專利名稱：對體域網(wǎng)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，特別地但是不排他的涉及包括布置在人體或動物身體上或周圍、或者植入人體或動物身體中的無線通信傳感器的體域網(wǎng)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了各種類型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在這些網(wǎng)絡(luò)之中，所謂的體域網(wǎng)或BAN 是用于在相對較短的距離上傳送信息的無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)的一個示例。與無線局域網(wǎng)(WLAN)不同，經(jīng)由WPAN實現(xiàn)的連接只占用很少或不占用基礎(chǔ)設(shè)施。 該特征使得可以針對大范圍的設(shè)備實施小的、高功效的、便宜的解決方案。令人特別感興趣的是醫(yī)療BAN(MBAN)的可能性，其中傳感器用于監(jiān)視一個或者更多個病人的狀態(tài)。主要采用傳感器來將感測到的數(shù)據(jù)饋入數(shù)據(jù)接收裝置的BAN是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的一個示例；然而，MBAN中還可以包括諸如激勵器的更多有源設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 4針對低數(shù)據(jù)率WPAN定義了物理層(PHY)和媒體訪問控制(MAC)子層規(guī)范。IEEE 802. 15. 4與較高數(shù)據(jù)率WPAN的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 3具有某些類似之處。這里通過引用其整體合并文檔IEEE Std 802. 15. 4-2006和IEEE Std 802. 15. 3-2003。IEEE 802. 15. 4中設(shè)想的類型的WPAN適用于諸如工業(yè)監(jiān)視的應(yīng)用，但是沒有提供 MBAN所要求的數(shù)據(jù)可靠性的類型。在醫(yī)療應(yīng)用中，要求降低與人力有關(guān)的成本，同時提高可靠性和處理自動化并減少人工錯誤。傳感器可以提供所要求的智能，并且已經(jīng)廣泛用于醫(yī)療設(shè)備中。這包括醫(yī)院康復(fù)護(hù)理、家庭護(hù)理、加護(hù)病房以及復(fù)雜外科手術(shù)過程。有多種不同類型的用于醫(yī)療應(yīng)用的傳感器，包括用于脈搏、溫度等的外部傳感器；與體液接觸的傳感器；用于導(dǎo)管(通過切口)中的傳感器；外用傳感器；具有無線傳感器的一次性皮膚貼以及可植入傳感器。醫(yī)院或者病房中的每個病人周圍的一個或者更多個傳感器的WPAN可以提供多種臨床益處，包括病人移動性、監(jiān)控靈活性、向當(dāng)前不能監(jiān)視的護(hù)理區(qū)域的監(jiān)視延伸、減少的臨床錯誤以及降低的整體監(jiān)視成本。身體佩戴傳感器可以包括單個病人身體上的各種傳感器類型。它們需要具有快速施加到病人身體或者從病人身體上移除的能力。單個地，這些傳感器可能具有每個病人l-21ApS那么低的比特率，而在合計基礎(chǔ)上它們可能需要lOlcbps的比特率。幾米那么小的范圍可能就足夠了。然而，醫(yī)療WSN應(yīng)用是臨床環(huán)境中的危急任務(wù)的應(yīng)用。受限數(shù)據(jù)丟失和受限延遲的健壯無線鏈路、病人和傳感器密度的容量、與其他無線電的共存、連續(xù)工作多天的電池壽命以及身體佩戴設(shè)備的小型因素是對醫(yī)療WSN或MBAN的其中一些要求。這些要求可以通過使用諸如時域與頻域中的分集和包括前向糾錯(FEC)和自動請求重傳(ARQ)的差錯控制技術(shù)、傳感器信息速率的低占空比TDMA以及更高效的小天線來滿足。因此，正在進(jìn)行定義另一個標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 6的努力，該標(biāo)準(zhǔn)意在定義特別是針對醫(yī)療應(yīng)用的體域網(wǎng)的屬性。IEEE 802. 15. 6的關(guān)鍵要求之一是在低電池消耗下的針對醫(yī)療應(yīng)用的高可靠性。這對病人的生命取決于醫(yī)療WSN應(yīng)用中的無線鏈路的可靠性的緊急情況甚至更重要。諸如IEEE 802. 15. 4的已有標(biāo)準(zhǔn)針對不考慮這種搶救生命場景的商業(yè)應(yīng)用而設(shè)計。具體地，需要保證與在這種緊急情況下所涉及的諸如傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信的可靠性，而不增大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所消耗的功率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種無線傳感器系統(tǒng)，包括多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；第一協(xié)調(diào)器，被布置為執(zhí)行與所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的第一子集的無信標(biāo)模式通信；以及第二協(xié)調(diào)器，被配置為執(zhí)行與所述設(shè)備的第二子集的信標(biāo)模式通信，所述系統(tǒng)具有用于根據(jù)針對設(shè)備緊急狀態(tài)是否存在來確定哪些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括在第一子集或者第二子集中的裝置。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種無線傳感器系統(tǒng)，包括多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；第一協(xié)調(diào)器，被布置為執(zhí)行與所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的第一子集的無信標(biāo)模式通信；以及第二協(xié)調(diào)器，被配置為執(zhí)行與所述設(shè)備的第二子集的信標(biāo)模式通信，所述系統(tǒng)具有用于根據(jù)針對設(shè)備緊急狀態(tài)是否存在來在第一子集和第二子集之間移交一個或者更多個設(shè)備的裝置。因此，本發(fā)明的這些方面涉及無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器和信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器的雙重使用、 以及能夠在信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器和無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器之間移交的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使得能夠經(jīng)由信標(biāo)使能模式發(fā)送諸如傳感器數(shù)據(jù)的“緊急”通信更可靠。注意，協(xié)調(diào)器不一定是物理上分開的， 而是可以設(shè)置在公用單元中。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，以下將是明顯的兩個協(xié)調(diào)器的使用意味著存在至少兩個網(wǎng)絡(luò)，但是為了權(quán)利要求，術(shù)語“系統(tǒng)”意在包括任何數(shù)目的這種網(wǎng)絡(luò)。術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”用于指代相應(yīng)的協(xié)調(diào)器提供的信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)和無信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)中的每一個。這里，優(yōu)選地，針對實體的緊急狀態(tài)包括系統(tǒng)中由傳感器感測的實體的參數(shù)的臨界水平。在上述方面的任意一個中，針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緊急狀態(tài)是否存在取決于它是否參與監(jiān)視處于危急狀況中的某種實體(諸如活體)。當(dāng)系統(tǒng)用于監(jiān)視多個實體(諸如病房中的多個病人)時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的各個子集作為單元被分配用來監(jiān)視各個實體，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的各個子集包括在第一或第二網(wǎng)絡(luò)中，或者在第一和第二網(wǎng)絡(luò)之間移交。因此，一旦即使針對監(jiān)視特定實體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一緊急狀態(tài)存在，監(jiān)視該實體的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就優(yōu)選地被一起移交。如上所述，緊急狀態(tài)的存在或不存在優(yōu)選地基于各個子集中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器感測的一個或者更多個參數(shù)的臨界水平來確定。即，例如，檢測參數(shù)的感測值是否越過臨界水平。在以上系統(tǒng)中，優(yōu)選地，第一和第二協(xié)調(diào)器被布置為從所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括在第一網(wǎng)絡(luò)中的初始狀態(tài)開始；響應(yīng)于緊急狀態(tài)的開始(進(jìn)入存在)將一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從第一網(wǎng)絡(luò)移交至第二網(wǎng)絡(luò)；以及響應(yīng)于緊急狀態(tài)的結(jié)束(解除)將一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從第二網(wǎng)絡(luò)移交至第一網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器系統(tǒng)將通常是其中信息在幀內(nèi)在系統(tǒng)內(nèi)無線傳輸?shù)南到y(tǒng)，每個幀具有幀控制字段，緊急狀態(tài)的宣布通過將幀控制字段中的值設(shè)置為預(yù)定值來進(jìn)行。優(yōu)選地，幀包括不同類型的幀，且預(yù)定值代表緊急幀類型。幀控制字段可以包括至少一個用于指示緊急狀況的存在或不存在的比特。這樣基于幀的系統(tǒng)可以包括基于IEEE 802. 15. 6的MBAN。在優(yōu)選的應(yīng)用中，上述實體是活體，每個傳感器用于感測病人的活體的生命參數(shù)，緊急狀態(tài)是醫(yī)療緊急。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是被分配用以監(jiān)視同一實體的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，在該情況下，緊急狀態(tài)可以根據(jù)分配給同一實體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或任意的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所感測的參數(shù)的水平來確定。通常，將為處于緊急狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的較重要的通信選擇信標(biāo)模式，而其他未處于緊急狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用無信標(biāo)模式。緊急狀態(tài)的存在或者不存在的確定可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身中作出。或者，緊急狀態(tài)的存在或者不存在的確定可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以外作出，例如由第一或者第二協(xié)調(diào)器作出，在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被布置為接收這一確定的通知。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種無線傳感器系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，所述無線傳感器系統(tǒng)具有包括用于監(jiān)視至少一個實體的傳感器的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述系統(tǒng)被配置用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的同時存在的信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式通信，其中協(xié)調(diào)器被配置用于與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的至少一個子集的無信標(biāo)模式通信，并且響應(yīng)于實體的緊急狀態(tài)的存在的確定以將子集的一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至用于信標(biāo)模式通信的另一個協(xié)調(diào)器。因此，針對實體緊急狀態(tài)存在(即已開始)的確定(由協(xié)調(diào)器本身作出，或者從諸如它服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一的其他地方通知它)，導(dǎo)致協(xié)調(diào)器將陷入緊急狀態(tài)的一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的責(zé)任轉(zhuǎn)移到另一個協(xié)調(diào)器。這使得那些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與另一個協(xié)調(diào)器進(jìn)行信標(biāo)模式通信以實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)等的更可靠的傳遞。根據(jù)該方面的修改，提供了一種無線傳感器系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，所述無線傳感器系統(tǒng)具有包括用于監(jiān)視至少一個實體的傳感器的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述系統(tǒng)采用用于所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的同時存在的信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式通信的各個網(wǎng)絡(luò)配置，其中所述協(xié)調(diào)器被布置用于某些所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的無信標(biāo)模式通信，并且響應(yīng)于至少一個那些設(shè)備的緊急狀態(tài)的確定以切換至與至少一個設(shè)備的信標(biāo)通信模式同時將任何其他設(shè)備移交至另一個協(xié)調(diào)器以用于無信標(biāo)模式通信。因此，在該修改中，原協(xié)調(diào)器保留針對處于緊急狀態(tài)的設(shè)備的責(zé)任，但是切換至信標(biāo)模式以實現(xiàn)與處于緊急狀態(tài)的設(shè)備的較可靠的通信(例如，通過使用保障時隙)。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種無線傳感器系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，所述無線傳感器系統(tǒng)具有包括用于監(jiān)視至少一個實體的傳感器的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述系統(tǒng)被配置用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的同時存在的信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式通信，其中，協(xié)調(diào)器被布置用于與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的至少一個子集的信標(biāo)模式通信，并且響應(yīng)于實體的緊急狀態(tài)的不存在的確定以將一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至用于無信標(biāo)模式通信的另一個協(xié)調(diào)器。因此，針對實體緊急狀態(tài)的結(jié)束的確定(由協(xié)調(diào)器本身作出，或者從諸如它服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一的其他地方通知它)，導(dǎo)致協(xié)調(diào)器將不再處于緊急狀態(tài)的一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的責(zé)任轉(zhuǎn)移到另一個協(xié)調(diào)器。這使得那些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與另一個協(xié)調(diào)器進(jìn)行無信標(biāo)模式通信以用于非緊迫傳感器數(shù)據(jù)等的常規(guī)傳遞。
或者，如果處于緊急狀態(tài)的一組設(shè)備移出現(xiàn)有的基于信標(biāo)的協(xié)調(diào)器的范圍、例如由于病人的移動，則可以進(jìn)行處于緊急狀態(tài)的該組設(shè)備的移交。設(shè)備一起移交至范圍內(nèi)的另一個協(xié)調(diào)器，優(yōu)選地為信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器。在執(zhí)行協(xié)調(diào)器間的移交、尤其是對于從信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器到無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器或另一個信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器的移交之前，可以考慮緊急狀態(tài)的存在之外的其他因素。例如，每個協(xié)調(diào)器可以知道它所服務(wù)的每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置，并取決于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備距離它本身以及距離系統(tǒng)中另一個協(xié)調(diào)器的距離確定移交是否是適當(dāng)?shù)摹＜矗灰魏我苿拥木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍在服務(wù)協(xié)調(diào)器的范圍內(nèi)則可以禁止移交。另外，信號強(qiáng)度(例如，如信號干擾比(SIR)所指示的) 可以是考慮在內(nèi)的附加因素，以使得在S^在給定閾值以上時不執(zhí)行移交。實施本發(fā)明使得組中的所有處于緊急狀態(tài)的設(shè)備(例如，所有附著到同一病人的一組傳感器)能夠被一起移交。這使得可以跟蹤病人在醫(yī)院內(nèi)的移動同時用高穩(wěn)定性傳輸鏈路監(jiān)視該病人。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種在由用于無信標(biāo)模式通信的第一協(xié)調(diào)器和用于信標(biāo)模式通信的第二協(xié)調(diào)器服務(wù)的無線傳感器系統(tǒng)中執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信的方法，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與要監(jiān)測的至少一個實體相關(guān)聯(lián)，且所述方法包括最初，將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備放在所述第一協(xié)調(diào)器服務(wù)的第一網(wǎng)絡(luò)中；通過所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器監(jiān)視所述或每個實體的一個或者更多個參數(shù)；將來自所述第一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至所述第一協(xié)調(diào)器；通過使用所監(jiān)測的參數(shù)檢測針對所述實體的緊急狀態(tài)的開始或結(jié)束；響應(yīng)于針對所述實體的緊急狀態(tài)的開始的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至第二網(wǎng)絡(luò)；將來自所述第二網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至所述第二協(xié)調(diào)器；以及響應(yīng)于針對所述實體的緊急狀態(tài)的結(jié)束的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至第一網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的其他方面提供了軟件，當(dāng)所述軟件由無線傳感器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或協(xié)調(diào)器的處理器運行時，分別提供以上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者以上定義的協(xié)調(diào)器之一。這一軟件可以存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)上。


為了更好地理解本發(fā)明以及更清楚地示出如何實現(xiàn)本發(fā)明，僅作為示例，現(xiàn)在將參照以下附圖，其中圖 1 示出了 IEEE 802. 15. 4WPAN 中的協(xié)議層；圖 2 示出了 IEEE 802. 15. 4WPAN 的可能 PHY 頻帶；圖3示出了 WPAN的星形和對等拓?fù)?；圖4示出了信標(biāo)使能的IEEE 802. 15. 4WPAN中的超幀的結(jié)構(gòu)；圖5至8示出了 IEEE 802. 15. 4WPAN中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)調(diào)器之間的數(shù)據(jù)傳遞的可能模式；圖9示出了用于IEEE 802. 15. 4WPAN中的數(shù)據(jù)幀的幀格式；圖IOA示出了圖9的幀格式中的幀控制字段的結(jié)構(gòu)；
圖IOB是圖IOA的幀控制字段中幀類型比特的目前定義值的表；圖IlA示出了用于IEEE 802. 15. 4的MAC命令幀的幀格式的一部分；圖IlB是圖IlA的幀格式中命令幀標(biāo)識符的目前定義值的表；圖12示出了處于移交前狀態(tài)中的體現(xiàn)本發(fā)明的具有信標(biāo)協(xié)調(diào)器和無信標(biāo)協(xié)調(diào)器兩者的WPAN ；圖13示出了處于移交后狀態(tài)中的體現(xiàn)本發(fā)明的具有信標(biāo)協(xié)調(diào)器和無信標(biāo)協(xié)調(diào)器兩者的WPAN ；圖14示出了本發(fā)明的一個實施例中的用于設(shè)置配置和移交的處理流程；圖15示出了本發(fā)明的一個實施例中的用于移交回原協(xié)調(diào)器的處理流程；圖16示出了本發(fā)明的一個實施例中的用于基于位置的移交的處理流程；圖17示出了本發(fā)明的一個實施例中的用于基于位置和信號/連接質(zhì)量的移交的處理流程；圖18示出了本發(fā)明的一個實施例中提出的幀控制字段的新結(jié)構(gòu)；圖19是圖18的幀控制字段中幀類型比特的可能值的表；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例修改的幀格式中幀控制字段的結(jié)構(gòu)；圖21是圖20的幀控制字段的幀類型值的表；以及圖22示出了本發(fā)明的另一個實施例中的圖11A/B的命令幀標(biāo)識符的修改。
具體實施例方式在說明本發(fā)明的實施例之前，將首先給出無線網(wǎng)絡(luò)中所用的多址協(xié)議的一些背景說明，隨后給出預(yù)期與當(dāng)前正在開發(fā)的IEEE 802. 15. 6標(biāo)準(zhǔn)和/或包括MBAN的體域網(wǎng)相關(guān)的那些IEEE 802. 15. 4的部分的概要。多址指的是無線網(wǎng)絡(luò)中的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享同一無線電信道的可能性。為了使能多址，無線網(wǎng)絡(luò)一般基于頻分(其中通過使用不同的頻率將來自各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸分開)或時分(其中通過在不同時刻執(zhí)行來使傳輸分開)組織?？梢酝瑫r采用頻分和時分兩者。對于本說明書的其余部分，將參照時分方案，盡管技術(shù)人員可以認(rèn)識到與那些描述類似的技術(shù)可以應(yīng)用于頻分情況?；跁r分的網(wǎng)絡(luò)通常將時間分為稱作“幀”的相等時間間隔。已經(jīng)提出了根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可獲得的信息量提供通信的較多或較少可靠性(通過可靠性表示給定發(fā)送被成功接收到的概率)的各種協(xié)議。一個這樣的協(xié)議被稱為AL0HA，也稱為“純AL0HA”，適合于其中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不知道彼此也不知道預(yù)定時間基準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)。在使用純ALOHA協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以在時間幀內(nèi)的任何隨機(jī)時間處發(fā)起數(shù)據(jù)發(fā)送。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以發(fā)起數(shù)據(jù)發(fā)送的時間隨機(jī)，因此兩個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能在重疊時間處發(fā)起數(shù)據(jù)發(fā)送，造成“沖突”。這些沖突中涉及的發(fā)送到達(dá)接收機(jī)時出錯。在適當(dāng)延遲后而沒有收到確定成功接收的確認(rèn)時，發(fā)射機(jī)重試發(fā)送。反過來，這些發(fā)送也可能碰到?jīng)_突從而也可能不成功。終端在發(fā)送之間經(jīng)過適當(dāng)?shù)难舆t后繼續(xù)發(fā)送，直到發(fā)送被無誤地接收并確認(rèn)。沖突降低了網(wǎng)絡(luò)的吞吐效率。ALOHA協(xié)議的一個重要變型被稱為“時隙AL0HA”。使用時隙ALOHA的通信網(wǎng)絡(luò)將每個幀劃分為一系列時隙并且(一般)允許各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用任何時隙任意發(fā)送。所有來自任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送必須在時隙內(nèi)開始和結(jié)束。如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有比時隙時間段長的數(shù)據(jù)發(fā)送，則它必須將數(shù)據(jù)發(fā)送拆開成兩個或者更多個每一個均適合于時隙時間段的較短的數(shù)據(jù)發(fā)送。將發(fā)送限制在固定時隙內(nèi)減少了沖突的概率，從而使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信更可靠，但是不能完全避免沖突。時隙ALOHA的一個缺點是需要每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同步到每個幀的開始，以便知道時隙時序。實際上，這是通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備偵聽廣播時序基準(zhǔn)信號或每個幀的開始處的“信標(biāo)”來實現(xiàn)的。另一種避免需要時序基準(zhǔn)的協(xié)議被稱作CSMA-CA，即具有沖突避免的載波偵聽多點接入。在CSMA-CA中，無論設(shè)備何時希望在競爭訪問時段(CAP)內(nèi)發(fā)送，它都等待隨機(jī)時段。如果在隨機(jī)退避之后發(fā)現(xiàn)信道空閑，則設(shè)備發(fā)送其數(shù)據(jù)。如果在隨機(jī)退避之后發(fā)現(xiàn)信道被占用，則設(shè)備在再次嘗試訪問信道之前等待另一個隨機(jī)時段。另一個已知為TDMA、即時分多址的協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)控制器或協(xié)調(diào)器將時隙分配為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自占用以避免沖突的可能。但是，這不僅要求設(shè)置中央?yún)f(xié)調(diào)器，而且要求所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在開始發(fā)送之前偵聽信標(biāo)以及分配給它們的時隙的通知。在同一網(wǎng)絡(luò)中可以例如針對上行鏈路(即到諸如協(xié)調(diào)器或基站的中心點的數(shù)據(jù)發(fā)送)和下行鏈路(到諸如傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送)分別使用不同的協(xié)議。在這一點上，所提出的一種用于WSN的下行鏈路的協(xié)議被稱為無線傳感器MAC的智能(wise)MAC。這是一種包含每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用相同恒定時段短時間偵聽無線電信道的無信標(biāo)機(jī)制。如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測到活動則它繼續(xù)偵聽直到接收到數(shù)據(jù)幀為止或者直到信道再次變?yōu)榭臻e為止。同時，協(xié)調(diào)器在每個數(shù)據(jù)幀的前面加上喚醒前導(dǎo)，以確保當(dāng)幀的數(shù)據(jù)部分到達(dá)時接收機(jī)是喚醒的。以這種方式，當(dāng)信道空閑時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗保持為很低。在IEEE 802. 15. 4中，如下所述，提供了信標(biāo)使能拓?fù)浜蜔o信標(biāo)拓?fù)鋬烧?。信?biāo)使能拓?fù)涫褂脜f(xié)議的組合，其中“幀”的概念由“超幀”代替，“超幀”包含用于經(jīng)由CSMA-CA的基于競爭訪問的時隙以及基于TDMA分配專用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的保障時隙(GTS)。雖然這通過 GTS的分配提供了數(shù)據(jù)的可靠傳輸，但是存在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要保持上電(“喚醒”)以偵聽協(xié)調(diào)器獲得時序和時隙分配信息的缺點。綜上所述，雖然提供時序基準(zhǔn)和(超)幀結(jié)構(gòu)的基于信標(biāo)的通信協(xié)議允許較少的沖突從而實現(xiàn)更可靠的通信，但是這是以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗為代價的。另一方面，在采用無信標(biāo)方案時，雖然在非活動周期中功耗可以保持為很低，但是與基于信標(biāo)的方案相比，吞吐量較無保障且滯后時間(直到獲得信道訪問為止的延遲)較長。本發(fā)明提出了一種用于IEEE 802. 15. 6的信道訪問方案，該方案使得可以結(jié)合高可靠性級別和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備低功耗的優(yōu)點。在說明該方案如何工作之前，現(xiàn)在將給出更多關(guān)于 IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的通用配置的信息，因為期望將類似的配置應(yīng)用于IEEE 802. 15. 6。圖1示出了標(biāo)號為100的按照分層OSI模型的IEEE 802. 15. 4WPAN的總體架構(gòu)， 其中經(jīng)由包含無線電收發(fā)器及其低層控制的PHY層訪問物理介質(zhì)。如圖所示，有兩個可選的頻帶101、102用于PHY，這在圖2中示出。較低頻帶101提供以868. 3MHz為中心的單個 20kb/s信道，以及/或者以915MHz為中心的每個為401cb/S的十個信道。較高頻帶102提供每個為2501A/S的16個信道且以頻率2. 44GHz為中心。使用這些頻帶中的哪一個將取決于本地監(jiān)管要求。對PHY的訪問是通過圖1中由105指示的MAC(媒體訪問控制)子層提供的。在此之上，在這樣的WPAN以外，設(shè)置了允許從其他網(wǎng)絡(luò)訪問WPAN的LLC(鏈路層控制)；這可以是根據(jù)IEEE 802. 2標(biāo)準(zhǔn)或者其他類型的標(biāo)準(zhǔn)。最后，LLC之上的上層109包括網(wǎng)絡(luò)層以提供網(wǎng)絡(luò)配置、控制和消息路由以及提供所打算的整體功能的應(yīng)用層。MAC子層的一個任務(wù)是控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。星形和對等是通信網(wǎng)絡(luò)中兩種已知拓?fù)洌覂烧呔贗EEE 802. 15. 4中提供。在兩種情形中，拓?fù)湓趦煞N基本類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間區(qū)分設(shè)備和協(xié)調(diào)器。如圖3中所示，在星形拓?fù)渲?，多個設(shè)備11與中央?yún)f(xié)調(diào)器10直接通信； 而在對等配置中，設(shè)備IlA與通信器通過作為中繼器的中間設(shè)備IlB和IlC沿著一跳或者更多跳進(jìn)行通信。協(xié)調(diào)器充當(dāng)?shù)缴蠈拥慕尤朦c；在WSN的情形中，它充當(dāng)傳感器收集的數(shù)據(jù)的接收器?？紤]到各個設(shè)備的通信范圍可能非常有限(幾米)，對等拓?fù)涫沟每梢愿采w更大的區(qū)域。拓?fù)淇梢允莿討B(tài)的，隨設(shè)備加入到或者離開網(wǎng)絡(luò)而改變。在MBAN的情形中，例如，在協(xié)調(diào)器設(shè)置在各個病人位置(比如病床)處、與關(guān)于單個病人的設(shè)備交換信號的情況下，星形網(wǎng)絡(luò)是合適的。在設(shè)置一個協(xié)調(diào)器為多個病人(協(xié)調(diào)器可以放置在病房中的固定點處)服務(wù)時，對等將是更合適的拓?fù)?。因此，雖然設(shè)備11 將通常是移動的，但是協(xié)調(diào)器可以是移動的或者固定的。對等網(wǎng)絡(luò)還可以更適合于快速改變的環(huán)境，其中要求快速設(shè)置或改變網(wǎng)絡(luò)，或者允許網(wǎng)絡(luò)自組織和自愈。自愈可以包括例如在現(xiàn)有協(xié)調(diào)器故障或者離開網(wǎng)絡(luò)的情況下建立新協(xié)調(diào)器?？梢栽诒热玑t(yī)院的同一位置設(shè)置多個星形和/或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)，每一個均具有它們自己的協(xié)調(diào)器。在該情形中，各個協(xié)調(diào)器有必要合作以便避免相互干擾并允許數(shù)據(jù)的共享或校對。在IEEE 802. 15.4中，這種網(wǎng)絡(luò)稱為簇(cluster)，且給出了規(guī)定以用于為簇建立整體協(xié)調(diào)器以及用于劃分和合并簇。WPAN中的節(jié)點可以由不同能力的單元構(gòu)成。通常，協(xié)調(diào)器的角色將要求具有某些處理力的相對有能力的設(shè)備以及能夠同時處理來自多個源的傳輸?shù)氖瞻l(fā)器。這繼而將使得電能(在某些情況下，它可以是干線供電)的充足供應(yīng)成為必需。另一方面，網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備可以具有較有限的處理能力且只接入到電池電源，甚至可以是無法充當(dāng)中繼跳那么簡單。具有很低電能可用性的設(shè)備可以在大多數(shù)時候關(guān)機(jī)，而只偶爾“喚醒”以例如向另一個節(jié)點發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。因此，IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)在“完全功能”和“精簡功能”設(shè)備之間進(jìn)行區(qū)分。對于傳感器可能植入體內(nèi)從而不能具有大的或可充電電池的MBAN而言，電能的可用性是特別的問題。如同已經(jīng)提及的，IEEE 802. 15. 4提供信標(biāo)使能和無信標(biāo)使能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在信?biāo)使能網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器周期性地發(fā)送信標(biāo)且設(shè)備周期性地偵聽該信標(biāo)以與網(wǎng)絡(luò)同步并訪問信道。信道訪問是以“幀”為單位的，其中“幀”在根據(jù)如圖4中所示的由協(xié)調(diào)器定義的超幀結(jié)構(gòu)的“超幀”內(nèi)順序傳輸。每個超幀30由兩部分組成活動和不活動?；顒硬糠址指顬楦偁幵L問時段CAP 36，和其后可選無競爭時段CFP 37，以保證對具有服務(wù)質(zhì)量要求的應(yīng)用的訪問。如圖4中由豎直劃分所表示的，超幀被劃分為16個等間隔的時隙，每個時隙能夠攜帶來自協(xié)調(diào)器或者來自設(shè)備的數(shù)據(jù)的幀。因此，考慮與一個協(xié)調(diào)器相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，在超幀內(nèi)各個連續(xù)的時隙期間每次只有一個設(shè)備可以處于與協(xié)調(diào)器的通信中。首先來的是用于協(xié)調(diào)器發(fā)送的信標(biāo)幀(見下面)的時隙31。在此之后，在CAP內(nèi)提供若干個時隙32，以允許使用CSMA-CA在競爭基礎(chǔ)上向或者來自設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。
接下來是CFP的保障時隙GTS 33，以允許信道訪問基于信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，且如同所示出的，這些中的每一個均可以延伸超過多于一個基本時隙。在不活動時段結(jié)束后， 下一個超幀通過協(xié)調(diào)器發(fā)送另一個信標(biāo)幀31標(biāo)記。在超幀的不活動時段34期間設(shè)備可以進(jìn)入休眠。因此，通過延長不活動時段34的長度，設(shè)備的電池電量可以盡可能地節(jié)約。在無信標(biāo)使能網(wǎng)絡(luò)中，除非被要求(例如，為了網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)的目的)，否則協(xié)調(diào)器不需要為了同步而發(fā)送信標(biāo)。信道訪問不受超幀結(jié)構(gòu)的限制且設(shè)備是異步的，通過CSMA-CA 執(zhí)行所有的數(shù)據(jù)傳遞。它們可以按照諸如WiseMAC的協(xié)議遵循它們自己的休眠模式。對于MBAN應(yīng)用，協(xié)調(diào)器在正被監(jiān)視的身體或多個身體以外。它可以是PDA、移動電話、床邊監(jiān)視站或者甚至是臨時充當(dāng)協(xié)調(diào)器的足夠有能力的傳感器。如上所述，信標(biāo)使能網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)提供同步和到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信道訪問。超幀的開始和結(jié)束也由協(xié)調(diào)器定義。協(xié)調(diào)器具有到其他網(wǎng)絡(luò)的潛在通信和可獲得充足電源、例如通過易于更換的充電電池的兩個主要特征。還可以設(shè)置中央護(hù)理和監(jiān)視單元以用于可能包含若干協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)的整體控制。 這可以采取具有能夠接受來自多個病人的連續(xù)或偶爾的緊急數(shù)據(jù)流的監(jiān)視設(shè)備的房間的形式。通常，有位于中央單元中連續(xù)觀看和監(jiān)視病人數(shù)據(jù)的護(hù)士或醫(yī)護(hù)專員。他們將響應(yīng)于病人狀況的改變而采取動作。中央護(hù)理和監(jiān)視單元可以無線連接至所述或者每個協(xié)調(diào)器 (在這種情況下可以將它看作MBAN的一部分)，或者它可以具有到每個協(xié)調(diào)器的有線連接 (在這種情況下可以將它看作在MBAN以外)。圖5至8示出了 IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備和協(xié)調(diào)器之間的數(shù)據(jù)傳遞。在 IEEE802. 15. 4中定義了三種基本類型的傳遞(i)設(shè)備(發(fā)送方)發(fā)送其數(shù)據(jù)至作為接收方的協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳遞-用于星形和對等拓?fù)鋬烧咧校?ii)其中設(shè)備接收數(shù)據(jù)的從作為發(fā)送方的協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳遞-用于星形和對等拓?fù)鋬烧咧校灰约?iii)兩個對等方之間的數(shù)據(jù)傳遞-僅用于對等網(wǎng)絡(luò)中。圖5和6分別示出了信標(biāo)使能和無信標(biāo)使能情況的從設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備11)和協(xié)調(diào)器(協(xié)調(diào)器10)的傳遞。區(qū)別是在信標(biāo)使能情況中，在CFP中使用CSMA-CA或者在CAP中使用GTS發(fā)送數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)幀4 之前，設(shè)備1必須等待從協(xié)調(diào)器接收信標(biāo)幀41 ；而在無信標(biāo)使能情況中，通常沒有信標(biāo)幀且設(shè)備11使用CSMA-CA任意發(fā)送數(shù)據(jù)幀42。在任何一種情況中，協(xié)調(diào)器通過發(fā)送可選確認(rèn)幀或者ACK 43來確認(rèn)數(shù)據(jù)的成功接收。下面將更詳細(xì)地說明這些不同類型的幀。如果接收方因為任何理由而不能處理接收的數(shù)據(jù)幀，則不確認(rèn)消息。如果發(fā)送方在一段時間之后沒有接收到確認(rèn)，則它認(rèn)為發(fā)送失敗且重試幀的發(fā)送。如果在幾次嘗試之后仍然沒有接收到確認(rèn)，則發(fā)送方可以選擇終止交流或者再次嘗試。當(dāng)不需要確認(rèn)時，發(fā)送方認(rèn)為發(fā)送是成功的。圖7和8示出了從協(xié)調(diào)器10到設(shè)備11的數(shù)據(jù)傳遞。當(dāng)協(xié)調(diào)器希望將數(shù)據(jù)傳遞給信標(biāo)使能WPAN中的設(shè)備時(圖7)，它在信標(biāo)幀41中指出數(shù)據(jù)消息待處理。設(shè)備周期性地偵聽信標(biāo)幀，如果消息待處理，則通過CSMA-CA發(fā)送請求數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)請求(MAC命令)。協(xié)調(diào)器10通過發(fā)送確認(rèn)幀43確認(rèn)該數(shù)據(jù)請求的成功接收。然后使用時隙CSMA-CA或者、如果可能則在緊接著確認(rèn)之后發(fā)送待處理的數(shù)據(jù)幀42。設(shè)備11可以通過發(fā)送可選確認(rèn)幀43 確認(rèn)數(shù)據(jù)的成功接收?，F(xiàn)在交流完畢。在成功完成數(shù)據(jù)交流之后，從信標(biāo)中待處理消息的列表中移除該消息。在無信標(biāo)使能情況下，包括為特定設(shè)備11準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)器10必須等待基于競爭發(fā)送的、來自所討論的設(shè)備的數(shù)據(jù)請求44。在接收到這樣的請求之后，協(xié)調(diào)器發(fā)送確認(rèn)幀43 (這也可以用于在沒有準(zhǔn)備好的情況下指示這種情況)，之后是數(shù)據(jù)幀42，響應(yīng)于數(shù)據(jù)幀42設(shè)備11可以發(fā)送另一個確認(rèn)幀43作為回答。為了簡化，以上流程僅考慮了數(shù)據(jù)在設(shè)備和協(xié)調(diào)器之間傳遞的以上情況(i)和 (ii)，但是在對等網(wǎng)絡(luò)中，如同已經(jīng)提及的，數(shù)據(jù)傳遞將通常經(jīng)由涉及一個或者更多個中間節(jié)點的機(jī)制(iii)發(fā)生，這增加了產(chǎn)生沖突和延遲的風(fēng)險。如圖5至8中所示，IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)中的通信涉及四種不同類型的幀一信標(biāo)幀41，由信標(biāo)類型協(xié)調(diào)器用于發(fā)送信標(biāo)；一數(shù)據(jù)幀42，用于所有數(shù)據(jù)的傳遞；一確認(rèn)幀43，用于確認(rèn)成功的幀接收；—MAC命令幀44，用于處理諸如數(shù)據(jù)請求的所有MAC對等實體控制傳遞。四種幀類型的每一種的結(jié)構(gòu)都非常類似，在圖9中示出了數(shù)據(jù)幀42作為示例。在圖中，兩個水平條分別代表MAC子層和PHY層。時間從左到右推進(jìn)，幀的每個連續(xù)字段的時間長度在所討論的幀的上方示出(以八位字節(jié)為單位)。每個幀由特定順序的一系列字段組成，這些從左到右按照它們由PHY發(fā)送的順序示出，其中最左的比特在時間上首先發(fā)送。 每個字段中的比特從0(最左且最低有效)至k-Ι (最右且最高有效)標(biāo)號，其中字段的長度是k比特。要經(jīng)由數(shù)據(jù)幀42發(fā)送的數(shù)據(jù)源于上層。有效載荷數(shù)據(jù)傳遞到MAC子層且被稱作 MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元(MSDU)。MAC有效載荷加上前綴MAC頭MHR并附加上MAC尾MFR。MHR包含幀控制字段50(見以下)、數(shù)據(jù)序列號(DSN)、尋址字段以及可選輔助安全頭。MFR由16比特幀校驗序列FCS組成。MHR、MAC有效載荷和MFR —起形成MAC數(shù)據(jù)幀(即，MPDU)。MPDU 傳遞給PHY作為PHY服務(wù)數(shù)據(jù)單元PSDU，其成為PHY有效載荷。PHY有效載荷加上前綴同步頭SHR和PHY頭PHR，其中，同步頭SHR包含前導(dǎo)序列和幀起始定界符SFD，PHY頭PHR包含以8位字節(jié)計的PHY有效載荷的長度。前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)SFD使得接收機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)符號同步。SHR、PHR和PHY有效載荷一起形成PHY包(PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元PPDU)。信標(biāo)幀41、確認(rèn)幀43和MAC命令幀44具有類似的結(jié)構(gòu)，除了在各個情況中MAC有效載荷具有不同的功能，確認(rèn)幀沒有MAC有效載荷。另外，信標(biāo)幀41、確認(rèn)幀43和MAC命令幀44源于MAC子層而不涉及上層。在圖IOA中更詳細(xì)地示出了在各種類型的幀中使用的幀控制字段50。它由分配給如圖所示的用于不同目的的子字段的16個比特組成。具體地，字段的前三個比特表示幀類型51 信標(biāo)幀41、數(shù)據(jù)幀42、確認(rèn)幀43或MAC命令幀44。在圖IOB中示出了表示幀類型的方式。在幀類型比特51之后是表示MAC子層是否使能了安全的單比特安全使能子字段 52。隨后是幀待處理子字段53，用于指示發(fā)送方是否有給接收方的更多數(shù)據(jù)。接下來是確認(rèn).請求(Ack. Request)子字段M，用于指示是否從接收方請求確認(rèn)。在這之后是一些其他的子字段陽至59，用于尋址目的或者在當(dāng)前IEEE 802. 15. 4規(guī)范中保留。
如同所述，圖IOB是幀類型子字段51的可能比特值的表，示出了在IEEE 802.15.4 規(guī)范中值100至111未使用。MAC命令幀44在結(jié)構(gòu)上非常類似，如圖IlA中所示。在這種情況下，有效載荷包括命令幀標(biāo)識符440，用于識別MAC命令幀代表的命令的類型。如圖IlB的表中所示，在IEEE 802. 15. 4中定義了各種類型的命令，圖IlB的表示出了標(biāo)識符440的可能值，其中某些值保留作將來用。已經(jīng)概述了本發(fā)明的背景，現(xiàn)在將說明支撐本發(fā)明的原理。本發(fā)明處理例如經(jīng)由放置在每個病人的身體上或周圍或者植入每個病人身體的傳感器的MBAN監(jiān)視病人的情形。順帶提及，在后續(xù)的描述中，諸如“MBAN”或者“系統(tǒng)”的術(shù)語用于指代給定位置中的無線設(shè)備的整體，即使在整個系統(tǒng)內(nèi)存在不同的網(wǎng)絡(luò)。簡而言之，本發(fā)明提出了一種其中經(jīng)由各自的協(xié)調(diào)器一起執(zhí)行信標(biāo)使能和無信標(biāo)通信的系統(tǒng)。這些協(xié)調(diào)器通常是系統(tǒng)中的不同硬件，但是可以放置在一起以便共享它們的至少部分硬件或軟件資源。下面，將信標(biāo)使能通信稱為“信標(biāo)模式”，將無信標(biāo)通信統(tǒng)稱“無信標(biāo)模式”。假定至少傳感器中的某些用于感測一個或者更多個參數(shù)，諸如可能指示病人的危及生命的情形(緊急狀態(tài))的心率。本發(fā)明的實施例提供了用于響應(yīng)于緊急狀態(tài)的宣布 (開始)、以及緊急狀態(tài)的解除(結(jié)束)在信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式通信之間切換的方法。要描述的技術(shù)集中于基于信標(biāo)和無信標(biāo)雙模式的、例如對于醫(yī)療無線BAN的信道訪問操作，以使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(諸如醫(yī)療傳感器的BAN設(shè)備)能夠享有兩種類型的模式的好處而不承受單個信道訪問模式的缺點。醫(yī)療緊急狀態(tài)中的設(shè)備被傳遞到采用基于信標(biāo)的信道訪問的主要(primary)網(wǎng)絡(luò)，而非緊急的設(shè)備進(jìn)行到由采用無信標(biāo)模式信道訪問的次要(secondary)協(xié)調(diào)器控制的次要網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換。原則上，如果期望，在兩種模式在兩個正交信道上運行時則兩種模式可以在同一物理協(xié)調(diào)器內(nèi)運行，以使得一個模式不干擾另一個模式。一種初始配置態(tài)是基于如下假定的最初，所有的設(shè)備不管其狀態(tài)(緊急或非緊急)均在無信標(biāo)模式的一個協(xié)調(diào)器下運行。在該實施例中，在初始配置之后，如果將一組傳感器附加在病人的身體上且只有該組傳感器中的一個進(jìn)入緊急狀態(tài)，則與該病人相關(guān)聯(lián)的整個傳感器組(例如，具有相同病人ID)將被移交給專用信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器。當(dāng)附加在一個病人上的傳感器中沒有傳感器處于緊急告警狀態(tài)時，所有傳感器將移交回原來的無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器。不像傳統(tǒng)的移交機(jī)制，該類型的移交的觸發(fā)是緊急狀態(tài)的改變。(傳統(tǒng)移交機(jī)制通?；谒邮盏男盘枏?qiáng)度、所接收的信號質(zhì)量和/或與諸如基站的協(xié)調(diào)器類型的設(shè)備的距離)另外，本發(fā)明的實施例處理移動性的問題。考慮如下場景在該場景下，處于緊急狀態(tài)的傳感器是移動的(例如，病人在移動)，而協(xié)調(diào)器是相對靜止的，其固定到墻上、天花板上或者桿上。在這樣的場景中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地理上移動時，它們將需要從一個協(xié)調(diào)器移交到另一個協(xié)調(diào)器。如下所述，移交的觸發(fā)是基于設(shè)備的位置和上行鏈路或下行鏈路中接收的信號質(zhì)量的可選度量的組合。設(shè)備的位置和可選的接收信號質(zhì)量參數(shù)提供了健壯的移交而不需要信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器。最佳相鄰協(xié)調(diào)器例如可以通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃或者通過在其中執(zhí)行 “行走(walk) ”測試的網(wǎng)絡(luò)配置態(tài)與各個BAN設(shè)備位置相關(guān)聯(lián)。
或者，可以采取最小規(guī)劃方法，其中相鄰協(xié)調(diào)器的覆蓋區(qū)域比傳統(tǒng)的大蜂窩設(shè)計具有顯著較大的重疊，且相鄰協(xié)調(diào)器使用正交RF信道。由于具有顯著大的重疊覆蓋區(qū)域， 因此可以手動或者自動地容易地配置基于位置的移交，而不需要精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。例如，可以借助于距離方式的最近的協(xié)調(diào)器進(jìn)行自動移交。設(shè)各位置可以是附著到同一個病人的 BAN設(shè)備組的平均位置?；蛘撸恢每梢允蔷嚯x當(dāng)前活動協(xié)調(diào)器最遠(yuǎn)設(shè)備的位置。在設(shè)備集合/組附著到病人的情況下，移交觸發(fā)將應(yīng)用于整個設(shè)備集合/組?，F(xiàn)在將參照圖12至22描述本發(fā)明的一個實施例。首先，假定已經(jīng)建立了兩個星形或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)(拓?fù)?，其中一個網(wǎng)絡(luò)由用于緊急狀態(tài)的主要協(xié)調(diào)器控制，而另一個網(wǎng)絡(luò)具有用于非緊急狀態(tài)應(yīng)用的次要協(xié)調(diào)器。假定在初始配置之后我們有兩個并排運行的網(wǎng)絡(luò)。主要協(xié)調(diào)器是供處于緊急狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用的信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器。次要協(xié)調(diào)器是能夠由任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用但是提供比主要協(xié)調(diào)器較不可靠(較少保障和/或較慢)的通信鏈路的無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器。為了本目的，假定只有系統(tǒng)中的醫(yī)療設(shè)備能夠“處于緊急狀態(tài)”；可能存在不用于醫(yī)療目的的其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備13。在圖12中示出的初始狀態(tài)中，包括處于緊急狀態(tài)的設(shè)備IlE 和未處于緊急狀態(tài)的設(shè)備13 (醫(yī)療或非醫(yī)療)的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB 通信。實線雙頭箭頭表示通常是雙向的低優(yōu)先級鏈路15，例如傳感器節(jié)點將從其協(xié)調(diào)器接收命令以及發(fā)送它已經(jīng)采集的傳感器數(shù)據(jù)。另一個信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB存在但是還未用于任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信。注意，包括那些處于緊急狀態(tài)的設(shè)備IlE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正使用與無信標(biāo)協(xié)調(diào)器IONB的對等鏈路。除了缺少無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器分配的任何GTS以外，該拓?fù)鋵A向于使從和向緊急狀態(tài)中的任何設(shè)備IlE的數(shù)據(jù)傳遞變慢。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的(以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB之間的)鏈路被示出為“低優(yōu)先級”鏈路15。為了提高緊急狀態(tài)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信的可靠性，將主要協(xié)調(diào)器帶入活動使用。 即，在識別出一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處于緊急狀態(tài)時，使得信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB開始與緊急狀態(tài)設(shè)備IlE的通信，如圖13中所示，形成用于緊急狀態(tài)通信的新的主要網(wǎng)絡(luò)并使用 (在該示例中)星形拓?fù)浜椭T如TDMA-AL0HA的信標(biāo)模式信道訪問。主要網(wǎng)絡(luò)向處于緊急狀態(tài)的每個設(shè)備IlE提供高優(yōu)先級鏈路14，如圖中的虛線所示。同時，已經(jīng)運行的無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB用于使用基于無信標(biāo)的技術(shù)提供次要網(wǎng)絡(luò)，提供低優(yōu)先級鏈路15，如圖中實線箭頭所示。注意，緊急狀態(tài)拓?fù)淇梢允切切位蛘邔Φ燃夹g(shù)。在對等通信的情況中，在信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器和緊急狀態(tài)設(shè)備IlE中間的每個節(jié)點將也由高優(yōu)先級鏈路14鏈接。雖然將協(xié)調(diào)器IONB示出為最初在無信標(biāo)模式中，但是它也可以在形成次要網(wǎng)絡(luò)時切換到該模式。在這種情況下，主要網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點將是較不擁塞的信道和(在采用時)采用星形拓?fù)涠菍Φ韧負(fù)?。在描述這種雙模式系統(tǒng)中涉及的一些協(xié)議之前，存在一些對無線電性能的假定和考慮，以便以下述方式實現(xiàn)雙信道訪問操作。1.假定所有設(shè)備可以從涉及的協(xié)調(diào)器接收信標(biāo)并且區(qū)分多個協(xié)調(diào)器。2.另一個假定是兩個協(xié)調(diào)器能夠提供不同的信道訪問模式，意味著它們之一可以在保障時隙模式(例如，TDMA-AL0HA)中運行而另一個將在低功率非保障模式中運行。3.同樣地假定在這種操作下來自一個鏈路集合(網(wǎng)絡(luò))對另一個的干擾不重要。4.還假定對于所涉及的協(xié)調(diào)器對無線電信道和頻帶的訪問或者a.在時域中切換；或者在頻域中切換；或者C.在頻域和時域兩者中切換。協(xié)議1 雙信道訪問機(jī)制的設(shè)置配置和移交圖14描述了用于在以上圖12和13中描述的嚴(yán)重緊急狀態(tài)下用于雙信道訪問機(jī)制的設(shè)置配置和移交。在圖14中(以及在以下類似的圖中)，豎直軸代表時間。沿著水平軸在各個列中示出了各種設(shè)備類型，使得它們各自的功能可以分開。第一列代表無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB ；第二列代表進(jìn)入緊急狀態(tài)的一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IlE ；第三列代表其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備13 (醫(yī)療的和非醫(yī)療的兩者)，其中一些也可以進(jìn)入緊急狀態(tài)，從而被轉(zhuǎn)移至與處于緊急狀態(tài)的醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IlE相同的組；最后一列是針對信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB的。處理流程如下。SlO 最初，并且在設(shè)置配置期間，所有設(shè)備被分配給基于無信標(biāo)的協(xié)調(diào)器。因此， 如同示出的，沒有設(shè)備在信標(biāo)模式中運行。Sll 假定一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備例如由于所感測參數(shù)的值達(dá)到臨界值而宣布緊急狀態(tài)。每個這種設(shè)備被稱為“處于緊急狀態(tài)”。順便提及，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身不需要進(jìn)行緊急狀態(tài)的初始確定，因為這可以通過某些更高層次的設(shè)備通知它們。S12:假定處于緊急狀態(tài)的設(shè)備IlE向無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB提供緊急狀態(tài)指示。 或者，這可以以其他方式提供，例如通過附加在系統(tǒng)上的更高級別的控制單元來提供。S13 無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB識別相關(guān)組內(nèi)的所有設(shè)備。例如，附著到醫(yī)院中的同一個病人上的所有設(shè)備可以基于病人ID號或者以某些其他方式成組。因此，在步驟S12中組中僅一個設(shè)備提供指示可以是足夠的。S14&S15 命令作為組的緊急狀態(tài)設(shè)備IlE移交并且同步至要由信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器 IOB形成的信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。因此，無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB不僅發(fā)送步驟S14中至緊急狀態(tài)中的
(多個)設(shè)備的命令而且發(fā)送步驟S15中示出的至其他設(shè)備的命令，以使得該組設(shè)備開始移 、-父。S16&S17 處于緊急狀態(tài)的設(shè)備IlE以及同一組中的任何其他設(shè)備準(zhǔn)備好同步至信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器10B。他們通過偵聽來自信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器的、在整個網(wǎng)絡(luò)上廣播的下一個信標(biāo)信號來完成該任務(wù)。因此，自己生成緊急狀態(tài)的或者與緊急狀態(tài)設(shè)備屬于同一組的第三列中的設(shè)備也能夠加入信標(biāo)使能網(wǎng)絡(luò)。S18&S19 移交結(jié)束，之后該組設(shè)備已加入信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，從而由信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB 通過高優(yōu)先級鏈路服務(wù)。雖然在圖14中未示出，但是任何該組以外的其余設(shè)備(諸如非醫(yī)療設(shè)備)保持在無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB服務(wù)的無信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)中。因此，在以上移交中，在本實施例中，附著到一個病人的所有傳感器作為組移交。 換言之，假定即使單個傳感器設(shè)備進(jìn)入緊急狀態(tài)，所有其他傳感器設(shè)備(或者預(yù)選的子集) 也將被移交至專用的基于信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)。協(xié)議2 對于不再處于“緊急”狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的移交當(dāng)信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)在運行中時，一個或者一些設(shè)備可能脫離緊急狀態(tài)。在這種情況下，傳感器設(shè)備可以被移交回原來的協(xié)調(diào)器。原來的協(xié)調(diào)器將在將它們移交回原來的無信標(biāo)模式非緊急狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)之前，確定附著到同一病人的所有同一組設(shè)備(或者子集)脫離緊急狀態(tài)，如圖15中所示S20:在初始狀態(tài)中，假定信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)兩者與每個中的一些設(shè)備一起運行。S21 處于緊急狀態(tài)的一組網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IlE脫離緊急狀態(tài)；換言之，至少對于該設(shè)備而言緊急狀態(tài)解除，例如由于它所感測的參數(shù)不再處于臨界值上。S22 該設(shè)備IlE向信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB發(fā)送脫離緊急狀態(tài)指示。S23:作為回復(fù)，信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器向同一組中的其他設(shè)備發(fā)送報告它們的狀態(tài)的請求。(當(dāng)然，這假定每個設(shè)備足夠自知而能夠這樣做；在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自己不能確定緊急狀態(tài)的替選布置中，該步驟和下一步驟將省略)S24 組中的其他設(shè)備向協(xié)調(diào)器IOB確認(rèn)它們的狀態(tài)。即，每一個確認(rèn)它不再處于緊急狀態(tài)；例如，確認(rèn)所討論的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正感測的病人的生命參數(shù)的當(dāng)前值在可接受的范圍內(nèi)。S25 一旦協(xié)調(diào)器IOB確信已不必要將緊急狀態(tài)組的設(shè)備IlE保持在信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，則協(xié)調(diào)器IOB向組中的所有設(shè)備發(fā)送移交請求。S26 組中的設(shè)備切換至無信標(biāo)模式。S27&S28 設(shè)備IlE試圖尋找范圍內(nèi)的無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器(在多于一個這種協(xié)調(diào)器可用的情形中，可以選擇最近的或者提供最強(qiáng)信號的一個協(xié)調(diào)器)。在找到無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器之后，它們將它們自己注冊到無信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。S29 現(xiàn)在移交完成，以使得該組設(shè)備現(xiàn)在與無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IONB通過低優(yōu)先權(quán)鏈路進(jìn)行通信。雖然未示出，但是經(jīng)由信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB的高優(yōu)先權(quán)鏈路可以為仍處于緊急狀態(tài)的其他(多個)組設(shè)備、例如監(jiān)視另一個病人的一組設(shè)備保留。協(xié)議3 用于采用基于定位機(jī)制的最小設(shè)備功能性的雙訪問模式操作的移交步驟傳感器設(shè)備具有移動性在一些場景中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是移動的，或者換言之，能夠相對于它們的協(xié)調(diào)器移動。例如，在醫(yī)院中，附著到病人的每組傳感器在病人移動或被移動時將相對于附著到床或墻等處的固定協(xié)調(diào)器移動。在這種情況下，存在如下可能性已經(jīng)被新協(xié)調(diào)器IOB接受的、形成采用保障時隙的TDMA設(shè)備的專用組的一個緊急狀態(tài)設(shè)備或者一組緊急狀態(tài)設(shè)備，可能開始移動離開其協(xié)調(diào)器(例如，兩個緊急狀態(tài)病人之一移動離開專用協(xié)調(diào)器)。在這種移動下，信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB不再能夠保持對于緊急狀態(tài)設(shè)備的服務(wù)的質(zhì)量是可能的。這里主要關(guān)心的問題是如下事實如果移動傳感器試圖跟蹤連續(xù)更新或者傳統(tǒng)的移交步驟，則這會引起緊急狀態(tài)設(shè)備的快速電池?fù)p耗。為了避免這樣的情況，圖16中的次要移交方案可以用于盡可能地避免傳感器設(shè)備功能性。即，最小化緊急狀態(tài)中的傳感器設(shè)備動作和發(fā)信號的需要以避免不必要的功耗。 假定存在能夠告訴每個協(xié)調(diào)器關(guān)于每個傳感器和其他可用協(xié)調(diào)器的定位實體(例如，現(xiàn)存的UWB技術(shù))。還假定信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB (專用緊急狀態(tài)協(xié)調(diào)器)具有可接受發(fā)送范圍或者安全訪問半徑，在此之外將觸發(fā)移交。優(yōu)選地，該半徑是可靠通信的安全距離。緊鄰安全半徑之外，設(shè)備將仍能夠收到協(xié)調(diào)器的信息，但是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在該安全半徑之外移動地更遠(yuǎn)時，連接的質(zhì)量將落到對于專用醫(yī)療緊急狀態(tài)操作不可接受的水平。最后，假定多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備附著到同一個病人，并在如果一個設(shè)備宣布緊急狀態(tài)則組中的所有設(shè)備(即，附著到同一個病人的某些或全部傳感器)均處于緊急狀態(tài)的意義上將這些設(shè)備作為組對待。
步驟如下S30 步驟從其中假定處于緊急狀態(tài)的某些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IlE正經(jīng)由主要網(wǎng)絡(luò)與信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB通信的初始狀態(tài)開始。S31 假定一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IlE或者一組設(shè)備遠(yuǎn)離協(xié)調(diào)器IOB移動以使得它現(xiàn)在在通信的安全半徑以外。通常，在以上假定的場景中，這將由于病人移動(或被移動)而發(fā)生。S32 信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB以某種方式檢測位置的改變(通過內(nèi)部手段或者通過由外部源通知位置)。S33 信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB等待一段短時間以避免作用于短期運動。即，避免基于隨機(jī)或短期運動觸發(fā)移交。S34 信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB檢查同一組中的其他傳感器(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)的位置。如前，“組”可以是例如附著到同一個病人的部分或全部傳感器。S35 協(xié)調(diào)器IOB判斷該組是否(仍)在安全半徑以外。為此可以使用該組內(nèi)設(shè)備的平均位置。如果否(例如，如果該組傳感器所附著到的病人已經(jīng)移動回較接近協(xié)調(diào)器 10B)，則不采取任何動作。S36 如果判斷該組在范圍以外，則信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器IOB確定將該組傳感器移交到的最佳備選協(xié)調(diào)器。這將通常簡單地是最接近組的當(dāng)前位置的協(xié)調(diào)器，但是該確定可以考慮其他協(xié)調(diào)器上現(xiàn)有的負(fù)載、組的移動趨向以及其他因素。注意，協(xié)調(diào)器不一定是與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(傳感器)不同類型的設(shè)備，在某些實現(xiàn)中，某些或全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能能夠充當(dāng)協(xié)調(diào)器， 可能提供供從中選擇的若干備選。S37 協(xié)調(diào)器IOB向處于緊急狀態(tài)的傳感器組發(fā)出移交請求。這包括組要與之建立通信鏈路的最近鄰協(xié)調(diào)器(優(yōu)選地為信標(biāo)模式)的識別。S38 該傳感器組將其自身注冊到新協(xié)調(diào)器10’ B以完成移交。注意，這不僅僅是個別設(shè)備的移交，而是處于緊急狀態(tài)的設(shè)備組的移交；實質(zhì)上，病人他或她自身已經(jīng)被移交了。以這種方式，例如當(dāng)病人在醫(yī)院周圍移動時保證可以監(jiān)視、跟隨和追蹤病人。協(xié)議4 用于采用基于定位機(jī)制和信號質(zhì)量的最小設(shè)備功能性的雙訪問模式操作的移交步驟在第四協(xié)議(圖17)下，假定與第三協(xié)議(圖16)所考慮的類似情形。區(qū)別在于 另外，在位置信息之外，監(jiān)視信號質(zhì)量或者無線電鏈路的質(zhì)量以幫助關(guān)于移交的判斷。S40-S45 分別如以上步驟 S30_S;35。S46 主要協(xié)調(diào)器IOB判斷關(guān)于傳感器組的SIR(信號干擾比)和/或無線電鏈路的質(zhì)量是否在可接受的閾值之下。這里，3頂可以簡單地是從傳感器本身接收的上行鏈路信號的SIR，也可以是由傳感器回復(fù)的下行鏈路上的信號強(qiáng)度的值。如果信號是可接受的， 則不管傳感器組的移動如何，均(還)沒有移交的任何必要性，因此不采取任何動作。S47:除了傳感器移動出安全半徑以外，如果它們的信號強(qiáng)度也是不可接受地低， 則這意味著需要移交。協(xié)調(diào)器IOB確定用于該目的的最佳備選。S48 向該組傳感器發(fā)出移交請求，指定要使用哪個新協(xié)調(diào)器。S49 該組將其自身注冊到新協(xié)調(diào)器10’ B以完成移交步驟。為了宣布緊急狀態(tài)，將緊急狀態(tài)傳遞給其他無線電節(jié)點是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在將給出一些上述協(xié)議可以如何適應(yīng)到像從IEEE802. 15. 4得到的、當(dāng)前正在開發(fā)的IEEE802. 15. 6的通信標(biāo)準(zhǔn)中的描述。圖18和19示出了在本發(fā)明的一個實施例中對IEEE 802. 15. 4幀格式的第一可能修改，以通過標(biāo)記為“緊急狀態(tài)”的新比特的添加來適應(yīng)緊急狀況并使得它適合于 IEEE 802.15.6。在該第一可能修改中，為新緊急狀態(tài)幀類型留了余地，但是沒有對IEEE 802. 15. 4中的幀類型作出任何其他改變。如同已經(jīng)概述的，IEEE 802. 15. 4提供包括信標(biāo)幀41、數(shù)據(jù)幀42、確認(rèn)幀43和MAC 命令幀44的各種幀類型。在IEEE 802. 15. 6中，實現(xiàn)上述步驟的一種方式是引入另一種幀類型——緊急狀態(tài)幀，以便向目標(biāo)設(shè)備宣布緊急狀態(tài)(或非緊急狀態(tài))。圖18示出了與已經(jīng)為IEEE 802. 15. 4提出的圖IOA的幀控制字段50對應(yīng)的幀控制字段500的結(jié)構(gòu)。如同通過將圖18與圖IOA比較所看到的，比特0-2表示幀類型501，如同在IEEE 802. 15. 4中，但是可能的幀類型值改變了，如圖19中所示。之前保留的值100-111 中(見圖10B)，現(xiàn)在比特值“111”用于表示新緊急狀態(tài)幀類型。值100至110保持為保留值供將來用。在幀控制字段500的其余子字段中，基本上與圖IOA的幀控制字段50中存在相同的元素，除了第7比特新用作緊急狀態(tài)的標(biāo)記(例如“1”=緊急狀態(tài)且“0”=不緊急狀態(tài))。比特8現(xiàn)在用于代表確認(rèn)(ACK)策略(與圖IOA的確認(rèn)請求子字段對應(yīng))。用于安全使能比特502、幀待處理比特503、PAN ID壓縮506、目標(biāo)尋址模式507、幀版本508和源尋址模式509的子字段與它們在IEEE 802. 15. 4幀控制字段50中的對等部分具有相同的功能。圖20和21示出在本發(fā)明的另一個實施例中的、對IEEE 802. 15. 4幀格式的第二可能修改，以不僅適應(yīng)緊急狀態(tài)幀類型而且適應(yīng)其他新特征，這些新特征包括具有所謂的即時ACK的更靈活的ACK規(guī)定、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電池的狀態(tài)的指示以及“緊迫”的指示。圖20的幀控制字段500’的格式與圖18的500的不同主要在于用于確認(rèn)策略的單個比特505由用于定義不同ACK類型的兩個比特代替，且在于電池狀態(tài)的指示(即剩余電量或電壓電平)和“緊迫”由需要另外比特(在圖中標(biāo)注為“Extd比特”0-3)的新子字段511和512代表。如同可以看出的，兩個比特分別分配給允許針對每一個定義多達(dá)4個電平的“緊迫”和“電池電平”的每一個。這些新子字段的含義和使用在本發(fā)明的范圍以外， 但是這里要注意的是，它們可以與本發(fā)明中的信標(biāo)模式/無信標(biāo)模式切換協(xié)同使用以提供 BAN的設(shè)備之間的更靈活的信令。該情況中的IEEE 802. 15. 4修改幀類型值如圖21中所示，其應(yīng)當(dāng)與圖IOB和19 進(jìn)行比較。與圖19的實施例相比，區(qū)別在于之前保留的值100和101現(xiàn)在用于表示兩種類型的ACK，即即時ACK和延遲ACK，即時ACK例如用于緊急狀態(tài)中的設(shè)備以確認(rèn)接收的數(shù)據(jù)的每個單獨的幀以用于更可靠的通信。即時ACK是同一發(fā)明人的同時待決的申請的主題。作為已經(jīng)提出的用于將本發(fā)明的新特征集成到幀結(jié)構(gòu)中的另一種技術(shù)，可以使用 MAC命令幀的命令幀標(biāo)識符(返回參照圖IlA和11B)。圖22示出了包括向可能值的表添加了新命令類型“緊急狀態(tài)通知”和“移交”、占用了之前未用的值OxOa和OxOb的MAC命令幀44’需要的修改。除了定義新命令類型以外，命令幀標(biāo)識符之后的有效載荷用于為命令給出信息(上下文)。在圖22中示出的MAC命令幀44’的情形中，有效載荷的一個示例將是接收設(shè)備應(yīng)當(dāng)移交到的最適當(dāng)?shù)膫溥x協(xié)調(diào)器(多個協(xié)調(diào)器)的ID。在命令類型“緊急狀態(tài)通知”的情形中的一種可替選的有效載荷將是相關(guān)聯(lián)的時間值，諸如緊急狀態(tài)的持續(xù)時間 (以ms為單位)或者直到緊急狀態(tài)有效為止的時間(自從已知時序參考點或歷元(印och) 起的ms)綜上所述，本發(fā)明的一個實施例可以提供以下特征*在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)緊急狀態(tài)設(shè)備向?qū)Ｓ玫幕赥DMA的網(wǎng)絡(luò)移交的概念。當(dāng)附著到病人身體的一組傳感器設(shè)備中的一個設(shè)備進(jìn)入緊急狀態(tài)時觸發(fā)移交。附著到一個病人的MBAN 傳感器的整個組在網(wǎng)絡(luò)之間移交。*在附著到該病人的整個傳感器組脫離緊急狀態(tài)時觸發(fā)移交的移交返回機(jī)制。*當(dāng)緊急狀態(tài)病人移動遠(yuǎn)離協(xié)調(diào)器時，如果傳感器移動到距離協(xié)調(diào)器訪問半徑以外，則QoS和無線電鏈路的質(zhì)量可能下降。在這種情況下，協(xié)調(diào)器知道傳感器位置且觸發(fā)基于位置的移交。作為除了位置之外的選擇，也可以考慮QoS、S^或者無線電鏈路的質(zhì)量來作出移交判斷。* 一種包括用于IEEE 802. 15. 6的緊急狀態(tài)格式的新控制幀結(jié)構(gòu)。結(jié)果可以獲得以下優(yōu)點*本發(fā)明的實施例使能基于信標(biāo)和無信標(biāo)的雙模式、用于醫(yī)療無線BAN的信道訪問操作，其反過來使得BAN設(shè)備享有兩種類型模式的好處(例如保障吞吐量和低功耗)而不承受單信道訪問模式的缺點(例如高信道訪問滯后和高功耗)。*以上雙模式操作可以提高醫(yī)療無線BAN中的、特別是用于醫(yī)療緊急情況的通信的可靠性。工業(yè)實用性本發(fā)明的實施例在通過使用MBAN方便緊急狀態(tài)管理中可以扮演極其重要的角色?？梢宰⒁庖韵聢鼍?i)通過采用無線傳感器在其身體上形成MBAN，可以在醫(yī)院或者在家監(jiān)視世界范圍內(nèi)的億萬心臟病人。MBAN可以為這些病人提供額外的移動性。但是，對于在諸如非正常心臟功能或者比如心臟病發(fā)作的更嚴(yán)重的情形的情況中的該組病人而言，保證可靠的通信信道以確保不丟失任何緊急狀態(tài)或者告警信號是極其重要的。本發(fā)明提供了一種安全的緊急狀態(tài)觸發(fā)機(jī)制以通過發(fā)送“緊急狀態(tài)確認(rèn)”使得所涉及的所有實體知道關(guān)于緊急狀態(tài)。(ii)世界范圍內(nèi)億萬人群深受糖尿病之苦。近來已經(jīng)考慮了用于葡萄糖測量的可植入的或者非介入的方法。MBAN可以用于M小時監(jiān)視病人的葡萄糖水平信息。存在以下情形病人的葡萄糖水平在刻度(chart)以外，需要對病人的緊急狀態(tài)地理定位或者其他必要的緊急醫(yī)療步驟。(iii)MBAN可以用于在監(jiān)視處于其中數(shù)據(jù)的丟失可能是危及生命的特護(hù)中的病人的同時采集感測數(shù)據(jù)。(iv)改善人力成本并提高醫(yī)療系統(tǒng)中緊急狀態(tài)響應(yīng)的效率。(ν)改善醫(yī)療MBAN系統(tǒng)中的緊急狀態(tài)知曉。(vi)通過使緊急狀態(tài)響應(yīng)處理自動化來降低人力成本。(vii)雖然最初是為低數(shù)據(jù)率的應(yīng)用設(shè)想的，但是MBAN可以具有流視頻/音頻數(shù)據(jù)的傳遞的應(yīng)用，其中單個包的丟失是至關(guān)緊要的且影響質(zhì)量。錯誤的數(shù)據(jù)對于緊急情況中的疾病的診斷可能具有負(fù)面影響。
(viii)對于醫(yī)療診斷，MMR或者X光線圖像需要非常清晰以便醫(yī)生適當(dāng)?shù)卦\斷病人。因此，可靠的數(shù)據(jù)傳遞是必要的。綜上所述，本發(fā)明可以提供一種用于執(zhí)行由用于無信標(biāo)模式通信的第一協(xié)調(diào)器 (10NB)和用于信標(biāo)模式通信的第二協(xié)調(diào)器(IOB)服務(wù)的無線傳感器系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 (11E、13)的通信的技術(shù)，其中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與要監(jiān)視的至少一個實體相關(guān)聯(lián)，且該方法包括 最初，將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(11Ε、 ;3)放置在由第一協(xié)調(diào)器(10NB)服務(wù)的第一網(wǎng)絡(luò)中；通過所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(IlE)的傳感器監(jiān)視該實體或每個實體的一個或者更多個參數(shù)；將來自第一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至第一協(xié)調(diào)器(10NB)；通過使用所監(jiān)視的參數(shù)針對所述實體檢測緊急狀態(tài)的開始或結(jié)束；響應(yīng)于針對所述實體的緊急狀態(tài)的開始的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(IlE)移交至第二網(wǎng)絡(luò)；將來自第二網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至第二協(xié)調(diào)器(IOB)；以及響應(yīng)于針對所述實體的緊急狀態(tài)的結(jié)束的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(IlE)移交至第一網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明可以采用新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(傳感器)、協(xié)調(diào)器或者用于新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(傳感器)、 協(xié)調(diào)器的硬件模塊的形式，并且可以通過替換或者修改由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和/或每個協(xié)調(diào)器的處理器執(zhí)行的軟件來實現(xiàn)。因此，本發(fā)明的實施例可以在硬件中實現(xiàn)，或者可以實現(xiàn)為在一個或者更多個處理器上運行的軟件模塊，或者在其組合上實現(xiàn)。本發(fā)明還可以實施為一個或者更多個用于執(zhí)行這里描述的部分或全部的任何技術(shù)的設(shè)備或裝置程序(例如，計算機(jī)程序和計算機(jī)程序產(chǎn)品)。這種實施本發(fā)明的程序可以存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)上，或者可以例如為一個或者更多個信號的形式。這種信號可以是能夠從互聯(lián)網(wǎng)站下載的數(shù)據(jù)信號，或者在載波信號上提供，或者為任何其他形式。雖然以上描述已經(jīng)提及緊急狀態(tài)的存在或不存在，但是這不是諸如病人的監(jiān)視實體的僅有的兩種可能的狀況。例如，可以引入諸如“非正?！钡牡谌隣顩r來表示病人(或者更正確地，某一感測生命參數(shù)的值)雖然還未處于緊急狀況但是正在引起擔(dān)憂。這可以明確宣布，或者可以通過不立即宣布緊急狀態(tài)的結(jié)束而是等待直到感測值回到正常的讀數(shù)為止來隱含地定義。換言之，延遲向無信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器的移交以防病人滑脫回緊急狀態(tài)可能是優(yōu)選的。雖然以上描述僅僅提及了比如MBAN的無線傳感器系統(tǒng)中的傳感器和協(xié)調(diào)器，但是MBAN可以包括除了這些種類的其他設(shè)備。潛在地，比如配藥機(jī)制的某些介入病人護(hù)理的手段可以布置在處于協(xié)調(diào)器的無線控制之下的網(wǎng)絡(luò)中。因此，不一定將信標(biāo)模式限制于傳感器及其通信的控制，而是可以用于例如向病人給藥以穩(wěn)定緊急狀態(tài)中的生命參數(shù)(例如，心跳)的命令。如上所述，MBAN還可以在與協(xié)調(diào)器的通信(不一定經(jīng)由MBAN本身)中設(shè)置有某些形式的中央控制和監(jiān)視單元。例如，這種中央控制可以在宣布緊急狀態(tài)的開始或解除中涉及。以上描述已經(jīng)考慮了用于確定病人的醫(yī)療緊急狀態(tài)或非緊急狀態(tài)的技術(shù)，這是因為這被看作本發(fā)明的重要應(yīng)用。但是，這不是僅有的可能的應(yīng)用。傳感器可以用于監(jiān)視非醫(yī)療狀況中的活體。例如，可以使用上述相同的技術(shù)監(jiān)視任何處于危險中的人(例子老人或體弱的人，或者孩子；處于危險環(huán)境中的人；等等)。在這種情況中，緊急狀況將代表諸如
20事故的某些形式的身體威脅。在這種情況中諸如脈搏、體溫、加速度等這種生命參數(shù)的傳感器將特別有用。在緊急狀態(tài)中將期望在可能的情況下切換至信標(biāo)模式通信，如同在醫(yī)療場
景中一樣。對于將本發(fā)明應(yīng)用于人體或其他活體的BAN以外有很多可能性。一種可能性是一種能夠檢測諸如在責(zé)任重大的工業(yè)環(huán)境(例如發(fā)電站)中的很多潛在場景的工業(yè)緊急狀態(tài)的系統(tǒng)。這可以應(yīng)用于工廠環(huán)境中的多控制點。例如，我們可以考慮工廠的加熱設(shè)備中的溫度傳感器或者食品生產(chǎn)線的壓力閾值。這種系統(tǒng)中的信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式的雙重使用可以應(yīng)用于這些系統(tǒng)中的緊急狀態(tài)，如同對于醫(yī)療緊急狀態(tài)而言。因此，權(quán)利要求中的術(shù)語 “實體”將被解釋為除了生命體之外還覆蓋任何這種的工業(yè)環(huán)境。雖然以上描述已提及了 IEEE 802. 15. 4和IEEE 802. 15. 6作為示例，但是本發(fā)明可以應(yīng)用于任何類型的基于幀的無線傳感器系統(tǒng)或者M(jìn)BAN而不管是否依照IEEE 802. 15. 6運行，以及應(yīng)用于即使不是醫(yī)療體域網(wǎng)然而有對緊急狀況中改善通信可靠性的要求的其他類型的BAN。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器系統(tǒng)，包括 多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；第一協(xié)調(diào)器，被布置為執(zhí)行與所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的第一子集的無信標(biāo)模式通信；以及第二協(xié)調(diào)器，被布置為執(zhí)行與所述設(shè)備的第二子集的信標(biāo)模式通信， 所述系統(tǒng)具有用于根據(jù)針對所述設(shè)備緊急狀態(tài)是否存在來確定所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的哪些包括在所述第一子集或所述第二子集中的裝置。
2.一種無線傳感器系統(tǒng)，包括 多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；第一協(xié)調(diào)器，被布置為執(zhí)行與所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的第一子集的無信標(biāo)模式通信；以及第二協(xié)調(diào)器，被布置為執(zhí)行與所述設(shè)備的第二子集的信標(biāo)模式通信， 所述系統(tǒng)具有用于根據(jù)針對所述設(shè)備緊急狀態(tài)是否存在來在所述第一子集和所述第二子集之間移交一個或者更多個設(shè)備的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的無線傳感器系統(tǒng)，用于使用所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)視一個或者更多個實體，其中所述緊急狀態(tài)是影響所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)視的所述實體的緊急情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線傳感器系統(tǒng)，其中所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別分配給分別用于監(jiān)視各個實體的多個組中的一個，并且所述緊急狀態(tài)是影響所述組監(jiān)視的所述實體的緊急情況，所述組的設(shè)備作為單元包括在所述第一子集和所述第二子集中、或者在所述第一子集和所述第二子集之間移交。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的無線傳感器系統(tǒng)，其中所述緊急狀態(tài)的存在或者不存在基于所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器感測的一個或者更多個參數(shù)的臨界水平確定。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的無線傳感器系統(tǒng)，其中所述第一協(xié)調(diào)器和所述第二協(xié)調(diào)器被布置為從初始狀態(tài)開始，在所述初始狀態(tài)中所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括在所述第一子集中； 響應(yīng)于所述緊急狀態(tài)的開始將一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從所述第一子集移交至所述第二子集；以及響應(yīng)于所述緊急狀態(tài)的結(jié)束將一個或者更多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從所述第二子集移交至所述第一子集。
7.一種具有多個包括用于監(jiān)視至少一個實體的傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的無線傳感器系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，所述系統(tǒng)采用用于所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的同時的信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式通信的各個網(wǎng)絡(luò)配置，其中所述協(xié)調(diào)器被布置用于與所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的至少一個子集的無信標(biāo)模式通信且對針對所述子集的至少一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的緊急狀態(tài)的存在的確定進(jìn)行響應(yīng)以將所述子集移交至用于信標(biāo)模式通信的另一個協(xié)調(diào)器。
8.一種具有多個包括用于監(jiān)視至少一個實體的傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的無線傳感器系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，所述系統(tǒng)采用用于所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的同時的信標(biāo)模式和無信標(biāo)模式通信的各個網(wǎng)絡(luò)配置，其中所述協(xié)調(diào)器被布置用于與所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的至少一個子集的信標(biāo)模式通信且對針對所述子集的緊急狀態(tài)的改變進(jìn)行響應(yīng)以將所述子集移交至另一個協(xié)調(diào)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的協(xié)調(diào)器，其中所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的子集與處于緊急狀態(tài)的實體相關(guān)聯(lián)，且所述協(xié)調(diào)器進(jìn)一步對所述子集在所述協(xié)調(diào)器的允許范圍以外的確定和/或者所述子集的信號質(zhì)量在預(yù)定閾值以下的確定進(jìn)行響應(yīng)，以將所述子集移交至優(yōu)選地為信標(biāo)模式協(xié)調(diào)器的另一個協(xié)調(diào)器。
10.一種用于監(jiān)視至少一個實體的無線傳感器系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備適用于通過在以下之間選擇來執(zhí)行通信(i)與第一協(xié)調(diào)器的無信標(biāo)模式通信；以及( )與第二協(xié)調(diào)器的信標(biāo)模式通信，其中在所述系統(tǒng)的運行期間根據(jù)針對所述實體緊急狀態(tài)是否存在動態(tài)地選擇所述模式(i)或(ii)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是被分配用以監(jiān)視同一實體的多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的一個，且所述緊急狀態(tài)根據(jù)由分配給同一實體的、所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者任何所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備感測的參數(shù)的水平來確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中所述設(shè)備對所述緊急狀態(tài)存在的確定進(jìn)行響應(yīng)以選擇模式(ii)，以及對所述緊急狀態(tài)不再存在的確定進(jìn)行響應(yīng)以選擇模式 ⑴。
13.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的協(xié)調(diào)器，或者根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任意一項所述的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中每一個實體是活體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)、協(xié)調(diào)器或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于監(jiān)視所述活體的一個或者更多個醫(yī)療參數(shù)。
15.一種執(zhí)行無線傳感器系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信的方法，所述無線傳感器系統(tǒng)由用于無信標(biāo)模式通信的第一協(xié)調(diào)器和用于信標(biāo)模式通信的第二協(xié)調(diào)器服務(wù)的各個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與要監(jiān)視的至少一個實體相關(guān)聯(lián)，所述方法包括以下步驟將所有所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備放置在由所述第一協(xié)調(diào)器服務(wù)的第一網(wǎng)絡(luò)中； 通過所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器監(jiān)視所述實體或每個實體的一個或者更多個參數(shù)； 將來自所述第一網(wǎng)絡(luò)中的所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至所述第一協(xié)調(diào)器； 通過使用所監(jiān)視的參數(shù)針對所述實體檢測緊急狀態(tài)的開始或結(jié)束； 響應(yīng)于針對所述實體的所述緊急狀態(tài)的開始的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至所述第二網(wǎng)絡(luò)；將來自所述第二網(wǎng)絡(luò)中的所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至所述第二協(xié)調(diào)器；以及響應(yīng)于針對所述實體的所述緊急狀態(tài)的結(jié)束的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至所述第一網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
一種執(zhí)行無線傳感器系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(11E、13)的通信的方法，無線傳感器系統(tǒng)由用于無信標(biāo)模式通信的第一協(xié)調(diào)器(10NB)和用于信標(biāo)模式通信的第二協(xié)調(diào)器(10B)服務(wù)的各個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與要監(jiān)視的至少一個實體相關(guān)聯(lián)，所述方法包括最初，將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(11E、13)放置在由第一協(xié)調(diào)器(10NB)服務(wù)的第一網(wǎng)絡(luò)中；通過所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(11E)的傳感器監(jiān)視所述實體或每個實體的一個或者更多個參數(shù)；將來自第一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至第一協(xié)調(diào)器(10NB)；通過使用所監(jiān)視的參數(shù)針對所述實體檢測緊急狀態(tài)的開始或結(jié)束；響應(yīng)于針對所述實體的緊急狀態(tài)的開始的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(11E)移交至第二網(wǎng)絡(luò)；將來自第二網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至第二協(xié)調(diào)器(10B)；以及響應(yīng)于針對所述實體的緊急狀態(tài)的結(jié)束的檢測，將所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移交至第一網(wǎng)絡(luò)。該方法可以應(yīng)用于例如使用根據(jù)IEEE 802.15.6運行的MBAN的醫(yī)院中病人的監(jiān)視。
文檔編號H04W4/22GK102342135SQ201080010242
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者賽義德·阿貝迪 申請人:富士通株式會社