Diseño y desarrollo de sistema de gestión Ambulancia Hospital para enviar datos personales, de ubicación y pulso cardíaco del paciente

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(1)DISEÑO Y DESARROLLO DE SISTEMA DE GESTIÓN AMBULANCIA-HOSPITAL PARA ENVIAR DATOS PERSONALES, DE UBICACIÓN Y PULSO CARDIACO DEL PACIENTE. BRAYAN ANDRÉS BERMÚDEZ BUCURÚ. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C., 2018.

(2) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. DISEÑO Y DESARROLLO DE SISTEMA DE GESTIÓN AMBULANCIA-HOSPITAL PARA ENVIAR DATOS PERSONALES, DE UBICACIÓN Y PULSO CARDIACO DEL PACIENTE. BRAYAN ANDRÉS BERMÚDEZ BUCURÚ. MONOGRAFÍA PRESENTADA PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO EN TELECOMUNICACIONES. Director: ING. GUSTAVO ADOLFO HIGUERA CASTRO MSc.. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C., 2018. 2.

(3) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones 1. CONTENIDO. Tabla de contenido 1.. CONTENIDO ................................................................................................................................................................. 3. 2.. RESUMEN ................................................................................................................................................................. 4. 3.. ABSTRACT................................................................................................................................................................. 4. 4.. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................................ 5. 5.. OBJETIVOS ................................................................................................................................................................ 6 5.1. GENERAL ........................................................................................................................................................................ 6. 5.2 ESPECÍFICOS....................................................................................................................................................................... 6 6.. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................................................... 7 6.1 PULSO Y FRECUENCIA CARDIACA ............................................................................................................................................. 7 6.2 Sensor de pulso Cardiaco ............................................................................................................................................ 8 6.3 Sistema de posicionamiento Global (GPS) .................................................................................................................. 9 6.4 Módulo de posicionamiento Global GPS .................................................................................................................... 9 6.5 Raspberry Pi.............................................................................................................................................................. 10 6.6 Internet de las cosas (Internet of Things IoT) ........................................................................................................... 10 6.7 UBIDOTS ................................................................................................................................................................... 12 6.8 Red Móvil.................................................................................................................................................................. 12 6.9 Servidor Web ............................................................................................................................................................ 13 6.10 ¿Qué es Wifi?.......................................................................................................................................................... 14. 7.. METODOLOGÍA....................................................................................................................................................... 15 7.1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN................................................................................................................................................. 17 7.1.1 “Sistema Ambulancia”........................................................................................................................................... 17 7.1.2 “Sistema Hospital” ................................................................................................................................................ 39 7.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ESTÁTICA ............................................................................................................................... 55 7.3 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO EN AMBULANCIA...................................................................................................................... 61. 8.. CONCLUSIONES: ..................................................................................................................................................... 63. 9.. AGRADECIMIENTOS: ............................................................................................................................................... 64. 10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................................................. 65. 3.

(4) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 2. RESUMEN Conocer el estado actual de un paciente a bordo de una ambulancia y su posición actual busca ayudar a agilizar los tiempos de preparación de equipo y personal además de controlar las rutas que toman las ambulancias hasta el hospital. Con base en esto, se diseña un sistema informático capaz de enviar los datos de posición, pulso cardiaco y un informe escrito por el paramédico desde la ambulancia hacia el hospital. Esto se logró a partir de la implementación de dos sistemas, uno móvil a bordo de la ambulancia y otro en sitio del hospital. El sistema móvil a bordo de la ambulancia “Sistema Ambulancia” toma el pulso cardiaco del paciente, obtiene los datos de posición, recolecta la información escrita por el paramédico y los envía a través de una conexión a internet otorgada desde una red móvil hacia el “Sistema Hospital” el cual recolecta los datos, los organiza y los visualiza, para que el personal encargado en el hospital tome las respectivas decisiones. Este proyecto se centra en una de las líneas de investigación del grupo en Robótica Móvil Autónoma -ROMA- de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica.. 3. ABSTRACT Know the current status of a patient on board an ambulance and his current position seeks to help expedite team and staff preparation times in addition to controlling the routes taken by ambulances to the hospital. Based on this, is designed a computer system capable of sending the position data, heartbeat and a report written by the paramedic from the ambulance to the hospital. The mobile system on board the ambulance "Ambulance System" takes the cardiac pulse of the patient, get the position data, collects the information written by the paramedic and sends them through an internet connection provided from a mobile network to the "Hospital System" which collects the data, organizes them and visualizes them, so that the personnel in charge in the hospital take the respective decisions. This project focuses on one of the research lines of the group in Autonomous Mobile Robotics -ROMA- of the District University Francisco José de Caldas, Faculty of Technology.. 4.

(5) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 4. INTRODUCCIÓN Hoy en día dado el avance y desarrollo de la tecnología y la globalización de internet, se hace necesario innovar en dispositivos que haga uso de la red y ayude a resolver de manera más rápida problemas de la vida cotidiana.. En la mayoría de centros de salud, clínicas y hospitales, no cuentan con una debida organización del sistema de ambulancias, y estas a su vez, no cuentan con sistemas inteligentes de monitorización de pacientes, esto debido a que las soluciones ofrecidas para hospitales en este campo suelen ser bastante costosas y de poco acceso.. Se desarrolló un sistema de gestión y monitoreo de ambulancias, mediante el cual, el paramédico a bordo de la ambulancia puede generar un reporte del paciente que transporta de emergencias, así como también el sistema ambulancia es capaz de leer el pulso cardiaco automáticamente y registrarlo en el sistema de gestión. El sistema a bordo de la ambulancia es capaz de registrar la posición actual y enviarla automáticamente al sistema de gestión, este a su vez posee conexión a internet.. El sistema de gestión está soportado en un servidor WEB ubicado físicamente en el hospital y es accesible desde cualquier parte de internet, en el cual, el encargado del sistema de gestión en el hospital, puede ver la ubicación actual de la ambulancia y tiene constante comunicación con el paramédico a bordo, además, es capaz de ver los cambios en el pulso cardiaco medido automáticamente por el sistema ambulancia y puede ver los reportes generados de diagnóstico del paramédico, para así dar las ordenes de recibida y traslado en el hospital.. 5.

(6) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 5. OBJETIVOS 5.1 General •. Diseñar y desarrollar un sistema de gestión Ambulancia – Hospital mediante el cual los paramédicos a bordo de la ambulancia puedan enviar los datos personales del paciente, el pulso cardiaco y la posición actual a través de internet a un sistema informático en el hospital para que sean tomadas las medidas necesarias.. 5.2 Específicos •. Crear un sistema móvil capaz de conectarse a internet para ser puesto en la ambulancia y mediante el cual los paramédicos puedan ingresar al sistema del hospital y llenar datos del paciente, así como realizar la correcta lectura del pulso cardiaco y los datos de posición actual de la ambulancia para enviar al sistema de gestión.. •. Generar un sistema informático de gestión de ambulancias el cual estará soportado en un servidor web y estará encargado de recibir las peticiones de los dispositivos puestos en las ambulancias y permitirá que personal del hospital tenga un informe del paciente enviado por la ambulancia y de la misma manera saber el estado actual del pulso cardiaco y la ubicación actual de la ambulancia.. •. Establecer a través de un protocolo de red móvil una conexión a internet para los dispositivos móviles en las ambulancias mediante el cual se transmitan los datos del paciente, el pulso cardiaco y la posición actual de la ambulancia.. 6.

(7) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 6. MARCO TEÓRICO 6.1 Pulso y Frecuencia Cardiaca El pulso es una medición de la frecuencia cardíaca, es decir, la cantidad de veces que el corazón late por minuto. A medida que el corazón impulsa la sangre a través de las arterias, las arterias se expanden y se contraen con el flujo sanguíneo. Al tomar el pulso no solo se mide la frecuencia cardíaca, sino que también puede indicar: -. El ritmo cardíaco. -. La fuerza del pulso. El pulso normal de los adultos sanos oscila entre los 60 y 100 latidos por minuto. El pulso puede fluctuar y aumentar con el ejercicio, las enfermedades, las lesiones y las emociones. Las mujeres mayores de 12 años, en general, tienden a tener el pulso más rápido que los hombres. Los deportistas, como los corredores, que practican mucho ejercicio cardiovascular, pueden tener frecuencias cardíacas de hasta 40 latidos por minuto sin presentar problemas de ningún tipo [1]. En la Figura 1 se muestra como debe ser medido el pulso cardiaco correctamente.. Figura 1 Ilustración de cómo medir el pulso. [1]. El pulso se puede tomar en cualquier arteria superficial que pueda comprimirse contra un hueso como lo muestra en la Figura 2.. 7.

(8) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura 2 Lugares para medir el pulso.. En la sien (Temporal), En el cuello (Carotídeo), Parte interna del brazo (Humeral o r aquial), En la muñeca (Radial), Parte interna del pliegue del codo (Cubital), En la ingle (Femoral), En la parte posterior de la rodilla (Poplíteo), En el dorso del pie (Pedio).[2]. 6.2 Sensor de pulso Cardiaco El sensor de Ritmo Cardiaco (Figura 3) provee de una simple forma para el estudio del funcionamiento del corazón. A diferencia de un electrocardiograma (EKG), el cual monitorea la señal eléctrica del corazón, el sensor monitorea el flujo sanguíneo a través de las venas.[3]. Figura 3. Sensor de Pulso cardiaco[4]. 8.

(9) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Los datos de frecuencia cardíaca pueden ser muy útiles ya sea que esté diseñando una rutina de ejercicios, estudiando su actividad o niveles de ansiedad o simplemente quiere que su camisa parpadee con los latidos de su corazón. El problema es que la frecuencia cardíaca puede ser difícil de medir. Afortunadamente, el sensor de pulso puede resolver ese problema.[4]. 6.3 Sistema de posicionamiento Global (GPS). El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegación por satélite compuesto por una red de 24 satélites colocados en órbita por el Departamento de Defensa de Estados Unidos. El GPS originalmente estaba destinado a aplicaciones militares, pero en la década de 1980, el gobierno hizo que el sistema estuviera disponible para uso civil. El GPS funciona en cualquier condición climática, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y tampoco existen tarifas de suscripción ni cargos de configuración para usar GPS.[5]. Los satélites del GPS circundan la tierra dos veces al día en una órbita muy exacta y transmiten la información de la señal a la tierra. Los receptores GPS toman esta información y utilizan la triangulación para calcular la ubicación exacta del usuario. Esencialmente, el receptor GPS compara el tiempo que una señal fue transmitida por un satélite con el tiempo que fue recibido. La diferencia de tiempo indica al receptor GPS qué tan lejos está el satélite. Ahora, con las mediciones de distancia de algunos satélites más, el receptor puede determinar la posición del usuario y mostrarlo en el mapa electrónico de la unidad. [5]. 6.4 Módulo de posicionamiento Global GPS. La serie de Módulos Neo-6 (Figura 5) es una familia de receptores GPS autónomos, que ofrecen un alto rendimiento en su motor de posicionamiento, estos receptores flexibles y rentables ofrecen numerosas opciones de conectividad. Ideal para vehículos autónomos como aeromodelismo, queadcopters, helicópteros, robots móviles, así como para realizar control de vuelo o control de recorridos. El control entrega los datos en. 9.

(10) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. comunicación serial por lo que puede ser fácilmente leído con cualquier micro controlador o tarjeta de desarrollo.[6]. 6.5 Raspberry Pi. Raspberry PI es una placa computadora (SBC) de bajo coste (Figura 6), se podría decir que es un ordenador de tamaño reducido, del orden de una tarjeta de crédito, desarrollado en el Reino Unido por la Fundación Raspberry PI (Universidad de Cambridge) en 2011, con el objetivo de estimular la enseñanza de la informática en las escuelas, aunque no empezó su comercialización hasta el año 2012.[7]. El concepto es el de un ordenador desnudo de todos los accesorios que se pueden eliminar sin que afecte al funcionamiento básico. Está formada por una placa que soporta varios componentes necesarios en un ordenador común y es capaz de comportarse como tal. A la raspberry Pi la han definido como una maravilla en miniatura, que guarda en su interior un importante poder de cómputo en un tamaño muy reducido. Es capaz de realizar cosas extraordinarias. [7]. Figura 4. RaspberryPi 3 modelo B [7]. 6.6 Internet de las cosas (Internet of Things IoT). 10.

(11) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. La internet de las cosas (Internet of Things IoT) es un sistema de dispositivos de computación interrelacionados, máquinas mecánicas y digitales, objetos, animales o personas que tienen identificadores únicos y la capacidad de transferir datos a través de una red, sin requerir de interacciones humano a humano o humano a computadora.[8]. Una cosa, en la internet de las cosas, puede ser una persona con un implante de monitor de corazón, un animal de granja con un transpondedor de biochip, un automóvil que tiene sensores incorporados para alertar al conductor cuando la presión de los neumáticos es baja, o cualquier otro objeto natural o artificial al que se puede asignar una dirección IP y darle la capacidad de transferir datos a través de una red.[8]. IoT ha evolucionado desde la convergencia de tecnologías inalámbricas, sistemas microelectromecánicos (MEMS), microservicios e internet. La convergencia ha ayudado a derribar las paredes de silos entre la tecnología operativa (OT) y la tecnología de la información (TI), permitiendo que los datos no estructurados generados por máquinas sean analizados para obtener información que impulse mejoras. [8]. Muy resumidamente, el IoT es un concepto que se basa en la interconexión de cualquier producto con cualquier otro de su alrededor. Desde un libro hasta el frigorífico de tu propia casa. El objetivo es hacer que todos estos dispositivos se comuniquen entre sí y, por consiguiente, sean más inteligentes e independientes. Para ello, es necesario el empleo del protocolo IPv6 y el desarrollo de numerosas tecnologías que actualmente están siendo diseñadas por las principales compañías del sector. [8]. Su trascendencia puede ser brutal tanto en ámbitos económicos como sociales. Mayor incluso que la era digital. Y es que el IoT permite que los ordenadores interactúen con elementos de la vida real y ganen independencia de los seres humanos, dejando al ser humano al mando de lo realmente importante. [8]. Un ejemplo práctico: gracias al IoT, los frigoríficos serían capaces de medir los alimentos restantes en su interior y encargar al proveedor especificado los elementos agotados. Así, nunca se tendrá que preocupar de comprar leche, huevos o yogures favoritos. El frigorífico medirá continuamente el stock y actuará independientemente en consecuencia. [8]. 11.

(12) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Los wearables son otro ejemplo. Cosas cotidianas como camisetas, relojes o pulseras, se hacen inteligentes gracias a la aplicación de este concepto. Ahora los relojes no solo proporcionan la hora, sino que también se conectan a internet, intercambian datos con servidores externos y actúan en consecuencia a la información que recogen tanto de los sensores como de los servidores.[8]. 6.7 UBIDOTS. Nacido como una firma privada de servicios de ingeniería en 2012, Ubidots se especializó en hardware conectado y soluciones de software para monitorear, controlar y automatizar de manera remota los procesos para clientes de atención médica en startups bien financiadas y Fortune 1,000 en el sureste de América y en Latinoamérica. [9]. Entre 2012 y 2014, Ubidots amplió nuestras industrias de soporte y realizó innumerables proyectos conectados a Internet: salud, energía / servicios públicos, fabricación, transporte y venta al por menor, aprendiendo las pequeñas características de la IoT y la habilitación en la nube con las que los expertos en transformación digital no pueden hablar a menos que se ensuciaron las manos en el campo.[9]. Con una sólida columna vertebral y una firme determinación de ser más que otro "copista" latinoamericano, Ubidots se unió al Boston MassChallenge Accelerator en 2014, centrándose en una puesta en marcha de IoT en la nube global basada en productos, ganando la empresa y el apoyo estadounidenses y dejando atrás el negocio de servicios locales. [9]. Desde que Ubidots pivoteó en 2014, Ubidots se ha hecho conocido dentro de los círculos de hardware, software, ingeniería incorporada y fabricante como la plataforma asequible, confiable y más utilizable en un ecosistema de plataforma IoT lleno de una fuerte competencia. [9]. En 2018, Ubidots creó la plataforma Ubidots for Education para dar a los entusiastas de la IO y a los estudiantes un lugar para construir, desarrollar, probar, aprender y explorar el futuro de las aplicaciones y soluciones conectadas a Internet. [9]. 6.8 Red Móvil. 12.

(13) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Las comunicaciones móviles siguen el principio general de la telefonía: Conectar dos usuarios remotos a través del equipo de red de un operador responsable de la gestión del servicio. Sin embargo, a diferencia de los teléfonos fijos, en la red móvil no existen pares de cobre ni fibra óptica, y las transmisiones de radio constituyen el enlace final. El teléfono móvil del usuario comunica a través del aire con una antena, que a su vez comunica con la central del operador. Ésta encamina la comunicación hacia la parte correspondiente en la red fija o a través de otras antenas. [10]. Para que la comunicación sea efectiva, el usuario móvil debe estar en el área de alcance de una antena. Ésta tiene un alcance limitado y cubre una pequeña área alrededor, llamada "celda" (de ahí el otro nombre de "red de celdas” o “red celular" utilizado a menudo para designar las redes móviles). Para cubrir el máximo territorio y garantizar que los usuarios puedan siempre llamar, los operadores despliegan miles de celdas, cada una equipada con estaciones base, asegurándose de que no haya huecos entre ellas para que nunca se pierda la localización de los usuarios [10]. 6.9 Servidor Web Un servidor Web es un programa que utiliza HTTP (Hypertext Transfer Protocol) para servir los archivos que forman páginas Web a los usuarios, en respuesta a sus solicitudes, que son reenviados por los clientes HTTP de sus computadoras. Las computadoras y los dispositivos dedicados también pueden denominarse servidores Web.[11]. El proceso es un ejemplo del modelo cliente / servidor. Todos los equipos que alojan sitios Web deben tener programas de servidor Web. Los principales servidores Web incluyen Apache (el servidor Web más conocido e instalado), Internet Information Server ( IIS ) de Microsoft y nginx (pronunciado motor X ) de NGNIX. Otros servidores Web incluyen el servidor NetWare de Novell, el servidor web de Google (GWS) y la familia de servidores Domino de IBM. [11]. Los servidores web a menudo forman parte de un paquete más amplio de programas relacionados con Internet e intranet para servir correo electrónico, descargar solicitudes de archivos de Protocolo de transferencia de archivos (FTP) y crear y publicar páginas Web. [11]. 13.

(14) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Las consideraciones a tener en cuenta al elegir un servidor Web incluyen qué también funciona con el sistema operativo y otros servidores, su capacidad para manejar la programación del servidor, las características de seguridad y las herramientas particulares de publicación, el motor de búsqueda y la construcción de sitios que vienen con él. [11]. 6.10 ¿Qué es Wifi?. Wifi es un conjunto de especificaciones para redes locales inalámbricas (WLAN Wireless Local Area Network) basada en el standard IEEE 802.11.[12]. El nombre Wifi es una abreviación del término inglés "Wireless Fidelity". Es común encontrar el termino Wifi escrito como Wi-Fi, Wi-fi o incluso wifi. Todas esas denominaciones se refieren a la misma tecnología. [12]. Con la tecnología Wifi, es posible implementar redes que conectan computadoras y otros dispositivos compatibles (teléfonos celulares, consolas de videojuego, impresoras, etc) que estén cercanos geográficamente. Estas redes no exigen el uso de cables, ya que efectúan la transmisión de datos a través de radiofrecuencia. [12]. Ese esquema ofrece varias ventajas: - Permite al usuario utilizar la red en cualquier punto dentro de los límites de alcance de la transmisión. - Permite la incorporación rápida de otras computadoras y dispositivos en la red. - Evita que las paredes sean taladradas o adaptadas para pasar los cables necesarios para conectarse a banda ancha, por ejemplo.. La flexibilidad del Wifi es tan grande, que hizo viable la implementación de redes que hacen uso de esa tecnología en muchos lugares, principalmente por las ventajas citadas. De esta forma, es común encontrar redes Wifi disponibles en hoteles, aeropuertos, estaciones de colectivos, bares, restaurantes, centros comerciales, escuelas, universidades, oficinas, hospitales, etc, que ofrecen acceso a internet,. 14.

(15) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. muchas veces de manera gratuita. Para utilizar estas redes, basta con tener una notebook, un smartphone o cualquier dispositivo compatible con la tecnología Wi-Fi. [12]. 7. METODOLOGÍA Para el completo desarrollo del “Sistema de Gestión Ambulancia-Hospital” se implementaron dos dispositivos, dos sistemas diferentes específicamente diseñados para cumplir su objetivo en el sistema, la Figura 5 ilustra el diagrama de bloques del sistema Ambulancia.. Figura [5]. Diagrama de bloques “Sistema Ambulancia”. El “Sistema Ambulancia” es un dispositivo diseñado para ser puesto a bordo en el compartimiento dedicado al paciente en una ambulancia y ser capaz de enviar el pulso cardiaco y posición actual de manera automática al “Sistema Hospital” además de permitirle al paramédico dar un informe escrito del estado actual del paciente. Con ayuda del Sensor de pulso cardiaco y el microcontrolador ATMega328p se recolectan los datos de pulso y frecuencia cardiaca, estos datos son publicados en la pantalla OLED[13] y enviados a través de comunicación serial al módulo WiFi. El módulo WiFi ESP8266 recolecta los datos de pulso y frecuencia cardiaca enviados desde el microcontrolador, también. 15. recolecta los datos enviados de posición por comunicación serial enviados desde el Módulo GPS NEO-.

(16) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 6M y prepara un paquete de datos a enviar a la plataforma IOT de Ubidots. Este módulo a través de una conexión TCP/IP utilizando la conexión a internet proporcionada por el Router Móvil LTE envía el paquete de datos preparado a la plataforma IOT de Ubidots cada dos segundos en donde los datos se reciben y se preparan para su posterior visualización. El RaspberryPi haciendo uso de sus periféricos (LCD TFT 7’’, Teclado Mouse) permite una visualización completa de la plataforma del “Sistema Hospital” en donde están publicados los datos de posición y frecuencia cardiaca antes enviados a través de internet, además de contener un formulario en donde el paramédico puede ingresar los datos personales del paciente y un informe más detallado sobre el estado actual del mismo. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques del “Sistema Hospital”. Figura [6]. Diagrama de bloques “Sistema Hospital”.. 16.

(17) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. El “Sistema Hospital” es un conjunto de aplicaciones en Hardware y Software dentro de las instalaciones del hospital basado en un dispositivo servidor (PC), dedicado a recibir los datos enviados desde la ambulancia y a proporcionar todas las plataformas informáticas necesarias para contener el sistema de Gestión Ambulancia – Hospital, el cual será descrito a profundidad más adelante en este documento.. 7.1 Diseño e Implementación 7.1.1 “Sistema Ambulancia” La figura [5] muestra de forma detallada el hardware utilizado para la construcción del sistema ambulancia, se da paso a describir su construcción e implementación de manera detallada:. 7.1.1.1 Medición del Pulso Cardiaco y Cálculo de Frecuencia Cardiaca Dentro de las características generales del “Sistema Ambulancia” se dice que debe tomar el pulso cardiaco y calcular de manera automática la frecuencia cardiaca para su posterior envío, para esto se toma como base el sensor de pulso cardiaco “PulseSensor” (Figura 3) [4] el cual se adapta en un sistema de pinzas para su mejor ubicación en los puntos donde se puede medir el pulso.. El fabricante indica [4] que para la correcta medición del pulso cardiaco el sensor se debe colocar en cualquiera de los dos puntos para los que está diseñado. El primero está diseñado para medir el pulso de la arteria Radial o Cubital [2] y para esto el sensor se debe ubicar en el dedo índice o en el dedo corazón como se observa en la figura 14:. 17.

(18) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [7]. Posición del PulseSensor para medir el pulso de la arteria Radial o Cubital.. El segundo está diseñado para medir el pulso en la arteria Facial [2] y para esto el sensor debe ser colocado en la parte de atrás de los lóbulos de las orejas como se indica en la figura 8:. Figura [8]. Posición del PulseSensor para medir el pulso de la arteria Facial.. 18.

(19) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Ubicándolo en alguna de las dos posiciones y corroborando con ayuda de la pantalla OLED que el pulso cardiaco efectivamente se está midiendo, se garantiza una medida correcta de la frecuencia cardiaca, la figura 9 muestra la gráfica de respuesta en voltaje del Pulse Sensor.. Figura [9] Gráfica de respuesta en voltaje del PulseSensor al pulso cardiaco.. El fabricante garantiza [4] que la señal de salida del sensor PulseSensor es como lo muestra la Figura 9 entonces haciendo uso del microcontrolador ATMega 328P se convierte de señal Análoga a Digital a través de su ADC y se procede a realizar el cálculo de los BPM o frecuencia cardiaca. El cálculo de los BPM se calcula según dos parámetros, un “threshold” que indica en qué nivel de voltaje se considera que ha ocurrido un “pulso” y el tiempo transcurrido entre este pulso y el pulso siguiente, de esta manera con una proporción en tiempos se llega al cálculo de la cantidad de pulsaciones por minuto o BPM o frecuencia cardiaca.. 19.

(20) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [10]. Diagrama de flujo de obtención de los BPM (latidos por minuto).. Una vez obtenidos los BPM esta información se publica en la pantalla OLED en el “Sistema Ambulancia” junto con la gráfica del pulso cardiaco como se observa en la figura 11, con el fin de que haya una retroalimentación en el momento de la medida y también para ayudar a que la lectura del sensor sea la correcta. Este dato de BPM se envía a través de comunicación serial al Modulo WiFi (ESP8266) que se encargará de subirlos a la plataforma IOT de Ubidots usando internet.. 20.

(21) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [11]. Información publicada en la pantalla OLED.. 7.1.1.2 Obtención de los datos de posición Otro aspecto importante del “Sistema Ambulancia” es que este es capaz de enviar también el dato de posición actual de la ambulancia. Para esto se hace uso de un módulo GPS el cual su funcionamiento se describe en el marco teórico [6] de nombre y marca Ublox Neo 6M, con algunas modificaciones.. Este módulo es ampliamente utilizado en aplicaciones para control de vuelo de drones y para esta aplicación va muy bien ya que es capaz de obtener los datos de los satélites GPS a una frecuencia no mayor a 2 segundos, que para el seguimiento de rutas de vehículos es suficiente. En el “Sistema Ambulancia” este dispositivo se ha modificado en su antena como se muestra en la figura 12, de manera tal que la antena final tiene un cable que mide 3 Metros y puede ser ubicada en cualquier parte de la ambulancia para así asegurar la correcta medida de posición del GPS.. 21.

(22) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [12]. Antena utilizada para el módulo GPS en el “Sistema Ambulancia”.. Su funcionamiento es sencillo y parte del hecho de que el módulo obtiene automáticamente los datos de posición y que con ayuda de una librería se traducen a datos de latitud y longitud que están listos para ser puestos dentro un mapa.. Dentro de las características y condiciones de funcionamiento se destaca el hecho de que el módulo no enviará coordenadas de posición si el dispositivo no está sincronizado correctamente con el satélite, para esto el módulo cuenta con un indicador LED que dirá en que momento el dispositivo estará sincronizado. Este tiempo de sincronización puede variar dependiendo la calidad de la señal recibida por los satélites, las condiciones climáticas, ubicación de satélites en ese momento, ETC.. Este dato de posición una vez sincronizado con el satélite es enviado a través de comunicación Serial al módulo WiFi ESP8266 para su posterior preparación y subida a la nube IOT de Ubidots haciendo uso de la conexión a internet.. 22.

(23) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 7.1.1.3 Preparación, conexión y subida de los datos a la nube IOT de UBIDOTS Uno de los objetivos principales del “Sistema Ambulancia” es lograr enviar correctamente los datos de posición y pulso cardiaco de manera automática al “Sistema Hospital”, para esto se hace uso de los servicios IOT de UBIDOTS [9].. UBIDOTS proporciona una plataforma para IOT la cual está diseñada para la recepción y publicación de manera rápida, efectiva y fiable de los datos que a ella se envíen. Para esta aplicación Ubidots proporciona la infraestructura completa de recepción de datos, además de la facilidad para su publicación, por ejemplo, las gráficas dentro de la plataforma del sistema de gestión de la variación de pulso cardiaco vs tiempo o también, la ubicación y seguimiento de la ruta realizada por la ambulancia. Ubidots proporciona la publicación de datos a través de “Widgets” de tipo <iframe> [14] de HTML haciendo que la integración con el sistema de gestión sea sencilla y sea estética.. Conociendo entonces que los datos serán enviados a la plataforma de UBIDOTS hay que tener en cuenta cuáles son sus requerimientos y especificaciones, entre estos, está la limitación de que los datos deben tener una frecuencia igual o mayor a 2 segundos, de otra manera los datos que se envíen con más frecuencia serán descartados. Además de esto también se tiene que ver cómo serán subidos los datos desde el “Sistema Ambulancia”.. UBIDOTS proporciona un API (Figura 13) en donde especifica como deben ser enviados los datos desde cualquier dispositivo, entre estos está la posibilidad de enviar datos a través de protocolo HTTP logrando una conexión con el servidor de UBIDOTS por el puerto 80 y utilizando el método POST [15] para insertar los datos con un contenido JSON [16] que hace referencia a JAVA. El ejemplo de API que proporciona UBIDOTS es el siguiente:. 23.

(24) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [13]. Ejemplo de la API de UBIDOTS sobre como subir datos a la nube.. El módulo ESP8266 (Figura14) es un dispositivo de bajo costo, que proporciona una conexión inalámbrica a través de WIFI a un Access Point el cual le proporciona acceso a internet. Es muy conocido en el mercado por ser programable en varias plataformas (Arduino, LUA, Atmel Studio), y ser capaz de subir datos a cualquier sitio de internet haciendo uso de una conexión TCP/IP con el servidor, así como también es capaz de generar su propio servidor y albergar en él instrucciones HTML de maquetado de páginas WEB para la publicación de los datos. En esta aplicación el módulo ESP8266 proporcionará el acceso a internet y la preparación de la trama de datos enviados previamente desde el microcontrolador ATMega328P (pulso cardiaco) y desde el módulo GPS Neo-6M (Posición Actual) para su posterior subida a la nube de UBIDOTS haciendo una petición HTTP a su servidor.. Figura [14]. Módulo WiFi ESP8266.. 24.

(25) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Antes de formar la trama de datos a enviar, hay que preparar la recepción en la plataforma de UBIDOTS, para esto se crean dos variables, una que contendrá los datos de Pulso Cardiaco en BPM y la otra que contendrá los datos de posición en latitud y longitud.. Una vez realizado el proceso de creación de variables a recibir, se toman los identificadores de aplicación de API para indicarle a que aplicación subir los datos, información proporcionada desde la configuración de variables.. Luego de que los datos de pulso cardiaco y posición actual son recibidos a través de comunicación serial por el módulo ESP8266, estos se preparan en una trama de datos, acorde al API de UBIDOTS para que sean puestos en la nube, utilizando también los descriptores de identificación y haciendo uso de una conexión TCP/IP a su servidor, el resultado obtenido se observa en la Figura 15.. Figura [15]. Preparación y envío de trama de datos al servidor de UBIDOTS.. En la Figura 16 se representa el funcionamiento en esta aplicación del módulo WiFi ESP8266.. 25.

(26) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [16]. Diagrama de flujo del funcionamiento del módulo WiFi ESP8266. 7.1.1.4 Acceso del Paramédico al sistema de Gestión Una característica importante del “Sistema Ambulancia” es que además de tomar el pulso cardiaco, datos posición y enviarlos de manera automática, debe proporcionar el acceso al sistema de gestión, en donde, con ayuda de una pantalla y un teclado el paramédico puede enviar los datos personales y un informe pequeño del estado del paciente, se hace necesario entonces que el “Sistema Ambulancia” pueda acceder al servidor WEB donde se alberga el formulario de datos del paciente.. 26.

(27) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Se hace uso entonces de una RaspberryPi, que es un kit que permite ejecutar sistemas operativos embebidos en tiempo real, para este caso Raspbian[17] que está basado en Debian (Linux), y que con ayuda de su conexión a internet a través de WiFi es capaz de acceder en modo kiosko[18] a la página WEB del servidor que alberga la plataforma de inserción y visualización de datos desde la ambulancia (Figura 17), cuyo desarrollo se explica más adelante en este documento y su funcionamiento se describe a continuación:. Figura[17]. Página visualizada desde la RaspberryPi, acceso al sistema de Gestión.. 27.

(28) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. En esta pantalla que se logra visualizar a través de la LCD TFT de 7 pulgadas a bordo del dispositivo, el paramédico es capaz de ver los datos enviados a la plataforma de ubidots, dato de frecuencia cardiaca actual, gráfica de frecuencia cardiaca vs tiempo y la ubicación actual de la ambulancia. Del lado izquierdo, está el formulario en donde el paramédico, con ayuda de un teclado mouse escribirá lo siguiente: -. Nombre del paciente. -. Sexo. -. Fecha de nacimiento. -. Identificación. -. Observaciones. Una vez llenados los datos y al darle clic en el botón de enviar, los datos personales son enviados al servidor del “Sistema Hospital” donde se preparan para la visualización por parte del personal encargado en el hospital. También, junto con esto, el sistema ambulancia es capaz de generar una alerta vía correo electrónico (Figura 18), en donde le avisa a una persona o a un grupo de personas que la ambulancia se encuentra en estado de emergencia adjuntando los datos personales y las observaciones del paramédico.. 28.

(29) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [18]. Alerta mediante correo electrónico de la ambulancia en Emergencia.. Cabe resaltar que todos estos datos viajan de manera segura a través de internet gracias a que el servidor del “Sistema Hospital” cuenta con certificado de seguridad SSL que garantiza una encriptación de los datos punto a punto haciendo uso del protocolo RSA y sus llaves públicas y privadas cuya implementación se describe más adelante en este documento. De esta manera se garantiza que los datos no puedan ser interceptados con fines fraudulentos.. 29.

(30) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. 7.1.1.5 Conexión a internet a través de la red móvil celular.. Como se sabe, tanto el módulo WiFi ESP8266 como la Raspberry Pi necesitan una conexión a internet para poder subir los datos que cada uno por su lado recolectan. Como se está hablando de que el “Sistema Ambulancia” va a estar a bordo de una ambulancia y esta a su vez está en movimiento por toda la ciudad, se debe pensar entonces en un sistema de internet móvil. Es entonces en donde se hace necesario el uso de la Red Móvil Celular, que es una infraestructura creada por los operadores de dicho servicio para proporcionar conexión a dispositivos móviles y ofrecer sus servicios de Telefonía y internet. Es por esto que para esta aplicación se decide utilizar un dispositivo presente en el mercado, que permite conectarse a la red móvil celular con una SimCard y crear una infraestructura de red WiFi (Access Point) el cual permite la conexión hasta de 10 dispositivos simultáneos y les proporciona acceso a internet con los paquetes de datos previamente adquiridos con el operador de servicio. Este dispositivo es común mente conocido como “MiFi” de modelo exacto Mobile WiFi E589 que es fabricado por la compañía Huawei y es traído a Colombia por la compañía UNE en el año 2013.. Estas son algunas de las características generales de este dispositivo de red:. Tipo. 4G/Wi-Fi punto de acceso (router). Estándar inalámbrico. 802.11n. Soporte de MIMO. Si. Compatibilidad integrada. Si. con 3G Integrado soporte de LTE. Si. 30.

(31) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Más información. soporte de tarjetas microSD de hasta 32 Gb; la batería de 3000 mah; pantalla OLED; soporte de LTE FDD, UMTS (3G), EDGE/GPRS/GSM.. Dimensiones (An X Al X. 113x13x62 mm. Pr) Trabajar sin Conexión. Si. Servidor DHCP. Si. Protección de la. WEP,WPA,WPA2. información La interfaz Web. Si. Funciones Avanzadas. Servidor de archivos. Tabla [1]. Características del MiFi Una vez conocido el dispositivo a utilizar dentro del “Sistema Ambulancia” se procede entonces a su configuración y puesta en marcha, par esto lo primero que se hace es configurar los APN (Access Point Name) de acuerdo a los proporcionados con el proveedor de servicios, para este caso ETB. Terminado esto y asegurándose de que la conexión a internet del dispositivo ya existe se procede entonces a crear la Red WiFi (Access Point) bajo el protocolo IEEE802.11n, que tiene como nombre “SistemaGestionAmbulancia” y utiliza una contraseña encriptada por el protocolo WPA2.. La conexión a internet será a través de 4G LTE en los lugares en donde el proveedor de servicios (ETB) tenga cobertura, de resto se utilizarán las redes 3G (UMTS), 2.5G (EDGE) y 2G (GPRS), de esta manera se asegura que la ambulancia, al menos en ciudades tendrá conexión a internet de manera ininterrumpida.. 31.

(32) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Es así como se proporciona la conexión a internet necesaria para que el módulo ESP8266 suba los datos de pulso y posición a la nube de UBIDOTS y para que el paramédico haciendo uso de la RaspberryPi suba los datos personales y el pequeño informe a través de internet.. 7.1.1.6 Sistema de Alimentación El sistema de alimentación del “Sistema Ambulancia” parte del hecho de que en la norma técnica colombiana NTC3729 “Tipología Vehicular. Ambulancias de transporte terrestre” [13] que describe las normas con las cuales se rigen todas las ambulancias colombianas en el apartado 4.7.1.7 Sistema Eléctrico y sus instalaciones especifica: “El sistema eléctrico del vehículo debe tener por lo menos dos tomacorrientes del tipo “encendedor de cigarrillos”, identificados extendidos al compartimento del paciente para conectar equipo (12 V). El sistema eléctrico para el compartimento del paciente debe provenir de un sistema generador (alternador). Éste debe poseer un inversor de onda sinusoidal electrónica de 12 V de corriente continua a 120V ± 15 % a 60 Hz de corriente alterna, con potencia mínima de 0,5 kw con una eficiencia mínima del 90 %, que opera únicamente en el compartimento del paciente, con un mínimo de dos tomacorrientes dobles regulados con polo a tierra, identificados y de fácil acceso, uno de ellos en la cabecera de la camilla. El inversor debe estar instalado en el compartimento del paciente, en un sitio debidamente protegido y que no tenga contacto con el paciente, de fácil alcance para su encendido, apagado y mantenimiento. En este segundo circuito, debe poseer un dispositivo que permita la desconexión al ser alimentado por la red urbana, a una tensión nominal de 120 V ± 5 V a una frecuencia de 60 Hz. Por lo tanto debe instalarse un tomacorriente en el exterior de la carrocería, con la marcación que indique que es entrada de 120 V ± 5 V, este tomacorriente debe estar protegido por un recubrimiento sostenido mediante un sistema de bisagra o su equivalente. Toda ambulancia debe tener un cable conductor con. 32.

(33) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. calibre mínimo 16 AWG, con polo a tierra (trifilar) y encauchetado (chaqueta exterior para protección), de mínimo 20 m de longitud con sus extremos adaptados para lograr esta alimentación, preferiblemente de color vivo de tal manera que se visualice fácilmente. El cable en cada extremo debe tener conector macho”.[19] Entonces el “Sistema Ambulancia” tiene como dispositivo principal de alimentación una Fuente conmutada que convierte de 120VAC proporcionados por la ambulancia a 12VDC a una corriente máxima de 5A, por tanto, es capaz de proporcionar hasta 60W de potencia para todo el Sistema.. Se sabe que tanto el Módulo WiFi ESP8266 como el módulo GPS Neo-6M y el sensor de pulso cardiaco se alimentan todos de 5V, entonces se procede a regular de los 12VDC entregados por la fuente conmutada a los 5VDC necesarios para alimentar los módulos del sistema.. Para este fin se emplearon unos reguladores DC-DC Step Down que es una fuente basada en el regulador LM2596, salida entre 1,5V y 35VDC y capacidad de corriente hasta de 3A, óptimo para obtener los voltajes y corrientes necesarias para el funcionamiento efectivo de los diferentes componentes electrónicos presentes en el “Sistema Ambulancia”.. De esta manera y explicado en el prototipado del sistema se garantiza que toda la parte electrónica del proyecto tenga su alimentación logrando así un funcionamiento óptimo del sistema.. Por otro lado, el Kit RaspberryPi se alimenta a 5VDC y tiene un consumo de corriente específico descrito a continuación (Figura 19) y este debe estar separado del resto del circuito para evitar problemas eléctricos.. 33.

(34) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [19]. Consumo eléctrico del kit RaspberryPi.. Teniendo en cuenta este consumo y añadiendo que la pantalla TFT LCD de 7 pulgadas obtiene su alimentación directamente de los puertos USB del RaspberryPi se decide utilizar una fuente de alimentación tipo “Cargador”, el cual toma los 120VAC de la ambulancia y entrega 5VDC a una corriente máxima de 2A, lo cual para esta aplicación es más que suficiente.. Por último, el teclado empleado es de tipo inalámbrico y este se alimenta con un par de baterías AAA que es necesario reemplazar una vez estas se agoten. 7.1.1.7 Prototipado del “Sistema Ambulancia” Para empezar el PCB base de todo el “Sistema Ambulancia” se diseñó completamente en Proteus teniendo en cuenta las especificaciones eléctricas y dejando los espacios de ubicación tanto del Kit RaspberrPi como de su pantalla. Cabe resaltar que se dejaron “Headers” multipropósito tanto en el microcontrolador ATMega 328p como en el Módulo ESP8266, esto con el fin de poder añadir algún periférico más de ser necesario. También se optó por dejar un “Header” de alimentación para poder conectar algún tipo de ventilación o dispositivo LED que requiera alimentación. También se dejó un “Header” en medio de la comunicación serial hacia el módulo ESP8266 con el fin de poder espiar la comunicación serial para la resolución de problemas en caso de tenerlos durante la implementación.. 34.

(35) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Por último, algunos LED son añadidos como pilotos, indicando que algunas partes del dispositivo están funcionando de manera correcta, por ejemplo, la recepción de coordenadas por parte del módulo GPS Neo-6M y la subida de los datos a UBIDOTS. En la figura 20 se observa el diseño general del PCB.. Figura [20]. Diseño de PCB utilizado en el “Sistema Ambulancia”. La PCB tiene un tamaño total de 25.6cm de largo por 20.5 Cm de alto.. Una vez diseñada y construida la PCB se dispone a soldar todos los componentes y hacer pruebas de encendido y funcionamiento con todos los dispositivos conectados.. Estando seguros de que todos los componentes funcionan de manera correcta en la PCB diseñada entonces se da paso a la construcción de la carcasa que contendrá. 35. todos los dispositivos electrónicos. Para esto se utilizó acrílico de color blanco y.

(36) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. negro de 3cm de espesor cortado a laser con los tamaños y orificios correctos en donde puedan ser visibles todos los periféricos.. Esta estructura se diseñó como tipo Caja la cual permite un fácil acceso a los componentes electrónicos para realizar reemplazo o arreglos en el momento de ser necesario.. Haciendo pruebas y ajustes finales de ubicación de periféricos se llega al prototipo final (Figura 21, Figura 22, Figura 23, Figura 24):. Figura [21]. “Sistema Ambulancia” vista frontal.. 36.

(37) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [22]. “Sistema Ambulancia” vista lateral izquierda.. 37.

(38) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura [23]. “Sistema Ambulancia”, vista lateral derecha.. 38.

(39) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Figura[24]. “Sistema Ambulancia”, Vista trasera.. 7.1.2 “Sistema Hospital” En la Figura 6 se muestra el diagrama de bloques del “Sistema Hospital” con información específica de su diseño y construcción, se da paso entonces a su descripción de forma detallada:. 7.1.2.1 Dispositivo Servidor. El servidor es un dispositivo de Hardware dispuesto dentro de la infraestructura de red del hospital y con conexión a internet, que permite albergar diferentes servicios informáticos como lo son los servidores web, y que gracias a su capacidad de cómputo puede procesar diferentes peticiones de dispositivos clientes y ofrecerles una estabilidad en la conexión.. 39.

(40) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Es por esto que para poder comenzar con el desarrollo de una plataforma informática llamada “Sistema de Gestión”, el cual, reciba todos los datos enviados desde los “Sistema Ambulancia”, los procese y sea capaz de publicarlos en una interfaz dentro del hospital primero hay que pensar en el Hardware que albergará y ejecutará dicha plataforma informática.. Para esta aplicación se decide utilizar un Computador Personal (PC) de tipo portátil de marca DELL modelo específico Inspiron N4030, el cual provee los recursos necesarios requeridos para ejecutar los servicios de los diferentes servidores necesarios, de aquí parte el desarrollo de la plataforma informática.. Estas son algunas de sus características técnicas:. Procesador. Intel. Core. i3-370m. 2.4GHz Memoria RAM. 3GB DDR3. Gráficos. Intel. HD. Graphics. 3000 Disco Duro. 500GB (5400rpm). Conectividad. Ethernet,. WLAN. 802.11/b.g.n, Bluetooth 2.0 Pantalla. LED HD 14.0”. Peso. 2.3Kg. Garantía. De fábrica por un año. Tabla [2]. Características técnicas dispositivo servidor.. 40.

(41) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Para trabajar las diferentes plataformas informáticas necesarias para albergar la plataforma se pensó en utilizar software libre, es por esto que el sistema operativo que ejecuta el dispositivo servidor es Ubuntu 16.04 (basado en Linux), y desde allí se procederá a la instalación del resto del software necesario también libre.. 7.1.2.2 Servidor WEB Apache 2, PHP 7 y MySQL. Todo dispositivo servidor necesita un software que se encargue de administrar las peticiones recibidas a través del puerto 80 y dar una respectiva respuesta, a esto se le conoce como un servidor web y dentro del mercado existen diferentes software capaces de administrarlo entre ellos están ISS7, Apache, Nginx y Lighttpd, Algunos de ellos son exclusivos de Microsoft protegidos bajo licencia y otros son exclusivos de plataformas Linux, los cuales poseen licencias de código abierto, por lo que se pueden utilizar para cualquier propósito. Para esta aplicación se decide utilizar Apache2 como plataforma de servidor web, se procede a su instalación y prueba en el dispositivo servidor de manera local.. El servidor apache traducirá únicamente etiquetas de tipo HTML de páginas estáticas que en el se alberguen, pero como se sabe, todas las páginas web de hoy en día mantienen contenido dinámico, que cambia con la interacción del usuario y la página, esto se logra escribiendo las páginas bajo el lenguaje PHP, de igual manera, todos los gestores de contenido (CMS) utilizan PHP para la construcción de las páginas web. Es por esto que también se realiza la instalación del software PHP en su última versión para servidores WEB que es la 7.0, luego de la instalación se realizan las pruebas correspondientes.. Entre las funciones de PHP existe una que permite hacer conexiones a una base de datos ya sea de manera local o remota en la cual se pueden guardar datos, esto resulta bastante útil para por ejemplo, guardar los datos personales del paciente que son enviados desde la ambulancia, y también, todos los CMS utilizan las bases de datos para guardar parámetros de configuración y funcionamiento, es por esto que. 41.

(42) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. se decide instalar un servidor de bases de datos MySQL Server, el cual ejecuta únicamente instrucciones SQL que son manejadas desde PHP.. 7.1.2.3 Gestor de contenido (CMS) Wordpress. Wordpress es un sistema de gestión de contenidos que permite crear y administrar páginas web, blogs o ecommerce, ofrece una fácil y rápida puesta en marcha de una página web con conocimientos básicos en desarrollo, entre sus características se destaca la posibilidad de añadir funcionalidades extras dependiendo de la aplicación a través de plugins que están contenidos en la base de datos universal de wordpress de muy fácil acceso. De esta manera se puede obtener un sistema limpio, seguro y estético para la plataforma informática del sistema de gestión.. Para su instalación primero se debe crear la base de datos que se utilizará para guardar todas las configuraciones de funcionalidad, entre ellas, usuarios, contraseñas de acceso, correos electrónicos, datos personales de los pacientes enviados a través del “Sistema Ambulancia”, ETC…. Una vez creada la base de datos y asignando los permisos necesarios se procede a la instalación de wordpress en su última versión. En este punto solo se tiene acceso a una página de prueba creada por wordpress que solo puede ser modificada por el usuario Administrador.. Con esto se tienen todas las funcionalidades a nivel de software listas para el desarrollo de la plataforma informática del sistema de gestión. Hay que tener en cuenta algunas configuraciones de red antes de tener la funcionalidad completa.. 7.1.2.4 Consideraciones de red, conexión y visibilidad desde internet. Hasta el momento todo lo que se ha hecho en el dispositivo servidor ha sido de manera local, y solo se puede hacer conexión al servidor e ingresar a la plataforma. 42.

(43) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. de wordpress accediendo desde la red local. En esta aplicación es necesario que la plataforma de gestión pueda ser accedida desde cualquier parte de internet y que esta reciba conexiones remotas desde el “Sistema Ambulancia” que también viajan a través de internet, entonces hay que tener algunas consideraciones de red dependiendo de la infraestructura que se posee en el hospital o el lugar en donde se ubique el servidor y algunos servicios más para lograr hacer visible el servidor desde internet. Estas consideraciones se explicarán una a una a continuación:. -. IPv4 Pública Fija Para que cualquier dispositivo y más específicamente un dispositivo servidor pueda ser visible desde cualquier parte de internet es obligatorio que al menos, el router de borde de la red que contiene el servidor tenga mínimo una IPv4 pública fija, ya que, el servicio de DNS (Domain Name System) [20] traduce los nombres de dominio a una única dirección IPv4 en el mundo que apunta efectivamente al servidor, todo esto totalmente configurable desde el servidor DNS.. Dependiendo el país, pero sobre todo en Latinoamérica las compañías prestadoras del servicio de internet no le asignan una IPv4 pública fija a cada cliente que contrata el servicio, puesto que, al haber tanta demanda de servicio de internet se ha llegado al punto en donde las direcciones IPv4 públicas se están acabando, es por esto que han decidido utilizar un servidor DHCP [21] desde el ISP para asignar un pull de direcciones IPv4 automáticamente y de manera dinámica cada vez que un usuario se conecta al servicio de internet. Es por esto que cada vez que un usuario convencional reinicia el router de su casa, la dirección IPv4 pública cambia.. Las direcciones IPv4 Públicas fijas las ofrecen los operadores de servicios de internet como un extra al plan contratado y en algunos casos exigen otros requerimientos. Por ejemplo, en Colombia los operadores Claro y Movistar reservan el servicio de IPv4 pública fija únicamente para los servicios. 43.

(44) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. empresariales de internet, esto desde luego supone un elevado costo del servicio de internet, además de demostrar que se tiene una empresa constituida. Por otro lado, el operador ETB, en la ciudad de Bogotá, ofrece el servicio de IPv4 Pública Fija por un costo extra de $12.000COP mensuales por una duración de mínimo un año y puede ser adquirido por cualquier persona que tenga contratados sus servicios. Para esta aplicación, se decide adquirir el servicio de IPv4 pública fija en el operador ETB y luego de realizar las configuraciones necesarias dentro del router de borde se hace que este se identifique en internet con la dirección IPv4 asignada por el operador que efectivamente apunta a la red donde se encuentra el servidor.. La dirección IP pública fija asignada por el operador de servicio y luego de ser configurada correctamente dentro del router de borde de la red es la 190.26.246.106.. Con esto se asegura que existe una dirección IPv4 única en el mundo que apunta a la red en donde está contenido nuestro servidor, paso obligatorio para continuar una instalación de un servidor WEB.. -. Nombre de Dominio y servidor DNS. El siguiente paso para la puesta en marcha del servidor web es escoger el nombre de dominio. Un nombre de dominio no es más que un nombre fácil de recordar asociado a una dirección IP física en internet, esto se logra gracias al servicio de traducción de nombres de dominio DNS que convierte el nombre fácil de recordar a una dirección IP. Es más fácil recordar direcciones como http://www.ejemplo.com que recordar la dirección IP donde se encuentra ese servidor http://190.26.246.xxx// , las dos son formas válidas de ingresar al mismo servidor pero es más fácil recordar el nombre de dominio que la dirección IP.. 44.

(45) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. En el mundo existen muchas compañías que ofrecen servicios web, servicios como hosting, servidor de correo y entre esos el que vamos a adquirir es el de Nombres de dominio y basta con escoger un nombre de dominio único y su respectiva terminación (.co, .com, .net, .org, .io,.com.co, ETC…) y dependiendo de esta terminación el precio cambiará. Para esta aplicación se escogió el nombre de dominio iotsolutionsweb.co y este tiene un costo de alrededor $10USD/año, cabe resaltar que este servicio se renueva anualmente. Normalmente junto con el dominio el prestador de servicios web añade al dominio un servidor DNS, el cual ayudará a hacer la traducción del nombre del dominio a la dirección IP, pero hay que configurarlo.. Antes de configurarlo se debe decir que también existen unas extensiones de los dominios llamados “subdominios” el cual forma parte de un dominio más grande, por ejemplo mail.iotsolutionsweb.co y sga.iotsolutionsweb.co son subdominios de iotsolutionsweb.co y se utiliza normalmente para separar aplicaciones de una misma web y que sus nombres sean fácilmente recordados, por ejemplo, separar el servidor de correos de la web principal o e-commerce. En esta aplicación se utilizarán los subdominios como una manera de diferenciar la plataforma informática del sistema de gestión del resto de aplicaciones que pueda llegar a tener el servidor, se pueden crear tantos subdominios como el servidor web y el prestador del servicio de nombre de dominio soporten. Una vez decididos cuáles serán los dominios y subdominios se procede a crearlos y configurar el DNS desde la administración del nombre de dominio.. Como se observa en la Figura [52]. A todos los dominios y subdominios le corresponde la misma dirección IP ya que la gestión de diferenciar le corresponde al dispositivo servidor que luego será configurado. Al proceso de ingresar dominios y subdominios y a ellos asignarles una dirección IP se le llama “apuntamiento” y una vez realizados los cambios estos toman entre 2 y 36 horas en propagarse por todo internet.. 45.

(46) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. Hecho esto se tendrá el nombre de dominio correctamente apuntado a la red, ahora solo falta re dirigir el tráfico que llega al router producto de las peticiones del DNS a la dirección IP privada del servidor.. -. Redireccionamiento de puertos a través del NAT y IP privada fija. El último paso para la puesta en marcha del servidor es re dirigir el tráfico entrate hacia el servidor web. Para esto lo primero que se hizo fue, mediante las configuraciones del puerto ethernet desde Linux en el servidor, se configuró una IP privada estática y que no hiciera peticiones al servidor DHCP de la red local, la dirección IP asignada fue la 192.168.1.11, de esta manera esta IP privada será única para el servidor y no cambiará en ningún momento.. El NAT (Network Address Translation) [22], presente en las características del router, no es nada más que la traducción de paquetes provenientes de internet a través de la IP pública a las diferentes IP privadas de la red local, de esta manera se asegura la navegación a través de internet de muchos dispositivos en una red local con una sola dirección IP pública. En esta aplicación es necesario conocer y diferenciar cuales son los paquetes provenientes que tienen que ser redirigidos al servidor, por ejemplo, cuando una persona intenta ingresar al sistema de gestión. a. través. de. la. dirección. web. en. un. navegador. http://sga.iotsolutionsweb.co/ este produce una conexión TCP/IP que gracias a la traducción del DNS se conoce que es a la dirección IP pública 190.26.246.106 y al puerto 80 que corresponde al servicio de HTTP, es por esto que hay que especificarle al NAT que todas las conexiones entrantes a través del puerto 80 que corresponden a conexiones HTTP, sean redirigidas a la dirección IP privada que le corresponde al servidor, en este caso la 192.168.1.11 .. Para realizar este proceso depende del router de borde que maneje el servidor NAT, pero en muchos casos la configuración es la misma, en este caso se ingresa a las configuraciones generales del router y en ellas se busca. 46.

(47) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. específicamente el NAT, allí habrá generalmente dos maneras para especificar la redirección de las peticiones a través de puertos.. La primera es especificando uno a uno cuales son los paquetes que se quieren re dirigir al servidor, por ejemplo, aquellas peticiones que especifiquen conexión al puerto 80 HTTP, 22 SSH, 443 HTTPS y 21 FTP deben añadirse manualmente una a una en este apartado (Figura 25):. Figura [25]. Redirección de puertos.. En la figura 25 se observa cómo se realiza el proceso de redirección de los paquetes entrantes a través de los puertos, cabe resaltar que hay que especificar también cual será la dirección IP y el puerto de destino. Esta es la manera más segura de realizar el proceso, pero hay que conocer todos los servicios que se quieren abrir y conocer también sus respectivos puertos de conexión.. La segunda forma, pero la menos segura y depende de las configuraciones del router, es activar el DMZ (Desmilitarized Zone) [23], que excluye la dirección IP que se le asigne del NAT, esto significa que todas las peticiones de cualquier servicio web serán dirigidas directamente al servidor web, esto supone un riesgo de seguridad en el servidor y hay que activar un firewall para detener intrusiones no deseadas.. 47.

(48) Universidad Distrital. Facultad Tecnológica. Ingeniería en Telecomunicaciones. En este apartado solamente se especifica la dirección IP privada a la cual se quiere añadir al DMZ y se aplican los cambios.. Realizando todos los pasos anteriormente descritos se asegura de que el servidor sea visible desde internet.. 7.1.2.5 Seguridad en la conexión y transmisión de datos. Un aspecto importante durante el desarrollo de la plataforma informática para esta aplicación, es la seguridad de la información que viaja desde la ambulancia hacia el servidor. Dentro de las aplicaciones web existen varias formas de ayudar a la seguridad de la información, pero entre ellas, se destaca la encriptación de los datos. El protocolo de encriptación que es un estándar mundial hoy en día es el HTTPS (Hyper Text Transfer Protocol Secure) [24], que no es más que HTTP sobre SSL/TLS.. SSL/TLS (Secure Sockets Layer / Transmission Layer Security) son dos protocolos utilizados para la trasmisión de paquetes cifrados a través de internet. Más a detalle el protocolo de encriptación de los datos que se utiliza el protocolo SSL es el SHA256 que utiliza un juego de clave pública y clave privada para el cifrado y el descifrado de los datos enviados, de esta forma se asegura que la comunicación entre el dispositivo usuario y el dispositivo servidor sea cifrada y de esta manera no pueda ser interceptada información sensible.. El protocolo más ampliamente utilizado en los servidores web para el cifrado de la información es el SSL, y este es reconocido y destacado por los navegadores web, colocando un candado verde y la palabra “seguro” al lado de la barra de navegación. Existen varias formas de obtener un certificado SSL para un servidor web, pero hay que tener en cuenta que únicamente los certificados SSL que son firmados por una autoridad de certificación reconocida y avalada serán los que cuenten con el. 48.