CN103874171B - 人体通信装置中的数据发送和接收方法 - Google Patents

Abstract

一种人体通信装置中的数据接收方法，包括：发送信标帧；接收日常数据；在接收日常数据后，进入休眠状态，在休眠状态中保持随时被唤醒响应紧急突发数据状态；接收唤醒信号后进入准备接收紧急突发数据状态并接收紧急突发数据。一种人体通信装置中的数据发送方法，包括：接收信标帧；发送日常数据；在发送日常数据后，进入休眠状态，在休眠状态中保持自唤醒响应紧急突发数据状态；启动自唤醒响应紧急突发数据，并发送紧急突发数据。上述人体通信装置中的数据发送和接收方法中，日常数据和紧急突发数据在不同权限时隙进行传输，避免了发生碰撞。实现了在进行日常数据传输的同时，能够及时有效地进行紧急突发数据的传输。

Description

人体通信装置中的数据发送和接收方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种人体通信装置中的数据发送和接收方法。

背景技术

无线体域网(WBAN)包含一系列低功耗、微型化、侵入式或非侵入式无线传感器节点，通过短距离无线通信技术实现与外界的通信，可应用于医疗保健、消费电子、个人娱乐等多项服务中。无线体域网以人体为中心，包括与人体相关的各网络元素，由这些网络元素组成通信网络。其中网络元素包括个人终端，具体可以是分布在人体周围一定范围内的介质上、衣物上及在人体内部的传感器、组网设备等。

无线体域网的底层规范标准—IEEE 802.15.6于2012年颁布，规定了人体通信（Human Body Communication,HBC）技术作为该标准的三个物理层技术之一。人体通信技术是以人体为通信信道，传感节点与人紧密贴合（表面贴或者植入式等），通过电容耦合或者交流电耦合的方式在人体进行信息传输，这种技术的通信功耗低，有利于延长设备的生命周期。在以人体为通信信道的无线体域网中，介质访问控制（Medium Access Control,MAC）协议决定人体通信中信道的使用方式，在节点之间分配有限的人体信道通信资源，用来构建无线体域网的底层基础结构。MAC协议处于无线体域网协议的底层部分，对无线体域网的性能有较大影响，是保证无线体域网高效通信的关键网络协议之一。无线体域网没有为MAC协议设计紧急突发数据传输，而无线体域网无论是在娱乐应用的流传输中，还是医疗应用的紧急突发医疗数据传输中，及时有效地进行紧急突发数据的传输都是非常必要的。但到目前为止，无轮是在有网络协调器还是没有网络协调器的无线体域网内，都不能及时有效地实现紧急突发数据的传输。

发明内容

基于此，有必要提供一种能及时有效地进行紧急突发数据传输的在人体通信装置中的数据发送和接收方法。

一种人体通信装置中的数据接收方法，包括：

发送信标帧；

接收日常数据；

在接收所述日常数据后，进入休眠状态，在所述休眠状态中保持随时被唤醒响应紧急突发数据状态；

接收唤醒信号后进入准备接收紧急突发数据状态并接收紧急突发数据。

在其中一个实施例中，以所述信标帧为界划分超帧周期，在接收紧急突发数据后还包括步骤：进入休眠状态并判断是否达到超帧周期，若否，维持所述休眠状态，若是，执行所述发送信标帧的步骤。

在其中一个实施例中，在发送信标帧后还包括全网同步校准步骤。

在其中一个实施例中，所述接收日常数据为在第一权限时隙内接收日常数据，所述接收紧急突发数据为在第二权限时隙内接收紧急突发数据，所述第二权限时隙的长度大于所述第一权限时隙的长度。

一种人体通信装置中的数据发送方法，包括：

接收信标帧；

发送日常数据；

在发送所述日常数据后，进入休眠状态，在所述休眠状态中保持自唤醒响应紧急突发数据状态；

启动自唤醒响应紧急突发数据，并发送紧急突发数据。

在其中一个实施例中，在接收信标帧后还包括进行时钟校准步骤。

在其中一个实施例中，所述发送日常数据为在第一权限时隙内发送日常数据，所述发送紧急突发数据为在第二权限时隙内发送紧急突发数据，所述第二权限时隙的长度大于所述第一权限时隙的长度。

在其中一个实施例中，以所述信标帧为界划分超帧周期，在发送紧急突发数据后还包括步骤：

进入休眠状态并在收到所述信标帧前维持所述休眠状态。

在其中一个实施例中，所述启动自唤醒响应紧急突发数据，并发送紧急突发数据的步骤包括：

对信道是否空闲进行侦听；

若是，发送紧急突发数据；

若否，继续侦听至空闲时间超过帧间间隔。

在其中一个实施例中，在侦听到信道空闲后，发送紧急突发数据之前还包括随机退避的步骤，不同节点的随机退避的时间不同。

上述人体通信装置中的数据发送和接收方法中，传输完所有的日常数据后进入休眠状态，但在休眠状态中保持随时对紧急突发数据的响应状态；在自唤醒或被唤醒响应紧急突发数据后，进行紧急突发数据的传输。日常数据和紧急突发数据在不同权限时隙进行传输，避免了发生碰撞。实现了在进行日常数据传输的同时，能够及时有效地进行紧急突发数据的传输。

附图说明

图1为一实施方式的人体通信装置中的数据发送方法流程图；

图2为一实施方式的人体通信装置中的数据接收方法流程图;

图3为一实施方式的人体通信装置中的数据传输示意图；

图4为一实施方式的人体通信装置中超帧周期示意图。

具体实施方式

请参阅图1，一实施方式的人体通信装置中的数据接收方法，包括以下步骤：

S101，发送信标帧。

协调器发送信标帧给节点，协调器是网络的管理器，也是WBAN和外部网络(如3G、WiMAX、Wi-Fi等)之间的网关，使数据能够得以安全地传送和交换。帧是指在数据和数字通信中，按某一标准预先确定的若干比特或字段组成的特定的信息结构。信标帧是指能够实现协调点与周围节点间的同步并对超帧结构进行相应的描述。本实施例中，协调器发送信标帧给节点后，建立网络同步。同时节点接收到信标帧后，进行时钟校准，建立全网时间同步。协调器通过建立一个节点信息库来管理整个网络。同步系统通过中继路由器（相当于一个节点）将时间信息传递到时间源的广播范围之外，实现整个网络的时间同步，做好数据传输准备工作。

S102，接收日常数据。

协调器发送完信标帧后，进入接收模式，按照预分配权限时隙接收节点发送的日常数据。协调器可以根据不同数据上传的需要，预先分配好的不同的权限时隙。不同的权限时隙分别用来传输不同用户、不同上下行的数据或者信令。在本实施例中，设定接收日常数据的权限时隙为第一权限时隙。即协调器从第一权限时隙接收日常数据。日常数据可以是人体通信在医疗中的应用中时的关于病人或其他特殊人员的日常生理数据，如体温、血氧、脉搏、心率、血压等日常生理数据。医护人员或者家人可以随时对携带传感器的病人或者老人的日常生理数据进行实时监测，以便进行更好的及时救助。日常数据也可以是人体通信在娱乐和生活应用中的相关日常数据，如身份识别的指纹信息的传递确认、个人基本信息交换过程的数据等。

S103，在接收日常数据后，进入休眠状态，在休眠状态中保持随时被唤醒响应紧急突发数据状态。

协调器在接收完所有节点的日常数据后，进入休眠状态，直至有紧急突发数据需要上传。当有紧急突发数据产生时，协调器被唤醒，进入准备接收紧急突发数据状态。在大部分不需要接收数据的时候，协调器尽量保持休眠状态，减少了协调器的工作时间，节省了能量和延长了协调器的寿命。

S104，接收唤醒信号后进入准备接收紧急突发数据状态并接收紧急突发数据。

协调器在进入接收紧急突发数据状态后，从预分配的权限时隙接收节点发送的紧急突发数据，本实施例中，设定该预分配的用于接收紧急突发数据的权限时隙为第二权限时隙。用于接收紧急突发数据的第二权限时隙的长度大于用于接收日常数据的第一权限时隙，有利于延长节点的寿命。更进一步的，以信标帧为界划分超帧周期，即从发送信标帧到下一个信标帧发送前为一个超帧周期。在接收完紧急突发数据后，还包括判断是否达到超帧周期的步骤，如果没有到达超帧周期，则再次进入休眠状态，在休眠状态中同时保持随时被唤醒响应紧急突发数据状态。当有紧急突发数据产生时，重复上述的接收紧急突发数据过程，如果已经达到超帧周期，则进入下一个超帧周期，向节点发送信标帧，进行数据传输过程的循环。

请参阅图2，一实施方式的人体通信装置中的数据发送方法，包括以下步骤：

S201，接收信标帧。

节点接收协调器发送的信标帧。节点是指与一个具有独立地址和传送或接收数据功能的网络相连的设备。在本实施例中，节点可以是工作站、客户端或个人计算机，还可以是服务器等和其他网络连接的设备。这些设备拥有自己唯一网络地址。节点接收信标帧后，可以与其他各节点进行时钟校准，建立时间同步，在此条件下，网内所有的节点时钟彼此独立工作，节点之间不需要增设控制信号来校准时钟的精度，提高了网络增设和改动的灵活度。

S202，发送日常数据。

节点接收信标帧后，相当于已经和协调器建立了连接，当有日常数据产生时，就可以按照预先分配的时隙上传发送至接收端。日常数据可以是人体通信在医疗中的应用中时的关于病人或其他特殊人员的日常生理数据，如体温、血氧、脉搏、心率、血压等日常生理数据。医护人员或者家人可以随时对携带传感器的病人或者老人的日常生理数据进行实时监测。日常数据也可以使人体通信在娱乐、生活应用中的相关的日常数据，如身份识别的指纹信息的传递确认、个人基本信息交换过程的数据等。节点根据实际情况，将这些日常数据上传后发送至协调器。根据协调器按照不同数据上传的需要预先分配好的权限时隙。发送日常数据和紧急突发数据在不同的权限时隙中进行，本实施例中，发送日常数据的权限时隙为第一权限时隙。

S203，在发送日常数据后，进入休眠状态，在休眠状态中保持自唤醒响应紧急突发数据状态。

各个节点发送完日常数据后可以立刻进入休眠状态，并可以维持到第一权限时隙后。本实施例中，在第一权限时隙维持的休眠状态中，可保持休眠模式直至有紧急突发数据需要上传，但保持着随时自唤醒以响应紧急突发数据的产生。紧急突发数据可以为在医疗中的发生紧急突发医疗情况时，必须第一时间反馈该信息以使能及时对病人进行救助的数据。此时的紧急突发数据的及时反馈和响应与否往往决定了一条生命是否得以延续。如心脏病突发时的身体反应信息转换成数据形成紧急突发数据。当有紧急突发数据产生时，节点先进行自唤醒，进入准备发送紧急突发数据状态。而在大部分没有数据需要上传时，节点尽量保持休眠状态，减少了节点的工作时间，节省了能量和延长了节点的寿命。

S204，在自唤醒响应紧急突发数据启动后，发送紧急突发数据。

当有紧急突发数据产生后，节点启动自唤醒响应紧急突发数据，然后进行空闲侦听。在确定信道空闲后随即发送紧急突发数据。如果信道忙，则节点一直侦听信道至空闲时间超过帧间间隔，且节点进行信道空闲侦听直至下一个信标帧发送前。当信道最终空闲下来时，节点可以通过随机退避来避免发生碰撞。不同节点的随机退避的时间不同，随机退避的时间长的会比较慢地获得接入权限进行发送，随机时间短的会比较快地获得接入权限进行发送。在其他实施例中，例如在只有一个节点或是紧急突发数据传输概率低的场合中，可以不进行空闲侦听而直接发送紧急突发数据。另外，在只有一个节点时，也可以不进行随机退避，直接发送紧急突发数据。紧急突发数据的传输也是在预先设定的权限时隙内进行，本实施例中，设定发送紧急突发数据的权限时隙为第二权限时隙。用于发送紧急突发数据第二权限时隙的长度大于用于发送日常数据的第一权限时隙，这是由于在无线体域网大部分的应用中，日常数据的采集要求速率都不高，不需要大量的权限时隙来传输。同时，较长的第二权限时隙既是为了节省能量消耗，又是为紧急突发数据在任意时间都能够及时上传而设计。因此，短第一权限时隙长第二权限时隙有利于进一步延长节点的寿命。更进一步的，以信标帧为界划分超帧周期，即从协调器发送信标帧起到下一个信标帧发送前为一个超帧周期。在发送完紧急突发数据后还包括判断是否达到超帧周期的步骤，如果没有到达超帧周期，则再次进入休眠状态，在休眠状态中同时保持随时自唤醒响应紧急突发数据。如果有紧急突发数据产生时，重复上述的发送紧急突发数据过程，如果已经达到超帧周期，则进入下一个超帧周期，等待接收信标帧，进行数据传输过程的循环。

上述的人体通信装置中的数据发送和接收方法中，传输完所有的日常数据后；进入休眠状态，但在休眠状态中保持随时对紧急突发数据的响应状态；在自唤醒或被唤醒响应紧急突发数据后，进行紧急突发数据的传输。日常数据和紧急突发数据的在不同的权限时隙进行传输，避免了发生碰撞。实现了在进行日常数据传输的同时，能够及时有效地进行紧急突发数据的传输。由于传输日常数据的第一权限时隙较短，传输紧急突发数据的第二权限时隙较长，在不发生紧急突发数据传输的情况下，节点能效非常高。即使需要紧急突发数据传输，且由于更多的权限时隙被预留给紧急突发数据传输，在响应紧急突发数据的时延上有非常大的优势；由于第一权限时隙比较短，第二权限时隙期仅在紧急突发情况下才被使用，使得节点的超帧工作时间都非常短，有利于延长监护设备的寿命。

下面以网络协调器为发送端，节点1和节点2作为接收端，对人体通信装置中的数据发送与接收做进一步详细描述。

请参阅图3和图4，网络协调器对处于工作状态在无线体域网内的节点1和节点2发出信标帧，唤醒节点1和节点2的信号并建立时间同步。完成发送数据的准备工作，被唤醒的节点1和节点2根据数据产生的实际情况来发送数据至网络协调器。若无数据上传需求，可保持休眠模式直至下一个信标帧到来被唤醒；若有数据上传需求，可在授权的时隙上传数据。具体的，当有日常数据产生时，节点1和节点2分别在第一权限时隙发送日常数据至网络协调器，然后进入休眠状态。节点1和节点2保持对自唤醒响应紧急突发数据状态。如果遇到需要突发数据传输，节点1或节点2先进行自唤醒，然后进行空闲侦听。节点1在确定信道空闲后随即发送紧急突发数据。节点2在进行空闲侦听后发现信道忙，则节点2一直侦听信道到时间超过帧间间隔。当信道最终空闲下来时，节点2进入退避状态来避免发生碰撞。然后在信道空闲后随即发送突发数据。所有数据发送完后，全网进入休眠状态至下一个超帧周期到来。上述的节点1和节点2的动作是为了区别应对不同情况作出的回应，但实质功能并没有差别，一个节点能实现上述节点1和节点的所有动作。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种人体通信装置中的数据接收方法，其特征在于，包括：

发送信标帧；接收日常数据；在所述发送完信标帧后，进入接收模式，按照预分配权限时隙接收节点发送的日常数据；设定接收所述日常数据的权限时隙为第一权限时隙；

在接收所述日常数据后，进入休眠状态，在所述休眠状态中保持随时被唤醒响应紧急突发数据状态；

接收唤醒信号后进入准备接收紧急突发数据状态并接收紧急突发数据；在所述进入准备接收紧急突发数据状态后，从预分配的权限时隙接收节点发送的紧急突发数据；设定预分配的用于所述接收紧急突发数据的权限时隙为第二权限时隙；

所述接收日常数据为在第一权限时隙内接收日常数据，所述接收紧急突发数据为在第二权限时隙内接收紧急突发数据，所述第二权限时隙的长度大于所述第一权限时隙的长度。

2.根据权利要求1中所述的人体通信装置中的数据接收方法，其特征在于，以所述信标帧为界划分超帧周期，在接收紧急突发数据后还包括步骤：进入休眠状态并判断是否达到超帧周期，若否，维持所述休眠状态，若是，执行所述发送信标帧的步骤。

3.根据权利要求1中所述的人体通信装置中的数据接收方法，其特征在于，在发送信标帧后还包括全网同步校准步骤。

4.一种人体通信装置中的数据发送方法，其特征在于，包括：

接收信标帧；

发送日常数据；按照预先分配的时隙上传发送至接收端；设定接收所述日常数据的权限时隙为第一权限时隙；在发送所述日常数据后，进入休眠状态，在所述休眠状态中保持自唤醒响应紧急突发数据状态；设定预分配的用于所述接收紧急突发数据的权限时隙为第二权限时隙；

启动自唤醒响应紧急突发数据，并发送紧急突发数据；

所述发送日常数据为在第一权限时隙内发送日常数据，所述发送紧急突发数据为在第二权限时隙内发送紧急突发数据，所述第二权限时隙的长度大于所述第一权限时隙的长度。

5.根据权利要求4中所述的人体通信装置中的数据发送方法，其特征在于，在接收信标帧后还包括进行时钟校准步骤。

6.根据权利要求4中所述的人体通信装置中的数据发送方法，其特征在于，以所述信标帧为界划分超帧周期，在发送紧急突发数据后还包括步骤：

进入休眠状态并在收到所述信标帧前维持所述休眠状态。

7.根据权利要求4所述的人体通信装置中的数据发送方法，其特征在于，所述启动自唤醒响应紧急突发数据，并发送紧急突发数据的步骤包括：

对信道是否空闲进行侦听；

若是，发送紧急突发数据；

若否，继续侦听至空闲时间超过帧间间隔。

8.根据权利要求7所述的人体通信装置中的数据发送方法，其特征在于，在侦听到信道空闲后，发送紧急突发数据之前还包括随机退避的步骤，不同节点的随机退避的时间不同。