Nesnelerin interneti tabanlı evde sağlık monitörleme sisteminin gerçekleştirilmesi
Implementation of internet of things based home health monitoring system
Yazar: SELÇUK ALTINAY
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VEYSEL GÖKHAN BÖCEKÇİ ; PROF. DR. HAYRİYE KORKMAZ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dünya nüfusu 2050 yılına kadar önemli ölçüde yaşlanacak olup, 60 yaş ve üzeri bireylerin nüfusun yaklaşık %20'sini oluşturması beklenmektedir. Yaşlanan nüfusun yaşam kalitesinin artırılmasına yönelik araştırmalar ile bu sözkonusu nüfusun artan bireysel sağlık ihtiyaçlarının karşılanmasına yönelik çalışmalar, günümüzde önem kazanmıştır. Bu bağlamda, ortam destekli yaşam uygulamaları, yaşlıların sosyal izolasyonunu azaltarak bağımsız bir yaşam sürmelerine yardımcı olmaktadır. Özellikle pandemi sürecinde sağlık hizmetlerine olan talebin artması ve risk grubundaki bireylerin sağlık merkezlerinde kalma sürelerinin uzaması, uzaktan sağlık monitörleme sistemlerinin geliştirilmesinin önemini daha da vurgulamıştır. Nesnelerin Interneti (IoT) teknolojisi, günlük kullandığımız cihazların internete bağlanarak veri gönderip almasını sağlamaktadır. Nesnelerin İnterneti'nin sağlık alanında özel bir alt kategorisi olan Nesnelerin Tıbbi Interneti (IoMT), tıbbi cihazların ve sağlık sensörlerinin birbirleriyle ve sağlık profesyonelleriyle iletişim kurarak hastaların sağlık durumunu sürekli olarak izlemesine ve gerektiğinde müdahale edilmesine olanak sağlar. 

Bu tez çalışmasında, uzaktan sağlık verilerini izlemek ve toplamak amacıyla bu uygulamaya özel ARM tabanlı bir kart tasarlanmıştır. Farklı geliştirme kartları ile birlikte kullanım imkanı da sunan bu kart kullanılarak, dağıtık ve heterojen bir yapıya sahip olan uzaktan sağlık monitörleme sistemi gerçekleştirilmiştir. Sistemde yer alan nesnelerin haberleşmesi için MQTT protokolü kullanılmış ve farklı alt sistemlerin sisteme eklenmesi kolaylaştırılmıştır. Kullanıcı deneyimi açısından önemli olan sağlık monitörleme yazılımı, platform bağımsız ve ön yükleme gerektirmeden çalışabilmesi için web tabanlı olarak tasarlanmıştır.  

Bu tez çalışması, nesnelerin interneti teknolojisi tasarımı için örnek bir model sunmaktadır.  
İçerisinde; sunucu yazılımları, broker, geliştirme kartı tasarımı ve yazılımı, web tabanlı monitörleme yazılımı gibi bileşenleri içermektedir. Aynı zamanda, uç, sis ve bulut bilgi işlem gibi çeşitli veri işleme ve yönetim yaklaşımlarını da içerisinde barındırmaktadır. Ayrıca, IoT tabanlı kartların yazılım geliştirme süreçlerinde FreeRTOS ve Bare-Metal yazılımlarının avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Güç tüketimi, hafıza kullanımı, zaman kararlılığı ve esneklik gibi açılardan bir örnek uygulama ile farklı çalışma modlarında performansları değerlendirilmiştir. Ayrıca, güç tüketimini ölçmek için bir alt sistem de gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmada, tek çekirdekli işlemcilerin Bare-Metal kodlama kullanımında üstün güç ve hafıza verimliliği sunduğu ancak FreeRTOS yazılımının zaman kararlılığı ve modülerlik gibi avantajları bulunduğundan, projenin gereksinimleri ve öncelikleri göz önünde bulundurularak en uygun yaklaşımın belirlenmesi gerektiği vurgulanmaktadır.

Abstract:
The world population is projected to age significantly by the year 2050, and individuals aged 60 and over are expected to constitute approximately 20% of the population. Studies to increase the quality of life of the aging population and to meet the increasing individual health needs of this population have gained importance today. In this context, ambient assisted living applications assist elderly individuals in maintaining an independent life by reducing social isolation. Particularly during the pandemic, the increased demand for healthcare services and the prolonged stays of high-risk individuals in healthcare centers have emphasized the importance of developing remote health monitoring systems. Internet of Things (IoT) technology enables everyday devices to connect to the internet, sending and receiving data. A specific subset of IoT in the healthcare field is the Internet of Medical Things (IoMT), which enables medical devices and health sensors to communicate with each other and healthcare professionals, allowing continuous monitoring of patients' health status and timely interventions.

In this thesis study, an ARM-based board has been designed for the purpose of remotely monitoring and collecting health data. This board, which can be used with various development boards, facilitates the realization of a distributed and heterogeneous remote health monitoring system. MQTT protocol is used for the communication of the objects in the system. This made it easier to add different subsystems to the system. The health monitoring software is web-based so that it can run platform-independent and without pre-installation.

This thesis study presents an exemplary model for designing IoT technology. It encompasses components such as server software, a broker, development board design and programming, and web-based monitoring software. Furthermore, it incorporates various data processing and management approaches like edge, fog, and cloud computing. Additionally, the advantages and disadvantages of FreeRTOS and Bare-Metal software in the development process of IoT-based boards have been evaluated. Performance in different operating modes has been assessed through a sample application, considering aspects like power consumption, memory usage, time stability, and flexibility. Moreover, a subsystem has been implemented to measure power consumption. The study underscores that while single-core processors offer superior power and memory efficiency in Bare-Metal coding, FreeRTOS software brings advantages such as time stability and modularity, highlighting the need to determine the most suitable approach based on the project's requirements and priorities.