Development of multimedia telemedicine system based on IPv6 multicast

Abstract

[한글]지금까지 시간과 공간의 제약을 극복하고 원거리의 환자를 진단, 처치할 수 있는 다양한 종류의 원격진료 시스템이 개발되었다. 환자의 상태를 나타내기 위하여 고화질 비디오, 생체신호, 방사선 영상, 의무기록 등의 멀티미디어 데이터를 송수신하는 시스템이 여러 종류의 네트워크에서 테스트 되었다. 그러나 지금까지의 원격진료 시스템은 모두 현재의 인터넷 프로토콜인 IPv4 기반의 일대일 통신 프로그램이었다. 네트워크 기술이 지속적으로 발전함에 따라 원격진료 시스템도 이제는 단순히 환자와 전문의 양자간의 데이터 교환을 넘어서 다자간의 데이터 공유가 가능해졌다. 멀티캐스트라고 하는 이 다자간 통신은 여러 명의 동시다발적인 통신이 가능하기 때문에 여럿이 모여 의견을 교환하고 의사결정을 하는 데에 효과적이다. 본 연구에서는 차세대 인터넷 프로토콜 IPv6 기반의 다자간 통신을 이용한 멀티미디어 원격진료 시스템을 구현하고, 실제 데이터의 공유가 정상적으로 이루어지는지 환경을 꾸며 실험하였다.

IPv6 멀티캐스트를 이용한 멀티미디어 원격진료 시스템은 환자의 상태를 나타내기 위하여 고화질비디오, 생체신호의 멀티미디어 데이터를 공유하며 공유자들간의 효과적인 커뮤니케이션이 이루어지도록 하였다. 고화질 비디오 신호는 사용하는 네트워크 대역폭에 따라 MPEG-2와 MPEG-4로 압축하여 전송할 수 있도록 하였으며, UDP 소켓을 기반으로 다중 수신자에게 동시에 멀티캐스팅 되도록 설계하였다. 생체신호는 신뢰성 확보를 위해 TCP를 기반으로 데이터를 송수신하도록 했다.

시스템의 활용성을 테스트 하기 위해서 각각 임상 실험과 기술 실험을 수행하였으며 임상에서는 동시에 여러 명의 전문의의 진료를 필요로 하는 외상 환자와 뇌혈관성 질환 환자의 진료에 효과적인 것을 확인할 수 있었다. 또 시스템이 동작할 때 소비되는 네트워크 대역폭을 측정하였는데, 대부분의 시스템 대역폭을 차지하는 고화질 비디오의 압축방법과 frame rate를 달리하면서 측정한 결과 다중 수신자의 수가 증가하여도 일정한 대역폭으로 통신이 이루어지는 것을 확인하였다. 따라서 IPv6 멀티캐스트를 이용하면 한정된 네트워크 bandwidth 내에서도 여러 사람에게 동시에 data 전송을 할 수 있음을 확인하였다.

IPv6 멀티캐스트 기반의 멀티미디어 원격진료 시스템을 개발함으로써 여러 전문의의 multi-consultation이 가능해짐에 따라 환자의 보다 정확하고 빠른 진료가 가능해졌다. 또 높은 대역폭을 요구하는 의료 데이터를 동시에 여러 수신자에게 효과적으로 전송할 수 있는 방법을 제시하였다.

[영문]The lack of IP address is a serious problem on the current IPv4 (Internet Protocol Version 4) based Internet. The current problem of insufficient address space can be solved by adopting IPv6 (Internet Protocol Version 6) which provides 3.4 ´ 1038 addresses by using a 128-bit address structure. Moreover IPv6 has many advanced features such as mobility, QoS (Quality of Service), built-in security, address auto-configuration, and plug-n-play.

Based on these new features of IPv6, different kinds of applications are being developed in various fields, and the development of the IPv6 has reached the level where it can be used in practical applications. Therefore the development of a telemedicine system supporting IPv6 is expected for the preparation of the next generation Internet. In this paper we introduce a telemedicine system based on IPv6 multicast. The system is composed of a high-quality video and a bio-signal transmission module. The patient data that are acquired from these two modules is transmitted to more than two receivers using IPv6 multicast. The operability of the system was tested in the native IPv6 network and the local IPv4 network of Yonsei Medical Center using tunneling. IPv6 multicast packets were successfully bypassed through theIPv6 network and the tunnel built in the IPv4 network. Using this multicast telemedicine system, a patient can receive a more prompt and exact treatment from the multi-consultation of more than two specialists. Also by using multicasting, high-bandwidth medical data can be efficiently exchanged in a limited amount of bandwidth.

Showing the possibility of telemedicine system for future network environment, this system can be the first step to the development of a new telemedicine system supporting other advanced features of IPv6.