对体域网的改进的制作方法

专利名称：对体域网的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括个人区域网络的无线传感器网络，特别地但是不排他的涉及包括布置在人体或动物身体上或周围、或者植入人体或动物身体中的无线通信传感器的体域网。
背景技术：
已经提出了各种类型的无线传感器网络。在这些网络之中，所谓的体域网或BAN 是用于在相对较短的距离上传送信息的无线个人区域网络(WPAN)的一个示例。与无线局域网(WLAN)不同，经由WPAN实现的连接只占用很少或不占用基础设施。 该特征使得可以针对大范围的设备实施小的、高功效的、便宜的解决方案。令人特别感兴趣的是医疗BAN(MBAN)的可能性，其中传感器用于监视一个或者更多个病人的状态。主要采用传感器来将感测到的数据馈入数据接收装置的BAN是无线传感器网络(WSN)的一个示例；然而，MBAN中还可以包括诸如激励器的更多有源设备。标准IEEE 802. 15. 4针对低数据率WPAN定义了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)子层规范。IEEE 802. 15. 4与较高数据率WPAN的标准IEEE 802. 15. 3具有某些类似之处。这里通过引用其整体合并文档IEEE Std 802. 15. 4-2006和IEEE Std 802. 15. 3-2003。IEEE 802. 15. 4中设想的类型的WPAN适用于诸如工业监视的应用，但是没有提供 MBAN所要求的数据可靠性的类型。在医疗应用中，要求降低与人力有关的成本，同时提高可靠性和处理自动化并减少人工错误。传感器可以提供所要求的智能，并且已经广泛用于医疗设备中。这包括医院康复护理、家庭护理、加护病房以及复杂外科手术过程。有多种不同类型的用于医疗应用的传感器，包括用于脉搏、温度等的外部传感器；与体液接触的传感器；用于导管(通过切口)中的传感器；外用传感器；具有无线传感器的一次性皮肤贴以及可植入传感器。医院或者病房中的每个病人周围的一个或者更多个传感器的WPAN可以提供多种临床益处，包括病人移动性、监控灵活性、向当前不能监视的护理区域的监视延伸、减少的临床错误以及降低的整体监视成本。身体佩戴传感器可以包括单个病人身体上的各种传感器类型。它们需要具有快速施加到病人身体或者从病人身体上移除的能力。单个地，这些传感器可能具有每个病人l-21ApS那么低的比特率，而在合计基础上它们可能需要lOlcbps的比特率。几米那么小的范围可能就足够了。然而，医疗WSN应用是临床环境中的危急任务的应用。受限数据丢失和受限延迟的健壮无线链路、病人和传感器密度的容量、与其他无线电的共存、连续工作多天的电池寿命以及身体佩戴设备的小型因素是对医疗WSN或MBAN的其中一些要求。这些要求可以通过使用诸如时域与频域中的分集和包括前向纠错(FEC)和自动请求重传(ARQ)的差错控制技术、传感器信息速率的低占空比TDMA以及更高效的小天线来满足。因此，正在进行定义另一个标准IEEE 802. 15. 6的努力，该标准意在定义特别是针对医疗应用的体域网的属性。IEEE 802. 15. 6的关键要求之一是在低电池消耗下的针对医疗应用的高可靠性。这对病人的生命取决于医疗WSN应用中的无线链路的可靠性的紧急情况甚至更重要。诸如IEEE 802. 15. 4的已有标准针对不考虑这种抢救生命场景的商业应用而设计。具体地，需要保证与在这种紧急情况下所涉及的诸如传感器的网络设备的通信的可靠性，而不增大网络设备所消耗的功率。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种无线传感器系统，包括多个网络设备；第一协调器，被布置为执行与所述网络设备的第一子集的无信标模式通信；以及第二协调器，被配置为执行与所述设备的第二子集的信标模式通信，所述系统具有用于根据针对设备紧急状态是否存在来确定哪些网络设备包括在第一子集或者第二子集中的装置。根据本发明的第二方面，提供了一种无线传感器系统，包括多个网络设备；第一协调器，被布置为执行与所述网络设备的第一子集的无信标模式通信；以及第二协调器，被配置为执行与所述设备的第二子集的信标模式通信，所述系统具有用于根据针对设备紧急状态是否存在来在第一子集和第二子集之间移交一个或者更多个设备的装置。因此，本发明的这些方面涉及无信标模式协调器和信标模式协调器的双重使用、 以及能够在信标模式协调器和无信标模式协调器之间移交的网络设备，使得能够经由信标使能模式发送诸如传感器数据的“紧急”通信更可靠。注意，协调器不一定是物理上分开的， 而是可以设置在公用单元中。对本领域的技术人员而言，以下将是明显的两个协调器的使用意味着存在至少两个网络，但是为了权利要求，术语“系统”意在包括任何数目的这种网络。术语“网络”用于指代相应的协调器提供的信标模式网络和无信标模式网络中的每一个。这里，优选地，针对实体的紧急状态包括系统中由传感器感测的实体的参数的临界水平。在上述方面的任意一个中，针对网络设备紧急状态是否存在取决于它是否参与监视处于危急状况中的某种实体(诸如活体)。当系统用于监视多个实体(诸如病房中的多个病人)时，网络设备的各个子集作为单元被分配用来监视各个实体，网络设备的各个子集包括在第一或第二网络中，或者在第一和第二网络之间移交。因此，一旦即使针对监视特定实体的网络设备之一紧急状态存在，监视该实体的所有网络设备就优选地被一起移交。如上所述，紧急状态的存在或不存在优选地基于各个子集中的网络设备的传感器感测的一个或者更多个参数的临界水平来确定。即，例如，检测参数的感测值是否越过临界水平。在以上系统中，优选地，第一和第二协调器被布置为从所有网络设备包括在第一网络中的初始状态开始；响应于紧急状态的开始(进入存在)将一个或者更多个网络设备从第一网络移交至第二网络；以及响应于紧急状态的结束(解除)将一个或者更多个网络设备从第二网络移交至第一网络。无线传感器系统将通常是其中信息在帧内在系统内无线传输的系统，每个帧具有帧控制字段，紧急状态的宣布通过将帧控制字段中的值设置为预定值来进行。优选地，帧包括不同类型的帧，且预定值代表紧急帧类型。帧控制字段可以包括至少一个用于指示紧急状况的存在或不存在的比特。这样基于帧的系统可以包括基于IEEE 802. 15. 6的MBAN。在优选的应用中，上述实体是活体，每个传感器用于感测病人的活体的生命参数，紧急状态是医疗紧急。网络设备可以是被分配用以监视同一实体的多个网络设备之一，在该情况下，紧急状态可以根据分配给同一实体的网络设备或任意的多个网络设备所感测的参数的水平来确定。通常，将为处于紧急状态的网络设备的较重要的通信选择信标模式，而其他未处于紧急状态的网络设备使用无信标模式。紧急状态的存在或者不存在的确定可以在网络设备本身中作出。或者，紧急状态的存在或者不存在的确定可以在网络设备以外作出，例如由第一或者第二协调器作出，在这种情况下，网络设备被布置为接收这一确定的通知。根据本发明的第三方面，提供了一种无线传感器系统中的协调器，所述无线传感器系统具有包括用于监视至少一个实体的传感器的多个网络设备，所述系统被配置用于网络设备的同时存在的信标模式和无信标模式通信，其中协调器被配置用于与网络设备的至少一个子集的无信标模式通信，并且响应于实体的紧急状态的存在的确定以将子集的一个或者更多个网络设备移交至用于信标模式通信的另一个协调器。因此，针对实体紧急状态存在(即已开始)的确定(由协调器本身作出，或者从诸如它服务的网络设备之一的其他地方通知它)，导致协调器将陷入紧急状态的一个或者更多个网络设备的责任转移到另一个协调器。这使得那些网络设备与另一个协调器进行信标模式通信以实现传感器数据等的更可靠的传递。根据该方面的修改，提供了一种无线传感器系统中的协调器，所述无线传感器系统具有包括用于监视至少一个实体的传感器的多个网络设备，所述系统采用用于所述网络设备的同时存在的信标模式和无信标模式通信的各个网络配置，其中所述协调器被布置用于某些所述网络设备的无信标模式通信，并且响应于至少一个那些设备的紧急状态的确定以切换至与至少一个设备的信标通信模式同时将任何其他设备移交至另一个协调器以用于无信标模式通信。因此，在该修改中，原协调器保留针对处于紧急状态的设备的责任，但是切换至信标模式以实现与处于紧急状态的设备的较可靠的通信(例如，通过使用保障时隙)。根据本发明的第四方面，提供了一种无线传感器系统中的协调器，所述无线传感器系统具有包括用于监视至少一个实体的传感器的多个网络设备，所述系统被配置用于网络设备的同时存在的信标模式和无信标模式通信，其中，协调器被布置用于与网络设备的至少一个子集的信标模式通信，并且响应于实体的紧急状态的不存在的确定以将一个或者更多个网络设备移交至用于无信标模式通信的另一个协调器。因此，针对实体紧急状态的结束的确定(由协调器本身作出，或者从诸如它服务的网络设备之一的其他地方通知它)，导致协调器将不再处于紧急状态的一个或者更多个网络设备的责任转移到另一个协调器。这使得那些网络设备与另一个协调器进行无信标模式通信以用于非紧迫传感器数据等的常规传递。
或者，如果处于紧急状态的一组设备移出现有的基于信标的协调器的范围、例如由于病人的移动，则可以进行处于紧急状态的该组设备的移交。设备一起移交至范围内的另一个协调器，优选地为信标模式协调器。在执行协调器间的移交、尤其是对于从信标模式协调器到无信标模式协调器或另一个信标模式协调器的移交之前，可以考虑紧急状态的存在之外的其他因素。例如，每个协调器可以知道它所服务的每个网络设备的位置，并取决于网络设备距离它本身以及距离系统中另一个协调器的距离确定移交是否是适当的。即，只要任何移动的网络设备仍在服务协调器的范围内则可以禁止移交。另外，信号强度(例如，如信号干扰比(SIR)所指示的) 可以是考虑在内的附加因素，以使得在S^在给定阈值以上时不执行移交。实施本发明使得组中的所有处于紧急状态的设备(例如，所有附着到同一病人的一组传感器)能够被一起移交。这使得可以跟踪病人在医院内的移动同时用高稳定性传输链路监视该病人。根据本发明的另一个方面，提供了一种在由用于无信标模式通信的第一协调器和用于信标模式通信的第二协调器服务的无线传感器系统中执行网络设备的通信的方法，所述网络设备与要监测的至少一个实体相关联，且所述方法包括最初，将所有网络设备放在所述第一协调器服务的第一网络中；通过所关联的网络设备的传感器监视所述或每个实体的一个或者更多个参数；将来自所述第一网络中的网络设备的传感器数据发送至所述第一协调器；通过使用所监测的参数检测针对所述实体的紧急状态的开始或结束；响应于针对所述实体的紧急状态的开始的检测，将所关联的网络设备移交至第二网络；将来自所述第二网络中的网络设备的传感器数据发送至所述第二协调器；以及响应于针对所述实体的紧急状态的结束的检测，将所关联的网络设备移交至第一网络。本发明的其他方面提供了软件，当所述软件由无线传感器系统的网络设备或协调器的处理器运行时，分别提供以上网络设备或者以上定义的协调器之一。这一软件可以存储在计算机可读介质上。


为了更好地理解本发明以及更清楚地示出如何实现本发明，仅作为示例，现在将参照以下附图，其中图 1 示出了 IEEE 802. 15. 4WPAN 中的协议层；图 2 示出了 IEEE 802. 15. 4WPAN 的可能 PHY 频带；图3示出了 WPAN的星形和对等拓扑；图4示出了信标使能的IEEE 802. 15. 4WPAN中的超帧的结构；图5至8示出了 IEEE 802. 15. 4WPAN中网络设备和协调器之间的数据传递的可能模式；图9示出了用于IEEE 802. 15. 4WPAN中的数据帧的帧格式；图IOA示出了图9的帧格式中的帧控制字段的结构；
图IOB是图IOA的帧控制字段中帧类型比特的目前定义值的表；图IlA示出了用于IEEE 802. 15. 4的MAC命令帧的帧格式的一部分；图IlB是图IlA的帧格式中命令帧标识符的目前定义值的表；图12示出了处于移交前状态中的体现本发明的具有信标协调器和无信标协调器两者的WPAN ；图13示出了处于移交后状态中的体现本发明的具有信标协调器和无信标协调器两者的WPAN ；图14示出了本发明的一个实施例中的用于设置配置和移交的处理流程；图15示出了本发明的一个实施例中的用于移交回原协调器的处理流程；图16示出了本发明的一个实施例中的用于基于位置的移交的处理流程；图17示出了本发明的一个实施例中的用于基于位置和信号/连接质量的移交的处理流程；图18示出了本发明的一个实施例中提出的帧控制字段的新结构；图19是图18的帧控制字段中帧类型比特的可能值的表；图20示出了根据本发明的另一个实施例修改的帧格式中帧控制字段的结构；图21是图20的帧控制字段的帧类型值的表；以及图22示出了本发明的另一个实施例中的图11A/B的命令帧标识符的修改。
具体实施例方式在说明本发明的实施例之前，将首先给出无线网络中所用的多址协议的一些背景说明，随后给出预期与当前正在开发的IEEE 802. 15. 6标准和/或包括MBAN的体域网相关的那些IEEE 802. 15. 4的部分的概要。多址指的是无线网络中的多个网络设备共享同一无线电信道的可能性。为了使能多址，无线网络一般基于频分(其中通过使用不同的频率将来自各个网络设备的传输分开)或时分(其中通过在不同时刻执行来使传输分开)组织。可以同时采用频分和时分两者。对于本说明书的其余部分，将参照时分方案，尽管技术人员可以认识到与那些描述类似的技术可以应用于频分情况。基于时分的网络通常将时间分为称作“帧”的相等时间间隔。已经提出了根据网络设备可获得的信息量提供通信的较多或较少可靠性(通过可靠性表示给定发送被成功接收到的概率)的各种协议。一个这样的协议被称为AL0HA，也称为“纯AL0HA”，适合于其中网络设备不知道彼此也不知道预定时间基准的无线网络。在使用纯ALOHA协议的网络中，任何网络设备可以在时间帧内的任何随机时间处发起数据发送。由于网络设备可以发起数据发送的时间随机，因此两个或者更多个网络设备可能在重叠时间处发起数据发送，造成“冲突”。这些冲突中涉及的发送到达接收机时出错。在适当延迟后而没有收到确定成功接收的确认时，发射机重试发送。反过来，这些发送也可能碰到冲突从而也可能不成功。终端在发送之间经过适当的延迟后继续发送，直到发送被无误地接收并确认。冲突降低了网络的吞吐效率。ALOHA协议的一个重要变型被称为“时隙AL0HA”。使用时隙ALOHA的通信网络将每个帧划分为一系列时隙并且(一般)允许各个网络设备使用任何时隙任意发送。所有来自任何网络设备的数据发送必须在时隙内开始和结束。如果网络设备具有比时隙时间段长的数据发送，则它必须将数据发送拆开成两个或者更多个每一个均适合于时隙时间段的较短的数据发送。将发送限制在固定时隙内减少了冲突的概率，从而使得网络设备之间的通信更可靠，但是不能完全避免冲突。时隙ALOHA的一个缺点是需要每个网络设备同步到每个帧的开始，以便知道时隙时序。实际上，这是通过网络设备侦听广播时序基准信号或每个帧的开始处的“信标”来实现的。另一种避免需要时序基准的协议被称作CSMA-CA，即具有冲突避免的载波侦听多点接入。在CSMA-CA中，无论设备何时希望在竞争访问时段(CAP)内发送，它都等待随机时段。如果在随机退避之后发现信道空闲，则设备发送其数据。如果在随机退避之后发现信道被占用，则设备在再次尝试访问信道之前等待另一个随机时段。另一个已知为TDMA、即时分多址的协议要求网络控制器或协调器将时隙分配为网络设备独自占用以避免冲突的可能。但是，这不仅要求设置中央协调器，而且要求所有网络设备在开始发送之前侦听信标以及分配给它们的时隙的通知。在同一网络中可以例如针对上行链路(即到诸如协调器或基站的中心点的数据发送)和下行链路(到诸如传感器的网络设备的数据发送)分别使用不同的协议。在这一点上，所提出的一种用于WSN的下行链路的协议被称为无线传感器MAC的智能(wise)MAC。这是一种包含每个网络设备采用相同恒定时段短时间侦听无线电信道的无信标机制。如果网络设备检测到活动则它继续侦听直到接收到数据帧为止或者直到信道再次变为空闲为止。同时，协调器在每个数据帧的前面加上唤醒前导，以确保当帧的数据部分到达时接收机是唤醒的。以这种方式，当信道空闲时，网络设备的功耗保持为很低。在IEEE 802. 15. 4中，如下所述，提供了信标使能拓扑和无信标拓扑两者。信标使能拓扑使用协议的组合，其中“帧”的概念由“超帧”代替，“超帧”包含用于经由CSMA-CA的基于竞争访问的时隙以及基于TDMA分配专用于网络设备的保障时隙(GTS)。虽然这通过 GTS的分配提供了数据的可靠传输，但是存在网络设备需要保持上电(“唤醒”)以侦听协调器获得时序和时隙分配信息的缺点。综上所述，虽然提供时序基准和(超)帧结构的基于信标的通信协议允许较少的冲突从而实现更可靠的通信，但是这是以网络设备的功耗为代价的。另一方面，在采用无信标方案时，虽然在非活动周期中功耗可以保持为很低，但是与基于信标的方案相比，吞吐量较无保障且滞后时间(直到获得信道访问为止的延迟)较长。本发明提出了一种用于IEEE 802. 15. 6的信道访问方案，该方案使得可以结合高可靠性级别和网络设备低功耗的优点。在说明该方案如何工作之前，现在将给出更多关于 IEEE 802. 15. 4网络的通用配置的信息，因为期望将类似的配置应用于IEEE 802. 15. 6。图1示出了标号为100的按照分层OSI模型的IEEE 802. 15. 4WPAN的总体架构， 其中经由包含无线电收发器及其低层控制的PHY层访问物理介质。如图所示，有两个可选的频带101、102用于PHY，这在图2中示出。较低频带101提供以868. 3MHz为中心的单个 20kb/s信道，以及/或者以915MHz为中心的每个为401cb/S的十个信道。较高频带102提供每个为2501A/S的16个信道且以频率2. 44GHz为中心。使用这些频带中的哪一个将取决于本地监管要求。对PHY的访问是通过图1中由105指示的MAC(媒体访问控制)子层提供的。在此之上，在这样的WPAN以外，设置了允许从其他网络访问WPAN的LLC(链路层控制)；这可以是根据IEEE 802. 2标准或者其他类型的标准。最后，LLC之上的上层109包括网络层以提供网络配置、控制和消息路由以及提供所打算的整体功能的应用层。MAC子层的一个任务是控制网络拓扑。星形和对等是通信网络中两种已知拓扑，且两者均在IEEE 802. 15. 4中提供。在两种情形中，拓扑在两种基本类型的网络节点之间区分设备和协调器。如图3中所示，在星形拓扑中，多个设备11与中央协调器10直接通信； 而在对等配置中，设备IlA与通信器通过作为中继器的中间设备IlB和IlC沿着一跳或者更多跳进行通信。协调器充当到上层的接入点；在WSN的情形中，它充当传感器收集的数据的接收器。考虑到各个设备的通信范围可能非常有限(几米)，对等拓扑使得可以覆盖更大的区域。拓扑可以是动态的，随设备加入到或者离开网络而改变。在MBAN的情形中，例如，在协调器设置在各个病人位置(比如病床)处、与关于单个病人的设备交换信号的情况下，星形网络是合适的。在设置一个协调器为多个病人(协调器可以放置在病房中的固定点处)服务时，对等将是更合适的拓扑。因此，虽然设备11 将通常是移动的，但是协调器可以是移动的或者固定的。对等网络还可以更适合于快速改变的环境，其中要求快速设置或改变网络，或者允许网络自组织和自愈。自愈可以包括例如在现有协调器故障或者离开网络的情况下建立新协调器。可以在比如医院的同一位置设置多个星形和/或对等网络，每一个均具有它们自己的协调器。在该情形中，各个协调器有必要合作以便避免相互干扰并允许数据的共享或校对。在IEEE 802. 15.4中，这种网络称为簇(cluster)，且给出了规定以用于为簇建立整体协调器以及用于划分和合并簇。WPAN中的节点可以由不同能力的单元构成。通常，协调器的角色将要求具有某些处理力的相对有能力的设备以及能够同时处理来自多个源的传输的收发器。这继而将使得电能(在某些情况下，它可以是干线供电)的充足供应成为必需。另一方面，网络中的其他设备可以具有较有限的处理能力且只接入到电池电源，甚至可以是无法充当中继跳那么简单。具有很低电能可用性的设备可以在大多数时候关机，而只偶尔“唤醒”以例如向另一个节点发送传感器数据。因此，IEEE 802. 15. 4标准在“完全功能”和“精简功能”设备之间进行区分。对于传感器可能植入体内从而不能具有大的或可充电电池的MBAN而言，电能的可用性是特别的问题。如同已经提及的，IEEE 802. 15. 4提供信标使能和无信标使能网络拓扑。在信标使能网络中，协调器周期性地发送信标且设备周期性地侦听该信标以与网络同步并访问信道。信道访问是以“帧”为单位的，其中“帧”在根据如图4中所示的由协调器定义的超帧结构的“超帧”内顺序传输。每个超帧30由两部分组成活动和不活动。活动部分分割为竞争访问时段CAP 36，和其后可选无竞争时段CFP 37，以保证对具有服务质量要求的应用的访问。如图4中由竖直划分所表示的，超帧被划分为16个等间隔的时隙，每个时隙能够携带来自协调器或者来自设备的数据的帧。因此，考虑与一个协调器相关联的设备，在超帧内各个连续的时隙期间每次只有一个设备可以处于与协调器的通信中。首先来的是用于协调器发送的信标帧(见下面)的时隙31。在此之后，在CAP内提供若干个时隙32，以允许使用CSMA-CA在竞争基础上向或者来自设备的数据传输。
接下来是CFP的保障时隙GTS 33，以允许信道访问基于信标的网络中的设备，且如同所示出的，这些中的每一个均可以延伸超过多于一个基本时隙。在不活动时段结束后， 下一个超帧通过协调器发送另一个信标帧31标记。在超帧的不活动时段34期间设备可以进入休眠。因此，通过延长不活动时段34的长度，设备的电池电量可以尽可能地节约。在无信标使能网络中，除非被要求(例如，为了网络发现的目的)，否则协调器不需要为了同步而发送信标。信道访问不受超帧结构的限制且设备是异步的，通过CSMA-CA 执行所有的数据传递。它们可以按照诸如WiseMAC的协议遵循它们自己的休眠模式。对于MBAN应用，协调器在正被监视的身体或多个身体以外。它可以是PDA、移动电话、床边监视站或者甚至是临时充当协调器的足够有能力的传感器。如上所述，信标使能网络中的协调器负责提供同步和到网络设备的信道访问。超帧的开始和结束也由协调器定义。协调器具有到其他网络的潜在通信和可获得充足电源、例如通过易于更换的充电电池的两个主要特征。还可以设置中央护理和监视单元以用于可能包含若干协调器的网络的整体控制。 这可以采取具有能够接受来自多个病人的连续或偶尔的紧急数据流的监视设备的房间的形式。通常，有位于中央单元中连续观看和监视病人数据的护士或医护专员。他们将响应于病人状况的改变而采取动作。中央护理和监视单元可以无线连接至所述或者每个协调器 (在这种情况下可以将它看作MBAN的一部分)，或者它可以具有到每个协调器的有线连接 (在这种情况下可以将它看作在MBAN以外)。图5至8示出了 IEEE 802. 15. 4网络中设备和协调器之间的数据传递。在 IEEE802. 15. 4中定义了三种基本类型的传递(i)设备(发送方)发送其数据至作为接收方的协调器的数据传递-用于星形和对等拓扑两者中；(ii)其中设备接收数据的从作为发送方的协调器的数据传递-用于星形和对等拓扑两者中；以及(iii)两个对等方之间的数据传递-仅用于对等网络中。图5和6分别示出了信标使能和无信标使能情况的从设备(网络设备11)和协调器(协调器10)的传递。区别是在信标使能情况中，在CFP中使用CSMA-CA或者在CAP中使用GTS发送数据(数据帧4 之前，设备1必须等待从协调器接收信标帧41 ；而在无信标使能情况中，通常没有信标帧且设备11使用CSMA-CA任意发送数据帧42。在任何一种情况中，协调器通过发送可选确认帧或者ACK 43来确认数据的成功接收。下面将更详细地说明这些不同类型的帧。如果接收方因为任何理由而不能处理接收的数据帧，则不确认消息。如果发送方在一段时间之后没有接收到确认，则它认为发送失败且重试帧的发送。如果在几次尝试之后仍然没有接收到确认，则发送方可以选择终止交流或者再次尝试。当不需要确认时，发送方认为发送是成功的。图7和8示出了从协调器10到设备11的数据传递。当协调器希望将数据传递给信标使能WPAN中的设备时(图7)，它在信标帧41中指出数据消息待处理。设备周期性地侦听信标帧，如果消息待处理，则通过CSMA-CA发送请求数据的数据请求(MAC命令)。协调器10通过发送确认帧43确认该数据请求的成功接收。然后使用时隙CSMA-CA或者、如果可能则在紧接着确认之后发送待处理的数据帧42。设备11可以通过发送可选确认帧43 确认数据的成功接收。现在交流完毕。在成功完成数据交流之后，从信标中待处理消息的列表中移除该消息。在无信标使能情况下，包括为特定设备11准备好的数据的协调器10必须等待基于竞争发送的、来自所讨论的设备的数据请求44。在接收到这样的请求之后，协调器发送确认帧43 (这也可以用于在没有准备好的情况下指示这种情况)，之后是数据帧42，响应于数据帧42设备11可以发送另一个确认帧43作为回答。为了简化，以上流程仅考虑了数据在设备和协调器之间传递的以上情况(i)和 (ii)，但是在对等网络中，如同已经提及的，数据传递将通常经由涉及一个或者更多个中间节点的机制(iii)发生，这增加了产生冲突和延迟的风险。如图5至8中所示，IEEE 802. 15. 4网络中的通信涉及四种不同类型的帧一信标帧41，由信标类型协调器用于发送信标；一数据帧42，用于所有数据的传递；一确认帧43，用于确认成功的帧接收；—MAC命令帧44，用于处理诸如数据请求的所有MAC对等实体控制传递。四种帧类型的每一种的结构都非常类似，在图9中示出了数据帧42作为示例。在图中，两个水平条分别代表MAC子层和PHY层。时间从左到右推进，帧的每个连续字段的时间长度在所讨论的帧的上方示出(以八位字节为单位)。每个帧由特定顺序的一系列字段组成，这些从左到右按照它们由PHY发送的顺序示出，其中最左的比特在时间上首先发送。 每个字段中的比特从0(最左且最低有效)至k-Ι (最右且最高有效)标号，其中字段的长度是k比特。要经由数据帧42发送的数据源于上层。有效载荷数据传递到MAC子层且被称作 MAC服务数据单元(MSDU)。MAC有效载荷加上前缀MAC头MHR并附加上MAC尾MFR。MHR包含帧控制字段50(见以下)、数据序列号(DSN)、寻址字段以及可选辅助安全头。MFR由16比特帧校验序列FCS组成。MHR、MAC有效载荷和MFR —起形成MAC数据帧(即，MPDU)。MPDU 传递给PHY作为PHY服务数据单元PSDU，其成为PHY有效载荷。PHY有效载荷加上前缀同步头SHR和PHY头PHR，其中，同步头SHR包含前导序列和帧起始定界符SFD，PHY头PHR包含以8位字节计的PHY有效载荷的长度。前导序列和数据SFD使得接收机能够实现符号同步。SHR、PHR和PHY有效载荷一起形成PHY包(PHY协议数据单元PPDU)。信标帧41、确认帧43和MAC命令帧44具有类似的结构，除了在各个情况中MAC有效载荷具有不同的功能，确认帧没有MAC有效载荷。另外，信标帧41、确认帧43和MAC命令帧44源于MAC子层而不涉及上层。在图IOA中更详细地示出了在各种类型的帧中使用的帧控制字段50。它由分配给如图所示的用于不同目的的子字段的16个比特组成。具体地，字段的前三个比特表示帧类型51 信标帧41、数据帧42、确认帧43或MAC命令帧44。在图IOB中示出了表示帧类型的方式。在帧类型比特51之后是表示MAC子层是否使能了安全的单比特安全使能子字段 52。随后是帧待处理子字段53，用于指示发送方是否有给接收方的更多数据。接下来是确认.请求(Ack. Request)子字段M，用于指示是否从接收方请求确认。在这之后是一些其他的子字段阳至59，用于寻址目的或者在当前IEEE 802. 15. 4规范中保留。
如同所述，图IOB是帧类型子字段51的可能比特值的表，示出了在IEEE 802.15.4 规范中值100至111未使用。MAC命令帧44在结构上非常类似，如图IlA中所示。在这种情况下，有效载荷包括命令帧标识符440，用于识别MAC命令帧代表的命令的类型。如图IlB的表中所示，在IEEE 802. 15. 4中定义了各种类型的命令，图IlB的表示出了标识符440的可能值，其中某些值保留作将来用。已经概述了本发明的背景，现在将说明支撑本发明的原理。本发明处理例如经由放置在每个病人的身体上或周围或者植入每个病人身体的传感器的MBAN监视病人的情形。顺带提及，在后续的描述中，诸如“MBAN”或者“系统”的术语用于指代给定位置中的无线设备的整体，即使在整个系统内存在不同的网络。简而言之，本发明提出了一种其中经由各自的协调器一起执行信标使能和无信标通信的系统。这些协调器通常是系统中的不同硬件，但是可以放置在一起以便共享它们的至少部分硬件或软件资源。下面，将信标使能通信称为“信标模式”，将无信标通信统称“无信标模式”。假定至少传感器中的某些用于感测一个或者更多个参数，诸如可能指示病人的危及生命的情形(紧急状态)的心率。本发明的实施例提供了用于响应于紧急状态的宣布 (开始)、以及紧急状态的解除(结束)在信标模式和无信标模式通信之间切换的方法。要描述的技术集中于基于信标和无信标双模式的、例如对于医疗无线BAN的信道访问操作，以使得网络设备(诸如医疗传感器的BAN设备)能够享有两种类型的模式的好处而不承受单个信道访问模式的缺点。医疗紧急状态中的设备被传递到采用基于信标的信道访问的主要(primary)网络，而非紧急的设备进行到由采用无信标模式信道访问的次要(secondary)协调器控制的次要网络的转换。原则上，如果期望，在两种模式在两个正交信道上运行时则两种模式可以在同一物理协调器内运行，以使得一个模式不干扰另一个模式。一种初始配置态是基于如下假定的最初，所有的设备不管其状态(紧急或非紧急)均在无信标模式的一个协调器下运行。在该实施例中，在初始配置之后，如果将一组传感器附加在病人的身体上且只有该组传感器中的一个进入紧急状态，则与该病人相关联的整个传感器组(例如，具有相同病人ID)将被移交给专用信标模式协调器。当附加在一个病人上的传感器中没有传感器处于紧急告警状态时，所有传感器将移交回原来的无信标模式协调器。不像传统的移交机制，该类型的移交的触发是紧急状态的改变。(传统移交机制通常基于所接收的信号强度、所接收的信号质量和/或与诸如基站的协调器类型的设备的距离)另外，本发明的实施例处理移动性的问题。考虑如下场景在该场景下，处于紧急状态的传感器是移动的(例如，病人在移动)，而协调器是相对静止的，其固定到墙上、天花板上或者杆上。在这样的场景中，当网络设备地理上移动时，它们将需要从一个协调器移交到另一个协调器。如下所述，移交的触发是基于设备的位置和上行链路或下行链路中接收的信号质量的可选度量的组合。设备的位置和可选的接收信号质量参数提供了健壮的移交而不需要信标模式协调器。最佳相邻协调器例如可以通过网络规划或者通过在其中执行 “行走(walk) ”测试的网络配置态与各个BAN设备位置相关联。
或者，可以采取最小规划方法，其中相邻协调器的覆盖区域比传统的大蜂窝设计具有显著较大的重叠，且相邻协调器使用正交RF信道。由于具有显著大的重叠覆盖区域， 因此可以手动或者自动地容易地配置基于位置的移交，而不需要精细的网络规划。例如，可以借助于距离方式的最近的协调器进行自动移交。设各位置可以是附着到同一个病人的 BAN设备组的平均位置。或者，位置可以是距离当前活动协调器最远设备的位置。在设备集合/组附着到病人的情况下，移交触发将应用于整个设备集合/组。现在将参照图12至22描述本发明的一个实施例。首先，假定已经建立了两个星形或对等网络(拓扑)，其中一个网络由用于紧急状态的主要协调器控制，而另一个网络具有用于非紧急状态应用的次要协调器。假定在初始配置之后我们有两个并排运行的网络。主要协调器是供处于紧急状态的网络设备用的信标模式协调器。次要协调器是能够由任何网络设备使用但是提供比主要协调器较不可靠(较少保障和/或较慢)的通信链路的无信标模式协调器。为了本目的，假定只有系统中的医疗设备能够“处于紧急状态”；可能存在不用于医疗目的的其他网络设备13。在图12中示出的初始状态中，包括处于紧急状态的设备IlE 和未处于紧急状态的设备13 (医疗或非医疗)的所有网络设备与无信标模式协调器IONB 通信。实线双头箭头表示通常是双向的低优先级链路15，例如传感器节点将从其协调器接收命令以及发送它已经采集的传感器数据。另一个信标模式协调器IOB存在但是还未用于任何网络设备的通信。注意，包括那些处于紧急状态的设备IlE的网络设备正使用与无信标协调器IONB的对等链路。除了缺少无信标模式协调器分配的任何GTS以外，该拓扑将倾向于使从和向紧急状态中的任何设备IlE的数据传递变慢。因此，网络设备之间的(以及网络设备和无信标模式协调器IONB之间的)链路被示出为“低优先级”链路15。为了提高紧急状态中的网络设备的通信的可靠性，将主要协调器带入活动使用。 即，在识别出一个或者更多个网络设备处于紧急状态时，使得信标模式协调器IOB开始与紧急状态设备IlE的通信，如图13中所示，形成用于紧急状态通信的新的主要网络并使用 (在该示例中)星形拓扑和诸如TDMA-AL0HA的信标模式信道访问。主要网络向处于紧急状态的每个设备IlE提供高优先级链路14，如图中的虚线所示。同时，已经运行的无信标模式协调器IONB用于使用基于无信标的技术提供次要网络，提供低优先级链路15，如图中实线箭头所示。注意，紧急状态拓扑可以是星形或者对等技术。在对等通信的情况中，在信标模式协调器和紧急状态设备IlE中间的每个节点将也由高优先级链路14链接。虽然将协调器IONB示出为最初在无信标模式中，但是它也可以在形成次要网络时切换到该模式。在这种情况下，主要网络的优点将是较不拥塞的信道和(在采用时)采用星形拓扑而非对等拓扑。在描述这种双模式系统中涉及的一些协议之前，存在一些对无线电性能的假定和考虑，以便以下述方式实现双信道访问操作。1.假定所有设备可以从涉及的协调器接收信标并且区分多个协调器。2.另一个假定是两个协调器能够提供不同的信道访问模式，意味着它们之一可以在保障时隙模式(例如，TDMA-AL0HA)中运行而另一个将在低功率非保障模式中运行。3.同样地假定在这种操作下来自一个链路集合(网络)对另一个的干扰不重要。4.还假定对于所涉及的协调器对无线电信道和频带的访问或者a.在时域中切换；或者在频域中切换；或者C.在频域和时域两者中切换。协议1 双信道访问机制的设置配置和移交图14描述了用于在以上图12和13中描述的严重紧急状态下用于双信道访问机制的设置配置和移交。在图14中(以及在以下类似的图中)，竖直轴代表时间。沿着水平轴在各个列中示出了各种设备类型，使得它们各自的功能可以分开。第一列代表无信标模式协调器IONB ；第二列代表进入紧急状态的一个或者更多个网络设备IlE ；第三列代表其他网络设备13 (医疗的和非医疗的两者)，其中一些也可以进入紧急状态，从而被转移至与处于紧急状态的医疗网络设备IlE相同的组；最后一列是针对信标模式协调器IOB的。处理流程如下。SlO 最初，并且在设置配置期间，所有设备被分配给基于无信标的协调器。因此， 如同示出的，没有设备在信标模式中运行。Sll 假定一个或者更多个网络设备例如由于所感测参数的值达到临界值而宣布紧急状态。每个这种设备被称为“处于紧急状态”。顺便提及，网络设备本身不需要进行紧急状态的初始确定，因为这可以通过某些更高层次的设备通知它们。S12:假定处于紧急状态的设备IlE向无信标模式协调器IONB提供紧急状态指示。 或者，这可以以其他方式提供，例如通过附加在系统上的更高级别的控制单元来提供。S13 无信标模式协调器IONB识别相关组内的所有设备。例如，附着到医院中的同一个病人上的所有设备可以基于病人ID号或者以某些其他方式成组。因此，在步骤S12中组中仅一个设备提供指示可以是足够的。S14&S15 命令作为组的紧急状态设备IlE移交并且同步至要由信标模式协调器 IOB形成的信标网络。因此，无信标模式协调器IONB不仅发送步骤S14中至紧急状态中的
(多个)设备的命令而且发送步骤S15中示出的至其他设备的命令，以使得该组设备开始移 、-父。S16&S17 处于紧急状态的设备IlE以及同一组中的任何其他设备准备好同步至信标模式协调器10B。他们通过侦听来自信标模式协调器的、在整个网络上广播的下一个信标信号来完成该任务。因此，自己生成紧急状态的或者与紧急状态设备属于同一组的第三列中的设备也能够加入信标使能网络。S18&S19 移交结束，之后该组设备已加入信标网络，从而由信标模式协调器IOB 通过高优先级链路服务。虽然在图14中未示出，但是任何该组以外的其余设备(诸如非医疗设备)保持在无信标模式协调器IONB服务的无信标模式网络中。因此，在以上移交中，在本实施例中，附着到一个病人的所有传感器作为组移交。 换言之，假定即使单个传感器设备进入紧急状态，所有其他传感器设备(或者预选的子集) 也将被移交至专用的基于信标的网络。协议2 对于不再处于“紧急”状态的网络设备的移交当信标模式网络在运行中时，一个或者一些设备可能脱离紧急状态。在这种情况下，传感器设备可以被移交回原来的协调器。原来的协调器将在将它们移交回原来的无信标模式非紧急状态网络之前，确定附着到同一病人的所有同一组设备(或者子集)脱离紧急状态，如图15中所示S20:在初始状态中，假定信标模式和无信标模式网络两者与每个中的一些设备一起运行。S21 处于紧急状态的一组网络设备中的一个网络设备IlE脱离紧急状态；换言之，至少对于该设备而言紧急状态解除，例如由于它所感测的参数不再处于临界值上。S22 该设备IlE向信标模式协调器IOB发送脱离紧急状态指示。S23:作为回复，信标模式协调器向同一组中的其他设备发送报告它们的状态的请求。(当然，这假定每个设备足够自知而能够这样做；在网络设备自己不能确定紧急状态的替选布置中，该步骤和下一步骤将省略)S24 组中的其他设备向协调器IOB确认它们的状态。即，每一个确认它不再处于紧急状态；例如，确认所讨论的网络设备正感测的病人的生命参数的当前值在可接受的范围内。S25 一旦协调器IOB确信已不必要将紧急状态组的设备IlE保持在信标模式网络内，则协调器IOB向组中的所有设备发送移交请求。S26 组中的设备切换至无信标模式。S27&S28 设备IlE试图寻找范围内的无信标模式协调器(在多于一个这种协调器可用的情形中，可以选择最近的或者提供最强信号的一个协调器)。在找到无信标模式协调器之后，它们将它们自己注册到无信标网络。S29 现在移交完成，以使得该组设备现在与无信标模式协调器IONB通过低优先权链路进行通信。虽然未示出，但是经由信标模式协调器IOB的高优先权链路可以为仍处于紧急状态的其他(多个)组设备、例如监视另一个病人的一组设备保留。协议3 用于采用基于定位机制的最小设备功能性的双访问模式操作的移交步骤传感器设备具有移动性在一些场景中，网络设备可以是移动的，或者换言之，能够相对于它们的协调器移动。例如，在医院中，附着到病人的每组传感器在病人移动或被移动时将相对于附着到床或墙等处的固定协调器移动。在这种情况下，存在如下可能性已经被新协调器IOB接受的、形成采用保障时隙的TDMA设备的专用组的一个紧急状态设备或者一组紧急状态设备，可能开始移动离开其协调器(例如，两个紧急状态病人之一移动离开专用协调器)。在这种移动下，信标模式协调器IOB不再能够保持对于紧急状态设备的服务的质量是可能的。这里主要关心的问题是如下事实如果移动传感器试图跟踪连续更新或者传统的移交步骤，则这会引起紧急状态设备的快速电池损耗。为了避免这样的情况，图16中的次要移交方案可以用于尽可能地避免传感器设备功能性。即，最小化紧急状态中的传感器设备动作和发信号的需要以避免不必要的功耗。 假定存在能够告诉每个协调器关于每个传感器和其他可用协调器的定位实体(例如，现存的UWB技术)。还假定信标模式协调器IOB (专用紧急状态协调器)具有可接受发送范围或者安全访问半径，在此之外将触发移交。优选地，该半径是可靠通信的安全距离。紧邻安全半径之外，设备将仍能够收到协调器的信息，但是在网络设备在该安全半径之外移动地更远时，连接的质量将落到对于专用医疗紧急状态操作不可接受的水平。最后，假定多个网络设备附着到同一个病人，并在如果一个设备宣布紧急状态则组中的所有设备(即，附着到同一个病人的某些或全部传感器)均处于紧急状态的意义上将这些设备作为组对待。
步骤如下S30 步骤从其中假定处于紧急状态的某些网络设备IlE正经由主要网络与信标模式协调器IOB通信的初始状态开始。S31 假定一个网络设备IlE或者一组设备远离协调器IOB移动以使得它现在在通信的安全半径以外。通常，在以上假定的场景中，这将由于病人移动(或被移动)而发生。S32 信标模式协调器IOB以某种方式检测位置的改变(通过内部手段或者通过由外部源通知位置)。S33 信标模式协调器IOB等待一段短时间以避免作用于短期运动。即，避免基于随机或短期运动触发移交。S34 信标模式协调器IOB检查同一组中的其他传感器(网络设备)的位置。如前，“组”可以是例如附着到同一个病人的部分或全部传感器。S35 协调器IOB判断该组是否(仍)在安全半径以外。为此可以使用该组内设备的平均位置。如果否(例如，如果该组传感器所附着到的病人已经移动回较接近协调器 10B)，则不采取任何动作。S36 如果判断该组在范围以外，则信标模式协调器IOB确定将该组传感器移交到的最佳备选协调器。这将通常简单地是最接近组的当前位置的协调器，但是该确定可以考虑其他协调器上现有的负载、组的移动趋向以及其他因素。注意，协调器不一定是与网络设备(传感器)不同类型的设备，在某些实现中，某些或全部网络设备可能能够充当协调器， 可能提供供从中选择的若干备选。S37 协调器IOB向处于紧急状态的传感器组发出移交请求。这包括组要与之建立通信链路的最近邻协调器(优选地为信标模式)的识别。S38 该传感器组将其自身注册到新协调器10’ B以完成移交。注意，这不仅仅是个别设备的移交，而是处于紧急状态的设备组的移交；实质上，病人他或她自身已经被移交了。以这种方式，例如当病人在医院周围移动时保证可以监视、跟随和追踪病人。协议4 用于采用基于定位机制和信号质量的最小设备功能性的双访问模式操作的移交步骤在第四协议(图17)下，假定与第三协议(图16)所考虑的类似情形。区别在于 另外，在位置信息之外，监视信号质量或者无线电链路的质量以帮助关于移交的判断。S40-S45 分别如以上步骤 S30_S;35。S46 主要协调器IOB判断关于传感器组的SIR(信号干扰比)和/或无线电链路的质量是否在可接受的阈值之下。这里，3顶可以简单地是从传感器本身接收的上行链路信号的SIR，也可以是由传感器回复的下行链路上的信号强度的值。如果信号是可接受的， 则不管传感器组的移动如何，均(还)没有移交的任何必要性，因此不采取任何动作。S47:除了传感器移动出安全半径以外，如果它们的信号强度也是不可接受地低， 则这意味着需要移交。协调器IOB确定用于该目的的最佳备选。S48 向该组传感器发出移交请求，指定要使用哪个新协调器。S49 该组将其自身注册到新协调器10’ B以完成移交步骤。为了宣布紧急状态，将紧急状态传递给其他无线电节点是至关重要的。现在将给出一些上述协议可以如何适应到像从IEEE802. 15. 4得到的、当前正在开发的IEEE802. 15. 6的通信标准中的描述。图18和19示出了在本发明的一个实施例中对IEEE 802. 15. 4帧格式的第一可能修改，以通过标记为“紧急状态”的新比特的添加来适应紧急状况并使得它适合于 IEEE 802.15.6。在该第一可能修改中，为新紧急状态帧类型留了余地，但是没有对IEEE 802. 15. 4中的帧类型作出任何其他改变。如同已经概述的，IEEE 802. 15. 4提供包括信标帧41、数据帧42、确认帧43和MAC 命令帧44的各种帧类型。在IEEE 802. 15. 6中，实现上述步骤的一种方式是引入另一种帧类型——紧急状态帧，以便向目标设备宣布紧急状态(或非紧急状态)。图18示出了与已经为IEEE 802. 15. 4提出的图IOA的帧控制字段50对应的帧控制字段500的结构。如同通过将图18与图IOA比较所看到的，比特0-2表示帧类型501，如同在IEEE 802. 15. 4中，但是可能的帧类型值改变了，如图19中所示。之前保留的值100-111 中(见图10B)，现在比特值“111”用于表示新紧急状态帧类型。值100至110保持为保留值供将来用。在帧控制字段500的其余子字段中，基本上与图IOA的帧控制字段50中存在相同的元素，除了第7比特新用作紧急状态的标记(例如“1”=紧急状态且“0”=不紧急状态)。比特8现在用于代表确认(ACK)策略(与图IOA的确认请求子字段对应)。用于安全使能比特502、帧待处理比特503、PAN ID压缩506、目标寻址模式507、帧版本508和源寻址模式509的子字段与它们在IEEE 802. 15. 4帧控制字段50中的对等部分具有相同的功能。图20和21示出在本发明的另一个实施例中的、对IEEE 802. 15. 4帧格式的第二可能修改，以不仅适应紧急状态帧类型而且适应其他新特征，这些新特征包括具有所谓的即时ACK的更灵活的ACK规定、网络设备的电池的状态的指示以及“紧迫”的指示。图20的帧控制字段500’的格式与图18的500的不同主要在于用于确认策略的单个比特505由用于定义不同ACK类型的两个比特代替，且在于电池状态的指示(即剩余电量或电压电平)和“紧迫”由需要另外比特(在图中标注为“Extd比特”0-3)的新子字段511和512代表。如同可以看出的，两个比特分别分配给允许针对每一个定义多达4个电平的“紧迫”和“电池电平”的每一个。这些新子字段的含义和使用在本发明的范围以外， 但是这里要注意的是，它们可以与本发明中的信标模式/无信标模式切换协同使用以提供 BAN的设备之间的更灵活的信令。该情况中的IEEE 802. 15. 4修改帧类型值如图21中所示，其应当与图IOB和19 进行比较。与图19的实施例相比，区别在于之前保留的值100和101现在用于表示两种类型的ACK，即即时ACK和延迟ACK，即时ACK例如用于紧急状态中的设备以确认接收的数据的每个单独的帧以用于更可靠的通信。即时ACK是同一发明人的同时待决的申请的主题。作为已经提出的用于将本发明的新特征集成到帧结构中的另一种技术，可以使用 MAC命令帧的命令帧标识符(返回参照图IlA和11B)。图22示出了包括向可能值的表添加了新命令类型“紧急状态通知”和“移交”、占用了之前未用的值OxOa和OxOb的MAC命令帧44’需要的修改。除了定义新命令类型以外，命令帧标识符之后的有效载荷用于为命令给出信息(上下文)。在图22中示出的MAC命令帧44’的情形中，有效载荷的一个示例将是接收设备应当移交到的最适当的备选协调器(多个协调器)的ID。在命令类型“紧急状态通知”的情形中的一种可替选的有效载荷将是相关联的时间值，诸如紧急状态的持续时间 (以ms为单位)或者直到紧急状态有效为止的时间(自从已知时序参考点或历元(印och) 起的ms)综上所述，本发明的一个实施例可以提供以下特征*在网络系统内紧急状态设备向专用的基于TDMA的网络移交的概念。当附着到病人身体的一组传感器设备中的一个设备进入紧急状态时触发移交。附着到一个病人的MBAN 传感器的整个组在网络之间移交。*在附着到该病人的整个传感器组脱离紧急状态时触发移交的移交返回机制。*当紧急状态病人移动远离协调器时，如果传感器移动到距离协调器访问半径以外，则QoS和无线电链路的质量可能下降。在这种情况下，协调器知道传感器位置且触发基于位置的移交。作为除了位置之外的选择，也可以考虑QoS、S^或者无线电链路的质量来作出移交判断。* 一种包括用于IEEE 802. 15. 6的紧急状态格式的新控制帧结构。结果可以获得以下优点*本发明的实施例使能基于信标和无信标的双模式、用于医疗无线BAN的信道访问操作，其反过来使得BAN设备享有两种类型模式的好处(例如保障吞吐量和低功耗)而不承受单信道访问模式的缺点(例如高信道访问滞后和高功耗)。*以上双模式操作可以提高医疗无线BAN中的、特别是用于医疗紧急情况的通信的可靠性。工业实用性本发明的实施例在通过使用MBAN方便紧急状态管理中可以扮演极其重要的角色。可以注意以下场景(i)通过采用无线传感器在其身体上形成MBAN，可以在医院或者在家监视世界范围内的亿万心脏病人。MBAN可以为这些病人提供额外的移动性。但是，对于在诸如非正常心脏功能或者比如心脏病发作的更严重的情形的情况中的该组病人而言，保证可靠的通信信道以确保不丢失任何紧急状态或者告警信号是极其重要的。本发明提供了一种安全的紧急状态触发机制以通过发送“紧急状态确认”使得所涉及的所有实体知道关于紧急状态。(ii)世界范围内亿万人群深受糖尿病之苦。近来已经考虑了用于葡萄糖测量的可植入的或者非介入的方法。MBAN可以用于M小时监视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，需要对病人的紧急状态地理定位或者其他必要的紧急医疗步骤。(iii)MBAN可以用于在监视处于其中数据的丢失可能是危及生命的特护中的病人的同时采集感测数据。(iv)改善人力成本并提高医疗系统中紧急状态响应的效率。(ν)改善医疗MBAN系统中的紧急状态知晓。(vi)通过使紧急状态响应处理自动化来降低人力成本。(vii)虽然最初是为低数据率的应用设想的，但是MBAN可以具有流视频/音频数据的传递的应用，其中单个包的丢失是至关紧要的且影响质量。错误的数据对于紧急情况中的疾病的诊断可能具有负面影响。
(viii)对于医疗诊断，MMR或者X光线图像需要非常清晰以便医生适当地诊断病人。因此，可靠的数据传递是必要的。综上所述，本发明可以提供一种用于执行由用于无信标模式通信的第一协调器 (10NB)和用于信标模式通信的第二协调器(IOB)服务的无线传感器系统中的网络设备 (11E、13)的通信的技术，其中，网络设备与要监视的至少一个实体相关联，且该方法包括 最初，将所有网络设备(11Ε、 ;3)放置在由第一协调器(10NB)服务的第一网络中；通过所关联的网络设备(IlE)的传感器监视该实体或每个实体的一个或者更多个参数；将来自第一网络中的网络设备的传感器数据发送至第一协调器(10NB)；通过使用所监视的参数针对所述实体检测紧急状态的开始或结束；响应于针对所述实体的紧急状态的开始的检测，将所关联的网络设备(IlE)移交至第二网络；将来自第二网络中的网络设备的传感器数据发送至第二协调器(IOB)；以及响应于针对所述实体的紧急状态的结束的检测，将所关联的网络设备(IlE)移交至第一网络。本发明可以采用新网络设备(传感器)、协调器或者用于新网络设备(传感器)、 协调器的硬件模块的形式，并且可以通过替换或者修改由网络设备和/或每个协调器的处理器执行的软件来实现。因此，本发明的实施例可以在硬件中实现，或者可以实现为在一个或者更多个处理器上运行的软件模块，或者在其组合上实现。本发明还可以实施为一个或者更多个用于执行这里描述的部分或全部的任何技术的设备或装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这种实施本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以例如为一个或者更多个信号的形式。这种信号可以是能够从互联网站下载的数据信号，或者在载波信号上提供，或者为任何其他形式。虽然以上描述已经提及紧急状态的存在或不存在，但是这不是诸如病人的监视实体的仅有的两种可能的状况。例如，可以引入诸如“非正常”的第三状况来表示病人(或者更正确地，某一感测生命参数的值)虽然还未处于紧急状况但是正在引起担忧。这可以明确宣布，或者可以通过不立即宣布紧急状态的结束而是等待直到感测值回到正常的读数为止来隐含地定义。换言之，延迟向无信标模式协调器的移交以防病人滑脱回紧急状态可能是优选的。虽然以上描述仅仅提及了比如MBAN的无线传感器系统中的传感器和协调器，但是MBAN可以包括除了这些种类的其他设备。潜在地，比如配药机制的某些介入病人护理的手段可以布置在处于协调器的无线控制之下的网络中。因此，不一定将信标模式限制于传感器及其通信的控制，而是可以用于例如向病人给药以稳定紧急状态中的生命参数(例如，心跳)的命令。如上所述，MBAN还可以在与协调器的通信(不一定经由MBAN本身)中设置有某些形式的中央控制和监视单元。例如，这种中央控制可以在宣布紧急状态的开始或解除中涉及。以上描述已经考虑了用于确定病人的医疗紧急状态或非紧急状态的技术，这是因为这被看作本发明的重要应用。但是，这不是仅有的可能的应用。传感器可以用于监视非医疗状况中的活体。例如，可以使用上述相同的技术监视任何处于危险中的人(例子老人或体弱的人，或者孩子；处于危险环境中的人；等等)。在这种情况中，紧急状况将代表诸如
20事故的某些形式的身体威胁。在这种情况中诸如脉搏、体温、加速度等这种生命参数的传感器将特别有用。在紧急状态中将期望在可能的情况下切换至信标模式通信，如同在医疗场
景中一样。对于将本发明应用于人体或其他活体的BAN以外有很多可能性。一种可能性是一种能够检测诸如在责任重大的工业环境(例如发电站)中的很多潜在场景的工业紧急状态的系统。这可以应用于工厂环境中的多控制点。例如，我们可以考虑工厂的加热设备中的温度传感器或者食品生产线的压力阈值。这种系统中的信标模式和无信标模式的双重使用可以应用于这些系统中的紧急状态，如同对于医疗紧急状态而言。因此，权利要求中的术语 “实体”将被解释为除了生命体之外还覆盖任何这种的工业环境。虽然以上描述已提及了 IEEE 802. 15. 4和IEEE 802. 15. 6作为示例，但是本发明可以应用于任何类型的基于帧的无线传感器系统或者MBAN而不管是否依照IEEE 802. 15. 6运行，以及应用于即使不是医疗体域网然而有对紧急状况中改善通信可靠性的要求的其他类型的BAN。
权利要求
1.一种无线传感器系统，包括 多个网络设备；第一协调器，被布置为执行与所述网络设备的第一子集的无信标模式通信；以及第二协调器，被布置为执行与所述设备的第二子集的信标模式通信， 所述系统具有用于根据针对所述设备紧急状态是否存在来确定所述网络设备中的哪些包括在所述第一子集或所述第二子集中的装置。
2.一种无线传感器系统，包括 多个网络设备；第一协调器，被布置为执行与所述网络设备的第一子集的无信标模式通信；以及第二协调器，被布置为执行与所述设备的第二子集的信标模式通信， 所述系统具有用于根据针对所述设备紧急状态是否存在来在所述第一子集和所述第二子集之间移交一个或者更多个设备的装置。
3.根据权利要求1或者2所述的无线传感器系统，用于使用所述网络设备监视一个或者更多个实体，其中所述紧急状态是影响所述网络设备监视的所述实体的紧急情况。
4.根据权利要求3所述的无线传感器系统，其中所述网络设备分别分配给分别用于监视各个实体的多个组中的一个，并且所述紧急状态是影响所述组监视的所述实体的紧急情况，所述组的设备作为单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间移交。
5.根据权利要求3或者4所述的无线传感器系统，其中所述紧急状态的存在或者不存在基于所述网络设备的传感器感测的一个或者更多个参数的临界水平确定。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的无线传感器系统，其中所述第一协调器和所述第二协调器被布置为从初始状态开始，在所述初始状态中所有网络设备包括在所述第一子集中； 响应于所述紧急状态的开始将一个或者更多个网络设备从所述第一子集移交至所述第二子集；以及响应于所述紧急状态的结束将一个或者更多个网络设备从所述第二子集移交至所述第一子集。
7.一种具有多个包括用于监视至少一个实体的传感器的网络设备的无线传感器系统中的协调器，所述系统采用用于所述网络设备的同时的信标模式和无信标模式通信的各个网络配置，其中所述协调器被布置用于与所述网络设备的至少一个子集的无信标模式通信且对针对所述子集的至少一个网络设备的紧急状态的存在的确定进行响应以将所述子集移交至用于信标模式通信的另一个协调器。
8.一种具有多个包括用于监视至少一个实体的传感器的网络设备的无线传感器系统中的协调器，所述系统采用用于所述网络设备的同时的信标模式和无信标模式通信的各个网络配置，其中所述协调器被布置用于与所述网络设备的至少一个子集的信标模式通信且对针对所述子集的紧急状态的改变进行响应以将所述子集移交至另一个协调器。
9.根据权利要求8所述的协调器，其中所述网络设备的子集与处于紧急状态的实体相关联，且所述协调器进一步对所述子集在所述协调器的允许范围以外的确定和/或者所述子集的信号质量在预定阈值以下的确定进行响应，以将所述子集移交至优选地为信标模式协调器的另一个协调器。
10.一种用于监视至少一个实体的无线传感器系统中使用的网络设备，所述网络设备适用于通过在以下之间选择来执行通信(i)与第一协调器的无信标模式通信；以及( )与第二协调器的信标模式通信，其中在所述系统的运行期间根据针对所述实体紧急状态是否存在动态地选择所述模式(i)或(ii)。
11.根据权利要求10所述的网络设备，其中所述网络设备是被分配用以监视同一实体的多个网络设备中的一个，且所述紧急状态根据由分配给同一实体的、所述网络设备或者任何所述网络设备感测的参数的水平来确定。
12.根据权利要求9或10所述的网络设备，其中所述设备对所述紧急状态存在的确定进行响应以选择模式(ii)，以及对所述紧急状态不再存在的确定进行响应以选择模式 ⑴。
13.根据权利要求3、4或5所述的系统，根据权利要求7、8或9所述的协调器，或者根据权利要求10至12中的任意一项所述的网络设备，其中每一个实体是活体。
14.根据权利要求13所述的系统、协调器或者网络设备用于监视所述活体的一个或者更多个医疗参数。
15.一种执行无线传感器系统中网络设备的通信的方法，所述无线传感器系统由用于无信标模式通信的第一协调器和用于信标模式通信的第二协调器服务的各个网络构成，所述网络设备与要监视的至少一个实体相关联，所述方法包括以下步骤将所有所述网络设备放置在由所述第一协调器服务的第一网络中； 通过所关联的网络设备的传感器监视所述实体或每个实体的一个或者更多个参数； 将来自所述第一网络中的所述网络设备的传感器数据发送至所述第一协调器； 通过使用所监视的参数针对所述实体检测紧急状态的开始或结束； 响应于针对所述实体的所述紧急状态的开始的检测，将所关联的网络设备移交至所述第二网络；将来自所述第二网络中的所述网络设备的传感器数据发送至所述第二协调器；以及响应于针对所述实体的所述紧急状态的结束的检测，将所关联的网络设备移交至所述第一网络。
全文摘要
一种执行无线传感器系统中网络设备(11E、13)的通信的方法，无线传感器系统由用于无信标模式通信的第一协调器(10NB)和用于信标模式通信的第二协调器(10B)服务的各个网络构成，所述网络设备与要监视的至少一个实体相关联，所述方法包括最初，将所有网络设备(11E、13)放置在由第一协调器(10NB)服务的第一网络中；通过所关联的网络设备(11E)的传感器监视所述实体或每个实体的一个或者更多个参数；将来自第一网络中的网络设备的传感器数据发送至第一协调器(10NB)；通过使用所监视的参数针对所述实体检测紧急状态的开始或结束；响应于针对所述实体的紧急状态的开始的检测，将所关联的网络设备(11E)移交至第二网络；将来自第二网络中的网络设备的传感器数据发送至第二协调器(10B)；以及响应于针对所述实体的紧急状态的结束的检测，将所关联的网络设备移交至第一网络。该方法可以应用于例如使用根据IEEE 802.15.6运行的MBAN的医院中病人的监视。
文档编号H04W4/22GK102342135SQ201080010242
公开日2012年2月1日 申请日期2010年2月2日 优先权日2009年3月4日
发明者赛义德·阿贝迪 申请人:富士通株式会社