CN103348759B - 在无线网络中使用辅助信道实现快速且高功效的关联的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种医疗系统包括采集和传送患者数据的一个或多个MBAN设备。所述医疗系统还包括一个或多个医疗体域网（MBAN）系统，每个MBAN系统包括经由短程无线通信与集线器设备通信所述患者数据的所述一个或多个MBAN设备，所述患者数据经由所述短程无线通信的所述通信在预定频谱内。所述集线器设备接收从所述一个或多个MBAN设备传送的患者数据并且经由更远程通信与中心监测站通信。所述一个或多个MBAN设备在一个或多个辅助信道上将关联请求发送到所述集线器设备，以使每个MBAN设备与所述MBAN系统相关联，所述辅助信道在所述预定频谱外。

Description

在无线网络中使用辅助信道实现快速且高功效的关联的系统 和方法
技术领域
本申请涉及用于监测患者的生理状态的医疗监测和临床数据设备。本申请具体应用于使用辅助信道实现与无线网络的快速且高功效的关联。
背景技术
生理传感器、低功率集成电路和无线通信的快速发展已经使新一代医疗体域网（MBAN）能够用于监测患者。MBAN提供低成本的无线患者监测（PM），而不存在由有线连接（其能够阻绊医务人员或者能够脱落以致丢失医疗数据）引起的不便以及安全危害。在MBAN方案中，在患者身上或患者周围的不同位置上附接多个低成本传感器，并且这些传感器获取诸如患者体温、脉搏、血糖水平、心电图（ECG）数据等的患者生理信息的读数。通过至少一个近端集线器或网关设备协调传感器，以形成MBAN。集线器或网关设备使用例如符合IEEE802.15.4（Zigbee）短程无线通信协议的嵌入式短程无线通信无线电与传感器通信。由传感器收集的信息通过MBAN的短程无线通信被发送到集线器或网关设备，因此消除了对线缆的需要。集线器或网关设备将收集的患者数据经由有线或无线更远程链路传送到中心患者监测（PM）站，以进行集中处理、显示和存储。更远程网络可以例如包括有线以太网和/或诸如Wi-Fi或某些专有无线网络协议的无线协议。PM站可以例如包括电子患者记录数据库、位于护士站或医疗设施中其他地方的显示设备等。
MBAN监测采集患者生理参数。依赖于参数的类型和患者的状态，采集的数据范围可以从重要的（例如，在监测进行健康养生的健康患者的情况下）到性命攸关的（例如，在重症加护病房的危重症患者的情况下）。正因如此，由于数据的医疗内容，对MBAN无线链路有严格的可靠性要求。然而，由于有限带宽或不受控制的干扰，用于医疗无线连接的当前频谱分配和管制不能满足MBAN的严格要求，包括医用级链路鲁棒性、超低功率 消耗和低成本。
诸如MBAN系统的短程无线通信网络往往易受干扰。短程网络的空间分布本性和通常自组织（ad hoc）形成能够导致不同短程网络的大量空间交叠。为短程通信系统分配的短程通信信道的数量通常也受到政府管制、网络类型或其他因素限制。交叠的短程网络和有限的频谱空间（或信道的数量）的组合能够造成不同短程网络的发送之间的碰撞。这些网络也能够易受来自其他源（包括与短程网络系统不相类似的源）的射频干扰。
已知采用频谱管制政策来增加频谱使用效率。一个趋势是将特别针对MBAN应用和服务的MBAN频谱分配为在初级基础上已经预先分配给其他服务的频谱的次级用户。例如，在美国，已经提议向作为次级用户的MBAN服务开放当前分配给其他服务的2360-2400MHz频带（MBAN频谱）。在其他国家，已经做出或期望做出类似的提议。MBAN频谱的宽带宽、抗干扰及良好的传播特性将满足针对医疗级连接的严格要求。为了实现在初级用户和次级用户之间的共存，将对次级用户的频谱使用提出一些限制（或频谱管制法规）。一个可能的限制能够是禁止次级用户发射，除非次级用户由分配的频谱协调器通过一些电子方式授权。例如，已经将电子密匙（E-Key）机制提议为针对正在施行中的FCC医疗体域网（MBAN）频谱管制的技术性法规的一部分。
为了实现这点，分配的MBAN频谱将在次级基础上使用，这意味着MBAN系统将必须在该频谱中保护所有初级用户并且接受来自那些用户的可能干扰。为了保护初级用户，需要在MBAN频谱的使用上设置限制。例如，MBAN频谱仅能够由医疗保健设施内的MBAN设备在预定保护区域外使用。如果MBAN设备在保护区域外或不具有来自E-key的授权，MBAN设备只能在MBAN频谱外发送。这意味着只有当MBAN设备成功地从分配的MBAN协调器得到授权时，MBAN设备才能够在MBAN频谱内发送。
在这个提议的解决方案中，计划使用针对MBAN服务的MBAN频谱的医院需要向分配的MBAN协调器登记。MBAN协调器将通过与初级用户的协调决定使用MBAN频谱是否可行，如果是，生成E-key以授权登记的医院使用MBAN频谱中的一些或全部。所有MBAN设备默认都不允许在MBAN频谱中发送，但是能够在MBAN频谱外或以其他频带（例如，2.4GHz ISM频带）发送。登记的医疗保健设施将向其（室内）设施内所有活动的MBAN系统广播其从MBAN协调器获得的E-Key。一旦MBAN集线器设备从其登记的医疗保健设施接收了E-Key，将实现在由E-Key授权的MBAN频谱的部分或整体内的发送。MBAN集线器设备负责选择在其上运行的信道，并且可以经由信标发送通知其MBAN设备（或从设备）。在从设备成功地与MBAN系统相关联并且维持与MBAN集线器设备的连接之前，可以不允许从设备在MBAN频谱中发送。
MBAN频谱的重要优势之一是，诸如IEEE802.15.4和蓝牙的当前商用2.4G ISM频带低功率无线电解决方案能够在MBAN频谱中重复使用。为了与MBAN系统相关联，MBAN从设备必须采集关于附近活动的MBAN系统的信息，并且选择期望的MBAN系统以与其相关联。MBAN设备之后将切换到当前由选择的MBAN系统使用的信道，并且向期望的MBAN系统的集线器设备发送关联请求。集线器设备将确定是否允许这样的关联并且将其决定经由关联响应发送到MBAN设备。MBAN设备可以向集线器设备发送应答帧，以完成关联程序。
当关联的MBAN设备失去其与集线器设备的连接时，可能必须通过类似的程序以重新加入其MBAN系统。例如，在IEEE802.15.4标准中，孤立设备（即，推断其与MBAN系统失去连接的MBAN设备）可以重置其介质访问控制（MAC）地址并且重复关联程序，或执行孤立设备重组（realignment）程序。在孤立设备重组程序中，孤立设备将执行允许其尝试重新定位并且与其集线器设备重新连接的孤立扫描。
存在与在关联或重新加入（即，孤立设备重组）程序中使用的信道扫描技术共存的若干问题。为了使MBAN设备关联或重新加入MBAN系统，在MBAN设备成功地关联到集线器设备之前，要求MBAN设备在候选信道上主动发送。基于MBAN频谱的限制，这可能是不能接受的。如上文提到的，在MBAN设备通过E-Key从其MBAN集线器设备得到授权之前，很有可能所述限制将禁止MBAN设备在MBAN频谱中发送。而且，在关联程序和孤立重组程序期间，在MBAN设备成功地与其集线器设备建立连接，并且由集线器设备验证MBAN设备的识别（没有有效E-key可能不允许这样做）之前，MBAN设备必须发送关联请求/孤立通知帧。
本申请提供了一种用于与无线网络快速且高功效地相关联的新型且改进的系统和方法，所述系统和方法克服了上文提到的问题和其他问题。
发明内容
根据一个方面，提供一种医疗系统。一个或多个MBAN设备采集并传送患者数据。一个或多个医疗体域网（MBAN）系统，每个MBAN系统包括经由短程无线通信与集线器设备通信所述患者数据的所述一个或多个MBAN设备，所述患者数据经由所述短程无线通信的通信在预定频谱内。所述集线器设备接收从所述一个或多个MBAN设备传送的患者数据并且经由更远程通信与中心监测站通信。所述一个或多个MBAN设备在一个或多个辅助信道上向所述集线器设备发送关联请求，以使每个MBAN设备与所述MBAN系统相关联，所述辅助信道在所述预定频谱外。
根据另一方面，提供了一种方法。所述方法包括由一个或多个医疗体域网（MBAN）设备收集患者数据；在辅助信道上向集线器设备发送关联请求，以使所述一个或多个MBAN设备与MBAN系统相关联；将所收集的患者数据经由短程无线通信从所述一个或多个MBAN设备通过所述MBAN系统传送到所述集线器设备，其中，所述的经由短程无线通信的通信在预定频谱内，所述预定频谱在所述辅助信道外；并且，将所收集的患者数据经由更远程无线通信从所述集线器设备传送到中心监测站。
一个优势在于MBAN设备与MBAN系统的安全、快速且高功效的关联。
另一优势在于减少或消除由MBAN系统采集的关键医疗数据的丢失的可能性。
另一优势在于改进的医疗保健工作流程效率、安全性和临床结果。
本领域技术人员在阅读并理解以下详细描述后，将能领会到本发明的其他优势。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及以各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不得解释为对本发明 的限制。
图1概要图示了根据本申请的医疗体域网（MBAN）系统。
图2概要图示了根据本申请的主动信道扫描序列。
图3概要图示了根据本申请的被动信道扫描序列。
图4概要图示了根据本申请的孤立扫描序列。
图5概要图示了根据本申请的基于信标的超帧结构。
图6概要图示了根据本申请在辅助信道上的主动信标发送模式。
图7概要图示了根据本申请在辅助信道上的被动信标发送模式。
图8是根据本发明的MBAN系统的运行的流程图。
具体实施方式
参考图1，多个MBAN中的每个医疗体域网（MBAN）10包括多个MBAN设备12、14以及对应的集线器设备16。MBAN设备12、14经由短程无线通信协议与对应的集线器设备16通信。在相关文献中，MBAN10有时还被称为其他的等效术语，例如体域网（BAN）、身体传感器网络（BSN）、个人区域网络（PAN）、移动自组织网络（MANET）等。术语医疗体域网（MBAN）10应理解为包含这些各种替代术语。
图示的MBAN10包括两个图示的MBAN设备12、14和对应的集线器设备16；然而，MBAN设备和集线器设备的数量能够是一个、二个、三个、四个、五个、六个或更多，而且，在一些实施例中，随着MBAN设备加入网络或从网络移除以增加或移除医疗监测能力，MBAN设备的数量可以以自组织形式增加或减少。MBAN设备12、14包括一个或多个传感器20，一个或多个传感器20采集包括诸如心率、呼吸率、心电图（ECG）数据等的生理参数的患者数据；然而，也预见到MBAN设备中的一个或多个执行其他功能，例如治疗药物经由皮肤贴布或静脉连接的受控递送、执行心脏起搏功能等。其他MBAN设备能够与患者相关联，并且不是所有上文提到的MBAN设备都必须在任意给定时间与患者相关联。单一MBAN设备可以执行一个或多个功能。图示的MBAN设备12、14设置在关联患者体外；然而，更一般地，MBAN设备可以设置在患者身上或患者体内（例如，MBAN 设备可以采取植入设备的形式）或在短程通信协议的通信范围内接近患者（例如，MBAN设备可以采用安装在静脉输注泵（未示出）上的设备的形式，所述静脉输注泵安装在保持于患者附近的杆上，并且在该情况中，监测的患者数据可以包括诸如静脉液体流量的信息）。有时，期望将MBAN设备做得尽可能小，以提升患者舒适度，并且使MBAN设备低复杂性的，以增强可靠性。因此，这样的MBAN设备12、14通常是低功率设备（以保持电池或其他电源很小），并且可以具有有限的板载数据存储或数据缓冲。因而，MBAN设备12、14应当处于连续或接近连续的与对应的集线器设备16的短程无线通信中，以便将采集的患者数据迅速地传递到对应的集线器设备16，而不会溢出其数据缓冲。
在图1中，短程无线通信范围由用于描绘MBAN系统10的虚线概要指示。短程无线通信通常是双向的，从而使MBAN设备12、14能够向对应的集线器设备16传送信息（例如，患者数据、MBAN设备状态等）；并且，对应的集线器设备16能够向MBAN设备12、14传送信息（例如，命令、在治疗性MBAN设备的情况中的控制数据等）。图示的集线器设备是安装在腰部的设备，其便于携带较长、较重的电池以及用于更远程发送的其他硬件；然而，所述集线器设备能够以其他方式安装于患者，例如作为手腕设备、胶粘设备等。也预见到所述集线器设备安装在接近患者的其他位置，例如与安装在患者附近的杆上的静脉输注泵（未示出）集成。
从传感器20采集的患者数据同时发送到在对应的MBAN设备中的控制器22。MBAN设备12、14用作针对由传感器20采集的患者数据的聚集点，并且在存储器24中提供患者数据的暂时存储。MBAN设备12、14还包括用于经由短程无线通信协议向对应的集线器设备16发送患者数据的通信单元26。通信单元26包括收发器（未示出），以发送由控制器22接收的患者数据和信息，并且从集线器设备16接收信息。
短程无线通信协议优选地具有几十米、几米或更短的相对短的作用范围，并且在一些实施例中，适当地采用IEEE802.15.4（Zigbee）短程无线通信协议或其变形，或者BluetoothTM短程无线通信协议或其变形。尽管针对短程无线通信，BluetoothTM和Zigbee是适当的实施例，但也预见到包括专有通信协议的其他短程通信协议。短程通信协议应当具有足够的范围以 供集线器16与MBAN系统10的所有MBAN设备12、14可靠地通信。MBAN设备12、14和对应的集线器设备16之间的短程无线通信协议以及在一些实施例中各MBAN设备之间的短程无线通信协议在大约2.3-2.5GHz的频谱中运行。
由于对MBAN系统10通信的严格可靠性要求（因为发送的是患者数据的医疗内容），针对患者数据的传送专门分配MBAN频谱传送，例如，上文讨论的2360-2400MHz频带。可靠性要求禁止在MBAN频谱外发送患者数据。例如，只有当在MBAN频谱中运行时，允许MBAN设备12、14将采集的患者数据发送到对应的集线器设备16。由于能够在MBAN频谱以内和以外运行，允许MBAN设备12、14在MBAN频谱外发送并接收诸如MBAN设备状态数据、关联数据、信标数据、E-key授权数据等的其他数据。例如，当MBAN设备12、14在分配的MBAN频谱外运行时，允许MBAN设备12、14将关联请求发送到对应的集线器设备16，但禁止发送任何患者数据，除非MBAN设备12、14在分配的MBAN频谱中运行。
在MBAN频谱中，MBAN设备12、14是频谱的次级用户。为了保护初级用户，禁止MBAN设备12、14在MBAN频谱中的运行，除非MBAN设备12、14由分配的MBAN协调器36授权或者已经在授权的MBAN网络中。换言之，只有当MBAN设备成功地经由对应的MBAN集线器16从MBAN协调器36得到授权时，MBAN设备12、14才能够在MBAN频谱内发送。MBAN协调器36能够是政府管制实体、FCC、区域管制实体、MBAN系统所在医院等。为了在MBAN频谱中运行，MBAN设备12、14、集线器设备16、医院等需要向MBAN协调器36登记。MBAN协调器36包括用于接收E-key请求并且向授权的MBAN设备分配E-key的控制器38。所述MBAN协调器还包括授权单元40，以确定具体MBAN网络通过与初级用户的协调使用MBAN频谱是否可行。如果授权单元40确定请求的MBAN设备服务能够与MBAN频谱中的初级用户共存，则所述MBAN协调器为具体医院生成E-key，在图示的实施例中，授权使用MBAN频谱中的部分或全部。例如，登记的医疗保健设施将向在其（室内）设施内设置的每个MBAN网络广播其从MBAN协调器36获得的E-Key。一旦MBAN集线器设备从登记的医疗保健设施接收了E-Key，所述MBAN集线器设备 将能够在由E-Key授权的MBAN频谱的部分或整体内设置并且运行MBAN网络。只要MBAN设备12、14在MBAN网络中与MBAN集线器16相关联，MBAN设备12、14就能够在MBAN频谱上与MBAN集线器16通信。如果MBAN设备12、14在诸如特殊护理病房、医疗保健设施、医院等的预定保护区域外，也禁止MBAN设备12、14和MBAN集线器16在MBAN频谱中的运行。例如，只有当MBAN设备12、14和MBAN集线器16位于预定保护区域内时，MBAN设备12、14和MBAN集线器16才能够在MBAN频谱内发送。
集线器设备16协调其MBAN系统10在MBAN频谱上的运行，以接收由MBAN设备12、14的传感器20采集的患者数据并且经由更远程通信协议将收集的患者数据从MBAN10发送到中心监测站34。从传感器20采集的患者数据同时从MBAN设备12、14发送到对应的集线器设备16中的短程通信设备28。集线器设备16用作针对由MBAN网络中所有MBAN设备12、14（例如与一位患者相关联的所有MBAN设备）的传感器20采集的患者数据的聚集点，并且在存储器30中提供患者数据的暂时存储。集线器设备16还包括用于将患者数据经由更远程无线通信协议发送到中心监测站34的更远程通信单元32。MBAN集线器16的控制器33控制与MBAN设备12、14的通信、患者数据的收集和处理、患者数据向中心监测站34的再发送、接收确认、设置网络、关联新的MBAN设备、分离移除的MBAN设备等。
集线器设备16的更远通信单元32还包括收发器，所述收发器提供更远程通信能力以将数据传送离开MBAN系统10。在图1图示的范例中，集线器设备16通过医院网络42与中心监测站34无线地通信。为了提供进一步说明，中心监测站34包括用于从许多集线器设备接收患者数据的控制器44。中心监测站34还包括显示监视器46，显示监视器46可以例如用于显示由MBAN系统10采集并经由医院网络42传送到中心监测站34的患者的医学数据。中心监测站34还与电子患者记录子系统48通信，在电子患者记录子系统48中，存储了所有当前和过去患者的患者数据和记录。所述中心监测站和患者之间的通信经由医院网络42发送/接收。更远程无线通信适当为符合IEEE802.11无线通信协议或其变形的WiFi通信链路。然而，其他无线通信协议能够用于诸如另一类型无线医学遥测系统（WMTS）的更远程通信。此外，更远程通信能够是诸如有线以太网链路的有线通信（在该情况下，医院网络包括提供有线更远程通信链路的至少一个线缆）。更远程通信相比于MBAN设备12、14和对应的集线器设备16之间的短程通信范围更远。例如，短程通信范围可以是大约一米、几米或最多可能几十米。更远程通信能够直接地或经由到医院网络的多个访问点，足够远地包围医院或其他医疗设施的大部分或所有。
更远程通信如果是无线的，则需要比短程通信更大的功率，因此，集线器设备16包括足够运行更远程通信收发器的电池或其他电源。集线器设备16通常还包括足够的板载存储，以使得在与医院网络42的通信中断某时间间隔的情况下，集线器设备16能够缓冲相当大量的患者数据。在无线更远程通信的图示情况中，还应当理解，如果患者在医院或医疗保健设施内移动，则医院网络42采用的IEEE802.11或其他无线通信协议提供无线通信。在这点上，尽管患者通常是卧床的，但是更普遍地，预见到患者在整个医院或医疗保健设施中走动并且随意移动。当患者移动时，包括MBAN设备12、14和集线器设备16的MBAN系统10随着患者一起移动。
在MBAN10中，MBAN设备12、14经由短程无线通信与集线器设备16通信。然而，也预见到MBAN设备12、14的各种配对或组也经由短程无线通信直接（即，不使用集线器设备16、18作为中间媒介）相互通信。这可以用于例如及时协调两个或更多MBAN设备的活动。而且，集线器设备16、18可以提供额外的功能，例如，集线器设备16、18还可以是包括用于测量生理参数的一个或多个传感器的MBAN设备。更进一步地，尽管图示了单一集线器设备16、18，但是还预见到将由合作执行协调任务的两个或更多MBAN设备实施协调功能（例如，来自MBAN设备12、14的数据收集和收集的数据经由更远程无线通信的卸载）。
在图示的图1中，仅具体图示了一个MBAN系统10。然而，应当领会到，更一般地，医院或其他医疗设施包括多个患者，每个患者具有他或她自己的MBAN系统。更一般地，通过一些说明性范例的方式，依赖于医疗保健设施的大小，MBAN系统的数量可以是：几百、几千、几万或更多。的确，甚至预见到单一患者具有两个或更多不同的独立或合作运行的 MBAN系统（未图示）。在这种情形中，能够期望不同患者的各种MBAN系统彼此靠近，以使得各个MBAN系统短程无线通信的范围交叠。
MBAN设备12、14，MBAN集线器16，MBAN系统10，以及中心监测站34包括诸如微处理器或其他软件控制的设备的至少一个处理器，所述处理器被配置为执行MBAN软件以执行下文更具体描述的操作。通常，MBAN软件承载在有形存储器或计算机可读介质上，以供处理器执行。非暂态计算机可读介质的类型包括诸如硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM、因特网服务器等的存储器。也预见到所述处理器的其他实施方式。显示控制器、专用集成电路（ASIC）、FPGA和微控制器是可以被实施以提供所述处理器的功能的其他类型部件的说明性范例。实施例可以使用由处理器、硬件或其某种组合执行的软件来实施。
为了使未关联的MBAN设备与MBAN10相关联，MBAN设备12、14或主动或被动地进行信道扫描，以接收关于附近活动的MBAN10的信息。根据接收的信息，MBAN设备12、14选择期望的MBAN10以与其关联。MBAN设备12、14切换到当前由选择的MBAN10使用的信道，并且向选择的MBAN10的集线器设备16发送关联请求。集线器设备16确定是否允许这种关联，并且将其决定经由关联响应发送到MBAN设备。MBAN设备12、14可以将应答帧发送到集线器设备16，以完成关联程序。如果关联的MBAN设备12、14失去其与对应的集线器设备16的连接，其可能必须通过类似的程序以重新加入MBAN网络10。例如，在IEEE802.15.4标准中，孤立设备（即，推断其与MBAN网络失去连接的MBAN设备）可以重置其MAC且重复关联程序，或执行孤立设备重组程序。在孤立设备重组程序中，孤立设备将执行允许其尝试重新定位且与其集线器设备16重新连接的孤立扫描。
为了使MBAN设备12、14关联或重新加入MBAN系统10，MBAN设备12、14必须与对应的集线器设备16通信。但是，MBAN设备12本身未被授权在MBAN频谱上发送。因此，MBAN设备不能够在MBAN频谱上与集线器设备16通信，并且需要主动或被动地在辅助信道上通信，以重新加入或关联MBAN系统10。由于MBAN频谱的限制，在通过E-Key从MBAN设备12、14的MBAN集线器设备接收授权之前，禁止MBAN设备 12、14在MBAN频谱中发送。而且，在关联程序和孤立重组程序期间，在MBAN设备12、14成功地与其对应的集线器设备16建立连接并且由集线器设备16验证其识别（没有有效E-Key不允许这样做）之前，MBAN设备12、14必须发送关联请求/孤立通知帧。
为了解决这个难题，MBAN频谱外的辅助信道用于支持MBAN关联以及孤立关联和重新关联的操作。在关联和孤立重组程序中，一个或多个辅助信道被预定并且对于每个MBAN设备12、14和MBAN集线器16是已知的。辅助信道在MBAN频谱外，并且能够由MBAN设备12、14使用以发送信息和数据，而不需要E-Key授权。
为了实现这点，每个活动的MBAN10的集线器设备16在两个信道上运行：辅助信道和MBAN信道。包括MBAN10的患者数据通信的所有正常数据通信发生在MBAN频谱内的MBAN信道上。辅助信道仅用于关联/孤立重组程序。为了在两个信道上运行，MBAN设备12、14和集线器设备16可以包括两个无线电收发器：一个在其辅助信道上发送，而另一个在其MBAN信道上发送。或者，如果MBAN信道和辅助信道在频率上接近，则能够调谐并控制单一发送器/天线系统以在频率之间切换。第一收发器和第二收发器能够具有不同的超帧结构，以获取最佳的功率消耗和延迟权衡。或者，所述MBAN集线器设备仅具有单一无线电，所述单一无线电在其MBAN信道和辅助信道之间周期性地切换以在全部两个信道上实施操作。后一种选项对MBAN系统来说是可行的，因为MBAN系统是低占空比（例如，<25%）系统，并且集线器设备能够切换到另一信道以在其非活动期期间运行以用于关联和重新关联的操作。当MBAN集线器设备16启动其MBAN10时，MBAN集线器设备16从辅助信道列表中获得一辅助信道，并且获得用于其MBAN运行的MBAN信道。辅助信道仅用于支持MBAN关联/孤立重组的操作。包括在MBAN集线器设备16及其关联的MBAN设备12、14之间的患者数据的发送的所有数据通信在MBAN信道上进行。MBAN信道和辅助信道能够基于空闲信道评估利用动态信道选择技术动态改变，以获取最佳性能。
如上文提到的，MBAN设备12、14或主动地或被动地进行信道扫描，以接收关于附近活动的MBAN网络10的信息，并且选择对应的MBAN网 络10以与对应的MBAN网络10关联或重新加入对应的MBAN网络10。例如，MBAN设备12、14和MBAN集线器16能够被分配给特定患者，并且承载对应的患者识别符。如在图2中图示的，在主动扫描期间，所述MBAN设备主动地在每个辅助信道102、104、106上发送信标请求100，并且在预定期108内在该信道上收听来自集线器设备16的在该信道上的响应（例如，信标帧）。通过接收的信标帧，MBAN设备确定哪些MBAN网络10正在当前信道上工作以及关于那些网络的其他信息。基于接收的响应，MBAN设备选择将要连接哪些MBAN网络10，例如，具有相同患者识别符的集线器。
如在图3中图示的，在被动扫描期间，MBAN设备在预定期126内在每个辅助信道120、122、124上收听，以尝试接收来自当前在该信道上工作的集线器设备的信标帧。
如在图4中图示的，在孤立扫描期间，孤立MBAN设备主动地在每个辅助信道142、144、146上发送孤立通知命令140，并且在预定期148内收听该信道，以尝试从其集线器设备得到响应。一旦孤立设备从目标集线器设备接收了协调器重组命令（响应），其将停止其孤立扫描并且开始利用目标集线器设备重组。
如上文提到的，信标基于超帧结构。参考图5，图示了超帧结构。超帧200包括三个部分：活动期202，在活动期202中，所述集线器设备及其MBAN设备在数据信道上与彼此通信；关联期204，在关联期204中，集线器设备切换到其辅助信道，以用于能够的关联/孤立重组操作，并且其MBAN设备为非活动的（例如，处于休眠模式）；以及非活动期206，在非活动期206中，所述集线器设备及其MBAN设备均为非活动的。
参考图6，图示了在辅助信道上的活动的信标发送模式300。在这种模式中，活动的MBAN网络的集线器设备在关联期304中周期性地在其辅助信道306上发送其信标帧302。在其信标发送后，所述集线器设备切换到收听模式308，以尝试从MBAN设备接收能够的关联请求。如果MBAN设备想要关联到MBAN，其被动地扫描辅助信道。具体地，所述MBAN设备切换到每个辅助信道306，并且在不小于超帧长度的T收听期310内收听该信道，以保证MBAN设备能够从集线器设备听到信标帧302。
一旦所述MBAN设备从其期望的集线器设备接收了信标帧302，其停 止收听并且停止执行信道扫描操作。之后，所述MBAN设备在期望的集线器设备的收听期内在当前的辅助信道306上向所述集线器设备发送关联请求。如果所述集线器设备正确地接收了所述关联请求，则其验证MBAN设备识别、检查其能用资源并且做出是否接受所述关联请求的决定。所述集线器设备将其决定通过辅助信道306发送到所述MBAN设备。如果接受所述关联请求，则所述集线器设备还向所述MBAN设备递送有效的E-Key。一旦完成关联并且所述MBAN设备成功地关联到期望的网络，所述MBAN设备切换到该网络的数据信道，并且在数据信道上执行进一步通信。一旦所述MBAN设备接收了有效E-Key，其能够在由E-Key启用的部分或全部MBAN频谱中发送。
如果关联的MBAN设备失去与其集线器设备的连接并且变成孤立设备，则其E-Key变为无效，并且孤立MBAN设备启动孤立设备重组程序，以重新连接到所述集线器设备。首先，所述孤立设备切换到其辅助信道（在其断开连接前使用的辅助信道），以尝试从其集线器设备那儿获得信标帧。由于所述孤立设备在其断开连接前关联到网络，其具有关于由该网络使用的辅助信道和在该辅助信道上的信标发送的定时的信息，并且该信息能够由所述孤立设备利用以做出重组（例如，何时切换到该辅助信道以接收信标）。一旦所述孤立设备从其集线器设备接收了信标，其在辅助信道上向其集线器设备发送孤立通知。之后，所述集线器设备利用对于所述孤立设备的孤立重组命令和有效的E-Key回复所述孤立设备。之后，所述孤立设备通过切换回其数据信道并且利用所述集线器设备重组来完成其重组。如果所述孤立设备具有要发送某重要数据，其使用孤立通知来通知所述集线器设备。所述集线器设备通过其孤立重组命令允许这种发送。如果允许，刚好在所述MBAN设备从所述集线器设备接收了孤立重组命令之后，所述MBAN设备能够在其辅助信道上开始发送。这确保重要数据从所述孤立设备向所述集线器设备的及时递送。
能够是：在孤立设备失去与其集线器设备的连接的期间，所述集线器设备可以将其辅助信道改为另一个。因此，如果在预定期内所述孤立设备未接收任何响应（来自其集线器设备的孤立重组命令），其在其他辅助信道上进行孤立扫描。所述集线器设备向其从设备广播所述集线器设备可以使 用的辅助信道的有序列表。所述孤立设备基于有序列表进行孤立扫描，以减少重组时间。
参考图7，图示了在辅助信道上的被动收听模式400。在这种模式中，在集线器设备的辅助信道402上不存在来自所述集线器设备的主动信标发送。而是，活动的MBAN网络的集线器设备在关联期404中周期性地在其辅助信道上收听。
如果MBAN设备想要关联到MBAN网络，其主动地扫描辅助信道。具体地，所述MBAN设备切换到每个辅助信道并且在该信道上发送一系列信标请求帧406。在每个信标请求发送406之后，所述MBAN设备在预定时间内收听该信道，以尝试从在该辅助信道上工作的集线器设备接收响应。所述MBAN设备在T时期408的时期内在辅助信道402上重复这样的操作，T时期至少不小于超帧长度。两个信标请求发送之间的间隔T请求410不大于关联期T关联412，以保证集线器设备有机会听到至少一个信标请求406。一旦集线器设备从MBAN设备接收了信标请求406，其在预定时间内利用信标发送进行响应。之后，所述MBAN设备将能够检测那些信标响应。如果所述MBAN设备从其期望的集线器设备接收了信标，则其停止信标请求发送以及主动扫描操作。所述MBAN设备在当前辅助信道402上向选定的集线器设备发送关联请求。如果所述集线器设备正确地接收关联请求，其验证MBAN设备识别、检查其能用资源并且做出是否接受关联请求的决定。所述集线器设备将其决定通过辅助信道402发送到所述MBAN设备。如果接受关联请求，所述集线器设备还向所述MBAN设备递送有效E-Key。一旦完成关联并且所述MBAN设备成功地关联到期望的网络，所述MBAN设备切换到该网络的数据信道，并且在该数据信道上执行进一步通信。由于所述MBAN设备已经具有有效的E-Key，其能够在由所述E-Key启用的部分或全部MBAN频谱上发送。
由于设备关联/重组的情况在真实的应用中不会频繁发生，因此辅助信道的通信量将非常有限。因此，若干MBAN网络能够共享相同的辅助信道，并且需要少得多的辅助信道（与数据信道相比）以支持MBAN共存。通常，一个或两个辅助信道是足够的。在设备关联期间，存在将需要由传感器设备扫描的少得多的信道。这能够加速关联/重组操作，并且减少传感器设备 的功率消耗。
图8图示了MBAN系统的运行。在步骤500中，由一个或多个医疗体域网（MBAN）设备收集患者数据。在步骤502中，在辅助信道上向集线器设备发送关联请求，以使所述一个或多个MBAN设备与MBAN系统相关联。在步骤504中，主动地或被动地扫描辅助信道，以从MBAN接收关联信息。在步骤506中，为所述集线器设备生成MBAN频谱授权，以授权在MBAN频谱中患者数据的发送。在步骤508中，响应于接收关联请求，检查所述集线器设备的能用资源。在步骤510中，响应于接受关联请求，在辅助信道上向所述一个或多个MBAN设备发送关联响应和MBAN频谱授权。在步骤512中，将所收集的患者数据经由短程无线通信从所述一个或多个MBAN设备通过所述MBAN系统传送到所述集线器设备，所述经由短程无线通信的通信在预定频谱内，并且所述预定频谱在辅助信道外。在步骤514中，将所收集的患者数据经由更远程无线通信从所述集线器设备传送到中心监测站。
参考优选实施例已经描述了本发明。他人在阅读和理解上述详细的说明书后，可以做出修改和变化。本发明意图被创建成包括所有这些修改和变化，只要它们落在权利要求书或其等价件的范围内。

Claims (14)

1.一种医疗系统，包括：
一个或多个MBAN设备(12、14)，其采集并传送患者数据；
一个或多个医疗体域网MBAN系统(10)，每个MBAN系统包括：
所述一个或多个MBAN设备(12、14)，其经由短程无线通信与集线器设备(16)传送所述患者数据，所述患者数据经由所述短程无线通信的所述传送是在预定频谱内的；
所述集线器设备(16)，其接收从所述一个或多个MBAN设备(12、14)传送的患者数据，并且经由更远程通信与中心监测站(34)通信；
其中，所述一个或多个MBAN设备(12、14)在一个或多个辅助信道上向所述集线器设备(16)发送关联请求，以使每个MBAN设备(12、14)与所述MBAN系统(10)相关联，所述辅助信道在所述预定频谱外；以及
其中，MBAN频谱协议和辅助信道协议包括超帧结构，所述超帧结构至少包括关联期，在其中，所述集线器设备(16)切换到所述辅助信道，以用于能够的关联操作，所述MBAN频谱协议和辅助信道协议的各自的超帧结构彼此不同。
2.如权利要求1所述的医疗系统，还包括：
MBAN协调器(36)，其为所述一个或多个集线器设备(16)生成MBAN频谱授权，以授权在MBAN频谱中的患者数据的发送。
3.如权利要求1和2中的任一项所述的医疗系统，其中，所述一个或多个MBAN设备(12、14)主动地或被动地扫描所述辅助信道，以接收关于所述一个或多个MBAN系统(10)的信息，所述信息包括所述一个或多个MBAN系统(10)的能用资源。
4.如权利要求1和2中的任一项所述的医疗系统，其中，响应于接收关联请求，所述集线器设备(16)检查其能用资源，以确定是否接受所述关联请求。
5.如权利要求4所述的医疗系统，其中，所述集线器设备(16)响应于接受所述关联请求，在所述辅助信道上向所述一个或多个MBAN设备(12、14)发送关联响应和MBAN频谱授权。
6.如权利要求1所述的医疗系统，其中，所述超帧结构还包括以下中的至少一个：
活动期，在其中，所述集线器设备和所述一个或多个MBAN设备(12、14)在MBAN频谱上与彼此通信；以及
非活动期，在其中，所述集线器设备(16)和所述MBAN设备(12、14)都处于非活动状态。
7.如权利要求1和2中的任一项所述的医疗系统，其中，所述集线器设备(16)包括主动发送模式，在其中，所述集线器设备(16)在所述关联期中周期性地在所述辅助信道上发送信标帧，并且周期性地进行收听以从所述一个或多个MBAN设备(12、14)接收关联请求。
8.如权利要求1和2中的任一项所述的医疗系统，其中，所述集线器设备(16)包括被动发送模式，在其中，所述集线器设备(16)周期性地进行收听以从所述一个或多个MBAN设备(12、14)接收关联请求。
9.一种通信方法，包括：
由一个或多个医疗体域网MBAN设备(12、14)收集患者数据；
在辅助信道上向集线器设备(16)发送关联请求，以使所述一个或多个MBAN设备(12、14)与MBAN系统(10)相关联；
将所收集的患者数据经由短程无线通信从所述一个或多个MBAN设备(12、14)通过所述MBAN系统传送到所述集线器设备(16)，其中，所述的经由短程无线通信的传送是在预定频谱内的，所述预定频谱在所述辅助信道外；并且
将所收集的患者数据经由更远程无线通信从所述集线器设备(16)传送到中心监测站(34)，
其中，MBAN频谱协议和辅助信道协议包括超帧结构，所述超帧结构至少包括关联期，在其中，所述集线器设备(16)切换到所述辅助信道，以用于能够的关联操作，所述MBAN频谱协议和所述辅助信道协议的各自的超帧结构彼此不同。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
为所述集线器设备(16)生成MBAN频谱授权，以授权在所述MBAN频谱中的患者数据的发送。
11.如权利要求9和10中的任一项所述的方法，还包括：
主动地或被动地扫描辅助信道，以从所述MBAN接收关联信息。
12.如权利要求9和10中的任一项所述的方法，还包括：
在所述辅助信道上从所述一个或多个MBAN设备(12、14)向所述集线器设备(16)发送关联请求，以与所述MBAN相关联。
13.如权利要求9和10中的任一项所述的方法，还包括：
响应于接收关联请求，检查所述集线器设备(16)的能用资源；以及
响应于接受所述关联请求，在所述辅助信道上向所述一个或多个MBAN设备(12、14)发送关联响应和MBAN频谱授权。
14.如权利要求9和10中的任一项所述的方法，其中，所述超帧结构还包括以下中的至少一个：
活动期，在其中，所述集线器设备和所述一个或多个MBAN设备(12、14)在MBAN频谱上与彼此通信；以及
非活动期，在其中，所述集线器设备(16)和MBAN设备(12、14)都处于非活动状态。
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