專利名稱：用于支持多個位于同一處的人體區(qū)域網(wǎng)的協(xié)調(diào)共存的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及被用于諸如人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)之類的低功率無線傳感器網(wǎng)絡的介 質(zhì)接入控制(MAC)協(xié)議。
背景技術(shù)：
人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)主要設計用于生命體征的永久監(jiān)視和記錄(log)。圖1所示的 示例BAN 100包括多個節(jié)點120，它們典型地是可佩戴或可植入人體的傳感器。節(jié)點120監(jiān) 視生命體參數(shù)和運動，并且通過無線介質(zhì)彼此通信。節(jié)點120能夠?qū)碜陨眢w的數(shù)據(jù)傳送 給一個或多個設備130，所述數(shù)據(jù)能夠從所述一個或多個設備130通過局域網(wǎng)(LAN)、廣域 網(wǎng)(WAN)、蜂窩網(wǎng)等被實時轉(zhuǎn)送到醫(yī)院、診所或其它地方。設計BAN的要求包括節(jié)點120的能效、可擴展性、集成、干擾緩解、共存、高服務質(zhì) 量(QoS)、以及安全性。高效的能耗可以通過接收機節(jié)點(即，接收數(shù)據(jù)的節(jié)點)在監(jiān)聽狀態(tài) 和休眠狀態(tài)之間的最佳工作循環(huán)來獲得。在休眠狀態(tài)中節(jié)點的收發(fā)機被關(guān)閉，從而節(jié)省能 量。由MAC協(xié)議執(zhí)行工作循環(huán)，其目的是為了最小化空閑監(jiān)聽、串音、沖突、以及控制開銷。由于例如佩戴多個BAN設備的人的運動，所述多個BAN設備可以移入或移出彼此 的范圍。與其中各個設備的移動不相關(guān)的其它移動網(wǎng)絡形成對比，屬于單個BAN的所有設 備同時移動。因此，在BAN的情況下，應當考慮整個網(wǎng)絡的移動。當多個BAN位于同一處時，S卩，當多個BAN位于彼此的范圍內(nèi)并且共享相同的介質(zhì) 時，相鄰BAN設備的傳輸可能在時間上重疊，其可能導致信標或數(shù)據(jù)包沖突。在諸如地鐵、 醫(yī)院病房、以及音樂廳之類的擁擠之處的多個位于同一處的BAN的協(xié)調(diào)運行對于無縫業(yè)務 是必要的。即使屬于不同BAN的位于同一處的設備不彼此通信，這種設備也必需協(xié)調(diào)對于 介質(zhì)的接入，以支持預約(reservation)。因此，急需設計支持多個位于同一處的BAN的移 動性和協(xié)調(diào)運行的協(xié)議。在相關(guān)技術(shù)中，公開了若干用于無線網(wǎng)絡的的MAC協(xié)議。例如，IEEE 802標準委 員會已經(jīng)開發(fā)了用于無線本地和個人局域網(wǎng)的標準族，例如被設計用于無線局域網(wǎng)(WLAN) 的IEEE 802. 11標準以及被設計用于無線個人局域網(wǎng)(WPAN)的IEEE 802. 15. 4標準。這 些協(xié)議中的任何一個都不是無線BAN的合適候選協(xié)議。例如，IEEE 802. 15. 4標準定義用 于短距離傳輸?shù)腗AC協(xié)議，其遭受若干缺點。特別地，IEEE 802. 15.4標準不支持移動性和共存，因為它被設計用于靜態(tài) 以及低數(shù)據(jù)速率無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)。多個在相同介質(zhì)上運行的位于同一處的基于 IEEE 802. 15.4的網(wǎng)絡不協(xié)調(diào)它們的介質(zhì)接入。因此，信標和數(shù)據(jù)幀的傳輸可能沖突。 IEEE 802. 15. 4標準既不檢測重疊的數(shù)據(jù)幀傳輸，也不解決信標的系統(tǒng)沖突。此外，IEEE 802. 15. 4僅僅在網(wǎng)絡內(nèi)支持保證的時隙(GTS)預約。因此，在相同的介質(zhì)上運行的但屬于 不同網(wǎng)絡的位于同一處的設備不知道被相鄰網(wǎng)絡的設備預約的時隙。這也可以導致GTS期間的沖突。至少因為上面所述的缺點，因此提供使得多個屬于不同BAN的位于同一處的BAN 設備能夠協(xié)調(diào)共存的解決方案將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的某些實施例包括一種用于在多個位于同一處的人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)間協(xié) 調(diào)對于無線介質(zhì)的接入的方法。所述方法包括由第一 BAN的主設備使用從至少一個位于 同一處的BAN接收到的信標檢測至少一個外來BAN，其中外來BAN是其中其循環(huán)開始時間 (RST)與所述第一 BAN的RST不對準的BAN ；記錄所述第一 BAN與所述至少一個外來BAN之 間的RST偏移；基于所述RST偏移，確定所述第一 BAN和所述至少一個外來BAN中哪一個是 發(fā)起B(yǎng)AN以及哪一個是目標BAN ；并且將發(fā)起B(yǎng)AN的RST與目標BAN的RST重新對準。被視為本發(fā)明的主題在本說明書的結(jié)尾的權(quán)利要求書中被特別指出并且清楚地 請求保護。根據(jù)結(jié)合附圖的如下詳細描述，本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是人體區(qū)域網(wǎng)的示意圖。圖2圖示人體區(qū)域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其被用來描述本發(fā)明的各個實施例。圖3是時間循環(huán)的二維表示。圖4是用于描述用于重新對準位于同一處的BAN的RST的方法的流程圖。圖5A和5B是用來圖示時間循環(huán)的二維表示的圖。
具體實施例方式重要的是注意本發(fā)明所公開的實施例僅為這里的創(chuàng)新教導的許多有利使用的實 例。一般而言，本申請的說明書中進行的陳述并不必然限制各個請求保護的發(fā)明中的任一 個。此外，一些陳述可以應用于一些發(fā)明特征，但不應用于其它發(fā)明特征。一般而言，除非 另外指出，不失一般性地，單個元件可以是多個，反之亦然。在附圖中，遍布若干視圖相似的 標號指代相似的部件。圖2顯示人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)200的拓撲結(jié)構(gòu)，其被用來描述本發(fā)明的各個實施例。 BAN 200包括兩層設備從設備210-1至210-S以及主設備220-1至220-M。典型地，從設 備210-1至210-S是可植入的、可吞咽的或可任意處理的(disposable)并且具有低能量預 算以及有限資源(例如，處理功率，存儲器)的特征。另一方面，主設備220-1至220-M是可 佩戴的，能夠被頻繁再充電并且因此比從設備具有更高的能量預算以及更多的資源。主設備220-X (X是等于或大于1的整數(shù))管理一個或多個從設備210-Y (Y是等 于或大于1的整數(shù))。為此目的，主設備220-1至220-M發(fā)送用于同步、請求介質(zhì)預約、以及 通知廣播/多播的周期性信標。根據(jù)所述周期性信標所交換的信息，主設備220-1至220-M 獲得無沖突預約調(diào)度來使得QoS支持能夠?qū)崿F(xiàn)。此外，主設備220-1至220-M檢測鄰近處其 它的BAN的存在來支持多個BAN的協(xié)調(diào)共存。在圖2所示的拓撲結(jié)構(gòu)中，所有主設備220-1 至220-M使用分布式信標設置過程來同步介質(zhì)接入并實現(xiàn)時隙預約。在本發(fā)明的優(yōu)選實施 例中介質(zhì)接入被分成固定的和重復的持續(xù)時間循環(huán)，其中時間循環(huán)是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其被設計成包括預定義數(shù)量的超幀，每個超幀包括固定數(shù)量的時隙。圖3顯示時間循環(huán)300的示例性和非限制性二維表示。X軸代表每個超幀的時隙 并且Y軸代表BAN-I的每個時間循環(huán)300的超幀。所有屬于相同BAN的設備具有相同的循 環(huán)開始時間(RST)，不同BAN的RST通常是不對準的。主設備能夠預約時隙，在該時隙期間該設備具有接入介質(zhì)的專有權(quán)利。時間循環(huán) 中的預定數(shù)量的時隙被預約用于全局信標周期(GBP)310，其被用于傳送全局信標。在時間 循環(huán)300中，全局信標周期被分配給兩個位于同一處的BAN =BAN-I和BAN-2。在這個例子 中，BAN-2移入BAN-I的范圍(即，所有屬于BAN-2的設備同時移入BAN-Id的范圍)。因此， BAN-2的RST與BAN-I的RST重新對準。需要全局信標周期310來便利主設備的周期性同步。主設備監(jiān)聽全局信標周期 310并且在它們所分配的時隙內(nèi)發(fā)送全局信標來同步和交換介質(zhì)預約請求。全局信標也被 用來發(fā)現(xiàn)鄰近的事物和網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，以提供QoS以及調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用調(diào)度方法來傳送全局信標，所述方法動態(tài)構(gòu)造并維持 BAN中的主設備的邏輯樹拓撲結(jié)構(gòu)。相應地，全局信標周期被進一步分成兩個時間周期上 升周期(AP)和下降周期(DP)。在AP期間，所有主設備，除根設備以外，按升序在它們相應的時隙內(nèi)發(fā)送它們的 全局信標，即，子主設備在它們的母主設備之前發(fā)送它們的全局信標。在AP期間母主設備 監(jiān)聽他們子主設備的全局信標。在DP期間全局信標的發(fā)送順序相反，即，母主設備在它們 的子主設備之前發(fā)送它們的全局信標。在這個周期子主設備監(jiān)聽它們母主設備的全局信 標。在AP期間，從子主設備向他們的長輩主設備(母主設備)傳遞全局信息。在所述 AP結(jié)束的時候，根設備獲知完整的全局信息，根設備在DP期間將所述信息分發(fā)給所有主設 備。因此，所述信標調(diào)度方法確保所有屬于相同的BAN的主設備接收所述全局信息，即使它 們并不在彼此的直接通信范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的特定原理，當BAN移入另一個BAN的范圍時，這些BAN中的一個BAN 的循環(huán)開始時間(RST)被重新對準，這樣BAN超幀被同步并且它們的全局信標周期在時間 上不重疊。特別地，如果兩個BAN的RST之間的偏移等于超幀的整數(shù)倍則這兩個BAN的RST 被對準，其中所述倍數(shù)是大于或等于2的偶數(shù)。例如，在時間循環(huán)300中，BAN-I和BAN-2的 RST (分別被標記為320和330)偏移4超幀。典型地，為了避免全局信標周期的重疊，位于 同一處的BAN的RST之間最少需要隔離2超幀。圖4顯示示例性和非限制性流程圖400，其描述根據(jù)本發(fā)明的實施例所實現(xiàn)的用 于重新對準位于同一處的接入相同的無線介質(zhì)的BAN的RST的方法。在S410，當主設備監(jiān)聽到由不同的BAN (其RST與監(jiān)聽主設備不對準)的另一個主 設備發(fā)送的信標時，檢測到外來設備的存在，從而檢測到外來BAN。任何兩個具有不對準的 RST的設備對于彼此叫做外來設備。主設備負責檢測和報告外來設備的存在。典型地，主設 備可以通過監(jiān)聽外來設備信標來檢測外來設備。根據(jù)一個實施例，主設備周期性掃描未預 約時隙來檢測外來設備。在S415，在收聽到外來信標時，主設備記錄其RST與外來設備的RST之間的偏移。 這使得監(jiān)聽設備能夠減少作為所述監(jiān)聽設備的主機的BAN的RST與外來BAN的RST之間的偏移。應當注意的是多個外來BAN可以被發(fā)現(xiàn)。這樣的BAN可以通過它們RST偏移的差異 被區(qū)分。在S420，主設備經(jīng)由全局信標向?qū)儆谒鱿嗤珺AN的所有其它主設備報告外來 BAN的存在以及它們相應的RST偏移。全局信標協(xié)議確保在全局信標周期期間這個信息傳 播給屬于相同BAN的所有主設備。即，在所述全局信標周期結(jié)束的時候，使所有主設備知道 外來BAN的存在(如果有的話)、以及它們相應的RST偏移。在S430，確定哪個BAN即將與其 它BAN重新對準。即，選擇發(fā)起B(yǎng)AN和目標BAN。每個BAN獨立判斷是否需要將其RST與另 一個BAN重新對準，以及如果是的話在有多個位于同一處的BAN的情況下判斷其RST與哪 個BAN重新對準。在一個實施例中，為了避免含糊不清，檢測到具有落入其超幀中的一個超幀的前 一半內(nèi)的RST的外來BAN的BAN發(fā)起RST重新對準過程。應當注意的是如果有兩個位于同 一處的BAN，則滿足這個標準的BAN的主設備發(fā)起重新對準過程，而另一個BAN是目標BAN。 如果有多個外來的位于同一處的滿足這個標準的BAN，則具有最大RST偏移的外來BAN被 選為重新對準的目標。應當注意的是只有發(fā)起B(yǎng)AN將它們的RST與目標BAN重新對準。這 確保位于同一處的BAN的快速同步。如上面所指出的，RST偏移是全局都知道的(屬于相同 BAN的主設備間)。因此在識別用于重新對準的目標網(wǎng)絡時就沒有含混不清。應當注意的是 如果沒有發(fā)現(xiàn)用于重新對準過程的目標BAN，則終止進程。在S440，發(fā)起B(yǎng)AN中的主設備將重新對準偏移字段設置成正數(shù)時間量，其中發(fā)起 BAN中的所有主設備將把它們的RST延遲該正數(shù)時間量以與目標外來BAN的RST對準。選 擇所述RST的新位置以確保在重新對準之后全局信標周期的所述新位置不與相鄰的且位 于同一處的BAN的全局信標周期重疊。重新對準偏移字段被嵌入在全局信標中來通知主設 備(屬于所述發(fā)起B(yǎng)AN)即將重新對準并且提供時間同步信息。全局信標協(xié)議確保這個信息 傳播給屬于所述發(fā)起B(yǎng)AN的所有主設備。在S445，將重新對準倒計時變量設置為初始值，其代表時間循環(huán)(在當前循環(huán)之 后)的剩余量，在該剩余量之后發(fā)起B(yǎng)AN將重新對準其RST。即，倒計時變量指示重新對準過 程將被觸發(fā)的時間。倒計時變量的值對于屬于所述發(fā)起B(yǎng)AN的所有主設備來說是相等的。在S450，檢查倒計時變量是否等于0，如果是則繼續(xù)執(zhí)行S460 ；否則，在S455，進行 另一個檢查以確定目標BAN是否可用。如果是，執(zhí)行結(jié)束，否則，在S458，在時間循環(huán)結(jié)束時 倒計時變量的值減少1，然后返回執(zhí)行S450。在S460，當?shù)褂嫊r變量達到0時，屬于所述發(fā)起B(yǎng)AN的所有主設備將它們的RST與 目標BAN的RST對準。執(zhí)行重新對準過程以確保所述發(fā)起B(yǎng)AN的主設備發(fā)送的超幀與目標 BAN超幀同步以及它們的全局信標周期不與位于同一處的BAN的全局信標周期重疊。在重 新對準過程完成的時候主設備終止在它們之前的全局信標周期內(nèi)發(fā)送全局信標。主設備可以經(jīng)由本地信標通知它們的從設備即將重新對準以及重新對準偏移。因 此，從設備知道在重新對準完成后它們的相關(guān)幀的位置。如果在執(zhí)行S460之前檢測到另一個具有落入所述發(fā)起B(yǎng)AN的超幀的前一半內(nèi)并 且具有比當前的目標BAN更大的RST偏移的RST的BAN，則重新開始重新對準過程。應當注意的是如果多個位于同一處的BAN同時調(diào)用重新對準過程，則它們的RST 重新對準偏移的選擇可能與它們的相鄰BAN的RST沖突。即，在重新對準之后，發(fā)起B(yǎng)AN的全局信標周期可能與另一個發(fā)起B(yǎng)AN的全局信標周期重疊。如果檢測到?jīng)_突，則位于同一 處的BAN中的一個BAN繼續(xù)進行其RST重新對準偏移選擇，而其它BAN重設它們的倒計時 變量以及RST重新對準偏移以避免全局信標周期的重疊。被相鄰BAN占用的全局信標周期 被標記為不可用。為了將潛在的沖突最小化，在發(fā)起B(yǎng)AN的全局信標中通知它們所執(zhí)行的 重新對準過程的RST重新對準偏移以及狀態(tài)，這使得相鄰BAN能夠監(jiān)聽到即將重新對準并 避免沖突。在完成重新對準過程時，位于同一處的BAN的超幀被同步并且能夠便利時隙的預 約。根據(jù)本發(fā)明的實施例，為了使得能夠?qū)崿F(xiàn)跨位于同一處的BAN的時隙預約，可用于預約 的時隙被分成時區(qū)。如圖5A所示，時間循環(huán)包括510-1至510-4共4個時區(qū)，每個時區(qū)在 每個超幀包括2個時隙。每個BAN能夠擁有0個或更多個時區(qū)，在此期間BAN具有接入介質(zhì)的專用權(quán)。圖 5B顯示四(4)個位于同一處的BAN的示例，其中每個BAN擁有一個區(qū)。S卩，BAN-I能夠在時 區(qū)510-1期間接入介質(zhì)，BAN-3能夠在時區(qū)510-2期間接入介質(zhì)，BAN-2能夠在時區(qū)510-3 期間接入介質(zhì)，BAN-4在時區(qū)510-4期間接入介質(zhì)。當僅有一個運行的BAN時，其可能能夠擁有時間循環(huán)中的所有時區(qū)。然而，當多個 BAN位于同一處時，所有網(wǎng)絡必需協(xié)調(diào)時區(qū)所有權(quán)。為此目的，每個BAN繼續(xù)監(jiān)視其它BAN 的存在以確定位于同一處的BAN的數(shù)量。如上面所指出的，外來BAN被檢測到并且基于它 們的RST被區(qū)分。跟蹤被對準的BAN的全局信標周期來維持同步、監(jiān)視它們的出現(xiàn)并且確 定它們的時區(qū)所有權(quán)。主設備能夠分攤監(jiān)視相鄰BAN全局信標周期的責任。同樣經(jīng)由全局 信標通知時區(qū)所有權(quán)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每個BAN被授權(quán)預約如下所定義的若干時區(qū)
權(quán)利要求
1.一種用于在多個位于同一處的人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)間協(xié)調(diào)對于無線介質(zhì)的接入的方 法，包括由第一 BAN的主設備使用從至少一個位于同一處的BAN接收的信標來檢測至少一個 外來BAN，其中外來BAN是其中循環(huán)開始時間(RST)與所述第一 BAN的RST不對準的BAN (S410)；記錄所述第一 BAN與所述至少一個外來BAN之間的RST偏移(S420)；基于所述RST偏移，確定所述第一 BAN和所述至少一個外來BAN中哪個是發(fā)起B(yǎng)AN以 及哪個是目標BAN (S430);以及將所述發(fā)起B(yǎng)AN的RST與所述目標BAN的RST重新對準(S460)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括設置重新對準偏移字段，其中所述重新對準偏移字段指示正數(shù)時間量，其中所述發(fā)起 BAN中的所有主設備將它們的RST延遲所述正數(shù)時間量，以與所述目標BAN的RST對準 (S440)；以及設置倒計時變量來指示所述發(fā)起B(yǎng)AN與所述目標BAN的重新對準被觸發(fā)的時間 (S445)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述重新對準偏移字段被包含在全局信標中并且 被發(fā)送給所述發(fā)起B(yǎng)AN中的所有主設備。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述倒計時變量的值對于所述發(fā)起B(yǎng)AN中的所有主 設備來說是相等的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當所述至少一個外來BAN的RST落入所述第一BAN 的超幀的前一半內(nèi)時，所述第一 BAN被確定為所述發(fā)起B(yǎng)AN。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中當多個外來BAN被檢測到時，具有最大RST偏移的 外來BAN被確定為所述目標BAN。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述RST是循環(huán)時間(300)的開始時間，其中時間 循環(huán)(300)包括多個超幀，并且每個超幀包括多個時隙。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中一個或多個時隙被分配給位于同一處的BAN的全局 信標周期(310)，并且其中在所述全局信標周期期間所述位于同一處的BAN的主設備發(fā)送 全局信標。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述RST的重新對準至少確保位于同一處的BAN的 超幀之間同步以及位于同一處的BAN的全局信標周期之間不重疊。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中位于同一處的BAN的全局信標周期分隔至少兩個 超幀。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括將可用于介質(zhì)接入預約的時隙分成時區(qū)， 其中所述至少一個位于同一處的BAN中的每個BAN擁有預定數(shù)量的時隙。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中被預約用于BAN的時區(qū)的數(shù)量如下確定
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中被預約的用于每個BAN的時區(qū)的數(shù)量能夠被動態(tài)改變。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述RST的重新對準確保被所述發(fā)起B(yǎng)AN擁有的 時區(qū)與被所述至少一個位于同一處的BAN擁有的時區(qū)之間不重疊。
15.一種在其上存儲有計算機可執(zhí)行代碼的計算機可讀介質(zhì)，當所述計算機可執(zhí)行代 碼被執(zhí)行時，使得處理器執(zhí)行在多個位于同一處的人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)之間協(xié)調(diào)對于無線介 質(zhì)的接入的過程，所述過程包括由第一 BAN的主設備使用從至少一個位于同一處的BAN接收的信標來檢測至少一個 外來BAN，其中外來BAN是其中循環(huán)開始時間(RST)與所述第一 BAN的RST不對準的BAN (S410)；記錄所述第一 BAN與所述至少一個外來BAN之間的RST偏移(S420)；基于所述RST偏移，確定所述第一 BAN和所述至少一個外來BAN中哪個是發(fā)起B(yǎng)AN以 及哪個是目標BAN (S430);以及將所述發(fā)起B(yǎng)AN的RST與所述目標BAN的RST重新對準(S460)。
全文摘要
一種用于在多個位于同一處的人體區(qū)域網(wǎng)(BAN)間協(xié)調(diào)對于無線介質(zhì)的接入的方法(400)。所述方法包括由第一BAN的主設備使用從至少一個位于同一處的BAN接收的信標來檢測至少一個外來BAN，其中外來BAN是其循環(huán)開始時間(RST)與所述第一BAN的RST不對準的BAN(S410)；記錄所述第一BAN與所述至少一個外來BAN之間的RST偏移(S420)；基于所述RST偏移，確定所述第一BAN和所述至少一個外來BAN哪個是發(fā)起B(yǎng)AN以及哪個是目標BAN(S430)；將所述發(fā)起B(yǎng)AN的RST與所述目標BAN的RST重新對準(S460)。
文檔編號H04W16/14GK102119544SQ200980131244
公開日2011年7月6日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者M·D·帕特, R·陳 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司