本发明涉及无线网络诸如个人区域网络(pan)内的时钟同步。
背景技术：
物联网概念一直在发展。关于这样的应用，可以设置固定装置和可穿戴装置具有联网能力。随着技术进步，可穿戴装置之间的协作也在发展中。一些应用可能需要可穿戴装置之间的精确的时钟同步。
技术实现要素：
本发明由独立权利要求的主题限定。实施方案在从属权利要求中限定。
附图说明
在下文中，将参照附图、通过优选实施方案更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了可以应用本发明的实施方案的测量系统；
图2示出了根据本发明的一种实施方案的用于评估时钟同步的过程；
图3示出了用于基于服务发现过程期间的时钟信息交换来启动服务的过程的实施方案；
图4示出了根据本发明的一种实施方案的采用同步的应用；
图5示出了根据本发明的一种实施方案的被配置为使测量采样时间同步的设备的框图；
图6示出了根据本发明的一种实施方案的采用同步的另一应用；以及
图7示出了根据本发明的一种实施方案的同步电路系统的框图。
具体实施方式
以下实施方案是示例性的。虽然说明书可能在文本的多个位置提及“一(a)”、“一个(one)”或“一些”实施方案，但这并不一定意味着每次提及都是对相同的实施方案做出的，或者并不一定意味着特定特征仅应用于单个实施方案。不同实施方案的单个特征也可以相组合以提供其他实施方案。
图1示出了包括可以在本发明的一些实施方案的环境中使用的传感器装置的测量系统。这些传感器中的至少一些可以是可穿戴传感器装置。传感器可以采用一种或多种测量技术，以用于测量用户20的心脏活动。例如，至少一个传感器装置10可以被配置为测量用户20的心电图(ecg)。这样的ecg传感器10可以包括一个或多个电极，上述电极被布置为与用户20的皮肤接触以便测量在每次心跳期间产生的电荷。ecg传感器可以是便携式的，以使得能够在户外体育锻炼诸如跑步或自行车运动中进行测量。
至少一个传感器装置12、14可以被配置为光学地测量光电体积描记图(photoplethysmogram，ppg)。ppg表示器官的体积测量。ppg传感器12、14可以包括被配置为照射用户20的皮肤的光源诸如发光二极管(led)，并且还包括被配置为测量从被照射的皮肤反射的光的变化的光敏传感器诸如光电二极管。随着每个心动周期，心脏将血液泵送至末梢动脉。即使该血液脉搏波在传播时被动脉系统阻抑，但也足以扩张到皮下组织中的动脉和小动脉。如果光源和光敏传感器适当地贴皮肤放置，则可以将血液脉搏波检测为使用光敏传感器测量的反射光的变化。每个心动周期在通过光敏传感器获取的测量信号中呈现为峰。可以通过多种其他的生理系统来调制血液脉搏波，因此ppg还可以用于监测呼吸、血容量不足和其他生理状况。可以在人体的不同位置测量ppg，例如从手腕(传感器12)、头部、耳道或耳叶(传感器14)测量。
至少一个传感器装置16可以被配置为测量心冲击描记图(bcg)。bcg是心跳期间产生的冲击力的量度。心冲击描记图表征在每次心跳期间由血液喷入大血管中引起的人体的运动。bcg是在1至20赫兹(hz)之间的频率范围上示出的，并且其是由心脏的机械运动引起的。与ecg和ppg一样，bcg可以使用非侵入式传感器16从身体表面进行记录。bcg传感器16可以是配置为测量站在称具(scale)上的人体的反冲力的心冲击描记图称具。反冲力由心跳引起，并且可以例如通过使用压力传感器从站在bcg称具上的用户测量。bcg称具可以被配置为示出用户20的心率以及体重。
上述传感器装置可以用于对用户20的生理特性诸如心血管特性执行测量。使用分布式心血管测量的一个示例是测量穿行过用户身体的血液脉搏。血液脉搏在其通过人体的过程中被调制。该调制可能由各种生理状况和功能引起。因此，血液脉搏波的特性可以包括对这样的生理状况的表示。一组这样的特性可以包括血液脉搏波的传播特性。传播特性可以被视为表示例如在一定距离的人动脉内的脉搏传导时间(ptt)的时间特性。等同特性可以包括与脉搏传导时间成比例的脉搏传播速度，并且因此可以被视为表示血液脉搏波的时间特性。
可以通过使用与人体的不同位置相关联的至少两个测量来测量血液脉搏波的时间特性。上述至少两个测量可以由通过无线链路彼此通信的不同传感器装置执行。由于不同的传感器装置测量相同的血液脉搏波，因此测量可以彼此同步。当由包括在同一装置或同一壳体中的传感器执行测量时，可以通过将测量与装置的时钟信号发生器提供的相同时钟信号同步来使测量同步。当由物理上分离的传感器装置例如ecg传感器10和ppg传感器12执行测量时，这两个装置可以通过其他方式与公共时钟同步。同步精度可能取决于计算的度量所需的精确精度。在传感器装置被设置为不同的物理上分离的装置的实施方案中，这些装置可以同步于一公共时钟，诸如向这两个装置提供精确时钟信号的全球定位系统或另一卫星导航系统的时钟。一些无线通信协议提供同步工具，并且一些实施方案可以使用这样的工具来执行同步。下面描述一些实施方案。
不同的系统可以实现不同程度的同步精度。可实现的同步精度可以取决于系统配置、各个装置或其部件(诸如时钟信号发生器、晶体)的特性、连接质量等。通常，存在多方面均可能影响同步精度。即使可以将系统配置为使得能实现一定程度的同步精度，但在现实生活情况中，同步精度的程度可能是可变的，并且可能会下降到某一应用所需的精度以下。图2示出了用于在进行同步之前对可实现的同步精度执行检查的过程的流程图。该过程可以在可以是上述传感器装置10至16中的任一个的设备或另一设备中执行。参照图2，该过程包括在该设备中：存储表示该设备的至少一个功能所需的同步精度的信息(框200)；执行与第二设备的服务发现过程，并在服务发现过程期间从第二设备接收时钟信息(框202)；基于所接收的时钟信息和存储的所述信息，确定同步精度对于该至少一个功能是否足够(框204)；以及在确定同步精度对于该至少一个功能足够时，将第一设备的时钟与第二设备的时钟同步。
提前确定所需同步精度与可实现同步精度的比较为设备提供了评估其是否能够运行需要同步的功能的能力。
在一种实施方案中，从第二设备接收的时钟信息包括第二设备的时钟精度。例如，时钟精度可以指示第二设备的时钟的漂移。可以在由第二设备在服务发现期间发送的发现消息中指示时钟精度。服务发现可以按照蓝牙协议或另一基于ieee802.15的协议或另一无线协议的规范执行。无线协议可以被设计用于个人区域网络(pan)。在蓝牙的实施方案中，服务发现可以包括按照蓝牙的属性协议的广告服务发现和/或通用属性简档(gatt)服务发现。在广告服务发现中，提供蓝牙服务的服务器装置可以通过发送服务的通用唯一识别码(uuid)和描述服务的信息为服务做广告。该服务可以是例如测量服务或其他类型的服务。在本文描述的实施方案的上下文中，该服务可以与对使用该服务的装置进行同步的需求相关联。可以通过在广告信道上发送或广播广告消息来执行广告。客户端装置可以扫描广告信道并检测服务的可用性。如果客户端装置被例如应用层配置为使用该服务，则客户端装置可以向服务器装置发送连接请求。此后，可以在服务器装置与客户端装置之间建立连接。在连接建立之后，客户端装置可以通过gatt服务发现从服务器装置请求服务的详细特性和参数。在gatt服务发现期间，客户端装置获取关于服务的另外的信息以及与服务相关的参数和数据结构。服务器装置和客户端装置可以在连接建立期间议定主从角色。
图3示出了用于结合蓝牙来使用时钟精度的过程。
参照图3，该过程可以在上述设备中执行。该设备可以被配置为作为蓝牙网络的主装置或从装置运行。该设备可以是扫描由服务器装置提供的蓝牙服务的客户端装置。该服务可以是测量服务诸如心脏活动测量服务，或者其可以是控制服务，或另一种类型的服务。扫描可以由在该设备中执行的应用触发。在框300中，该设备确定主装置的时钟精度。如果该设备是主装置，则可以确定其自身的时钟的精度。例如，时钟漂移是装置可获得的参数。如果该设备是从装置，则其可以在广告期间、在服务发现期间和/或在服务发现之后且相关联的连接建立完成的情况下，接收来自主装置的时钟精度。例如，睡眠时钟精度(sca)是蓝牙规范中定义的参数，并且其可以用作时钟精度的指示物。在框302中，该设备确定一个或多个从装置的时钟精度。如果该设备是从装置，则其可以确定其自身的时钟的精度。如果该设备是主装置，则其可以在服务发现期间接收来自一个或多个从装置的时钟精度。在框302中也可以使用sca参数。
在一些实施方案中，主角色和从角色在该阶段未被约定，例如，当由服务器装置在广告消息中提供时钟精度时。例如，当从装置具有与主装置相比更加稳定的时钟时，主装置和从装置可以切换主从角色，使得更加准确的时钟用作主时钟。
然后，设备执行框204，并确定时钟精度的组合是否产生满足功能或蓝牙服务的需求的同步精度。该设备可以使用将在框300和302中确定的时钟精度映射到同步精度的函数。如果该设备确定同步精度是可接受的，则该设备可以完成蓝牙服务的建立。此外，该设备可以执行框206并执行时钟同步。取决于该设备获取另一装置的时钟精度的阶段，蓝牙服务的建立的完成可以包括不同的功能。例如，如果在发送连接请求之前的广告阶段期间接收到另一装置的时钟精度，则确定同步精度可接受的该设备可以发送连接请求并建立连接。如果在连接建立之后在服务的详细参数中接收到另一装置的时钟精度，则确定同步精度可接受的设备可以继续查询服务的剩余参数。另一方面，如果该设备确定同步精度不可接受，则该设备可以终止连接建立，忽略发送的连接请求，或者取消已建立的连接。
在一种实施方案中，服务自始至终保持时钟同步。在另一实施方案中，该设备被配置为在服务期间使时钟同步开启和关闭。例如，在服务是测量服务的情况下，该设备可以使同步在执行测量的持续时间内开启。在一些情况下，仅周期性地或在特定时间点执行测量，而使服务一直保持。因此，这样的同步切换可以降低设备的功耗。
现在让我们描述使用同步的一些应用。图4和图5示出了在测量应用中使用时钟同步的实施方案。测量系统可以包括与用户的身体耦接的多个测量装置。测量系统可以包括上文结合图1描述的传感器装置中的任意两个或多个。图4示出了系统包括ecg传感器10和ppg传感器12的实施方案。图2或图3的设备可以是这两个传感器装置10、12中的任一个，但是现在我们假设该设备是ppg传感器装置12。测量系统可以被配置为测量穿行过用户的动脉的血液脉搏的脉搏波速度的ptt。这样的系统可能需要高度时钟同步以在例如体育锻炼期间实现精确的血压测量。该系统可以用于基于ptt来评估其他生理特性，诸如睡眠质量、压力水平、动脉状况、疾病或失调。关于测量，ecg传感器10能够检测在心脏中何时生成血液脉搏。ecg传感器可以记录在血液脉搏的检测时间t1处的时钟值，并将t1发送至ppg传感器12。此后，ppg传感器12检测来自手腕或人体上设置有ppg传感器的另一位置的血液脉搏。然后，ppg传感器记录手腕处的血液脉搏的检测时间t2。现在，在获知心脏与手腕之间的距离的情况下(或通过对功能进行适当的初步校准)，可以计算ptt或脉搏波速度。该计算的精度取决于传感器装置10与12的时钟彼此同步的程度有多好，即，在时间差t2-t1中包含有多少与血液脉搏的行进无关的额外偏差。
图5示出了根据本发明的一种实施方案的设备的框图。该设备可以包括电子装置，该电子装置包括至少一个处理器100和至少一个存储器110。处理器100可以形成处理电路系统或者作为处理电路系统的一部分。该设备还可以包括用户接口124，该用户接口包括：显示屏幕或另一显示单元；输入装置，诸如一个或多个按钮和/或触敏表面；以及音频输出装置，诸如扬声器。在一些实施方案中，用户接口124包括被配置为向用户20提供触觉指示的触觉输出装置。
处理器100可以包括测量信号处理电路系统104，该测量信号处理电路系统被配置为处理通过使用该设备的至少一个传感器装置或外置于该设备的至少一个传感器装置所获取的测量数据。测量信号处理电路系统104可以包括时间特性估计电路系统，该时间特性估计电路系统被配置为估计通过使用多个传感器装置获取的测量信号的时间特性，诸如根据接收的测量信号估计ptt。
该设备可以包括连接至处理器100的通信电路系统102。通信电路系统可以包括适于支持
在一种实施方案中，该设备包括至少一个心脏活动传感器120。该设备可以包括执行其他测量的另一传感器模块。心脏活动传感器120可以包括一个或多个上述传感器，诸如ecg传感器10、ppg传感器12和14以及bcg传感器16。心脏活动传感器可以包括模数转换器(adc)121，该模数转换器被配置为将由传感器头测量的模拟测量信号转换成数字信号。如本领域中已知的，adc可以包含被配置为对输入模拟信号进行离散采样的采样电路系统，以及被配置为将样品量化到由adc的字长确定的确定精度的量化电路系统。
另外，该设备可以通过通信电路系统102与至少一个心脏活动传感器122通信。该至少一个心脏活动传感器122可以包括相对于该设备外置的外部心脏活动传感器。心脏活动传感器14122包括与传感器12不同或为不同类型的心脏活动传感器。在该设备包括其他类型的传感器模块的实施方案中，外部心脏活动传感器122可以由另一类型的传感器装置代替。
处理器还可以包括被配置为控制设备中的同步的同步控制电路系统108。同步控制设备可以被配置为执行图2的框200至204和/或图3的框300至304。例如，同步控制电路系统108可以在服务发现期间采用通信电路系统102从其他装置获取必要的信息。同步控制电路系统可以被配置为通过使时钟同步电路103开启和关闭来控制其运行。
在一种实施方案中，同步控制电路系统108被配置为当时钟同步电路系统将该设备的时钟与另一设备的时钟同步时控制adc121。同步控制电路系统108可以控制adc121的采样电路系统的采样时间，使得对模拟测量信号的采样与另一设备同步地执行。因此，可以避免或减少例如传感器装置10、12之间的采样时刻的任何偏移。这提高了对时间敏感的测量的准确性。当从时钟同步电路系统108接收到已实现时钟同步的指示时，同步控制电路系统108可以配置adc121的采样时间。
存储器可以存储限定由处理器100执行的功能和处理的计算机程序产品118。存储器110还可以存储一个或多个用户简档，包括用户20的用户简档。用户简档可以包括用户20的属性，诸如年龄、性别、身高、体重、最大心率和健康指数。存储器还可以存储该设备的运行所需的一些运行参数，例如，该设备的一个或多个功能所需的同步精度。
图6示出了可以得益于以上述方式执行的时钟同步的另一应用。在该实施方案中，由处理器100输出的指令信号的输出时间与另一设备的时钟同步。图5的设备可以被配置为如结合图6所述的运行，或者另一设备可被配置为如结合图6所述的运行。例如，传感器装置120、122和测量信号处理104对于图6的实施方案不是强制性的。参照图6，该设备的时钟同步电路系统103、600定期地保持同步。该同步例如可以如下面结合图7所描述的来保持。因此，该设备的时钟602、606彼此同步。由该设备的处理器100、604执行的应用可以包括以由相应的时钟602、606输出的时钟值限定的确定时间输出确定的控制信号或指令信号的指示。在该简单的实施例中，输出控制信号使图6中由灯泡表示的灯照亮。当时钟602、606精确同步时，灯同时点亮，如图6中穿过时间轴的虚线所示。
在其他实施方案中，灯可以由另一装置代替。该装置可以是用户接口指示器，诸如照明装置或音频输出装置。然而，该装置可以是另一类型的装置，例如由控制信号触发成像的相机、用于相机的闪光灯、工业过程的控制部件诸如阀、多声道扬声器系统的扬声器(在这种情况下，控制信号可以由表示在播放的音频数据的数据信号代替)。通常，可以利用精确的时钟同步在不同设备中准确地在同时执行相同的功能。可以针对包括该功能的应用指定所需的同步精度，以便于执行图2或图3的实施方案。
现在让我们参照图7来描述保持同步的实施方案。图7示出了图5的设备的实施方案，但图7的结构也可以在另一设备中实施。参照图7，该设备可以被配置为通过通信电路系统102接收帧，该通信电路系统包括射频前端部件700、被配置为将射频帧转换为基带的频率转换器以及被配置为对无线帧进行数字化的adc702。经数字化的帧可以被输入至相关器704和消息提取器708。相关器704可以被配置为从接收的帧中搜索确定的序列。确定的序列可以是与另一设备相关联的序列，其中该设备已与该另一设备建立了与需要时钟同步的应用相关联的服务。确定的序列可以是该另一设备插入其发送的每个帧中的序列。确定的序列可以是该另一设备插入其发送的大多数帧中的序列。确定的序列可以是该另一设备插入其周期性发送的每个帧中的序列。在一种实施方案中，该确定的序列是该另一设备的存取地址或装置地址。
相关器704可以被配置为具有上述确定的序列，使得在该确定的序列完全进入相关器时，相关器向触发电路系统706输出信号。触发电路系统可以将处理器100配置为将时钟602的当前值标记为帧的接收时间。确定的序列可以用作用于设备中的时钟同步的锚定点。相关器704或触发电路系统706还可以在已经验证接收到的帧与另一设备相关联时触发消息提取器电路系统708，以开始提取所接收的帧在该时刻处的内容。相关器704和触发电路系统706可以是时钟同步电路系统103的部分，而adc702、接收机前端700以及消息提取器电路系统708可以是通信电路系统102的部分。
在一种实施方案中，设备定期地发送包括发送设备的当前时钟值的帧。时钟值可以指示帧的发送时间处的时钟值。可以将发送设备的一些处理延迟合并到时钟值中，使得时钟值精确地表示当帧从发送设备的模拟发送电路离开时的时刻处该发送设备的时钟值。由发送设备发送并由该设备接收的帧可以具有以下格式：
表1
pdu表示协议数据单元。消息提取器电路系统708可以被配置为从接收的帧中提取指示该帧的发送时间的时钟值，并且将该时钟值输出至同步控制电路系统108。
同步控制电路系统108可以被配置为至少部分地基于从接收的帧中提取的时钟值以及由于触发电路系统706的触发而标记的由时钟602的值指示的帧的接收时间，将时钟602与另一设备的时钟同步。存储器110可以存储包括在同步期间施加至时钟值的任何偏移的时钟信息116。该时钟信息可以指示设备中从前端700到相关器电路系统704的输出的处理延迟。在一种实施方案中，该设备被配置为监测该设备与另一设备之间的距离，以估计与该距离相关联的无线电传播延迟，并且将无线电传播延迟存储作为时钟信息。无线电传播延迟可以通过使用任一种现有技术延迟估计算法进行估计，例如通过使用该设备的接收信号强度(rss)估计或定位设备进行估计。在另一实施方案中，例如在pan方案中，无线电传播延迟可以忽略不计。通过考虑各种延迟，可以提高时钟同步精度。
如本申请中所使用的，术语“电路系统”是指以下中的全部：(a)仅硬件电路实现，诸如以仅模拟和/或数字电路系统实现；以及(b)电路与软件(和/或固件)的组合，诸如(如适用)(i)处理器的组合或(ii)处理器/软件的部分的组合，包括数字信号处理器、软件以及存储器的组合，这些组合的部分一起工作以使设备执行各种功能；以及(c)需要软件或固件进行运行——即使软件或固件物理上不存在——的电路，诸如微处理器或微处理器的一部分。“电路系统”的这种定义适用于本申请中该术语的所有使用。作为另一示例，如本申请中所使用的，术语“电路系统”还将涵盖仅处理器(或多个处理器)的实现或者处理器及其(或它们的)附带软件和/或固件的一部分的实现。术语“电路系统”还将涵盖：例如且如适用的话，特定元件；移动电话的基带集成电路或应用处理器集成电路；或者服务器、蜂窝网络装置或另一网络装置中的类似集成电路。
在一种实施方案中，结合图2至图7描述的过程中的至少一些可以由包括用于执行所描述的过程中的至少一些的对应装置的设备来执行。用于执行过程的一些示例装置可以包括以下中的至少一个：检测器、处理器(包括双核和多核处理器)、数字信号处理器、控制器、接收器、发送器、编码器、解码器、存储器、ram、rom、软件、固件、显示器、用户接口、显示电路系统、用户接口电路系统、用户接口软件、显示软件、电路以及电路系统。在一种实施方案中，该至少一个处理器100、存储器110以及计算机程序代码118形成处理装置或包括一个或多个计算机程序代码部分，以用于执行根据图2至图7的实施方案中的任一个的一个或多个操作或使其运行。
本文所描述的技术和方法可以通过各种方式来实现。例如，这些技术可以以硬件(一个或多个装置)、固件(一个或多个装置)、软件(一个或多个模块)或其组合来实现。对于硬件实现，实施方案的设备可以在被设计成执行本文所描述的功能的一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它电子单元或其组合中实现。对于固件或软件，可以通过执行本文所描述功能的至少一个芯片组(例如程序、功能等)的模块来实现。软件代码可以存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元可以在处理器内部实现或在处理器的外部实现。在后一种情况下，其可以通过本领域已知的各种方式在通信上耦接至处理器。另外，本文描述的系统的部件可以重新布置和/或由附加部件补充，以便于实现关于此描述的各个方面，并且如本领域技术人员将理解的，它们不限于所给出附图中阐明的的精确配置。
所描述的实施方案也可以由计算机程序或其一部分限定的计算机过程的形式来执行。结合图2至图7描述的方法的实施方案可以通过执行包括对应指令的计算机程序的至少一部分来实施。计算机程序可以是源代码形式、目标代码形式或某种中间形式，并且其可以存储在某种载体中，该载体可以是能够携载该程序的任何实体或装置。例如，该计算机程序可以存储在能够由计算机或处理器读取的计算机程序分布介质上。计算机程序介质可以是例如但不限于：记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发包。计算机程序介质可以是非暂时性介质。用于执行所示出和描述的实施方案的软件的编码完全在本领域普通技术人员(所理解)的范围之内。
对于本领域技术人员将明了的是，随着技术的进步，本发明的概念可以以各种方式实现。本发明及其实施方案不限于上述实施例，而可以在权利要求的范围内变化。