Сергеев-Горчинский Алексей Александрович

УНК «Институт прикладного системного анализа»,

НТУУ «КПИ», Украина

Формирование резервного канала связи

медицинского назначения на базе
механических колебаний

Повышение эффективности функционирования информационно-телекоммуникационных систем (ИТС) медицинского назначения связано с поиском компромисса между задачами регистрации, передачи и обработки информации [1]. Встроенный в современную медицинскую аппаратуру модуль беспроводной связи, позволяет анализировать медицинскую информацию генерируемую организмом и адаптировать процесс лечения под конкретное состояние пациента.

Наряду с плюсами, которые обеспечивает беспроводный канал связи, существует ряд уязвимостей, которые могут быть использованы злоумышленниками. Например, атаки «периодической активации», которые предназначены для разряжения аккумулятора портативного диагностирующего оборудования.

В [2] предложен способ формирования резервного канала связи на базе механических вибрационных колебаний, основанный на необходимости соприкосновения диагностирующей и медицинской аппаратуры и заметности механических колебаний, что ограничивает физический доступ к медицинскому оборудованию.

Основными составляющими вибрационного канала связи являются вибрационный мотор в диагностирующем оборудовании и акселерометр в медицинском оборудовании. В отличие от биологических процессов, частотные составляющие которых находятся в диапазоне нижних частот, механические вибрации характеризуются высокочастотными колебаниями, которые могут быть отфильтрованы при помощи высокочастотных фильтров.

Особенность вибрационного представления информации заключается в том, что интенсивность вибрационных импульсов зависит от расстояния между диагностирующим и медицинским устройствами и мощности вибрационного мотора. Следовательно, синтезировав набор оптимальных фильтров для низкочастотных физиологических сигналов, можно рассчитать набор соответствующих высокочастотных фильтров для вибрационных колебаний диагностирующего оборудования регистрируемых акселерометром в медицинском оборудовании.

Поскольку характеристики вибрационного мотора и акселерометра варьируются для диагностирующей и медицинской аппаратуры, разработка метода автоматического определения оптимальных параметров фильтрации для разнообразных физиологических сигналов при вибрационном способе передачи информации является актуальной научной задачей. В [3] описан метод и результат эксперимента по автоматизированному синтезу СФ ПСС для низкочастотного сигнала.

При вибрационном способе передаче бинарного сообщения в полосе верхних частот находятся вибрационные колебания и собственный шум акселерометра. Высокочастотные составляющие можно отфильтровать вычтя из зашумленного сигнала результат оптимальной низкочастотной фильтрации (см. рис. 1).

Рис. 1. Результат оптимальной обработки механических колебаний

Из рис. 1 следует, что зашумленний сигнала {x_зашум[k]}, который равен сумме абсолютных значений проекций линейного ускорения по трём осям можно разделить на следующие частотные составляющие:

1. перемещение в пространстве {y_ПСС[k]} (нижние частоты);

2. механические вибрационные колебания (верхние частоты);

3. собственный шум акселерометра (верхние частоты).

Для абсолютных значений отсчётов отфильтрованной высокочастотной составляющей {у_вибрац+шум[k]} (см. рис. 1) можно аналогично рассчитать оптимальный СФ ПСС для низкочастотной составляющей, которая соответствует отдельным битам амплитудно-модулированного (при помощи механических вибрационных колебаний) бинарного сообщения.

Литература:

1. Jin H., Jiang W. Handbook of Research on Developments and Trends in Wireless Sensor Networks: From Principle to Practice. - M.: IGI Global, 2010. - 600 p.

2. Kim Y., Lee W., Raghunathan V., Jha N., Raghunathan A. Vibration-based Secure Side Channel for Medical Devices / Proceedings of 15-th DAC conference, DAC'15. - M.: ACM, 2015. - P. 194-200.

3. Сергеев-Горчинский А.А. Автоматизация синтеза оптимальных систем цифровой фильтрации / Наука в інформаційному просторі : матеріали XI Міжнар. наук.-практ. конф., 23-24 грудня 2015 р. – Дніпропетровськ: Біла К. О., 2015. – С. 28-31.