\chapter{N\'{a}vrh}
\label{navrh}

V~této kapitole bude znázorněn koncept systému pro přenos informací z~kardiostimulátoru až k~lékaři. Dále bude diskutována volba vhodného způsobu přenosu dat a otázka bezpečnosti. 

\section{Základní struktura systému}

Na obrázku \ref{system} vidíme blokové schéma celého systému pro přenos dat z~kardiostimulátoru k~lékaři. Data z~kardiostimulátoru jsou přenášena přes \emph{ZigBee} bezdrátové rozhraní a zpracována do formy vhodné pro přenos v~síti GSM. Přes sériovou linku jsou přenesena do GSM modulu, odkud jsou prostřednictvím sítě GSM poslána do přijímacího GSM modulu. Odtud jsou přenesena do PC a uložena v~databázi. Lékař může nahlížet do historie a je také informován o~akutních stavech pacienta. V~případě nutnosti je lékař okamžitě informován, může být poslána pohotovost atp. 

\begin{figure}[!h]
  \includegraphics[scale=1]{obrazky/system.pdf}
  \caption{Ideové schéma systému pro přenos dat z~kardiostimulátoru do databáze}
  \label{system}
\end{figure}

Zařízení, znázorněné čárkovaným rámečkem, nosí pacient při sobě nebo ho má neustále ve své blízkosti. V~pravidelných intervalech (například jednou denně) a případě, že dojde k~mimořádné události (defibrilace, arytmie) jsou posílány informace přes GSM síť do databáze. Přístroj je vybaven jednoduchým uživatelským rozhraním. Displej informuje o stavu baterie, ukazuje čas, informace o síle signálu GSM a o poslaných zprávách.

\section{P\v{r}enos dat z~kardiostimul\'{a}toru}

V~této práci není přenos dat z~kardiostimulátoru do zařízení s~mikrokontrolérem realizován. Návrh je tedy omezen jen na volbu technologie tohoto rozhraní. Pro tyto účely nevadí ani nízká přenosová rychlost, ani krátký dosah. Naopak zcela zásadní význam má malá spotřeba a spolehlivost. Jako vhodné řešení se jeví technologie \emph{ZigBee}.

ZigBee je bezdrátová komunikační technologie založená na standardu IEEE {802.15.4}. Patří do skupiny sítí PAN (Personal Area Network). Narozdíl od \emph{Bluetooth}, který je zaměřen na spotřební elektroniku a vysoké přenosové rychlosti, doménou ZigBee jsou průmyslové aplikace, kde je nutná především spolehlivost a jednoduchost. \cite{wikipedie-ZigBee}

Hlavními výhodami ZigBee jsou:
\begin{itemize}
\item{spolehlivost,}
\item{velmi malá spotřeba,}
\item{široká nabídka komponent na trhu,}
\item{nízká cena zařízení,}
\item{pracuje v~bezlicenčním pásmu (generální povolení),}
\item{snadná implementace vhodná i pro osmibitové mikrokontroléry.}
\end{itemize}

Nevýhod je málo:
\begin{itemize}
\item{nízká přenosová rychlost,}
\item{krátký dosah.}
\end{itemize}

\section{P\v{r}enos dat v~s\'{\i}ti GSM}

Pro účely této práce byly jako způsob přenosu dat zvoleny textové zprávy SMS, protože se hodí právě k~poslání jednorázové krátké informace. Mezi výhody patří jednoduchá implementace, dostupnost GSM modulů (SMS umí prakticky všechny telefony a GSM moduly) a relativně nízké poplatky operátorovi.

\subsection{Struktura SMS zprávy}
 
Informace má jednorázový charakter. Měla by obsahovat jednoznačnou identifikaci pacienta. K~tomuto účelu může sloužit například výrobní číslo implantátu nebo rodné číslo pacienta. Datum a čas odeslání nejsou nezbytně potřeba, protože lze zaznamenat datum a čas příjmu. Pokud by byl k~dispozici datum a čas poslání, mohlo by to přinést jisté výhody. Byl by k~dispozici časový údaj i když by se přenos zdržel, například z~důvodu dočasné nedostupnosti signálu. Aby byl časový údaj platný, musel by mít přístroj implementován reálný čas. S tím se spojují jisté problémy. Čas se musí nažizovat a/nebo uchovávat v~případě výpadku napájení. Pro uživatele by bylo obtěžující čas nařizovat ručně a navíc by nebyla zaručena správnost. Lepší by bylo čas řídit napříkad z~centrály nebo signálem DCF77. V~některých situacích by se také hodilo přenášet GPS souřadnice, umožnilo by to snadné dohledání pacienta potřebujícího rychlou pomoc. Jenže přítomnost GPS by přinášela spoustu problémů: vyšší spotřeba energie, cena, velikost a hmotnost zařízení. Někdo by to také mohl pokládat za neetické sledování pacienta.

Sdělení nemusí mít přímo čitelnou textovou podobu, může být přenášena jen zkratka nebo kód události. Do jedné SMS zprávy se tak vejde i více informací, například při posílání statistik jednou denně. Navržený způsob kódování je v~tabulce \ref{kody}.

\begin{table}[!h]
\begin{tabular}{|l|l|l|}
\hline
  Kód & Původ zkratky & Význam \\
\hline
  DEF 10 & \emph{Defibrillation} & Defibrilace o~energii 10 Joulů \\
\hline
  BAT 5 & \emph{Battery} & Stav baterie je 5\%  \\
\hline
  ARR & \emph{Arrhythmia} & Arytmie  \\
\hline
  EL1 1000& \emph{Electrode} & Impedance elektrody 1 je $1000\, \Omega$ \\
\hline
  STD 23 & \emph{Stimulations per day}
   & Počet stimulací za předchozí den je 23 \\    
\hline
\end{tabular}
\caption{Kódy přenášených informací}
\label{kody}
\end{table} 

Každá zpráva tedy bude obsahovat:

\begin{itemize}
  \item{Rodné číslo pacienta}
  \item{Příjmení a jméno}
  \item{Informace 1}
  \item{Informace 2}
  \item{\dots}
\end{itemize}

Jednotlivé položky budou odděleny středníkem.

\subsection{Bezpečnost}

Ještě je třeba diskutovat otázku bezpečnosti. První potenciální možností zneužití je odposlechnutí zprávy nepovolanou osobou. Někdo by se mohl dostat ke zneužitelným osobním údajům. Pro zvýšení bezpečnosti by bylo možné přidat bezpečnostní heslo, nebo zprávu celou zašifrovat. Síť GSM je sama o~sobě dobře zabezpečena proti zneužití neautorizovanými uživateli \cite{hanus} a tak další zabezpečení není nutné.

Druhým možným zneužitím je tzv. \emph{SMS spoofing}, kdy pachatel pošle falešnou SMS, která má jako číslo odeslílatele číslo pacienta. K~tomu by ale musel pachatel znát identifikační údaje pacienta a jeho telefonní číslo. V~případě podezření je také možné ověřit pravost podle čísla SMS centra operátora \cite{zikmund}.

Pokud se budou přenášet jen údaje informativní a nikoliv přímo ovlivňující zdraví pacienta, z~případného zneužití neplyne přímé zdravotní riziko, pouze nepřímá rizika. Zcela jiná situace by nastala v~případě toku informací druhým směrem, například při programování implantátu na dálku. Tam by byla bezpečnost na prvním místě, pokud by vůbec takový způsob byl přípustný. 

Dalším možným bezpečnostním problémem je možnost neodeslání nebo nedoručení zprávy. Je třeba s~takovou možností počítat a nenechávat například výměnu baterie kardiostimulátoru až do příchodu zprávy o~jejím stavu.

