CN102342171B - 对短程无线网络的改进 - Google Patents

Abstract

一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络。传感器包括：感测装置，可操作用于检测参数的值；发送和接收装置，用于与所述网络中的其它设备进行无线通信；以及传感器控制装置，可操作用于控制传感器的睡眠模式；以及协调器，包括：发送和接收装置，用于与所述网络中的其它设备进行无线通信；其中，传感器发送装置可操作用于发送关于参数值的值信息，协调器发送装置可操作用于发送考虑该值信息的适当传感器睡眠模式的指示。

Description

对短程无线网络的改进

技术领域

本发明涉及无线个人局域网，尤其但不必然排它地涉及包括布置在人体或动物体上或者人体或动物体周围的无线通信传感器的人体局域网和无线传感器网络。

背景技术

所谓的人体局域网或者BAN是用于在相对短的距离上传输信息的无线个人局域网(WPAN)的示例。与无线局域网(WLAN)不同，经由WPAN实施的连接包含非常少的基础设施或者不包含基础设施。这种特征允许针对宽范围的设备实现小型、电源效率高、廉价的解决方案。使用传感器来监视患者的状态的医学BAN(MBAN)的可能性特别令人关注。主要利用用于将感测的数据馈送到数据接收器(data sink)(可能也作为网络协调器)的BAN是无线传感器网络(WSN)的示例；然而，也可能在充当MBAN的WSN中包括诸如致动器的更多有源设备。

另一令人关注的对短程无线网络的使用是在工业监视中。可以将这些无线网络设计为包括传感器和其它设备。例如，一种利用包括传感器，传感器被配置为测量诸如涡轮叶片或者其它要监视的工业部分上的各种不同的位置的温度的参数。此外，在这种无线网络中可以包括更多有源设备，而需要非常少的基础设施或者不需要基础设施。

虽然IEEE 802.15.4网络的覆盖范围可以延伸超出个人工作空间(POS)，POS一般定义WPAN，因此也适合于一定程度上更大规模的工业利用，但是标准IEEE 802.15.4针对低数据速率WPAN定义了物理层(PHY)和介质存取控制(MAC)子层规范。这种稍微更大规模的网络包括在用于本申请的目的的术语WSN、WPAN和BAN内。IEEE 802.15.4与用于自组织微微网(ad-hoc piconet)的标准IEEE 802.15.3具有一些相似性。人或者物体周围的这种微微网一般在所有方向上覆盖至少10m，并且包围不管是固定还是运动的人或物体。它们包括更高数据速率的WPAN。文档IEEEStd 802.15.4-2006和IEEE Std 802.15.3-2003的全部内容通过引用，包含于此。

在IEEE 802.15.4中设想的类型的WPAN适合于诸如工业监视的应用，但是不提供MBAN所需的种类的数据可靠性。

在医学应用中，需要在提高可靠性和处理自动化并且减少人为误差的同时，降低与人力相关联的成本。传感器可以提供所需的智能，并且已经在医学器械中得到广泛使用。这包括医院复健护理、家庭护理、重症监护单元和高级外科手术过程。在医学应用中使用许多不同类型的传感器，包括：针对脉搏、温度等的外部传感器，与体液接触的传感器，在导管中(通过切开术)使用的传感器，用于外部应用的传感器，具有无线传感器的一次性皮肤贴片和可植入传感器。

在医院或者医学区中的患者周围的传感器的WPAN可以提供多种临床好处，包括：患者机动性、监视灵活性、将监视扩展到当前未监视的护理区域、临床错误减少和总体监视成本降低。体戴式传感器(body wornsensor)可以包括单个患者身体上的各种传感器类型。它们需要能够应用或者从患者的身体快速去除的能力。

按照个体，这种传感器可能具有低至每个患者1-2kbps的位速率，而按照合计，它们可能需要10kbps的位速率。小至1米的范围可能就足够了。然而，在临床环境中，医学WSN应用是任务艰巨的应用。体戴式设备的针对有限的数据损失和有限的等待时间的鲁棒无线链路、患者的容量和传感器密度、与其它无线电的共存性、用于多天的连续操作的电池寿命和小形状因素，都在医学WSN或者MBAN的要求中。通过利用诸如时域和频域中的多样性和误差控制技术的技术，包括前向误差校正(FEC)和自适应重复请求(ARQ)、用于传感器信息速率的低占空因数TDMA和更高效的小型天线，可以满足这些要求。因此，正在做出努力来定义目的在于定义特别用于医学应用的人体局域网的属性的另一标准IEEE802.15.6。

与由电池对设备中的至少一部分供电的包括传感器的无线网络相关的IEEE 802.15.3、IEEE 802.15.4、IEEE802.15.6和其它标准的主要要求之一，是保存电池寿命。这对于患者的生命取决于医学WSN应用中的无线链接的可靠性的紧急情形或者对于监视诸如电站的任务关键的工业环境尤其重要。电池供电的设备通常需要实施占空比以减少电力消耗。占空比实施设备具有睡眠模式，并且在睡眠状态下度过它们的大多数工作寿命。这种设备周期性地“唤醒”以进行发送或者接收。

睡眠/唤醒模式(下面称为睡眠模式)是周期性的，其确定在每个周期的时间期间设备醒来的时间长度。在唤醒时间期间，例如传感器的设备发送测量值或者其已经收集的其它数据。如果传感器在唤醒时间终止之前结束测量值的发送，则其返回睡眠，并且遵从已经对其设置的睡眠模式。如果传感器在唤醒时间终止之前没有结束数据发送，则其可以继续测量值的发送，然后根据睡眠模式返回睡眠。因此，在传感器处的测量的采样速率和测量值的发送速率之间存在区别(占空比)。例如，可能存在如下场景：测量本身非常慢(例如在测量尝试中收集大量信息)，并且其需要许多发送尝试来逐条发送信息。

可以采取周期或者随机模式进行测量。唤醒模式(越快)的发送越积极，测量值的到达越快。改变睡眠模式的主要原因是为了具有更新的关于生命参数的信息(即更快的测量)。医学或者其它关键应用的性质将决定睡眠模式有多快。例如，对于心脏病应用，其取决于处理的活体。对于人类，该模式比对于动物慢(比方说，在极端情况下，对于人类为四分之一秒，对于老鼠为十分之一秒)。

需要解决使用睡眠模式来保存电池寿命，同时确保以即时并且可靠的方式将传感器数据发送到网络的协调器的问题。

发明内容

根据本发明的第一方面的实施例，提供一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络：

传感器包括：感测装置，可操作用于检测参数的值；发送和接收装置，用于与网络中的其它设备进行无线通信；以及传感器控制装置，可操作用于控制传感器的睡眠模式；以及

协调器包括：发送和接收装置，用于与网络中的其它设备进行无线通信；其中，

传感器发送装置可操作用于发送关于参数值的值信息，以及协调器发送装置可操作用于发送考虑值信息的适当传感器睡眠模式的指示。

本发明实施例的网络允许协调器发送适当睡眠模式，从而提供对睡眠模式的集中控制或者至少提供对睡眠模式的影响。网络中的传感器检测参数的值，并且将与这些值相关的信息直接或者经由其它设备间接发送到协调器。使用该值信息来确定适当传感器睡眠模式的指示，然后协调器将其间接或者直接发送到关注的传感器。因此，这里使用的术语“可操作”包括定义为被配置为执行在使用中指定的功能的装置的思想。本领域的读者将理解，可以使用其它信息来提供并发送指示。例如，可以提供关于紧急状态的单独信息(也许以紧急状态位的形式)。

在一些实施例中，所描述的传感器可以仅仅是无线传感器网络中的占空比实施设备。更通常地，传感器可以是网络中的多个占空比设备中的一个，协调器可操作用于发送占空比实施设备中的每个的适当睡眠模式。设备可以是传感器、致动器或者在网络中使用的任何其它类型的电池供电设备。因此，协调器通过提供适当睡眠模式的指示，来影响每个占空比实施设备的操作。这种中央协调器允许灵活并且增强的网络操作。

在一个场景中，发送到占空比实施设备中的至少一个的适当睡眠模式考虑外部因素，外部因素是与该设备不相关的因素。例如，网络中的至少一个占空比实施设备可以接收在考虑由先前描述的传感器检测到的值的情况下确定的适当睡眠模式。在这种情况下，参数值可以指示紧急状态，并且对适当睡眠模式分配的集中控制可以允许将更低占空比睡眠模式发送到网络中的其它设备，因此对于紧急状态下的传感器，保证足够的网络资源可用。当然，可以依据关注的设备的功能，以其它方式定义紧急状态。例如，如果指示致动器以高水平工作，则致动器可能处于紧急状态，然后在对适当睡眠模式的集中控制中使用该紧急状态，以影响网络中的其它设备。

在如上面所定义的网络中，不同的设备可以具有不同的优先级。例如，可以在关键医疗设备(高优先级)、医疗设备(中间优先级)和非医疗设备(低优先级)之间进行区分。使用这些优先级来分配网络资源。有利地，对每个占空比实施设备分配优先级以确定其适当睡眠模式，该优先级可以确定协调器考虑外部因素(例如与网络中的其它设备相关的外部因素)到什么程度。作为示例，可以将传感器分类为关键医疗设备，因此对发送到该传感器的适当睡眠模式没有外部影响。作为网络中的对网络资源具有更高要求、例如紧急状态的基于外部因素的一个或更多较高优先级占空比实施设备的结果，低优先级占空比实施设备可以使其睡眠模式降低为更低的占空比实施。本领域的读者将理解，针对占空比实施设备预先定义一个或多于一个的紧急状态，每个较高紧急状态对发送到网络中的一个或更多其它占空比设备的适当睡眠模式有更严重的影响。

可以以任意适当的方式，例如使用算法、通过简单计算、使用查找表或者通过人的干预，来确定适当睡眠模式。在一个优选实施例中，协调器包括确定装置，确定装置用于确定适当睡眠模式。可选地，协调器可以从与协调器进行有线或无线连接的中央监视单元接收适当睡眠模式。因此，中央监视单元可以是无线传感器网络的一部分，或者中央监视单元可以不依赖于WSN利用。

中央监视单元(在医疗应用中，有时也称为中央监视和医疗护理单元)可以是能够接收来自多个站(例如用于多个患者)的紧急状态数据的连续或者偶尔的流的具有监视设备的站。中央监视单元可以包括任务是监视接收到的数据的操作人员(例如护士或者医疗专业人士)。这些操作人员可以响应于例如各个患者或者工业部分的状况的改变，采取动作。

一旦在协调器中或者在中央监视单元中确定了适当睡眠模式，其用无线方式将其发送到传感器，使用传感器接收装置接收该适当睡眠模式。如上面所指出的，发送可以是直接的，或者可以是经由其它网络节点而间接的。本领域读者将理解，关于参数值的信息的从传感器到协调器的发送也可以是直接或者间接的。

可以以任意适当的方式发送关于参数值的信息，可能在数据帧内。实际上，信息可以包括实际参数值，或者传感器处理装置可以以一些方式对参数值进行处理，以生成信息。

还可以以任意适当的方式提供从协调器发送的适当传感器睡眠模式的指示。优选地，当WSN使用发送帧时，例如使用在MAC头中、诸如在帧控制字段中设置为预定值的值，在发送帧的控制字段中发送指示。在一个优选实施例中，该值可以是组合地起作用以指定预先定义的适当睡眠模式的一个或更多位。该值可以在任意发送帧的帧控制字段中。可选地，该值可以是MAC帧中的设备状态描述(也许是完整的8位字节，包括指示以及可能诸如警告/紧急状态的其它信息)。

在优选实施例中，指示的发送优先于来自协调器的其它发送。例如，可以将包括指示的发送安排在不包括指示的发送之前。可选地，可以永远或者在特定时间段内，在从协调器发送的所有发送帧中发送指示。

优选地，网络设备使用告知功能，以允许进行指示和/或值信息的告知。如果存在故障，可以链接告知来进行重新发送。

可以考虑检测到的值(例如在协调器或者中央监视单元中)，以通过与一个或更多阈值进行比较，通过检测参数的改变，或通过检测改变的速率，或者以针对测量的参数的任意其它适当的方式，来确定适当睡眠模式。在许多情形下，与一个或更多阈值的简单比较合适。

可以实时地定义适当睡眠模式。例如，就百分比唤醒时间、发送之间的时间或者任意其它适当的定义而言，可以使用一个或更多不同的阈值、不同的值或者不同的改变和改变速率，来计算适当睡眠模式。在其它情况下，优选可以将预先定义的睡眠模式存储在网络中，例如在传感器和/或协调器和/或中央监视单元中。

在优选实施例中，存在由多个阈值确定的多个预先定义的睡眠模式，每个阈值定义较低唤醒模式和较高唤醒睡眠模式之间的边界。这里，较低唤醒睡眠模式指示较低占空比或者发送之间的较长时间，较高唤醒睡眠模式可以指示较高占空比或者发送之间的较短时间。

在存在电池(采用其来意指对传感器供电的任何装置，其是可耗尽的，因此需要更换和/或充电)，以对传感器供电的情况下，调节睡眠模式来反映这一点可能是有利的。另一方面，控制装置可以简单地实现在考虑检测到的值的情况下被确定为适当并且发送到传感器的睡眠模式。

优选如上所述的传感器还包括电池，其中，控制装置可操作用于在考虑指示和传感器的当前电池电量两者的情况下控制睡眠模式。例如，可以基于这些因素并且潜在地基于其它因素的组合，来选择实际睡眠模式。

因此，例如，控制装置可以根据预先定义的可接受电池电量的限制，允许或者拒绝适当睡眠模式。控制装置可以被设计为使用较低唤醒睡眠模式来替换任何被拒绝的适当睡眠模式。优选地，较低唤醒模式可以是预先定义的电池允许最大唤醒模式的睡眠模式。

如果在电池电量的不同水平之间存在多于一个的限制，与每个限制以上的睡眠模式相比，控制装置允许更少的每个限制以下的睡眠模式，则优选限制的数量等于阈值的数量。

有利地，与针对指示相同，传感器发送器附加地可操作用于优选在发送帧的控制字段中，发送与当前电池电量相关的信息。无线传感器网络使用的发送帧可以包括各自以一个或更多位的形式的用于指示的控制字段和用于当前电池电量的控制字段两者。可选地，可以使用相同控制字段用于电池电量信息和指示，从传感器向协调器发送的发送帧在该控制字段中包括电池电量信息，并且从协调器向传感器发送的发送帧在该控制字段中包括指示。

协调器接收装置可操作用于接收电池电量信息，协调器还可以包括：响应装置，可操作用于通过针对电池采取动作，来对预先定义的充电信息的值进行响应。例如，协调器可以设置电池电量警报，通知中央监视单元情形或者采取任意其它适当的动作。

在另一方面，本发明实施例提供一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络中的协调器，其中，所述协调器包括：

接收装置，可操作用于接收来自所述传感器的关于检测到的参数的值的值信息；

确定装置，可操作用于在考虑所述值信息的情况下，确定所述传感器的适当睡眠模式；以及

发送装置，可操作用于发送所述适当睡眠模式的指示。

在又一方面，本发明实施例提供一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络中的传感器，所述传感器包括：

感测装置，可操作用于检测参数的值；

传感器控制装置，可操作用于控制所述传感器的睡眠模式；

发送装置，可操作用于发送关于所述参数值的值信息；以及

接收装置，可操作用于接收在考虑所述值信息的情况下确定的适当传感器睡眠模式的指示；其中，

所述传感器控制装置在考虑所述适当传感器睡眠模式的情况下，控制所述传感器的睡眠模式。

在再一方面，本发明实施例提供一种与无线传感器网络进行有线或无线通信的中央监视单元，所述无线传感器网络的设备包括传感器和协调器：

所述传感器包括：感测装置，可操作用于检测参数的值；发送和接收装置，用于与所述网络中的其它设备进行无线通信；以及传感器控制装置，可操作用于控制所述传感器的睡眠模式；以及

所述协调器包括：发送和接收装置，用于与所述网络中的其它设备进行无线通信；其中，

所述传感器发送装置可操作用于发送关于所述参数值的值信息，所述协调器发送装置可操作用于发送考虑所述值信息的适当传感器睡眠模式的指示；所述中央监视单元包括：

确定装置，可操作用于在考虑所述值信息的情况下，确定所述传感器的适当睡眠模式；以及通信装置，可操作用于将所述适当睡眠模式的指示发送到所述网络的设备。

根据一个方法方面，本发明的实施例涉及包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络中的方法，该方法包括：在传感器中检测参数的值；从传感器向协调器发送关于参数值的值信息；从协调器向传感器发送考虑值信息的情况下的造当传感器睡眠模式的指示；以及在考虑该指示的情况下控制传感器的睡眠模式。

本发明的其它方面提供软件(或者计算机程序)，当由无线传感器网络的传感器或协调器的处理器或者控制监视单元执行该软件时，该软件分别提供上述传感器或协调器或者控制监视单元的功能，本发明的其它方面提供软件，当由传感器或者协调器执行该软件时，该软件执行针对这些设备描述的方法。可以将该软件存储在计算机可读介质上。

为了避免重复，上面仅针对一个方面描述了许多特征。然而，这些方面中的任何一个的特征和优选特征是可自由组合的，并且可以适当地应用于其它方面。特别地，读取器将认识到在定义了发送和接收装置的情况下，在信号路径的相对端分别设置相应的接收和发送装置。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更清楚地示出可以如何实施，现在仅通过示例的方式对下面的附图进行参考，在附图中：

图1例示IEEE 802.15.4WPAN中的协议层；

图2例示IEEE 802.15.4WPAN的可能PHY带；

图3例示WPAN的星形和对等拓扑；

图4示出信标使能的IEEE 802.15.4WPAN中的超帧的结构；

图5至图8例示IEEE 802.15.4WPAN中的网络设备和协调器之间的数据传送的可能模式；

图9示出IEEE 802.15.4WPAN中的数据帧使用的帧格式；

图10示出图9的帧格式中的帧控制字段的结构；

图11是图10的帧控制字段中的帧类型位的可能值的表；

图12是示出根据本发明的实施例的WSN中的无线传感器和协调器的示意图；

图13是示出在改变参数值的情况下设备和协调器之间的信号流的流程图；

图14示出了在中央监视单元中进行处理的情况下的与图13等同的流程图；

图15是说明可以在发送帧的控制字段中使用的用来表示电池电量水平的电池位的示例的表；

图16是示出在改变参数值和电池电量状态的情况下的设备和协调器之间的信号流的流程图；

图17是使用中央监视单元的与图16等同的流程图；

图18是说明将预先定义的睡眠模式与电池电量的水平相关联的一种方式的表；

图19是示出在不考虑电池水平的情况下在设备中选择睡眠模式的另一方法的流程图；

图20是与图19等同的图，其中，由中央监视单元执行在图19中由协调器处置的处理和控制信令；

图21是与图19相对应的流程图，现在考虑电池水平；

图22是另外包括中央监视单元的与图21等同的流程图；

图23示出了IEEE 802.15.4帧格式的变形例；

图24示出了IEEE 802.15.4帧格式的另一变形例；

图25示出了要求的包括紧急位和电池位以及其它加强的对IEEE802.15.4帧控制字段的变形例；

图26示出了相应的IEEE 802.15.4变形帧类型；

图27示出了作为诸如IEEE 802.15.6的新标准的一部分的所有增强；

图28示出了与图27相对应的可能帧类型位的表；

图29示出了当前IEEE 802.15.4标准中的MAC帧的基本格式；以及

图30示出了当前版本的IEEE 802.15.4标准的命令帧标识符列表。

具体实施方式

在说明本发明的实施例之前，将对IEEE 802.15.4的一些部分给出一些背景说明，预计IEEE 802.15.4的这些部分与无线网络(例如微微网、WPAN和包括MBAN的BAN)的设计有关和/或可以用作当前正在开发的IEEE 802.15.6标准的基础，这些无线网络具有具备可变睡眠模式的设备。

图1示出就分层OSI模型而言的标记为100的IEEE 802.15.4WPAN的通用架构，其中，经由包含无线电收发器及其低级别控制的PHY层访问物理介质。如图所示，存在在图2中示出的用于PHY的两个可选频带101、102。低频带101提供以868.3MHz为中心的单个20kb/s信道和/或以915MHz为中心的每个为40kb/s的10个信道。高频带102提供以频率2.44GHz为中心的每个为250kb/s的16个信道。使用这些频带中的哪一个取决于本地调节需要。

由图1中的105所指示的MAC(介质存取控制)子层提供对PHY的接入。在这上方、在WPAN 100本身外部，提供了允许从其它网络接入WPAN的LLC(链路层控制)；这可以根据IEEE 802.2标准或者可以是其它类型。最后，LLC上方的上层109包括用于提供网络配置、操控和消息路由的网络层以及提供期望的总体功能的应用层。

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的两种已知拓扑，它们都是在IEEE 802.15.4中规定的。在两种情况下，在两个基本种类的网络节点，设备和协调器，之间区分拓扑。如图3所示，在星形拓扑中，多个设备11直接与中央协调器10通信；而在对等配置中，沿着与用作中继的中间设备11B和11C的一个或更多跳(hop)进行设备11A与通信器的通信。协调器用作到上层的接入点；在WSN的情况下，其用作由传感器收集的数据的接收器(sink)。考虑到每个设备的通信范围可能非常有限(几米)，对等拓扑允许覆盖更大的区域。拓扑可以是动态的，随着添加设备或者设备离开网络而改变。

在工业用WSN的情况下，例如，对于监视从具有运动部分的机器的单个固定物品上的传感器进行的读取，星形网络可能合适。另一方面，可以使用对等拓扑来监视运输带上的物体。

例如，在MBAN的情况下，在每个患者位置(例如病床)处设置协调器的情形下，星形网络合适，与单个患者上的设备交换信号。对等是更合适的拓扑，在这种拓扑中，设置了一个协调器对多个患者进行服务(协调器可能位于医院病房的固定点)。因此，在设备11通常是可移动的时，协调器可以是可移动的或者可以是固定的。对等网络也更适合于快速改变的环境，在这种环境中，需要快速地对网络进行设定或改变或者允许进行网络的自组织和自修复。自修复例如可以包括：在已有协调器出现故障或者离开网络的情况下，建立新的协调器。

可以在诸如医院或工厂的同一位置设定多个星形和/或对等网络，每个网络具有其自己的协调器。在这种情况下，各个协调器需要协作，以避免相互干扰并且允许共享或者校准数据。在IEEE 802.15.4中，将这种网络称为群，进行设置以建立针对群的总体协调器并且划分和合并群。

可以由具有不同能力的单元构成WPAN中的节点。通常来说，协调器的角色需要具有一些处理力的相对有能力的装置和能够同时处理来自多个源的发送的收发器。接着，这将需要足够的电力提供(在一些情况下，可能电力网供电(mains power))。另一方面，网络中的其它设备可以具有更有限的处理能力并且仅接入电池电力，并且甚至可以如此简单，以至于不能用作中继跳。具有非常低的电力可用性的设备可以在大多数时间关闭，仅偶尔“唤醒”，例如以向另一节点发送传感器数据。因此，IEEE802.15.4标准在“全功能”和“减少的功能”设备之间进行区分。电力的可用性对于MBAN和其它WPAN来说尤其是问题，在MBAN和其它WPAN中，传感器可能被植入身体或设备内，因此不能具有大的或者可充电电池。

在IEEE 802.15.4中设想的两种类型的WPAN是信标使能和无信标使能的。

在信标使能网络中，协调器周期性地发送信标，设备周期性地听取该信标，以同步到网络并且接入信道。信道接入遵从由协调器定义的如图4所示的超帧结构。每个超帧30由活动和非活动两部分构成。将活动部分划分为竞争接入时间段CAP 36，之后是任选无竞争时间段CFP 37，用于具有服务质量要求的应用的有保证的接入。

如图4中的垂直分割线所指示的，将超帧划分为16个相等间隔的时隙，每个时隙能够承载来自协调器或者来自设备的数据帧。由协调器发送的信标帧(参见下面)首先到达时隙31。在这之后，在CAP内提供几个时隙32，这允许遵从已知的CSMA-CA算法以竞争的方式向设备或者从设备进行数据发送。简单来说，在CSMA-CA中，每次设备希望在CAP内进行发送时，其等待随机时间段。如果在随机退避(backoff)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忙，则设备在再次尝试接入信道之前，等待另一随机时间段。

接着，之后是CFP的有保证的时隙GTS 33，如图所示，这些时隙中的每个可以延长多于一个的基本时隙。在经过非活动时间段之后，由发送另一信标帧31的协调器标记下一个超帧。在超帧的非活动时间段34期间，设备可以进入睡眠。因此，通过延长非活动时间段34的长度，可以尽可能地保存设备的电池电力。

在非信标使能网络中，除非请求协调器发送用于同步的信标(例如为了发现网络)，否则不需要协调器发送用于同步的信标。信道接入不受超帧结构限制，并且设备是异步的，通过CSMA-CA进行所有数据传送。根据诸如传感器-MAC的特定协议，它们可以遵从它们自己的睡眠模式(或占空比)。

对于MBAN应用，协调器在被监视的人体外部。其可以是PDA、移动电话、床边监视站或者甚至临时用作协调器的具有足够能力的传感器。在工业用WSN中，协调器可以是PDA、传感器、笔记本或其它计算机或者甚至中央或区域处理器。如上所述，信标使能网络中的协调器负责提供与网络设备的同步和信道接入。协调器还定义超帧的开始和结束。协调器具有两个主要特征：与其它网络的潜在通信和例如通过容易地替换充好电的电池的到足够的电源的接入。

图5至图8例示IEEE 802.15.4网络中的设备和协调器之间的数据传送。在IEEE 802.15.4中定义了三种基本类型的传送：

(i)到作为接收方的协调器的数据传送，设备(发送方)向接收方发送其数据——在星形和对等拓扑两者中使用；

(ii)从作为发送方的协调器的数据传送，其中，设备接收数据——在星形和对等拓扑两者中使用；以及

(iii)两个对等设备之间的数据传送——仅在对等网络中使用。

图5和6描绘了分别针对信标使能和非信标使能两种情况的从设备(网络设备11)和协调器(协调器10)的传送。不同之处在于：在信标使能情况下，设备1在CFP中使用CSMA-CA或者在CAP中使用GTS发送数据(数据帧42)之前必须等待，以从协调器接收信标帧41；而在非信标使能情况下，通常没有信标帧，设备11使用CSMA-CA随意发送数据帧42。在任一种情况下，协调器通过发送任选确认帧43来确认数据的成功接收。下面更详细地说明这些不同类型的帧。

如果接收方由于任何原因而不能处理接收到的数据帧，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，则假设发送不成功，并重新尝试帧发送。如果在若干重新尝试之后仍然未收到确认，则发送方可以选择终止该业务或者选择再次尝试。当没有要求确认时，发送方假设发送成功。

图7和图8例示从协调器10到设备11的数据传送。当协调器期望向信标使能的WPAN中的设备传送数据(图7)时，其在信标帧41中指示数据消息待定(pending)。设备周期性地听取信标帧，如果消息待定，则设备通过CSMA-CA发送请求数据的数据请求(MAC命令)44。协调器10通过发送确认帧43确认对数据请求的成功接收。然后，使用分段式CSMA-CA，或者在可能的情况下在确认之后立即发送待定数据帧42。设备11可以通过发送任选确认帧43来确认对数据的成功接收。该业务(transaction)现在完成。在成功完成数据业务后，从信标中的待定消息的列表中去除该消息。

在非信标使能情况下，具有针对特定设备11准备好的数据的协调器10需要等待来自所涉及的设备的、基于竞争发送的数据请求44。在接收到该请求时，协调器发送确认帧43(这也可以用来表示没有数据准备好，如果是这种情况)，之后发送数据帧42，响应于数据帧42，设备11可以发送另一确认帧43作为应答。

为了简单，上面的过程仅考虑了设备和协调器之间的数据传送的上述情况(i)和(ii)，但是如已经叙述的，在对等网络中，数据传送通常经由机制(iii)进行，涉及一个或更多中间节点，这增加了冲突的风险并且涉及延迟。

如在图5至图8中所指示的，IEEE 802.15.4网络中的通信涉及四种不同类型的帧：

-信标帧41，由协调器用来发送信标

-数据帧42，用于所有数据传送

-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对等实体控制传送

四种帧类型中的每个的结构很类似，在图9中作为示例针对数据帧42示出了结构。在该图中，两个水平条分别表示MAC子层和PHY层。时间从左到右前进，并且在所涉及的字段上方示出了(以8位字节为单位)帧的每个连续字段的时间长度。每个帧由特定顺序的字段的序列构成，从左到右按照PHY发送这些字段的顺序描绘了这些字段，其中，在时间上最先发送最左端的位。对每个字段内的位从0(最左端的最低有效位)至k-1(最右端的最高有效位)进行编号，其中，字段的长度是k位。

要经由数据帧42发送的数据源自上层。将数据有效载荷传送到MAC子层，将其称为MAC服务数据单元(MSDU)。MAC有效载荷的前缀有MAC头MHR，并且附有MAC脚注MFR。MHR包含帧控制字段50(参见下面)、数据序列编号(DSN)、寻址字段和任选辅助安全头。MFR由16位的帧校验序列FCS构成。MHR、MAG有效载荷和MFR一起形成MAC数据帧(即MPDU)。将MPDU作为PHY服务数据单元PSDU传送到PHY，PSDU成为PHY有效载荷。PHY有效载荷的前缀有：包含前导码序列和帧开头定界符SFD的同步头SHR，以及包含以8位字节为单位的PHY有效载荷的长度的PHY头PHR。前导码序列和数据SFD使得接收器实现符号同步。SHR、PHR和PHY有效载荷一起形成PHY包(PHY协议数据单元PPDU)。

除了MAC有效载荷在每种情况下具有不同的功能之外，信标帧41、确认帧43和MAC命令帧44具有类似的结构，确认帧没有MAC有效载荷。此外，信标帧41、确认帧43和MAC命令帧44源自MAC子层，不涉及上层。

在图10中更详细地示出了在每种类型的帧中使用的帧控制字段50。如图所示，其由为了不同的目的而分派给子字段的16位构成。特别地，该字段的前三位表示帧类型51：信标帧41、数据帧42、确认帧43或者MAC命令帧44。在图11中示出了表明帧类型的方式。在帧类型位51之后是单个位的安全使能子字段52，其表示是否由MAC子层使能安全性。这之后是帧待定子字段53，用于指示对于接收方、发送方是否有更多数据。接下来是Ack.请求子字段54，用于指示是否从接收方请求进行确认。这之后是其它一些子字段55至59，其用于寻址的目的或者在当前的IEEE802.15.4规范中被保留。

如所叙述的，图11是帧类型子字段51的可能位值的表，其示出了值100和101在IEEE 802.15.4规范中未使用。

概述了本发明的背景，现在对本发明的实施例进行参考。图12是表示全部根据发明实施例的传感器60、协调器和包括这两种网络设备的WSN的示意图。

传感器使用传感器节点61对参数进行测量。例如，图12所示的传感器60可以使用传感器节点61对诸如患者的血糖水平的生命参数进行测量。可以在控制装置中对血糖水平(或者其它参数)进行处理，以提供用于通过WSN 65向协调器64发送的值信息。另外，参数值自身可以形成该信息。协调器64从传感器外部选择适当的睡眠模式，并且将其发送到传感器。控制装置在对传感器的睡眠模式进行控制时，考虑接收到的适当的睡眠模式。在一些情形下，控制装置将简单地实现适当的睡眠模式。在其它情形下，控制装置可以考虑诸如电池电量水平的其它因素，从而不实现适当的睡眠模式。通过对无线电电路62进行精细调节，来进行任意睡眠模式的实现。

在该场景中并且在下面的场景中，将发送的指示睡眠模式的改变的消息自身视为具有高优先级，因此使其优先于其它发送，例如从设备的例程和维护发送或者由于一些原因不包括睡眠模式的指示的数据发送。

对实施例的描述不参考从协调器到传感器的、不管是直接还是间接的任何确认，在本申请中示出的信号流程图不包括它们。然而，由于睡眠模式消息比其它数据/信息具有更高优先级，因此优选，并且理想地在睡眠模式的任意改变之前确认睡眠模式消息。

下面的表1给出了基于WSN中的设备的不同紧急水平的不同的适当的预先定义的睡眠模式的示例。例如，在用于诸如MBAN的医学使用的网络中，对于非医学设备(例如对于医生的PDA、连接到WSN中的患者的手表或者移动电话)，可以使用低占空比睡眠模式。从表1可以看出，因此这些非医学设备具有最长的睡眠时间或者百分比睡眠时间。例如可以作为发送帧的帧控制字段中的紧急位，通过WSN发送该睡眠模式的指示。在该示例中，示出了非医学设备具有紧急位00。表1示出了正常状况下的医学设备，其具有由紧急位01表示的具有稍微更高的占空比的正常医学模式睡眠。在该医学设备中的轻微异常状况下，再次稍微提高占空比，并且紧急位是10。最后，对于紧急状态情形下的医学设备，占空比显著提高或者被连续唤醒。使用紧急位11表示该紧急状况。在该示例中，对于医学传感器设备，可以通过在每种情况下跨越每个阈值的测量的参数，来触发正常和轻微异常情形之间以及轻微异常和紧急状态情形之间的变迁。作为本领域的读者应当理解，可以使提高的紧急状态下降到降低或升高或者两者的参数，如果参数具有可接受范围的值，使不可接受的值逐渐到达由多个阈值定义的可接受范围的任一侧。

表1：医学和非医学设备的混合网络中的睡眠模式和紧急位

此外，如在上面简要叙述的，在一些实施例中，可以通过参数值随时间的改变或者参数值随时间的改变速率的改变，或者任何其它适当的标准来触发睡眠模式的改变。例如，脉搏速率的非常快的改变可能是由于由疾病引起的心律不齐、而不是由于生理机能状况，因此脉搏速率的非常快的改变在考虑改变速率的情况下，适合于触发睡眠模式的改变。

表1中的位值对于所有设备都是固定的，其解释对于传感器、协调器或者控制器并且对于可以被提供为WSN的一部分或者单独设置的任意中央监视单元是已知的。

图13是使用表1的位值作为示例的流程图，其示出假定由生命参数或者关于参数值的其它参数测量信息定义的逐渐异常的情形，传感器和设备、协调器之间的信号流。最初，传感器测量S100诸如血糖水平的生命参数，并且将关于参数值的信息发送S101到协调器。协调器例如通过将该水平与预先定义的阈值进行比较，来估计S102传感器中的情形。响应于该比较，其确定适当的睡眠模式，并且将适当睡眠模式的指示作为指示正常情形的紧急位01发送S103到协调器。虽然在该图和下面的图中示出了发送是直接从传感器到协调器，但是本领域的读者应当理解，在对等网络中，发送可以是经由其它节点，而非直接的。一旦传感器从协调器接收到睡眠模式的指示，则可以将其实现S104。传感器继续S105向协调器发送关于参数值的信息。随后，患者进入紧急状况(例如，如由血糖水平与阈值的比较所定义的)。在该阶段，协调器将适当睡眠模式改变S106为更高频率模式。其还将使用位11的严重紧急状况的指示发送S107到传感器，传感器再次反映S108新的睡眠模式。如果预定数量的设备处于紧急状态(如由跨越参数阈值作为示例所定义的)，则协调器向更低优先级设备发送更低占空比睡眠模式。例如，如在步骤S108中所示，非医学设备可以接收需要进行更低占空比实施的指示。虽然在该示例中示出了紧急状态为被设置为00(最长睡眠时间)，这在表1中是被永久分配给这些非医学设备的方案，但是在该阶段将更低占空比位方案发送到非医学设备的情况下，稍微修改的位方案将允许这些设备具有至少两个不同的位方案。此外，依据处于紧急状态的设备的数量，使用也许比第一阈值更高的阈值，非关键医学网络设备和传感器可以被发送实施更低的占空比的适当睡眠模式的指示。例如，协调器可以发送S110紧急位00，紧急位00定义通常仅针对非医学设备实现的具有最长睡眠时间的睡眠模式。

虽然图13示出了协调器针对网络设备确定适当睡眠模式的情形，但是该处理可以部分或完全由中央监视单元执行。图14示出了与图13等同的流程图，因此不对其进行完整的说明。两个图之间的差别是图14示出了在中央监视单元中进行的处理，协调器仅仅用作网络设备和中央监视单元之间的中继。该场景允许对睡眠模式进行自动或者人工选择的集中控制。

表1以及图13和14涉及集中睡眠精细调节能力，但是不考虑设备的电池水平。在该实施例中，传感器单独基于来自协调器的指示，来实现适当睡眠模式。因此，医学情形是占主导地位的因素，该场景特别适合于存在医学救助时的重症监护情形。

在其它实施例中，传感器不仅可以依据协调器设置的指示，还可以依据电池检查，来修改睡眠模式。可以将电池水平发送到协调器用于动作。图15是说明可以在发送帧的控制字段中用来表示电池电量水平的电池位的示例的表70。将百分比电量划分为四个不同的水平，每个水平具有25％的范围。可选地，可以选择更少或更多的水平，并且不需要线性地划分标度。例如，最高电量水平可以是50％至100％，并且例如其它电量水平可以覆盖较小的范围。对于紧急位，使用两位，这允许将电池电量划分为四个不同的水平。

图16是示出改变参数值并且改变电池电量状态的情况下的设备和协调器之间的信号流的流程图。这些实施例可以在紧急医学救助不可用的情况下的医学遥测应用中使用。

在这些情况下，可以在睡眠模式控制中包括电池电量，以确保较高占空比睡眠模式不导致电池电量的完全耗尽。在这些发明实施例中，如果电池水平合适，则仅可以实现适合赋予测量的参数值的较高占空比模式。否则，维持当前睡眠模式。同样，如果电池水平下降，则需要选择比适合于测量的参数值的占空比低的占空比。

在该场景中，仍然记录紧急状态数据，但是以较理想的速度慢的速度进行。这在例如设备是植入设备并且不能立即替换电池时特别有优势(因为操作需要访问电池)。其对夜间护士或者医学救助不在周围来更换用于非植入应用的电池时的遥测紧急状态应用也有用。例如，在家庭护理中，以较高的精度和采样速率连续记录可能仅在夜间发生几分钟的任何罕见的医学或者紧急状态情形是有利的。同时，传感器可以将低电池电量的消息发送到协调器。图16示出当诸如血糖水平的生命参数升高时的到紧急状态的进程。在医学设备处于正常情形时开始，可以在一个或更多当前发送帧中发送如在表1中设置的紧急位01。在步骤S300中，传感器测量诸如血糖水平的参数。在步骤S301中，传感器将参数发送到协调器，在步骤S302中，协调器估计患者情形。如果存在变高的水平的紧急状态，则将紧急位10发送到传感器。在该点，传感器检查电池电量S304，以确定是否容许由这些紧急位指示的睡眠模式。如果不容许，则在步骤S305中，传感器例如使用电池位01向协调器发送电池低消息。然后，协调器对电池采取动作S306。在接下来的阶段，传感器更新要发送到协调器的参数值，该参数值导致在步骤S308中协调器检测到更高的紧急状态。在步骤S309中，协调器向传感器发送紧急位11。其结果是，在步骤S310中，传感器进行检查来看电池电量是否允许更频繁地唤醒。如果允许，则在步骤S311中，将睡眠模式改变为与紧急位11相对应。同时，到紧急状态的传感器变迁导致处于紧急状态的设备的数量跨进阈值。协调器在步骤S312中通过向非关键医学设备发送紧急位00来采取动作，以在步骤S313中减慢其唤醒模式。在步骤S314中，协调器向非医学设备发送指示最慢适当唤醒模式的紧急位(虽然将这些示出为位00，并且不适合表1的方案，但是本领域的读者将理解如何使用更多位或者其它方法来指示另外的睡眠模式)。

图17示出如下等同场景：其中，除了在不需要将电池低位继续传送到中央监视单元的情况下由协调器处置的电池动作之外，中央护理单元对处理和决策进行控制，而协调器充当中继。

图18是说明将睡眠模式与电池电量的水平相关联的一种方式的表70。这里，所示出的睡眠模式针对单个类别的设备，因此在前面的图和表1中示出的到医学和非医学设备的划分不再适用。无论阈值比较的结果如何，最低水平L1(0至25％)仅允许低唤醒睡眠模式；第二水平L2附加地允许中间唤醒模式；第三水平L3(50至75％)附加地允许更高唤醒模式，最高水平L4(75至100％)附加地允许持续唤醒模式，从而允许所有可能的睡眠模式。因此，如果需要，电池电量水平优先于根据参数值选择的睡眠模式。由于实用性的原因，在水平L1至L4之间的限制和针对参数定义的阈值之间存在一对一的对应关系，因此在两个水平之间交叉的每个限制将可接受睡眠模式的边界移动一个预先定义的睡眠模式。

图19是示出设备中的在不考虑电池水平的情况下选择睡眠模式的另一方法的流程图。这里，与针对图18相同，仅考虑一种类别的设备。协调器发送具有根据下面示出的表2设置的紧急位的帧。

表2：同一类型的设备的网络中的睡眠模式和紧急位

在正常状况下，协调器发送紧急位00(在参数值达到阈值Th1之前)。在轻微异常的情况下，发送紧急位01(测量的参数从Th1到阈值Th2)。在达到测量的参数的阈值Th3的异常状况下，设备发送紧急位10。从Th3的测量的参数值向上，设备处于紧急状态，并且发送紧急位11。

假设传感器在具有图19开头的正常睡眠模式(00)的正常状况下起动，测量S400参数值，并且将其发送S401到协调器。然后，协调器通过将这些值与阈值Th1至Th3进行比较来估计情形的紧急状态。如果设备处于正常情形，则睡眠模式不发生改变S402。在阈值Th1和Th2之间定义的轻微异常情形下，协调器作为位01选择具有发送S403到传感器的新睡眠模式的指示的不同的适当睡眠模式。传感器进行占空比的提高S404。如果参数落在第二阈值Th2和第三阈值Th3之间，则设备处于异常情形，并且从协调器发送S405带有紧急位10的相应的消息。再次改变S406睡眠模式，以反映异常情形。最后，如果测量的参数在参数Th3以上，则设备处于紧急状态，并且协调器发送S407带有紧急位11的消息。传感器再次将其占空比改变S408为最高水平。

如果处于紧急状态的设备的数量或者处于紧急状态的较高优先级设备的数量跨越了阈值S409，则向一个或更多非医学设备发送S412消息，使它们将其睡眠模式降低S413到例如最低水平。同时，或者潜在地，设置更高的阈值和等同的消息S410，以使非关键医学设备降低其占空比。

图20是与图19等同的图，其中，中央监视单元进行在图19中由协调器处置的处理和控制信令。这里，协调器仅用作中继。

图21是与图19相对应的流程图，现在考虑电池水平。在该实施例中，从传感器发送电池位，而从协调器发送紧急位。由协调器发送的紧急位指示仅考虑参数测量值的适当睡眠模式，由传感器发送的电池位示出了作为最大允许睡眠模式的工作中的实际睡眠模式。在该过程开始时，假设传感器具有正常睡眠-唤醒模式，并且电池充满了电，并且将关于传感器的参数值的信息发送S500到协调器。然后，协调器估计参数，来看其是落在Th1以下、Th1和Th2之间、Th2和Th3之间、还是Th3以上。如果参数在Th1以下，则不需要改变S501睡眠唤醒模式。

如果生命参数落在第一阈值Th1和第二阈值Th2之间，则在步骤S502中向传感器发送紧急位被设置为01的消息。检查S503电池水平。如果根据图18中的表，控制装置允许由该参数测量值选择的睡眠模式(即在这种情况下，如果电池电量为L2、L3或L4)，则将睡眠模式改变S504为轻微异常。如果电池为L1，则可以不改变睡眠模式，而向协调器发送S505电池位被设置为00以反映电池水平L1的消息。协调器对低电池采取动作S506。另一方面，将睡眠模式改变S507为电池允许的最大水平，并且在步骤S508中向协调器发送电池位被设置为xx的消息，xx是针对最大允许睡眠-唤醒模式的电池水平。如果电池水平对于处于轻微异常情形的设备ok，则这将覆盖水平L2、L3和L4。因此，唯一的其它可选方案是电池水平为L1。然而，为了容易实现，与针对其它参数水平相同，对于该参数水平，可以包括该额外的步骤。否则，其可以省略。

如果参数落在Th2和Th3之间，并且设备因此处于异常情形，则向传感器发送带有紧急位10的指示适当睡眠模式的消息。再次检查电池水平，来看其是否可接受。如果其对于所需的睡眠模式改变ok(即在L3或者L4)，设备改变为异常睡眠模式。如果另一方面，电池水平在L1，则不能进行睡眠模式的改变，并且向协调器发送带有电池位被设置为00的消息。采取对电池的动作。否则(如果电池水平在L2)，将睡眠模式改变为电池(01)允许的最大模式，并且发送电池位被设置为xx的消息，xx是最大允许睡眠模式，调整信道接入。这里，xx是01，用来反映水平L2。

最后，如果参数落在阈值Th3以上，则向传感器发送紧急位被设置为11的消息，并且检查电池水平。仅在其在水平L4的情况下，其ok。在这种情况下，设备将其自己的睡眠模式改变为紧急状态。另一方面，如果电池水平在L1，则向协调器发送电池位被设置为00的消息。对于任意其它水平(这里为水平L2和L3)，将睡眠模式改变为允许的最大模式，并且将发送的电池位设置为xx，与前面相同，xx是最大允许睡眠模式(即实现的睡眠模式)。

一旦协调器估计参数位于阈值之间，则使用该信息来检查多少设备处于紧急状态。如果设备的数量超过了阈值，则采取动作，向非关键医学设备和非医学设备发送紧急位设置200的消息。然后，这些设备改变为正常(最低)占空比睡眠模式。

图22是与图21等同的图，但是其示出了由中央监视和医学护理单元进行的紧急位的比较功能和设置。除去对电池采取动作的任务之外，协调器仅用作中继。因此，由协调器处置针对电池水平从传感器发送的所有消息，而不必转发给中央单元。

可选地，可以与参数测量值分离地使用电池位，单纯地将其作为电池水平的指示符。然后，协调器可以计算由电池位、查找表和参数值或者其已经发送到传感器的适当睡眠模式的组合实现的实际睡眠模式。这可选地给出了更多关于电池水平的详细信息，但是在协调器处需要提高的处理能力。

下面的描述指出了如何可以基于IEEE 802.15.4将上述信令协议容纳在当前正在开发的诸如IEEE 802.15.6的通信标准内。图23示出了用于指示消息的紧急状态、从而对紧急消息分配高于其它的优先级的对IEEE802.15.4帧格式的变形。示出了两个紧急位81、82，传感器在诸如数据帧、告知帧和MAC命令帧中的任意一个或者全部的发送帧，使用这两个紧急位，来指示协调器对传感器的改变适当睡眠模式。

这些紧急位还可以用来在如例如在表1中所示的非医学和医学设备之间进行区分，或者用于在工业应用中在不同的设备类型之间区分优先级。从与图10的比较可以看出，将帧控制扩展了一个8位字节，其中，使用两位(紧急状态U1和紧急状态U2)来指示与不同的睡眠模式相对应的不同的紧急状态水平。

图24附加地包括与电池水平相关的两个位83、84。作为电池水平1、L1和水平2、L2示出了这些位。如与图21相关地所说明的，可以不在由传感器实施的实际睡眠模式中反映发送到传感器的紧急位，因为由于电池水平考虑，适当睡眠模式不被允许。然后，在考虑电池水平的情况下，需要与作为实施的实际睡眠模式的指示的参数水平/紧急位结合，来观察发送到协调器的电池位。

可以作为对IEEE 802.15.4的增强或者作为诸如用于BAN的标准的IEEE 802.15.6的需要提出特征的正在开发的新标准的集成部分，来包含上述实施例。

该睡眠模式增强可以是多个链接的增强之一。图25示出了需要的对IEEE 802.15.4帧控制字段的变形，其与紧急位和表示告知类型的两个位一起，包括这里所指的紧急情况位和电池位。为了进行后向兼容，针对这些紧急状态和告知类型，使用IEEE 802.15.4的保留位(7-9)。另外，将帧控制扩展了一个8位字节，其中，两位用于区分紧急情况的各种水平，并且像之前说明的一样使用另外两个电池位。保留该8位字节其余两位。在图26中示出了相应的IEEE 802.15.4修改帧类型。为了进行后向兼容，使用保留位100-111，来指示不同类型的ACK帧和作为针对紧急状态情形而创建的新的类型的帧的紧急状态帧。

从“绿色领域(green field)”方法开始标准，在帧控制中增强将可能包括以下内容：

★对于ACK类型，两位

★对于紧急情况水平，两位

★对于电池水平，两位

★用于指示帧的类型，三位

此外，除了诸如数据帧、MAC帧和信标帧的其它类型的帧之外，控制帧中的帧类型还可以包括用于指示以下内容中的任意一个的值：

★紧急状态帧

★ACK帧

★立即ACK帧

★延迟ACK帧

图27示出了作为诸如IEEE 802.15.6的新标准的一部分的增强。该图示出了提出的MAC层的头帧的一部分。本领域的读者将理解，紧急情况水平和电池水平参考本申请的实施例，其可以与其它增强的任意组合进行组合，以形成完整系统中的另外的实施例。在一个实施例中，结合紧急情况位使用的紧急位(或者其它紧急状态指示)和任选地电池水平位(适当睡眠模式指示和任选地电池电量信息)，可以辅助和/或确认紧急状态。图28示出了与可能帧类型位的图27相对应的表。

图29示出了指示MAC命令8位字节的位置的当前IEEE 802.15.4标准中的MAC帧的基本格式。图30示出了当前版本的IEEE 802.15.4标准的命令帧标识符列表。

上述本发明的帧控制实施例在MAC帧头的MAC帧控制中使用至少四位(u1 u2 b1 b2)，来指定BAN设备的状态。通常可以在、但是不限于紧急状态情形下，以用于BAN、BAN业务和BAN设备管理的多种方式独立并且组合地设置全部这些状态信息位。它们可以在如图29所示的MAC命令帧或者任意其它类型的发送帧中发送。

在可选解决方案中，可以在对图30中的列表添加新的命令帧标识符的情况下，添加新的MAC命令帧。可以使用先前叙述的位或者以一些其它方式，使用有效载荷在设备状态之间进行区分。

适合于包括MAC命令帧的任意发送帧类型的其它可选和有效方法，是在帧控制外部引入单个8位字节，但是仍然在MAC头中具有先前叙述的位，或者优选地如下面所示的列举的设备状态的列表。该8位字节将提供例如总共256个可能设备状态，但是不限于：

为了使接收设备知道是否读取并且解释该字段，可以将单个“设备状态”(ds)位引入到MAC帧控制中，以指示读取并且解释设备状态(ds＝1)或者忽略设备状态(ds＝0)。

可靠性是IEEE 802.15.6和其它标准的主要要求之一。在医学紧急状态下，提高传感器获得患者救生或者其它决定性信息的频率有时很关键。例如，如果在正常状况下，传感器以10小时为基础测量数据，则在紧急状态下，可能需要每半个小时对患者状况进行更新。本发明的实施例公开了新颖的基于协调器的集中睡眠/唤醒模式安排，其允许医学BAN中的协调器在考虑处于紧急状态的设备的数量的情况下，协调紧急状况下的睡眠模式。

本发明实施例考虑如下情况：可以使用中央监视能力，并且护士可以基于在中央监视站中进行的分析或者诊断，通过分析患者情形或者自动地，从中央护理站改变睡眠模式。特别有利的特征是：使用医学人员在考虑多个输入参数的情况下分析情形，来创建集中命令能力以改变睡眠模式。这也可以由一些智能模式识别算法在网关或者其它位置进行。

发明实施例可以具有以下有利方面：

它们引入了响应于紧急状态情形，在医学人体局域网或者无线传感器网络中进行用于集中唤醒和睡眠模式安排的方法。

它们引入了用于响应于紧急状态情形，考虑电池状态，在医学人体局域网或者无线传感器网络中集中和睡眠模式安排的方法。

它们提供响应于紧急状态情形，与中央医学护理单元协调地，在医学人体局域网或者无线传感器网络中进行用于集中睡眠模式安排的方法。

另外，它们提供响应于紧急状态情形，考虑电池状态，与中央医学护理单元协调地，在医学人体局域网或者无线传感器网络中进行用于集中睡眠模式安排的方法。

它们引入了在多个患者或者患者的多个传感器进入紧急状态时，减慢非医学设备和非紧急状态医学设备的概念。

提供新颖的信令位(即紧急位)来量化在唤醒模式中减慢的量。

本发明的实施例在使用MBAN方便紧急状态管理时扮演极其重要的角色。注意以下情形：

1.全世界有亿万人正在遭受糖尿病的痛苦。近来考虑用于血糖测量的可植入或者无创伤方法。WSN将有助于基于24小时提供患者的血糖水平信息。存在如下情形：患者的血糖水平不正常，需要针对患者的紧急地理位置定位和其它必须的紧急医学过程。利用患者身体上的无线传感器和MBAN，可以在医院或者家里监视全世界亿万心脏病和心脏问题患者的情况。MBAN为这些患者提供额外的活动性。对于诸如异常心脏功能的情形或者诸如心脏病发作的更严重的情况下的这种患者组，确保在威胁生命的医学紧急状态期间关键医学数据不丢失或者不延迟极其重要。本发明实施例建立了对附着到进入紧急状态的患者的医学传感器或者设备的睡眠模式的进行更准确的集中控制和安排的可能。

2.本发明实施例对中央医学护理单元赋予了响应于诊断出的紧急状态来控制设备的睡眠模式的可能。

3.该紧急状态睡眠模式安排的一些实施例的发明概念具有在处于紧急状态的患者或者设备的数量在关键阈值以上时，减慢其它非医学设备(或者是非关键应用的医学设备)的可能。通过这样做，其建立了协调器和中央医学护理以更高的可靠性并且基于紧急状态患者优先，对紧急状态患者和设备进行处置的可能。

4.在这样做时，本发明实施例可以考虑电池水平，以在紧急状态期间保证可靠并且稳定的紧急状态操作。

5.本发明实施例可以在医学人员不在周围时，挽救成千上万的经历紧急状况的患者的生命。

6.本发明实施例改进了医学系统中的紧急状态响应的效率。

7.本发明实施例改进了医学MBAN系统中的紧急状态获知度。

8.本发明实施例通过使紧急状态响应处理自动化降低了人力成本。

9.本发明实施例提高了从患者身体获得的紧急状态数据的精度。

10.通过协调传感器和协调器，本发明实施例使得能够在考虑紧急状态的严重性和当前电池水平的情况下实现最佳睡眠模式。

本发明可以采用新颖的传感器、协调器、中央监视单元或者用于传感器、协调器和中央监视单元的硬件模块的形式，并且本发明可以通过替换或者修改由传感器和/或协调器和/或中央监视单元的处理器执行的软件来实现。

因此，本发明的实施例可以用硬件、或者作为在一个或更多处理器上运行的软件模块或者在其组合上实现。本发明还可以作为用于执行这里描述的技术中的任意一个的部分或全部的一个或更多设备或装置程序(例如计算机程序和计算机程序产品)来实施。可以将实施本发明的这些程序存储在计算机可读介质上，或者例如可以是一个或更多信号的形式的。这些信号可以是可以从因特网网站下载或者可以在载波信号上提供或者是任意其它形式的数据信号。

虽然上面的描述作为示例参考了IEEE 802.15.4和IEEE 802.15.6，但是不管是否根据IEEE 802.15.6工作，本发明都可以应用于任意类型MBAN以及其它类型的BAN和其它短程WSN，即使非医学人体局域网络仍然需要在紧急情形下改善通信可靠性。

Claims (16)

1.一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络：

所述传感器包括：感测装置，可操作用于检测参数的值；发送和接收装置，用于与所述网络中的其它设备进行无线通信；以及传感器控制装置，可操作用于控制所述传感器的睡眠模式；以及

所述协调器包括：发送和接收装置，用于与所述网络中的其它设备进行无线通信；其中，

提供多个预先定义的睡眠模式，根据若干参数值阈值来确定适当睡眠模式的选择，每一个阈值定义较低唤醒和较高唤醒睡眠模式之间的边界；以及其中

所述传感器发送装置可操作用于发送关于所述参数值的值信息，以及所述协调器发送装置可操作用于发送通过将发送的所述值信息中的参数值与所述参数值阈值进行比较而集中地确定的适当传感器睡眠模式的指示。

2.根据权利要求1所述的网络，其中，所述传感器是所述网络中的多个占空比实施设备之一，所述协调器可操作用于针对所述占空比实施设备中的每一个发送适当睡眠模式，并且优选地其中，发送到所述占空比实施设备中的至少之一的所述适当睡眠模式附加地考虑与该设备不相关的至少一个外部因素。

3.根据权利要求2所述的网络，其中，一个这种外部因素基于所述值信息。

4.根据权利要求2或3所述的网络，其中，发送到所述占空比实施设备中的至少之一的所述适当睡眠模式把所述网络中的处于预先定义的紧急状态的其它设备的数量作为外部因素来考虑。

5.根据权利要求2或3所述的网络，其中，每一个占空比实施设备具有优先级来确定其适当睡眠模式，所述优先级确定所述协调器把任意外部因素考虑到何种程度。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的网络，其中，所述协调器还包括：确定装置，可操作用于确定所述适当睡眠模式，或者其中，所述协调器接收装置可操作用于从与所述协调器进行有线或无线通信的中央监视单元接收所述适当睡眠模式。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的网络，其中，所述协调器发送装置可操作用于在发送帧的至少一个控制字段中发送所述指示，其中优选使用在MAC头中、诸如在帧控制字段中被设置为预定值的值。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的网络，其中，所述传感器还包括电池，并且其中，所述传感器控制装置可操作用于在考虑所述指示和当前电池电量两者的情况下，控制所述睡眠模式。

9.根据权利要求8所述的网络，其中，所述传感器控制装置根据可接受电池电量的至少一个预先定义的限制，允许或者拒绝适当睡眠模式，并且优选用较低唤醒睡眠模式替换任意被拒绝的适当睡眠模式。

10.根据权利要求8所述的网络，其中，所述传感器发送装置可操作用于发送与所述电池电量相关的电池电量信息，优选在发送帧的控制字段中，通过诸如帧控制字段的MAC头中被设置为预定值的值的形式进行发送。

11.根据权利要求10所述的网络，其中，所述协调器接收装置可操作用于接收所述电池电量信息，并且其中，所述协调器包括：响应装置，可操作用于通过针对所述电池采取动作，来对电量信息的预先定义的值进行响应。

12.根据权利要求9所述的网络，其中，所述传感器发送装置可操作用于发送与所述电池电量相关的电池电量信息，优选在发送帧的控制字段中，通过诸如帧控制字段的MAC头中被设置为预定值的值的形式进行发送。

13.根据权利要求12所述的网络，其中，所述协调器接收装置可操作用于接收所述电池电量信息，并且其中，所述协调器包括：响应装置，可操作用于通过针对所述电池采取动作，来对电量信息的预先定义的值进行响应。

14.一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络中的协调器，其中，所述协调器包括：

接收装置，可操作用于接收来自所述传感器的关于检测到的参数的值的值信息；

确定装置，可操作用于通过将接收的所述值信息中的参数值与所述参数的阈值进行比较而确定所述传感器的适当睡眠模式；其中

提供多个预先定义的睡眠模式，根据若干参数值阈值来确定适当睡眠模式的选择，每一个阈值定义较低唤醒和较高唤醒睡眠模式之间的边界；以及

发送装置，可操作用于发送所述适当睡眠模式的指示。

15.一种包括传感器和协调器的设备的无线传感器网络中的传感器，所述传感器包括：

感测装置，可操作用于检测参数的值；

传感器控制装置，可操作用于控制所述传感器的睡眠模式；

发送装置，可操作用于发送关于所述参数值的值信息；以及

接收装置，可操作用于接收适当传感器睡眠模式的指示，所述适当传感器睡眠模式是通过将发送的所述值信息中的参数值与所述参数的阈值进行比较而集中地确定的；其中，

提供多个预先定义的睡眠模式，根据若干参数值阈值来确定适当睡眠模式的选择，每一个阈值定义较低唤醒和较高唤醒睡眠模式之间的边界；

所述传感器控制装置在考虑所述适当传感器睡眠模式的情况下，控制所述传感器的睡眠模式。

16.一种与无线传感器网络进行有线或无线通信的中央监视单元，所述无线传感器网络的设备包括传感器和协调器，

所述中央监视单元包括：

确定装置，可操作用于通过将由所述传感器发送的参数值的值信息中的参数值与参数阈值进行比较，而确定所述传感器的适当睡眠模式；以及通信装置，可操作用于将所述适当睡眠模式的指示发送到所述网络的设备；其中

提供多个预先定义的睡眠模式，根据若干参数值阈值来确定适当睡眠模式的选择，每一个阈值定义较低唤醒和较高唤醒睡眠模式之间的边界。