Bezpečná komunikační infrastruktura pro nositelné medicínské aplikace
Loading...
Date
Authors
Frolka, Jakub
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Disertační práce se zabývá návrhem a optimalizací nového dedikovaného bezdrátového komunikačního protokolu pro nositelné externí kardiostimulátory s ohledem na energetickou úspornost a spolehlivost přenosu dat. V rámci práce byly analyzovány současné komunikační potřeby a technická omezení těchto zařízení, přičemž důraz byl kladen na minimalizaci energetické spotřeby. Pro optimalizaci komunikačního protokolu byl vytvořen simulační model, který umožnil testování různých konfigurací protokolu. Klíčovým přínosem tohoto modelu je jeho schopnost optimalizovat parametry přenosu, jako jsou délka datového rámce, použité BCH kódy a přenosové rychlosti. Navržený protokol je jednosměrný, což umožňuje kardiostimulátorům pouze vysílat data, čímž se minimalizuje spotřeba energie a zajišťuje ochrana proti kybernetickým hrozbám. Výsledky simulace ukázaly, že navržený komunikační protokol je schopný zajistit bezpečný přenos dat až pro 10 uživatelů současně v dosahu jedné přijímací stanice při přenosové rychlosti 100~kb/s a~vyšší. Pro zabezpečení přenosu byly využity BCH kódy, které zajišťují ochranu před chybami při přenosu. Tato práce představuje ucelený koncept dedikovaného komunikačního protokolu, který lze využít nejen pro externí kardiostimulátory, ale i pro další aplikace vyžadující nízkoenergetické bezdrátové přenosy. Simulační model může sloužit jako základ pro další vývoj a přizpůsobení protokolu konkrétním potřebám.
This doctoral thesis deals with the design and optimization of a new dedicated wireless communication protocol for wearable external pacemakers with respect to energy efficiency and data transmission reliability. The current communication needs and technical limitations of these devices were analyzed, with emphasis on minimizing energy consumption. To optimize the communication protocol, a simulation model was developed to test different protocol configurations. The main contribution of this model is its ability to optimize transmission parameters such as data frame length, BCH codes used and transmission rates. The proposed protocol is unidirectional, allowing pacemakers to only transmit data, minimizing power consumption and providing protection against cyber threats. Simulation results showed that the proposed communication protocol is capable of providing secure data transmission for up to 10 users simultaneously within the range of a single receiving base station at a data rate of 100~kb/s or higher. BCH codes were used to secure the transmission to provide protection against transmission errors. This work presents a comprehensive concept of a dedicated communication protocol that can be used not only for external pacemakers but also for other applications requiring low-power wireless transmissions. The simulation model can serve as a basis for further development and adaptation of the protocol to specific needs.
This doctoral thesis deals with the design and optimization of a new dedicated wireless communication protocol for wearable external pacemakers with respect to energy efficiency and data transmission reliability. The current communication needs and technical limitations of these devices were analyzed, with emphasis on minimizing energy consumption. To optimize the communication protocol, a simulation model was developed to test different protocol configurations. The main contribution of this model is its ability to optimize transmission parameters such as data frame length, BCH codes used and transmission rates. The proposed protocol is unidirectional, allowing pacemakers to only transmit data, minimizing power consumption and providing protection against cyber threats. Simulation results showed that the proposed communication protocol is capable of providing secure data transmission for up to 10 users simultaneously within the range of a single receiving base station at a data rate of 100~kb/s or higher. BCH codes were used to secure the transmission to provide protection against transmission errors. This work presents a comprehensive concept of a dedicated communication protocol that can be used not only for external pacemakers but also for other applications requiring low-power wireless transmissions. The simulation model can serve as a basis for further development and adaptation of the protocol to specific needs.
Description
Citation
FROLKA, J. Bezpečná komunikační infrastruktura pro nositelné medicínské aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Zdeněk Smékal, CSc. (předseda)
doc. Ing. František Urban, CSc. (člen)
doc. Ing. Radana Vilímková Kahánková, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Přinosil, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Otto Dostál, CSc. (člen)
prof. Ing. Ivan Baroňák, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2025-03-26
Defence
Doktorand byl na obhajobu dobře připraven a přednesl stručně a jasně dosažené vědecké výsledky práce. Doktorand odpověděl správně na všechny otázky členů komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení