – 2017. – Vol. 9(7S). – Р. 1317-1327.

31. Konstantinov I.S., Polshchykov K.O., Lazarev S.A., Zdorovtsov A.D. Mathematical Models for Estimating Radio Channels Utilization When Transmitting Real-Time Flows in Mobile Ad Hoc Network // Journal of Fundamental and Applied Sciences. – 2017. – Vol 9, No 2S. – P. 1510–1517.