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Title: Architectural design of IoT-based healthcare applications
Other Titles: Design arquitetural de aplicações para cuidados de saúde baseadas na infraestrutura da IoT
Authors: Barroca Filho, Itamir de Morais
Keywords: Internet of Things (IoT);Healthcare;e-Health;Reference architecture;Software architecture
Issue Date: 8-Feb-2019
Citation: BARROCA FILHO, Itamir de Morais. Architectural design of IoT-based healthcare applications. 2019. 204f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: The myriad of connected things promoted by the Internet of Things (IoT) and the data captured by them is making possible the development of applications in various markets, such as transportation, buildings, energy, home, industrial and healthcare. Concerning the healthcare market, it is expected the development of these applications as part of the future, since it can improve e-Health to allow hospitals to operate more efficiently and patients to receive better treatment. The IoT can be the main enabler for distributed healthcare applications, thus having a significant potential to contribute to the overall decrease of healthcare costs while increasing the health outcomes. However, there are a lot of challenges in the development and deployment of this kind of application, such as interoperability, availability, performance, and security. The complex and heterogeneous nature of IoT-based healthcare applications makes its design, development and deployment difficult. It also causes an increase in the development cost, as well as an interoperability problem with the existing systems. To contribute to solve the aforementioned challenges, this thesis aims at improving the understanding and systematization of the IoT-based healthcare applications’ architectural design. It proposes a software reference architecture, named Reference Architecture for IoT-based Healthcare Applications (RAH), to systematically organize the main elements of these applications, its responsibilities and interactions, promoting a common understanding of these applications’ architecture. To establish RAH, a systematic mapping study of existing publications regarding IoT-based healthcare applications was performed, as well the study about quality attributes, tactics, architectural pattern and styles used in software engineering. As a result, RAH presents domain knowledge and software architectural solutions (i.e., architectural patterns and tactics) documented using architectural views. To assess RAH, a case study was performed by instantiating it to design the software architecture of a computational platform based on the Internet of Things (IoT) infrastructure to allow the intelligent remote monitoring of the patient’s health data (biometrics). With this platform, the clinical staff can be alerted of the health events that require immediate intervention and then prevent unwanted complications. Results evidenced that RAH is a viable reference architecture to guide the development of secure, interoperable, available, and efficient IoT-based healthcare applications, bringing contributions for the areas of e-Health and software architecture.
Abstract: A miríade de coisas conectadas promovidas pela Internet das Coisas (IoT) e os dados capturados por elas estão tornando possível o desenvolvimento de aplicações em vários mercados, tais como transporte, edifícios, energia, casa, industria e cuidados de saúde. Em relação ao mercado de saúde, espera-se o desenvolvimento dessas aplicações como parte do futuro, uma vez que pode melhorar a e-Health e permitir que os hospitais funcionem de forma mais eficiente, e pacientes recebam melhores tratamentos. A IoT pode ser o principal facilitador para distribuição de aplicações de saúde, tendo assim um potencial significativo para contribuir para a diminuição global dos custos dos cuidados de saúde, e melhorar os seus resultados. No entanto, há muitos desafios no desenvolvimento e implantação desse tipo de aplicação, tais como interoperabilidade, disponibilidade, performance e segurança. A natureza complexa e heterogênea das aplicações de saúde baseadas na infraestrutura da IoT dificulta o seu projeto, desenvolvimento e implantação. Também provoca um aumento no custo de desenvolvimento, bem como um problema de interoperabilidade com os sistemas existentes. Para contribuir com a solução dos desafios supracitados, esta tese tem como objetivo melhorar a compreensão e sistematização da arquitetura de software das aplicações de saúde baseadas em IoT. Ela propõe uma arquitetura de referência de software, chamada Arquitetura de Referência para Aplicações de Cuidados de Saúde Baseadas em IoT (RAH), para organizar sistematicamente os principais elementos dessas aplicações, suas responsabilidades e interações, promovendo uma compreensão comum da arquitetura dessas aplicações. Para estabelecer RAH, um mapeamento sistemático de publicações sobre aplicações de saúde baseadas em IoT foi realizado, bem como um estudo sobre atributos de qualidade, táticas, padrões arquiteturais e estilos usados na engenharia de software. Como resultado, RAH apresenta conhecimento de domínio e soluções de arquitetura de software (ou seja, padrões arquiteturais e táticas) documentado usando visões arquiteturais. Para avaliar a RAH, foi realizado um estudo de caso instanciando-a para projetar a arquitetura de software de uma plataforma computacional baseada na infraestrutura da Internet das Coisas (IoT) para permitir monitoramento remoto inteligente dos dados de saúde do paciente (biometrias). Com esta plataforma, a equipe clínica pode ser alertada dos eventos de saúde que requerem intervenção imediata e então evitar complicações indesejáveis. Os resultados evidenciaram que RAH é uma arquitetura de referência viável para o desenvolvimento de aplicações de saúde baseadas em IoT seguras, interoperáveis, disponíveis e eficientes, trazendo contribuições para as áreas de e-Health e arquitetura de software.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26767
Appears in Collections:PPGSC - Doutorado em Sistemas e Computação

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