CN105306224A - 用于管理紧急事件的终端设备、协调器及方法 - Google Patents

用于管理紧急事件的终端设备、协调器及方法 Download PDF

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CN105306224A CN201510609768.3A CN201510609768A CN105306224A CN 105306224 A CN105306224 A CN 105306224A CN 201510609768 A CN201510609768 A CN 201510609768A CN 105306224 A CN105306224 A CN 105306224A
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Abstract

本发明提供一种用于在终端设备中管理与紧急关联的事件的方法，其中在终端设备和协调器之间建立通信会话。该方法包括：识别是否发生了与紧急关联的事件；如果发生了与紧急关联的事件，则选择用于发送指示与紧急关联的事件的发生的报警消息的信道；基于所选择的信道向协调器发送所述报警消息；在预定时间内识别是否接收到对所述报警消息的应答消息；并且如果接收到应答消息，则执行与所述与紧急关联的事件相关的操作。

Description

用于管理紧急事件的终端设备、协调器及方法
本申请为申请日为2010年4月29日、申请号为201080029265.4的发明名称为“用于管理紧急事件的终端设备、协调器及方法”的申请案的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及体域网(BAN)中的通信系统，具体而言，本发明涉及用于BAN中的通信系统的单媒体访问控制(MAC)协议的系统和方法，诸如错误恢复机制、低功率消耗、紧急消息处理以及集成方面。
背景技术
在无线接入网络中，网络的通信设备一般利用共享相同的传输介质(通常为周围大气)的无线电传输来进行(彼此之间的、和/或与其他通信设备的)通信。虽然这样的无线电传输一般被配置为占用分配或指派的频带(也称为子信道，并且它可以按照时间来划分以形成“块(chunk)”)，但是无线电频谱不过是由这样的传输所共享。
术语无线接入网络包含其中节点是某种类型的被配置成至少充当发送器(并且有时也充当接收器)的传感器的无线传感器网络(WSN)。无线传感器网络的一个特殊形式是所谓的体域网或BAN，其中，传感器被放置在活体上或在活体中的一个或多个位置上，用于监测医疗参数或身体活动的目的。BAN的两种形式是用在医院中或其它与健康有关的应用中的MBAN或医学BAN、和无线BAN或WBAN，该更一般的指定还扩展到例如安全应用。
存在对于用于具有产生多种类型的业务的设备的体域网(BAN)的、有功率效率并且可靠的媒体访问控制(MAC)机制的需要，其中对无线系统的MAC接口构成多个无线电传输。
发明内容
技术问题
本发明提供用于处理不同集合的分开的业务场景的集成媒体访问控制。
本发明的另一目的是优化在该媒体访问控制机制的基于轮询的操作期间的功率消耗。
本发明的仍一目的是提供基于轮询的错误恢复机制以便以有功率效率和有成本效率的方式获得期望的应用可靠性。
本发明的仍一目的是提供用于在体域网中的医疗植入设备的带内唤醒方法。
本发明的再一目的是提供用于在体域网中根据优先级处理植入设备的医疗紧急事件和医疗事件的方法。
本发明的再一目的是提供用于在医疗植入通信中接入基于轮询的超低功率信道和同时操作多个BAN的方法。
本发明的再一目的是提供用于构成多个无线电传输的通信系统的低功率的单媒体访问控制协议系统及其方法。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种用于在终端设备中管理与紧急关联的事件的方法，其中在终端设备和协调器之间建立通信会话。该方法包括：识别是否发生了与紧急关联的事件；如果发生了与紧急关联的事件，则选择用于发送指示与紧急关联的事件的发生的报警消息的信道；基于所选择的信道向协调器发送所述报警消息；在预定时间内识别是否接收到对所述报警消息的应答消息；并且如果接收到应答消息，则执行与所述与紧急关联的事件相关的操作。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在协调器中管理紧急事件的方法。该方法包括：向一设备发送使得该设备向所述协调器发送数据的轮询消息；当没有接收到对于所述轮询消息的数据时重发所述轮询消息；识别所述轮询消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数；如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则迁移到与睡眠关联的状态以用于接收指示与紧急关联的事件的发生的报警消息；基于接收该报警消息，向发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且执行与所述与紧急关联的事件有关的操作。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在协调器中管理与紧急关联的事件的方法。该方法包括：在与睡眠关联的状态中识别是否能量大于或等于预定阈值；基于识别该能量大于或等于预定阈值，通过信道扫描选择信道；基于识别指示与紧急关联的事件的发生的报警消息，向发送所述报警消息的设备发送确认消息，并且处理所述与紧急关联的事件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于管理与紧急关联的事件的协调器，包括：能量检测器，用于识别能量是否大于或等于预定阈值，并且基于识别能量大于或等于预定阈值，触发处理器；所述处理器，如果被所述能量检测器触发，则迁移到与开机状态关联的状态，并且基于接收到指示与紧急关联的事件的发生的报警消息时，向发送所述报警消息的设备发送确认消息，并且处理所述与紧急关联的事件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于管理与紧急关联的事件的协调器，包括：发送器，用于向设备发送使得所述设备向所述协调器发送数据的轮询消息；控制器，用于基于没有接收到对于所述轮询消息的数据重发所述轮询消息，识别所述轮询消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数，并且如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则迁移到与睡眠状态关联的状态以用于接收指示与紧急关联的事件的发生的报警消息；和接收器，用于接收所述报警消息；其中，基于接收到报警消息，该控制器借助所述发送器向发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且执行与所述与紧急关联的事件有关的操作
根据本发明的另一方面，提供一种用于在端设备(＝终端设备)中管理紧急事件的方法。所述方法包括：确定是否发生了紧急事件；如果发生了紧急事件，则选择用于发送指示紧急事件的发生的报警消息的信道；利用所选择的信道向协调器发送所述报警消息；在预定时间内确定是否接收到对所述报警消息的响应消息；并且如果接收到响应消息，则执行与所述紧急事件相关的操作。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在协调器中管理紧急事件的方法。所述方法包括：向一设备发送使得该设备向所述协调器发送数据的轮询消息；当没有接收到对于所述轮询消息的数据时重发所述轮询消息；确定所述轮询消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数；如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则迁移到睡眠状态以用于接收指示紧急事件的发生的报警消息；当接收到报警消息时，向已经发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且执行与所述紧急事件有关的操作。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在协调器中管理紧急事件的方法。所述方法包括：在睡眠状态中确定是否检测到大于或等于预定阈值的能量；在检测到大于或等于预定阈值的能量时，通过信道扫描选择信道；当检测到指示紧急事件的发生的报警消息时，向已经发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且处理所述紧急事件。
根据本发明的再一方面，提供一种用于管理紧急事件的协调器。所述协调器包括：能量检测器，用于确定是否检测到大于或等于预定阈值的能量，并且当检测到大于或等于预定阈值的能量时，触发正处于睡眠状态的处理器；以及所述处理器，如果被所述能量检测器触发，则迁移到开机状态，并且当接收到指示紧急事件的发生的报警消息时，向已经发送所述报警消息的设备发送确认消息，并且处理所述紧急事件。
根据本发明的仍一方面，提供一种用于管理紧急事件的协调器。所述协调器包括：发送器，用于向设备发送使得所述设备向所述协调器发送数据的轮询消息；控制器，用于在没有接收到对于所述轮询消息的数据时重发所述轮询消息，确定所述轮询消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数，并且如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则迁移到睡眠状态以用于接收指示紧急事件的发生的报警消息；和接收器，用于接收所述报警消息；其中，当接收到报警消息时，借助所述发送器向已经发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且执行与所述紧急事件相关联的操作。
有益效果
本发明提供用于在医疗植入通信中接入基于轮询的超低功率信道和同时操作多个BAN的方法。
本发明提供将与可以在分开的频带上工作的分开的物理层一起工作的集成信道接入机制。
本发明提供特别是对于功率受限设备将显著降低功率需求的有效率的基于轮询的MAC。
本发明提供处理其中节点或网络节点可以处于诸如睡眠之类的节能模式中的紧急操作的方法。
本发明提供唤醒处于睡眠状态的设备以用于更好地管理功率消耗的方法。
本发明提供通过有效率的错误恢复机制来减少在传输中的错误的机制。
本发明提供其中根据对于体域网和进一步的网络创建的服务水平约定而接纳设备的情形。
本发明提供同时操作多个网络的机制。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的BAN星形拓扑的示意性表示。
图2示出了根据本发明一实施例的WBAN设备的高层体系结构图。
图3示出了根据本发明一实施例的通常超帧格式。
图4示出了根据本发明一实施例的固定长度的超帧格式。
图5示出了根据本发明一实施例的可变长度的超帧格式。
图6示出了根据本发明一实施例的EoP消息的示范性格式。
图7示出了根据本发明一实施例的POLL(轮询)消息的示范性格式。
图8示出了根据本发明一实施例的具有轮询时间段的调度轮询方案的示意性表示。
图9示出了根据本发明一实施例的延迟轮询方案的示意性表示。
图10示出了根据本发明一实施例的在BAN星形拓扑中的与不同的WBAN设备关联的不同轮询方案。
图11示出了根据本发明一实施例的WBAN设备与协调器的睡眠和唤醒调度的同步的示意性表示。
图12是示出根据本发明一实施例的轮询和数据冲突的示范性数据重发处理。
图13是根据本发明一实施例的用于高数据速率应用的错误恢复机制的操作的流程图。
图14示出根据本发明一实施例的用于单个数据传送的基于轮询的错误恢复处理的示意性表示。
图15示出根据本发明一实施例的用于块数据传送的基于轮询的错误恢复处理的示意性表示。
图16示出根据本发明一实施例的紧急情形的BAN星形拓扑的示意性表示。
图17是示出根据本发明一实施例的当协调器运行时的发送器和接收器的系统级的图。
图18是示出根据本发明一实施例的当协调器不运行时的发送器和接收器的系统级的图。
图19是示出根据本发明一实施例的当协调器处于激活状态时的用于紧急处理的设备侧操作的处理流程图。
图20是示出根据本发明一实施例的当协调器处于睡眠状态时的用于紧急检测的协调器侧操作的处理流程图。
图21是根据本发明另一实施例的当协调器处于睡眠状态时的用于紧急检测的协调器侧操作的处理流程图。
图22是示出根据本发明一实施例的当协调器处于激活状态时的在出现最大次数的故障时的协调器侧操作的处理流程图。
图23示出了根据本发明一实施例的在协调器的睡眠模式期间的紧急处理过程。
图24示出了根据本发明一实施例的在协调器的运行模式和空闲模式期间的紧急处理过程。
图25示出了根据本发明一实施例的在协调器的运行模式和忙模式期间的紧急处理过程。
图26示出了根据本发明一实施例的植入医疗通信过程的方框图。
图27示出了根据本发明一实施例的对于植入医疗通信的BAN星形拓扑的示意性表示。
图28示出了根据本发明一实施例的WBAN设备的状态迁移图。
图29示出了根据本发明一实施例的植入设备的在不同信道的轮停(dutycycling)方案。
图30示出了根据本发明一实施例的示范性单唤醒过程。
图31示出了根据本发明一实施例的示出避免干扰以便在数据通信会话期间植入设备不被唤醒的数据通信会话的示意性表示。
图32示出了根据本发明一实施例的在多设备唤醒过程中的锁定和唤醒阶段。
图33示出了根据本发明一实施例的示范性多唤醒过程。
图34示出了根据本发明一实施例的唤醒消息帧格式有效载荷的示意性表示。
图35示出了根据本发明一实施例的锁定消息帧有效载荷的示意性表示。
图36是根据本发明一实施例的具有单个MAC层和两个物理层的网络的示范性图解。
图37是根据本发明一实施例的具有轮询周期的单个MAC帧结构的示范性表示。
图38示出了根据本发明一实施例的不同轮询速率的信道接入。
图39是根据本发明一实施例的体上(on-body)通信的轮询帧结构的示范性表示。
图40示出了根据本发明一实施例的单轮询速率信道接入。
图41示出了根据本发明一实施例的具有多个例程的MAC协议。
图42示出了根据本发明一实施例的具有单个例程的MAC协议。
图43示出了根据本发明一实施例的用于植入和体上双PHY的单MAC体系结构。
图44是示出了根据本发明一实施例的多个植入网络的共存的流程图。
图45是示出根据本发明一实施例的示范性节能选项的示意性表示。
图46是根据本发明一实施例的用于微观节能的示范性方法的处理流程图。
具体实施方式
应当注意，在附图中方法步骤和系统部件已由传统符号来表示，仅示出了与理解本公开相关的特定细节。而且，可能不公开对于本领域普通技术人员明显清楚的细节。在本公开中，诸如第一和第二等的关系术语可被用于区分一个实体和另一实体，而不必是表示这样的实体之间的实际的关系或顺序。
本发明提供了用于处理其中存在不同方案的业务(诸如低数据速率不变比特率的应用、高数据速率不变比特率的应用和可变数据速率高比特率的应用)的信道接入机制方案的方法。该信道接入方案有助于使得诸如医疗应用和非医疗应用的体域网应用能够同时共享无线信道。这些变化的应用的每一个的需求非常不同，并且因而不容易设计单个信道接入机制，而公开的构思提供对于这样的信道接入方案的集成方法。
除上述情形之外，一些医疗应用具有高可靠性要求，因而，信道接入机制也应当有助于由于数据接收丢失等而将有任何错误出现的无线数据传送的错误恢复。
对于这样的设备类别的其它认识到的要求也支持医疗应用的紧急医疗情形。还存在并入将使得能够进行更快的响应的有效率并且更快的唤醒方案的情形以用于降低功率消耗以及也减少响应时间。
本公开考虑对于用于无线个人域网络的信道接入机制的低功率设计。在媒体访问控制中，唯一地提供了下面设计。
第一，提供将处理不同集合的分开业务情形的集成媒体访问控制机制。第二，提供以有效率的方式减少电池使用的媒体访问控制机制的基于低功率的操作。第三，提出了识别的用于从设备到监视器或协调器设备的紧急数据的更快传送的紧急数据传输机制。第四，当设备经历节能模式并且处于睡眠状态时提出了设备的更快的重操作。第五，提出了其中多个微微网运行并且协同地共享可用物理信道的共存机制。
在本发明一实施例中，不为紧急服务预留诸如带宽之类的资源，对于设备来说不知道用于紧急数据传送的接收器无线电频率，并且不为紧急消息传送预留资源。而且，在本发明一实施例中，提出了唤醒机制，并且提出了获得固定轮询时间的机制。
本公开是通过牢记用于体域网联网(BAN)的应用的紧凑和有功率效率的媒体访问控制的特殊要求而专门设计的。
在描述本公开之前，将简短地描述在本公开中使用的BAN。
BAN是正被标准化的相对新的概念。已经开始在蓝牙SIG、Zigbee联盟内创建BAN标准的工作，但是这些标准也被很好设置并且已被并入到相当多数量的设备中。现有的诸如蓝牙SIG和Zigbee联盟之类的标准正关注与利用可佩戴在身体上的BAN节点的单模式有关的方面。当前，IEEE工作组802.15已提倡将使得能够进行体域网联网标准化的新机制。该新标准化的重点在于开发将适合于针对特定于人身体的信道环境的工作的物理层(PHY)和媒体访问控制层。
因此，公开的MAC的构思是考虑到诸如功率消耗、更快的紧急操作、有功率效率的唤醒机制、错误恢复机制而专门设计的，独立于任何的特定物理层设计，并且该构思的独特性也在于解决集成其中物理层可以是分开的信道接入机制的方法的方面。
考虑到波形因数和在设备中可用的电池备份，在MAC层降低功率消耗也是设计关键。BAN应用的范围是医疗、非医疗和娱乐应用，并且设计考虑了以集成方式解决这些应用的公共方式。还存在考虑到身体联网的应用的生命临界方面而需要处理紧急数据的情况，在本公开中也提供了这样的紧急数据的处理。
无线信道容易出错并且不可靠。考虑到涉及医疗情形，在BAN中处理或减少错误的更好方式特别重要。在本公开中也独特地设计和提出处理和减少错误。
在诸如802.11PCF模式和802.16之类的其他标准中，已提出了基于轮询的MAC。然而，即将出现的802.15.6标准的基本要求是节省能量并且获得延迟和可靠性要求。能量受限的网络的设计范例是不同的。首要的设计目的是降低功率消耗和同时符合不同业务的服务质量(QoS)要求。在诸如802.15TG6的能量受限的网络的本公开中提出功率优化的轮询机制。在本公开中提出的方法在下列方面不同于现有技术：
第一，它们不同之处在于：在单MAC架构中，多个收发器在时间上共享信道接入机制，并且信道接入机制是轮询机制。第二，和802.11和802.16标准的设备不同，802.15TG6-BAN设备产生专用于一个特定应用的业务。在802.15TG6中的特定于应用的设备可以在完成数据传送操作后立即睡眠，而在下一数据传送时间之前变成激活的。这样的特征允许802.15TG6设备同时节约能量并且符合QoS要求。第三，在现有的自动重复请求(ARQ)或错误恢复机制中，设备可以在丢失数据后立即利用轮询消息重发数据，而不需要如现有技术那样为了重发丢失的数据而执行具有特定延迟时间的资源安全和通知过程。
新的接收器驱动的ARQ机制需要针对具有下面限制的网络进行演进：由于功率消耗和不对称信道感测而争用不是优先的限制、由于美国通信委员会(FCC)规则和关于诸如MICS的特定频带使用的规定而设备不能发起数据传输的限制。
第四，本公开在接收器处于睡眠模式并且在发送者不知道的信道中轮停时以及当接收器处于激活模式并且发送器没有关于接收器的运行信道的信息时处理紧急数据的特定QoS要求。
第五，现有技术方案不能解决在植入通信系统中的多唤醒的问题。现有的用于单个植入设备的唤醒机制可以被重复多次以唤醒多个植入设备。然而，它可能带来植入设备的不能容忍的唤醒等待时间以及高信号开销。提出用于对于包括多个植入设备和一个外部协调器的系统的、以减少最坏情形的唤醒等待时间的方式来唤醒多个植入设备的方法。带内唤醒解决方案也具有单无线电和低成本的附加优点。
第六，提出同时操作多个微微网的共存机制。在共存机制中，微微网是次要用户，要求对话前侦听(LBT)或自适应频率捷变(AFA)+LBT以占用信道，端设备不能发起通信，限制发送功率，并且信道感测是非对称的。
第七，提出有功率效率的轮询机制以满足不同种类的业务的各种QoS要求的设置，其中，一种设备具有下列限制。需要LBT或AFA+LBT以占用信道，端设备不能发起通信，发送功率受到限制，并且信道感测是非对称的。另一种设备具有下列属性：低且不变的到达速率。另一种设备具有下列属性：高且不变的到达速率、以及高且可变的到达速率。
本发明提供用于处理不同集合的分开的业务情形的集成媒体访问控制。而且，本发明提供用于在媒体访问控制机制的基于轮询的操作期间优化功率消耗的方法和系统。而且，本发明提供基于轮询的错误恢复机制以便以有功率效率和有成本效率的方式获得期望的应用可靠性。
本发明提供用于在体域网中的医疗植入设备的带内唤醒方法。而且，本发明提供用于在体域网中根据优先级处理植入设备的医疗紧急事件和医疗事件的方法。此外，本发明还提供用于在医疗植入通信中接入基于轮询的超低功率信道和同时操作多个BAN的方法。
方法1
本发明提供处理其中存在不同类型的业务(诸如低数据速率不变比特率的应用、高数据速率不变比特率的应用和可变数据速率高比特率的应用)的信道接入机制的方案的方法。该信道接入机制有助于使得诸如医疗和非医疗之类的体域网联网应用同时共享无线信道。对于这些变化的应用的每一个的要求十分不同并且因而不容易设计单一信道接入机制。
为了满足应用的要求，IEEE802.15TG6-体域网(BAN)可以以星形拓扑或扩展的星形拓扑操作。本发明基于星形拓扑；然而，提出的解决方案具有扩展到将来的扩展星形拓扑的范围。
如图1所示，在本发明的星形拓扑中，在端设备和BAN协调器之间建立通信会话。BAN被认为是支持本公开的实施例的应用场合。BAN的焦点可以被宽泛地分为两类，即植入通信和体上通信。植入通信将支持医疗应用的服务，而体上通信将支持医疗应用和非医疗应用两者的服务。
对于体上通信，协调器和设备两者都可以发起或终止通信。另外，协调器可以将数据从一个设备路由到另一设备。BAN业务基本上被其中设备(附在身体上的传感器)产生数据并向协调器发送数据的上行业务占据。然而，如果需要，协调器可以向设备发送任何应用专用数据。
在本发明中，假定(如图1中所示)，对于相对简单和可靠的标准，以星形或扩展的星形来配置拓扑。在端设备和BAN协调器之间建立通信会话。
根据图1，本发明提出了用于称为体域网(BAN)的个人通信服务的操作方案，用于医疗或娱乐服务。另外，针对功率消耗优化，本发明提出了基于轮询的资源接入方法。而且，本发明提出了有功率效率和有成本效率的基于轮询的纠错方法。除此之外，考虑到资源接入方法，本发明还提供带内唤醒方法、用于处理紧急信号的方法和用于同时操作多个BAN微微网的方法，用于体上植入医疗仪器。
图2示出了WBAN设备的体系结构。IEEE802.15TG6设备可以包括PHY120或PHY222或者包括PHY120和PHY222两者，其包括用于信号发送和接收的收发器。PHY1收发器在适合于植入通信的频带中工作，而PHY2收发器在适合于体上通信的频带中工作。IEEE802.15TG6设备还包括MAC层24和LLC层26以接入选择的频带的信道以用于各种类型的数据传送。
BAN可以支持单个或多个PHY。可能的PHY可以包括MICS、ISM、UWB等。当使用多个PHY时，它们共同使用不同的频带，但是它们可能根据应用的要求而需要在相同的频带中工作。
期望设计需要支持在植入通信和体上通信频带上的数据的传输并且满足植入通信和体上通信两者的功能要求的单MAC。在图2中描述了在具有两个不同的物理收发器结构的设备上的单MAC体系结构。
该网络产生如表1中所描述的具有不同的QoS要求的设置的五种业务。
表1
MAC功能描述如下。提出的用于体域网的MAC是基于争用的信道接入机制和非争用信道接入机制的混合以同时利用两者的优点。在多个超帧中划分时间线，其中，每一超帧由基于争用和非争用接入机制的部分构成。本发明特别涉及基于轮询的非争用信道接入。为了完善MAC协议，提供基于争用的接入的细节。
图3到5中示出了超帧结构。在一个超帧中，由协调器建立的时间间隔被划分成多个部分以为网络设备提供各种信道接入方法。超帧持续时间(SD)由协调器确定以满足所有连接到网络的设备的通信要求。超帧被划分成四个主要部分，如描述包含所有部分的通常超帧的结构的图3所示。
下面将参照图3到5描述基于轮询的资源接入和纠错方法。
假定在一个超帧中存在基于争用的资源接入方法和非争用资源接入方法，本发明主要是提出了两种方法的顺序和在非争用时间段中的基于轮询的方法。
参照图3，轮询时间段(PP)由协调器用来通过按照轮询机制和对设备采用的轮询方案来轮询每一设备而向网络设备提供基于轮询的信道接入。该时间段主要用于往返协调器的数据帧的传输。超帧中的PP的尺寸依赖于设备的数量和向每一设备分配的时间间隔(分配间隔)。根据所采用的轮询机制，在该超帧上，该尺寸可以或不可以改变。换句话说，PP是用于基于轮询的资源接入的时间段，并且其长度可以由协调器根据连接的设备的数量或所需的数据速率来确定。
扩展轮询时间段(EPP)用于处理由于分组丢弃、分组到达速率的变化以及点播业务而导致的设备/协调器要求的附加数据传输以及重发。换句话说，EPP用于在PP中发生传输错误的情况下出现支持重发的数据或不规则数据时的附加的传输。
在EPP中的分配间隔不是预先安排的，并且它是在超帧的轮询时间段期间实时向设备安排的，用于附加数据传输和/或帧的重发。超帧中的EPP的实际长度在整个超帧中不是固定的；它依赖于设备和信道环境的动态要求。超帧中的EPP的尺寸可以在从0到SD、到PP、到minCAP、到IP之间变化。
争用接入时间段(CAP)用于往返协调器的数据/控制/管理帧的传输。在该部分中提示的信道接入机制是基于争用的，其中，设备在数据传输前首先竞争以获得信道。如果不需要，CAP可以不存在。CAP的长度在整个超帧中是动态的。当存在时，CAP的持续时间(如果存在)可以从minCAP到SD、到轮询时间段、到EPP、到IP之间变化。
CAP与通常的争用时间段相同，并且除了数据传输之外还用于控制/管理帧的传输。在本公开中，通过轮询结束(EOP)消息，从协调器到端设备都知道CAP的长度，并且它可以根据EPP中的变化而缩短，但是至少不能缩短到minCAP之下。因此，在每一超帧中，CAP的长度可以从minCAP到SD、到PP、到EPP、到IP变化。
非激活时间段(IP)是超帧可以具有的可选非激活部分。在非激活部分期间，协调器既可以进入低功率模式，也可以使用非激活时间段来与其他共存网络共享信道带宽。
PP、EPP和CAP的每一个属于激活时间段(AP)，并且它们是其中协调器执行资源接入操作的时间段。与之相对，IP是其中为了低功率消耗协调器仅仅处于接收状态或迁移到睡眠状态的时间段。该时间段也可以用于避免在微微网之间的共存的干扰。
轮询结束(EoP)消息是特定的帧标记，并且如图6中所示。EoP消息由协调器在完成PP之后发送以广告EPP、CAP和IP的持续时间。
在完成PP时发送EOP消息。该消息基本上指示CAP和IP的长度，并且如果需要甚至指示EPP的长度。CAP、EPP和IP的位置可以在‘帧规范’中表示。
下面将参照图4和5描述固定长度、可变长度的超帧和无超帧结构的概念。
当端设备接入时，协调器接收端设备的所需数据速率和业务类型，并且操作超帧。协调器可以考虑关于端设备的信息而改变PP和EPP操作方法。图4和5分别示出了处理能量受限设备和需要具有不同的操作方法的设备的QoS。
如图4和5中所示的分别是具有固定和可变超帧持续时间的超帧结构。超帧的尺寸可以是固定的或可变的。固定超帧对于具有确定性或周期性分组产生的能量受限设备是有用的。图4中的固定超帧为设备提供了确定的睡眠和唤醒调度。
在图4中，利用PP的端设备周期地执行唤醒/睡眠并且在轮询分配间隔中执行接入。虽然每一超帧从EOP消息的传输时间到CAP的结束是不变的，但是由于具有错误或需要在PP中的附加传输的端设备应当在EOP消息后的EPP期间被处理，所以EPP和CAP可以根据可变性而变化。在该操作方法中，由于用于特定端设备的分配间隔具有周期性，所以如果端设备准确地唤醒以用于轮询，则可以获得功率降低的效果。
另一方面，在图5中的可变超帧对于支持来自具有不确定的和繁忙的分组到达的设备的数据传送是有用的。一般，非医疗应用具有严格的QoS(延迟和抖动)要求。在可变超帧的情况下，由于通过改变超帧的尺寸来处理可变性和重发，所以不需要EPP。在图5中，由于在PP中出错的端设备被立即处理而不等待到EOP消息之后，所以EOP消息的发送时间可以根据PP的可变性而变化，并且因而整个超帧时间段的SD的长度也可以是变化的。因此，在该操作方法中，在每一端设备中，立即执行由于错误导致的重发，这使得可以防止传送延迟或抖动，并且确保可靠性。
也可能在超帧中仅存在可变的PP，而不存在CAP和非激活时间段。在图5的操作中，如果不发送EOP，则也不使用CAP，并且仅在PP中操作的无超帧结构也是可用的。通过轮询来整体实现在协调器和端设备之间的发送/接收，并且由协调器有时通过发送EOP通知的CAP来指示控制/管理相关部分。
在这种特定情况下，不存在由协调器如此定义的超帧结构。图5示出了无超帧结构的可变PP。协调器可以确定不周期性发送EOP并且它可以偶尔发送等效的广播消息来帮助某些网络操作。
在基于轮询的信道接入机制的情况下，为了允许对设备的信道接入，协调器发送目的地为特定设备的POLL消息。在图7中示出了根据本发明一实施例的POLL消息的示范性格式。参照图7，‘准时(ontime)’字段70是在固定超帧中的一位字段，用于与端设备的设备时钟同步。‘窗口尺寸’字段72是表示对端设备允许的数据容量(数据帧的数量)的字段。
在接收到单个POLL消息时，设备可以不发送数据分组，发送单个数据分组或发送多个数据分组。设备在接收到POLL消息后可以发送的分组的数量由协调器通过POLL消息本身来传递。如果设备没有任何数据要发送，则设备可以响应于POLL消息而向协调器发回NULL_DATA。按照设备应用的要求使用三种轮询机制：调度轮询接入、延迟轮询接入和非调度轮询接入。
调度轮询接入的轮询机制如下。该机制对于也需要确定的服务质量的能量高度受限的设备特别有用。在体域网(BAN)中的大多数医疗应用落到该类别中。该机制有助于设备以确定的和调度方式睡眠以节约能量并且同时在高载荷环境下获得更高的吞吐量。
设备和协调器将采用如下所述的调度轮询接入。
在调度轮询接入中，仅在图8所示的轮询的分配间隔中可以进行发送/接收，并且可以进行上行链路、下行链路和双向链路传输。端设备苏醒过来并且在每一时间段重复的轮询分配间隔的开始经历同步。
每一设备被协调器分配时间间隔“分配间隔”。该设备和协调器可以仅在分配间隔内彼此通信。一个分配间隔可被进一步细分成时隙并且它可以仅具有整数个数的时隙。轮询分配间隔可以用作上行链路、下行链路或双向链路。设备可以在每一个信标时间段或每多个信标时间段中具有跨越相同的多个分配时隙的一个或多个调度轮询分配间隔。设备应当在分配间隔的开始点苏醒以向调度器发送帧或从调度器接收帧。调度轮询接入设备不需要侦听用于同步的信标帧。通过轮询帧向设备提供同步信息。
参照图8，协调器将在设备的分配间隔的开始点向设备发送具有设置的‘准时’字段70的轮询消息80，指示对于被轮询设备的传输允许的帧数量。设备需要在其分配的间隔之前苏醒以便正确地接收轮询消息。在成功接收到轮询消息时，设备可以向协调器发送最多达到规定数量的数据帧82、84和86。图8示出了其中允许的帧数量为3，并且设备在接收到其中数据帧的数量为3的轮询消息后发送3个数据帧的情形。在分配间隔之外，将没有来自或去往设备的帧传输。当在协调器和设备之间的帧事务在分配间隔内完成时，协调器可以选择发送具有图7的值为0的窗口尺寸72的轮询消息，以促使设备立即进入睡眠模式。
在没有接收到来自被轮询设备的任何帧后，协调器将重新发送具有偏移值的轮询消息，其中偏移值指示从设备的分配间隔的起点开始的延迟。在接收到轮询帧时，设备可以选择任意ACK策略(无ACK、立即ACK、以后ACK或块ACK)，用于数据帧的确认。当在设备的相同分配间隔或下一分配间隔中接收到新的轮询或轮询+ACK消息后，可以进行来自设备的进一步的数据传输。协调器在完成当前设备的分配间隔后将开始与下一被调度设备的帧事务。
在设备的调度的轮询接入分配间隔期间，如果设备有更多数据要发送，设备可以通过数据/控制/管理帧的‘更多位’来指示协调器。协调器可以利用在轮询消息中的时间偏移值来立即或随后在超帧中发送轮询消息以允许对于额外的帧传送的分配，其中时间偏移表示到授予额外的帧传送的分配间隔的时间。
当接收到轮询消息时，端设备首先通过根据‘窗口尺寸’值确定可能的传输帧数来开始上行链路传输。在其中完成一个轮询消息的传输时分配间隔仍没有结束并且端设备确定在数据帧中‘更多数据’位被设置的情况下，协调器通过连同轮询消息一起发送对于数据帧的ACK消息来利用‘窗口尺寸’字段通知额外的传输帧的可能数量。
如果端设备没有更多的上行链路数据要发送，则端设备发送具有未被设置的‘更多数据’位的最后一个上行链路数据帧。当接收到该数据帧时，如果协调器有下行链路业务，则协调器发送ACK消息并且成功地向端设备发送下行链路数据帧。如果‘窗口尺寸’不是‘0’，则端设备在发送ACK消息后等待，如果‘窗口尺寸’是‘0’，则端设备在发送ACK消息后迁移到睡眠状态。
在开始调度的轮询分配的情况下，为了获得一个或多个新的调度轮询分配，设备将通过指定应用的到达速率、接入等待时间和可靠性因子来向协调器发送连接请求帧。
为了响应于来自一个设备的连接请求而授予调度的轮询分配，协调器将利用连接指派帧来响应设备，并且该帧在间隔开始字段和间隔结束字段中具有不同的值以便设备的分配间隔不会彼此重叠。
对于来自多个设备的连接请求，协调器可以在具有指派给每一设备的间隔开始和间隔结束字段的不同值的该帧中通过组指派帧来向多个设备授予调度轮询分配。
下面将描述使用调度轮询分配。当成功发送连接指派帧时，协调器可以开始向设备发送轮询以便设备启动一个或多个帧事务，或者协调器可以在给予设备的相应的轮询分配间隔中开始启动与设备的帧事务。设备将不会启动帧事务直到它接收到轮询帧为止。
接收者(设备或协调器)将准备好在分配间隔中接收由发送者发送的帧并且返回合适的帧。设备或协调器将在当前帧结束后发送下一帧pTIFS。在两个帧之间的该pTIFS时间是设备处理该帧所需的时间和某些额外的转向(turnaround)时间。设备和协调器将确保在考虑合适的转向时间的情况下帧事务(如果需要的包括确认帧)处于它们的调度分配间隔内。
在修改调度轮询分配的情况下，设备可以通过发送指定新要求的另一连接请求帧来修改现存的调度轮询分配。协调器将把该请求当做新请求，除了它将参照它发送给设备的最后一个连接指派帧在其响应的连接指派帧中设置改变指示字段之外。特别地，如果协调器拒绝该修改但是保持现在的分配，则它将利用具有被设置为0的改变指示字段的连接指派帧来进行响应，并且其它字段被保持为在发送给该设备的最后一个连接指派帧中包含的相应值。
协调器可以通过向设备发送向这些分配指定新指派的主动连接指派帧来自己修改设备的调度轮询分配，并且参照它发送给同一设备的最后一个连接指派帧来设置在该帧中的改变指示字段。
协调器可以通过发送向多个设备的这些分配指定新的指派的主动组连接指派帧来自己修改多个设备的调度轮询分配，并且参照它发送给同一组设备的最后一个组连接指派帧来设置在该帧中的改变指示字段。
在中止调度轮询分配的情况下，设备或协调器将认为现有的调度轮询分配是当在该分配的最后的有限数量的分配间隔中没有接收到任何帧后中止的。随后，协调器可以收回该中止的调度轮询分配。
设备和协调器可以如在(开始调度轮询分配的)部分中指定的开始新的调度轮询分配过程以恢复它们的丢失的调度轮询分配或获得它们的替代。
设备或协调器认为它们的连接是在设备与协调器的所有调度轮询分配被中止后中止的。
在结束调度轮询分配的情况下，设备可以在任何时间通过发送修改的连接请求帧来结束调度轮询分配，该修改的连接请求帧包括分配请求字段，分配请求字段具有标识这些分配的分配ID字段和被设置为0的最小分配长度字段和最小间隔长度字段。
协调器可以但是不应当如有可能的话在任何时间通过向设备发送修改的连接指派帧来结束设备的任何的调度轮询分配，该修改的连接指派帧包括具有标识这些分配的分配ID字段和被设置为0的间隔开始和间隔结束字段的分配指派字段。
通过将该字段值设置为0来定义特定消息的属性的方法不必限制为一个特定方案。
设备或协调器可以发送断开连接帧以结束它们的连接，即释放该设备的地址ID、唤醒安排、和与协调器的调度轮询分配。
延迟轮询接入的轮询机制如下。该机制尤其对于要求非常严格的服务质量的功率限制不大的设备有用。BAN中的像姿态检测和游戏的一些非医疗应用落在该类别中。然而，功率不是非常受限并且在延迟和可靠性方面要求高服务质量的医疗设备可以使用该机制。该机制有助于设备以较小的确定性和调度的方式睡眠，并且因而消耗比调度接入稍微多的功率，但是它能够快速地处理由于帧丢失而导致的各个设备的重发，它可以比调度接入获得更好的延迟性能。
设备和协调器将采用如下所述的延迟轮询接入。
图9示出了延迟轮询接入。该接入方法适合于其QoS要求高于具有高功率需求的端设备的端设备。换句话说，该接入方法将在延迟或可靠性方面获得益处。在调度轮询接入的情况下，如果传输错误发生，则在该超帧中没有机会并且端设备将等待直至下一超帧。然而，在延迟轮询接入的情况下，当协调器由于在数据帧的传输中的故障而发送下一轮询消息时，协调器通过向端设备连续发送轮询消息来通知其传输的可能性，而不管最初设置的分配间隔。换句话说，协调器发送具有被设置为大于或等于1的窗口尺寸的轮询消息。
图9示出了其中当立即执行它的重发时第i端设备利用第j端设备的原始分配间隔成功重发，并且向已在等待的第j端设备成功发送轮询消息由此继续传送过程的情形。
如果第i端设备已受到延迟的影响，则第j端设备将在接收状态中进行等待，甚至在苏醒状态中没有接收到轮询消息也是如此。第j端设备从其分配间隔的起点开始等待最大时间段D。由于协调器也知道该时间段，如果时间段D结束，则它发送刚好是下一端设备的轮询，而不发送额外轮询。该时间段D在连接请求/分配帧处理中确定。
在超帧中，延迟轮询接入间隔应出现在调度轮询接入间隔之后。设备可以每一信标时间段或每几个信标时间段具有一个或多个跨越相同分配时隙的延迟轮询分配间隔。设备将在分配间隔的开始点苏醒以发送数据帧。不要求延迟轮询接入设备侦听用于同步的信标帧，这和被调度设备类似。
和在调度轮询接入中不同，可以在设备的分配间隔之外开始往返于设备的帧传输。对于上行链路数据传输，协调器可以在该设备的分配间隔的起点后的D持续时间内向设备发送轮询帧，指示对于被轮询设备的传输允许的帧数。该设备将在分配的间隔的起点苏醒以从集线器接收轮询消息。当成功接收到轮询帧时，设备可以向集线器发送最多达到指定数目的数据帧。
协调器将不在设备的分配间隔的起点后的D持续时间之外轮询设备。如果在从分配间隔的起点开始的D间隔内没有接收到轮询消息，则设备可以进入睡眠模式。协调器连续地调度延迟的接入设备，并且在超帧中的被延迟轮询接入间隔可以从一个信标时间段变化到另一信标时间段。
在超帧中，在延迟接入间隔之后是EoP消息和争用接入时间段，其中，在超帧中EoP消息的出现取决于在该超帧中出现的实际延迟接入间隔。超帧中正好在延迟接入间隔后的争用接入时间段的长度取决于在该超帧中出现的实际延迟轮询接入间隔的持续时间，并且具有争用接入时间段的长度总是等于或长于minCAP的限制。
在开始延迟轮询分配的情况下，为了获得一个或多个延迟轮询分配，设备将在被允许进行这样的轮询分配时通过指定到达速率、接入等待时间和可靠性因子要求而向协调器发送连接请求帧。为了授予延迟轮询分配，协调器将利用连接指派帧向设备进行响应。
对于来自多个设备的连接请求，协调器可以在具有向每一设备的间隔开始和间隔结束字段指派的不同值的该帧中通过组指派帧来向多个设备授予延迟轮询分配，以便各个设备的分配间隔彼此不重叠。
在使用延迟轮询分配的情况下，当成功发送连接指派帧时，如图9中所示，在授予设备的相应的轮询分配间隔中，协调器可以向设备开始发送轮询消息以便设备启动一个或多个帧事务或者协调器可以开始启动与该设备的帧事务。设备将不启动帧事务直到它接收到轮询帧为止。
接收者(设备或集线器)将在分配间隔期间准备好接收由发送者发送的帧和返回合适的帧。
在修改延迟轮询分配的情况下，设备可以通过发送指定新要求的另一连接请求帧来修改现有的延迟轮询分配。协调器将把该请求当做新请求，除了它将参照它发送给设备的最后一个连接指派帧设置在它的响应的连接指派帧中的变化指示字段之外。特别地，如果协调器拒绝该修改，但是保持现有的分配，则它将利用具有被设置为0的变化指示字段的连接指派帧来进行响应，其它字段被保持为在发送给设备的最后的连接指派帧中包含的相应值。
协调器可以通过向设备发送向这些分配指定新指派的主动连接指派帧来自己修改设备的延迟轮询分配，并且参照它发送给同一设备的最后的连接指派帧来设置在该帧中的改变指示字段。
协调器可以通过发送向多个设备的这些分配指定新指派的主动组连接指派帧来自己修改多个设备的延迟轮询分配，并且参照它发送给同一组设备的最后的组连接指派帧来设置在该帧中的改变指示字段。
在中止延迟轮询分配的情况下，设备或协调器将认为现有延迟轮询分配是当在该分配的最后的mDelayedPollAllocationAborted分配间隔中没有接收到任何帧后中止的。随后，协调器可以收回该中止的延迟轮询分配。
设备和协调器可以如在(开始延迟轮询分配的)部分中指定的那样开始新的延迟轮询分配过程以恢复它们的丢失的分配或获得它们的替代。设备或协调器认为它们的连接是在设备与协调器的所有延迟轮询分配被中止后中止的。
在结束延迟轮询分配的情况下，设备可以在任何时间通过发送修改的连接请求帧来结束延迟轮询分配，该修改的连接请求帧包括分配请求字段，分配请求字段具有标识这些分配的分配ID字段和被设置为0的最小间隔长度和最小分配长度字段。
如有可能的话，协调器可以但是不应当在任何时间通过向设备发送修改的连接指派帧来结束设备的任何延迟轮询分配，该修改的连接指派帧包括分配指派字段，分配指派字段具有标识这些分配的分配ID字段以及被设置为0的间隔开始和间隔结束字段。
设备或协调器可以发送断开连接帧以结束它们的连接，即释放(void)该设备的地址ID、唤醒安排、和与集线器的延迟轮询分配。
在非调度轮询接入的情况下，设备和协调器将采用如下所述的非调度轮询接入。
对于非调度轮询接入，协调器不提前指派分配间隔。协调器可以通过根据‘窗口尺寸’值指定要分配的数据帧的数量来请求传输，或者可以利用在‘窗口尺寸’值中的最大值来发送它在端设备的缓冲器中具有的所有帧。假定在非调度轮询接入中端设备总是处于激活状态。
协调器不向非调度轮询接入设备指派任何预先分配的间隔。协调器将向设备发送轮询帧，在轮询帧中具有窗口尺寸72的值，其中窗口尺寸72允许设备发送多达该窗口尺寸72的值的单个或多个数据帧。在窗口尺寸值当中的特定值(例如0xFF)允许设备发送存储在缓冲器中的帧或直到缓冲器为空。
设备不必待在激活状态中以接收目的是该设备的轮询消息。协调器确定利用非调度轮询接入来进行轮询的设备顺序。协调器将在完成与当前设备的事务后以该顺序列表来开始与下一设备的帧事务。设备将通过指定到达速率、接入等待时间和可靠性因子来向协调器发送连接请求帧以用于非调度轮询接入。为授予连接，协调器将利用连接指派帧来向设备进行响应。
当成功地发送连接指派帧时，协调器可以开始向设备发送轮询以用于设备启动一个或多个帧事务，或者协调器可以开始启动与设备的帧事务。设备将不启动帧事务直到它接收到轮询帧为止。在非调度轮询接入期间，接收者(设备或集线器)将准备好以接收由发送者发送的帧并且返回合适的帧。设备或协调器将在当前帧结束后发送下一帧pTIFS。当在最后的有限数量的轮询周期中没有接收到任何帧时协调器将认为连接已中止。设备或协调器可以发送断开连接帧以结束它们的连接。
下面将描述轮询方案。下面将详细描述各种轮询方案或MAC调度。协调器以循环方式一个接一个地完成与每一设备的数据事务活动，如轮询周期所定义的那样。在协调器首先向设备发送POLL消息并且切换到下一设备的持续时间内在协调器和设备之间定义会话。在会话中，协调器可以发送单个或多个POLL消息以从设备收集数据和移到下一设备。根据不同情况，协调器可以移到下一设备。该不同情况包括：当设备没有更多数据要发送时，或者当分配的间隔结束时，或者当设备已发送了由轮询方案指定的其最多允许数据帧时，或者当最大轮询重试被用完时，或者当在另一设备中发生紧急事件时。
在超帧结构的情况下，设备可以倾向于在每一第i(i>0)超帧中被轮询，并且协调器不需要必须在每一个超帧中轮询设备。
协调器可以通过发送单个POLL消息或多个POLL消息来从设备收集需要的数据分组。设备在接收到POLL消息时可以发送的分组的数量通过POLL消息本身来传递。通过对设备采用的轮询方案来定义在一个会话中设备可以发送多少分组。下列是所支持的轮询方案。图10示出了具有不同方案的基于轮询的数据传送，并且示出了在由协调器轮询端设备的过程中的单轮询、限制轮询和耗尽轮询的操作。
在图10的单数据轮询的情况下，在轮询时间段向端设备发送一个轮询，并且端设备响应于此而发送一个数据帧。该数据帧在其中具有帮助识别诸如pktSeqnumber的帧分组顺序的值。该值可被用于确定该帧分组是重发的分组还是新发送的分组。
在该轮询方案中，协调器需要在与设备的会话中收集单个数据。为了从设备收集数据，协调器向设备发送POLL消息。设备可以在接收到该消息时仅发送单个数据帧。图7的POLL消息中的pktSeqnumber74指示在协调器上已经成功接收到包括具有该序列号的帧的所有先前的数据帧。根据在POLL消息中指定的pktSeqnumber74，发送的数据帧可以是先前发送的分组的重发或新分组传输。在后面部分中详细描述与基于轮询的信道接入相关的错误恢复机制。该轮询方案特别适合于具有确定的分组产生并且具有短等待时间要求的设备。由于仅需要收集单个数据，所以该轮询方案主要适合于具有固定的超帧结构的调度轮询接入方法和延迟轮询接入方法。
在图10的受限的数据轮询的情况下，当接收到POLL消息和发送数据帧时，可以仅发送多达协调器已确定的可能数量的数据帧。
在该轮询方案中，协调器需要在与设备的会话中收集多个但是有限的数据。为了从设备收集数据，协调器向设备发送POLL消息。当其小于由协调器授予的数据帧的数量时，设备在接收到该消息时可以发送多达在缓冲器中存储的分组的数量的数据帧。在图7的POLL消息中的pktSeqnumber74指示在协调器上已经成功接收到包括具有该序列号的帧的所有先前的数据帧。根据在该消息中指定的pktSeqnumber74，发送的数据帧可以是先前发送的分组的重发或新分组传输。由于需要收集确定数量的多个数据，所以该轮询方案主要适合于具有固定的超帧结构的调度轮询接入方法和延迟轮询接入方法。
在图10的耗尽数据轮询的情况下，在端设备的缓冲器中的所有帧可被发送完。当对在固定超帧中的利用调度轮询接入或延迟调度接入的确定业务提供时，单轮询和限制轮询被正确地操作。当对在可变超帧结构中或没有超帧结构的可变业务提供时，耗尽轮询被正确地操作。甚至在固定超帧中共存确定业务和可变业务时，它也可以被正确地使用。
在该轮询方案中，协调器可以在与设备的会话中收集没有限制的数据。为了从设备收集数据，协调器向设备发送POLL消息。设备可以发送如在POLL消息的‘窗口尺寸’字段中指定的多个数据帧。在图7的POLL消息中的pktSeqnumber74指示在协调器上已经成功接收到包括具有该序列号的帧的所有先前的数据帧。根据在消息中指定的pktSeqnumber74，发送的数据帧可以是先前发送的分组的重发或新分组传输。该轮询方案特别适用于具有不确定的和突发的分组到达的业务。由于在会话中设备可以发送的分组的数量不是确定的，所以该轮询方案主要适合于具有可变超帧结构或没有超帧结构的非轮询接入方法。在一起存在具有确定和不确定业务特征的设备时，该轮询方案也应用于固定的超帧结构。
随机接入机制应当在由协调器定义的超帧结构的争用接入时间段(CAP)中运行。它主要用于在设备和协调器之间的与网络管理相关的协议消息交换，并且用于非QoS应用。由于载波检测在所有信道模式和PHY上是不可靠的，所以可以采用冲突解决方案的变型，而不是载波检测。
在信道时间划分的情况下，信道时间单元的特征在于码元持续时间。码元持续时间的绝对值取决于PHY。可以利用分时隙的和不分时隙的系统两者来实施上面详细描述的所有接入机制。在分时隙的系统中，时间被分成相等数量的时隙(多个码元持续时间)并且每一帧传输应当在时隙边缘的起点处开始。另一方面，在不分时隙的系统中，不标记信道时间，并且在任何信道时间都允许帧传输。
下面将参照图11描述设备时钟同步。
在没有进行中的与协调器的数据事务时，功率受限设备特别是医疗设备在大多数时间尝试睡眠以节约能量。这样的设备需要与协调器同步它们的睡眠和唤醒调度以便接收到由协调器发送的POLL消息。由于仅在基于轮询的接入中被轮询时设备可以发送数据，所以对于数据传输不需要同步。而且，不需要节约能量的设备也根本没有同步的要求。同步要求仅可应用于固定超帧。在可变超帧的情况下，下一轮询时间不是固定的，并且设备不得不在所有时间处于苏醒。设备的轮询速率可以是由协调器建立的多个轮询周期。
在固定超帧中，端设备根据由协调器确定的轮询周期来侦听POLL消息，并且执行数据发送/接收。端设备在其一旦唤醒时可以在一个分配间隔中连续顺序接收多个POLL消息。在多个POLL消息当中的首次发送的POLL消息中设置‘准时’位。仅在这种情况下，包含在接收的POLL消息中的诸如时间戳的同步信息用于同步校正，并且当接收到具有没有被设置的‘准时’位的其他POLL消息时，它们不被反映。在下行链路业务的情况下，协调器可以在实际数据前发送‘准时’位被设置的NULL_POLL消息。例如，‘被设置’表示‘准时’位的值是1，而“没有被设置”表示它的值是0。
图7的POLL消息中的“准时”位70用于向设备通知分配间隔的开始。另外，POLL消息可以包含时间戳值，如果没有及时发送的话。设备可以计算下一POLL时间以与协调器同步以便正确接收下一POLL消息。如果‘准时’位没有被设置，则设备将不使用接收到的POLL消息用于同步。设备必须在它的下一调度的轮询时间之前苏醒以接收下一轮询消息。设备需要用来唤醒的在调度的POLL时间之前的持续时间(即保护时间)取决于在设备上发生的相对于协调器的在接收到最后的具有设置的用于同步的“准时”位的POLL消息之后的最大时钟畸变。在两个准时的POLL消息110和112之间的持续时间称为同步持续时间。在下行链路业务的情况下，协调器可以在实际数据之前发送具有设置的“准时”位的NULL_POLL消息，用于设备同步。图11说明了在利用固定超帧结构的基于轮询的接入中的设备同步。
下面将参照图12描述错误恢复。
为了提供可靠的分组传输，该标准支持两种错误恢复机制：基于轮询的错误恢复(协调器驱动的)，仅可应用于利用基于轮询的信道接入的上行业务；和自动重复请求(发送方驱动的)，可应用于上行和下行业务两者。ARQ是通常的纠错方法，并且可应用于上行链路和下行链路业务两者。然而，由于基于ARQ的错误恢复因分组的确认的额外传输而在功率和带宽方面没有效率，所以为功率高度受限的设备提供基于轮询的错误恢复。由本发明提出的基于轮询的错误恢复方法仅仅应用于从端设备向协调器发送的上行链路业务。
另外，如在图12中所示，ARQ机制需要在一旦数据分组或确认(ACK)丢失时重发数据分组。基于轮询的接入不允许在没有从协调器接收的任何响应的情况下重发分组，否则它可能引起重发分组与轮询消息的冲突。在图12示出了该情形，图12是示出适合于轮询接入的错误恢复过程的需求的流程图。如果在没有接收到对于上行链路数据帧的ACK时设备2试图在分配间隔中重发，则可能发生与下一设备的POLL消息3的冲突。
图12是示出用于低数据速率应用的数据恢复机制的操作的流程图。
在轮询期间，大多数低数据速率应用包括一个要发送的分组，而高数据速率应用可以包括多个要发送的分组。在传统错误恢复机制中，如果在指定时间内没有接收到ACK消息，则设备重发数据。然而，由于在POLL消息和数据消息之间可能发送冲突而仅在设备接收到POLL消息后才能发送数据的基于轮询的信道接入机制中，这是不可以的。
如图12和13中所示，如果成功地接收了所有的数据分组，则协调器发送ACK消息。
如果所有的数据分组或POLL消息丢失了，则协调器重发POLL消息，以避免在数据和POLL消息之间的冲突。
如果ACK消息丢失，则协调器在下一设备接收POLL消息后或在超时后进入睡眠模式。
图13是图解用于高数据速率应用的错误恢复机制的操作的流程图。如图13所示，如果一些数据丢失，则通过向设备重发POLL消息，可以接收到丢失的数据中的一些数据。
ACK消息和下一POLL消息可能不融合，并且如果发送了较少数量的分组和/或一些较小的分组，则各个ACK消息带来了对功率消耗的浪费。
下面将参照图14和15描述基于轮询的错误恢复。
基于轮询的错误恢复机制是基于轮询的信道接入机制的组成部分并且不需要由协调器响应于接收到来自设备的分组而发送的单独确认。该错误恢复是协调器驱动的并且仅仅应用于上行业务。下面部分将分别详细说明在单个数据传送和块数据传送情况下的基于轮询的错误恢复。下面详细说明处理在单个数据传送中的不同种类的分组丢失的错误恢复。图14和15展示了用于单个数据传输和块数据传输的基于轮询的错误恢复。
在本发明中，对于利用轮询接入的上行链路业务，如下定义了错误恢复过程。与ARQ方法相比该方法可以获得功率效率更高的效果，这是因为不需要额外发送/接收ACK消息。基于轮询的错误恢复过程包括单轮询错误恢复、块轮询错误恢复和位图轮询错误恢复。在图14中示出了单轮询错误恢复。
首先将参照图14描述SINGLE_POLL消息发送、接收和重发。
协调器向设备发送具有图7中的‘pktSeqNum’号74的SINGLE_POLL消息130，请求设备发送具有‘pktSeqNum’74的下一个的序号的分组。当接收到SINGLE_POLL消息130时，设备发送具有在SINGLE_POLL消息130中指定的指定‘pktSeqNum’74的下一个的序号的单个数据132。设备发送与‘pktSeqNum’的下一个序号对应的数据帧。直到‘pktSeqNum’的、存储在缓冲器中的数据被丢弃以用于重发。
该设备可以从其缓冲器中丢弃直到在SINGLE_POLL消息130中指定的序号的所有的发送分组。在协调器没有检测到任何来自被轮询设备的传输或接收数据被破坏的情况下，则协调器将重发具有下列例外的SINGLE_POLL消息134。
在这些例外中，在调度接入的情况下，数据事务可在剩余的分配间隔中完成，否则，将在下一轮询周期中发送具有相同的‘pktSeqNum’74的SINGLE_POLL。SINGLE_POLL消息134的重发不会到达maxPollreTransmission值。在超帧内不会延长轮询时间段，因此，仅仅剩余minCAP。
换句话说，在重发POLL消息时，在调度轮询接入的情况下，如果在预定分配间隔中可以进行重发，则在除了预期的重发时间段之外的剩余的可能的轮询时间段不再缩短minCAP时，可以进行POLL消息重发。否则，通过在下一轮询时间段中发送当前pktSeqNum来尝试重发。重发受限于诸如maxPollreTransmission的最大重发值。
下面将参照图15描述BLOCK_POLL发送、接收和重发。块轮询错误恢复方法类似于单轮询错误恢复方法，除了由在POLL消息中的‘窗口尺寸’值指示的多个数据帧的可能编号之外，如图15中所示。
协调器向设备发送具有‘pktSeqNum’号74和‘窗口尺寸’72的BLOCK_POLL消息140，请求设备发送由窗口尺寸指定的以‘pktSeqNum’74的下一序号开始的多个数据分组。
在接收到BLOCK_POLL消息140时，设备发送如在该消息的窗口尺寸字段74中指定的具有所指定的‘pktSeqNum’74的后面序号的序号为142和144的数据。
设备可以从其缓冲器中丢弃直到在BLOCK_POLL消息140中指定的序号的所有发送分组。
当协调器在发送BLOCK_POLL消息145后没有检测到任何来自被轮询设备的传输时，协调器将仅在下列情况下重发具有相同或缩小的窗口尺寸的BLOCK_POLL消息146：
-在调度接入的情况下，多个分组的数据事务可以在剩余的分配间隔中完成。否则，在下一轮询周期中将向设备发送具有相同的‘pktSeqNum’号的BLOCK_POLL消息147；
-POLL消息的重发不会达到maxPollreTransmission值；和
-在超帧内轮询时间段不延长，因此，仅仅剩余minCAP。
现在将参照图15描述BITMAP_POLL发送和重发。该块轮询错误恢复方法是其中当发送BLOCK_POLL消息时在多个数据帧中出现部分错误，则以位图形式通过POLL消息来携带关于该部分错误的信息的方法。
仅当协调器从设备接收到响应于BLOCK_POLL消息的分组的部分号码并且从该设备接收的最后一个分组不是被接收为具有复位的“更多位”，则协调器将向设备发送BITMAP_POLL消息148。BLOCK_POLL消息指定将被重发的分组的‘pktSeqNum’号74、‘窗口尺寸’72以及位图。
在协调器没有检测到来自被轮询设备的任何传输的情况下，如果：
-在调度接入的情况下，多个分组的数据事务可以在剩余的分配间隔中完成。否则，在下一轮询周期中，将向设备发送具有相同的‘pktSeqNum’号的BITMAP_POLL消息；
-POLL消息的重发不会达到maxPollreTransmission值；和
-在超帧内不延长轮询时间段，因此仅仅留下minCAP，
则协调器将重发具有相同或减小的窗口尺寸的BITMAP_POLL消息。
还将描述基于自动重复请求(ARQ)的错误恢复。
基于ARQ的错误恢复可应用于上行和下行业务二者。停止和等待ARQ机制将被用于利用立即确认的单个数据传送，而选择性重复ARQ将用于利用指定成功传输的位图的延迟确认的块数据传送。
方法2
媒体访问控制(MAC)层负责在可以彼此利用共享的通信介质没有冲突地进行通信的设备之间提供信道接入机制。不同种类的数据业务(音频、视频、文件传送等)对它们的下层信道接入机制需要不同类型的QoS。无线通信在远程医疗系统中开创了一个新时代，其中，通过各种医疗传感器捕获的病人的医疗信息可以通过无线介质来发送。这避免了体积庞大的线路，增加了病人的移动范围和便于病人的远程监视。在无线介质的情况下，提供可靠的医疗通信的任务变得更加困难，这是因为与有线介质相比无线通信系统更加容易出错。
紧急处理是在任意远程医疗系统中的最关键的要求之一。大多数先前的研究工作考虑类似于传统QoS应用的紧急数据业务。然而，与诸如语音流和多媒体业务之类的周期的传统QoS应用相比紧急消息具有高不稳定性特点。首先，紧急事件是非常少的并且可能几个月/年才发生一次。因此，预留的用于紧急业务的资源可以导致对网络资源的浪费。其次，虽然紧急事件发生较少，但是该类数据非常不能容忍延迟。它必须尽快被发送。因此，紧急数据不应由于网络资源的动态可用性而被延迟或拒绝。第三，当紧急事件发送时，网络(协调器)可能没有运行。
提出的机制考虑了具有多个端设备(医疗传感器节点)和负责从设备收集传感数据的单个协调器的星形拓扑网络。图16示出了星形拓扑和在医疗传感器节点上发生紧急事件的示范图。该节点可以在任何时间检测到紧急事件(例如心跳速率不正常、高血糖)，而与协调器是否运行(忙于收集调度的周期医疗数据)无关。该紧急数据必须被及时可靠地递送到协调器。
通过所提出的方法解决下面的问题。
紧急事件可以每周、每月或每年发生，并且在这种情况下，可以假定在设备(传感器节点)和协调器(数据收集器)之间没有同步。
当在设备上发生紧急事件时协调器可以是运行的。而且，其他共存的网络可以是运行的，并且它们的数据/控制消息可能干扰紧急业务。
由于多个网络不得不彼此共存，对于紧急业务来说信道不能固定。当紧急事件发生时，固定的信道可能正具有干扰。
紧急事件非常稀少并且可能在几个月/年内仅发生一次。因此，预留的资源可能导致对资源的显著浪费，并且它可能使在没有紧急事件时的正常医疗业务的性能下降。
紧急业务在由于受限的资源或在大多数资源正被使用时不能被拒绝。
紧急数据需要在紧急应用要求的等待时间边缘内被传递。
现在将描述在端设备(特别是图16中的BAN系统中的植入型端设备)中的用于处理紧急消息的方法。紧急消息是极少发生的各种类型的业务。因此，为紧急消息预分配的资源可能导致对资源的显著浪费。然而，如果不使用提前分配的资源来发送紧急消息，则可能不可避免地产生延迟。
通过所提出的方法解决下面的问题。
所提出的发明不为紧急业务预留任何资源(时隙或频率信道)。甚至在协调器没有运行或其他共存的网络是运行的时候也能接收到/检测到紧急报警。即使在大多数带宽已被其余节点使用的时候，也需要对紧急数据的可靠和快速的递送。甚至在多个网络共存的情况下也需要对紧急事件的可靠检测。
根据所提出的用于处理紧急事件的方法，提前确保资源，但是使用用于其他发送通常数据的端设备的资源，这防止浪费资源，并且甚至在协调器处理正常的端设备时，也可以没有延迟地处理紧急事件。当然，在协调器仅仅处于接收状态时也可以处理紧急事件。如果在其中协调器需要迁移到睡眠状态的情况下也需要紧急服务，应当分开安装唤醒设备。
紧急事件可以发生在图16的网络中的某些端设备中。例如，心跳调整设备也期望向外部协调器发送不规律的心跳。MAC协议应支持满足紧急服务的要求的紧急消息处理机制。紧急消息处理机制应当不仅在协调器中而且在端设备中具有允许快速可靠地传递紧急数据并且降低功率消耗的现有接入设备。
传统方案已提出了用于处理紧急消息的递送的方法。然而，在这种情况下，假定接收器在所有时候被激活以接收到一些可能的紧急消息，并且发送器和接收器以相同信道操作。
该假定可能对于具有能量受限的低轮停设备的网络没有效果。在这种情况下，在完成其数据会话后，设备睡眠以节省能量。而且，在一些频带(例如MICS)中，网络控制器执行LBT以选择用于网络操作的信道。控制器可以选择用于每一网络操作的其他信道。因此，本发明的实施例处理在上述情形下的紧急数据的递送。
当紧急事件发生时，存在两种可能情形，包括微微网运行(即协调器处于激活状态)的情形和其中微微网不运行的情况(即协调器处于睡眠状态)。将参照图17和18对此进行描述。
图17和18描述了当协调器分别运行和不运行时从医疗传感器(即端设备160)到协调器162的紧急消息的发送和接收的示意图。在接收到紧急报警消息164时，协调器162在其运行时向端设备160发送回确认消息166。以这种方式，未被分配资源的端设备160在向协调器162发送紧急报警消息后接收到ACK消息时进入紧急处理过程。
另一方面，如在图18中，当协调器162没有运行时，仅仅能量检测器170继续运行(后面详细讨论)。当协调器162处于睡眠状态时，能量检测器用作唤醒设备。
能量检测器170处于轮停状态，处理器174处于关机状态。在由于紧急报警消息164而检测到能量时，能量检测器170触发接收器172的处理器174，并且然后，协调器162向端设备160发回确认消息166。处理器174在接收到紧急报警消息后被开机。在协调器162不运行时仅保持能量检测器170工作的构思在协调器162上节约了大量功率消耗。
下面将参照图19描述感测器侧或端设备操作。
当紧急事件发生时，端设备160可以处于苏醒或睡眠而与协调器162的状态(运行或非运行)无关。提出的本发明覆盖后一种情况。用于前者情形(设备是苏醒的)的紧急处理可以由下层信道接入机制来处理并且不落在本发明的范围之内。图19示出了在紧急事件发生时端设备执行的操作序列的流程图。端设备在从协调器接收到POLL消息后以在分配间隔中发送数据的POLL方案来操作。然而，由于端设备将在检测到紧急事件时主动递送紧急数据，所以优选地它如下操作。
下面是各步骤。
当在步骤180中检测到紧急事件时，在步骤181，端设备160建立用于发送紧急报警消息的信道。具体地，端设备160选择最高优先级的频率信道。信道选择方法可以包括下列方法：选择设备可以支持的信道和由协调器告知的信道中的任何或优选的一个信道，并且信道选择方法不限于此。后面将描述信道的优先级排序。
其后，在步骤182中，端设备160在选择的信道上向协调器162发送指示发生了紧急事件的消息。
在步骤183中，端设备160在发送报警消息后的预定时间内等待来自协调器162的确认(ACK)消息。
在步骤184中接收ACK的情况下，端设备160在步骤187中执行根据紧急事件的动作。换句话说，端设备160根据由协调器162通过ACK消息传达的指示来执行紧急动作(即动作)。相应地，端设备160等待来自协调器162的下一消息，或者立即发送与该紧急事件相关联的一个或多个紧急数据。
如果在步骤184中在预定时间中没有接收到ACK消息，则端设备160在步骤185中确定是否其重试已达到最大重试次数(Max重试)。如果其重试没有达到Max重试，则端设备160返回步骤182并且重复发送报警消息直到它在选择的信道上从协调器162接收到ACK消息为止。
在步骤186中，在其重试达到Max重试时，如果在先前信道上没有从协调器162接收到确认消息，则端设备160选择另一信道来发送报警消息。相应地，端设备160以优先级的顺序从信道集合中选择新信道，并且重复发送报警消息直到从协调器162接收到确认消息。换句话说，端设备160找出协调器162使用的信道。
如果所有信道都被使用了，则端设备160执行所有的上述操作有限次数直到接收到来自协调器162的ACK消息。
如果不存在来自协调器162的响应，则端设备160宣告失败并停止该操作。
如上所述，如果没有接收到ACK消息，则端设备160重复重发报警消息和重新等待报警消息的ACK消息的处理。如果在该过程中重试超过Max重试，则端设备160以同样方式从除了该信道之外的其余可能信道中选择一个信道，并且重复上述操作。
下面将参照图20-22描述协调器侧操作。
当紧急事件发生时，协调器162可以处于运行状态(忙于与其他节点的数据传送)或非运行状态。当协调器162处于运行状态，当最大重试由于强制冲突而超时时检测到紧急事件。这将在后面详细描述。当协调器162处于非运行状态时，它的能量检测器170保持工作，而不是整个接收器电路工作。为了进一步的功率优化，还允许能量检测器170的轮停，确保可以以所要求的可靠性检测到紧急消息。如上所述，协调器162不能在固定信道上轮停，这是因为多个网络不得不在可用信道上共存并且网络也不得不在同一频带上与其他技术共存。也可能在紧急事件发生时，一些信道可能受到来自其他技术的干扰。在这种情况下，在这些信道上不能可靠地发送紧急数据。因此，用于紧急事件的单独信道不能是固定的。协调器162总是尝试在最高优先级的信道上轮停(后面讨论信道的优先级排序)。该技术显著地减少了检测紧急事件的有效时间。图20示出了当轮停时检测到在阈值之上的能量时协调器162执行的动作序列的流程图。
图20示出了根据本发明一实施例的当协调器162处于睡眠状态时执行的紧急操作。
在步骤190，协调器162确定是否检测到了信号或能量，或者内部定时器是否超时。
如果在步骤191和194中由于干扰(主要或次要)而检测到能量，则在步骤192到196中协调器162执行信道扫描并且选择另一高优先级的无干扰的信道。当利用能量检测器170检测到特定电平或更高的能量时，协调器162通过信道扫描找出具有最小干扰的信道以避免主要或次要干扰。
如果在步骤197中在该状态下接收到紧急报警消息，则协调器162在步骤198中向端设备160发送确认消息，并且在步骤199中处理紧急事件。
如果内部定时器超时，则协调器162寻找比当前信道优先级高的无干扰信道并且在其上开始轮停。否则，如果可用，则协调器162继续利用当前信道。
图21示出了根据本发明另一实施例的当协调器162处于睡眠状态时执行的紧急操作。
参照图21，在步骤191a中检测到信号时，协调器162在步骤192a中确定是否接收到紧急报警消息。如果检测到的信号不是紧急报警消息，则协调器162在步骤193a中确定内部定时器是否超时。如果内部定时器没有超时，则协调器162重复上述操作。否则，协调器162在步骤194a中确定检测到的能量是否大于或等于阈值。
如果检测到的能量大于或等于阈值，则协调器162在步骤195a和196a中执行信道扫描，诸如执行LBT并且然后选择另一信道。如果在步骤192a中接收到紧急报警消息，则在步骤197a和198a中的操作与图20的步骤197和198中的操作相同。
下面将参照图23描述当协调器处于非运行状态时的紧急处理过程。
设备通过向协调器发送警报消息来通知紧急事件的发生。设备在信道中发送报警消息并且然后等待来自协调器的ACK消息。如果在先前的信道上没有接收到来自协调器的ACK消息，则设备从信道集合中选择新信道并且发送报警消息。设备重复发送报警消息直到从协调器接收到ACK消息。
参照图23，将描述在协调器处于非运行状态时植入设备(下文中传感器节点)和协调器一起执行的快速可靠处理传感器节点上的紧急事件的操作的完整集合。图23示出了对于其中当在植入设备(下文中传感器节点)212上发生紧急事件时协调器处于非运行状态并且在某些无干扰信道(由于干扰，所以不必须是最高优先级的信道)上轮停的示范性情形的操作的序列。传感器节点212开始在传感器节点212和协调器之间预先协商的最高优先级信道上发送紧急报警消息。在发送每一紧急报警消息后，传感器节点212等待ACK消息。如果在有限持续时间内没有接收到ACK消息，则传感器节点212重发紧急报警消息。
其中发生紧急事件的传感器节点212根据在两端之间的预定信道列表以质量的顺序选择信道，并且连续发送紧急报警消息。确定在连续紧急报警消息之间的间隔以便传感器节点212可以从协调器接收ACK消息。如果协调器在某一时间醒来并且接收到报警消息，则协调器进入紧急管理处理，这是因为它正在执行轮停。在该过程中，传感器节点212可以首先发送数据或等待来自协调器的命令。
一旦传感器节点212正好在协调器处于轮停时到达信道，如果它已发送了紧急报警消息214，则协调器210苏醒并且接收紧急报警消息，以及用ACK消息216来应答。由传感器节点212在每一信道发送的紧急报警消息的最大数量取决于协调器的轮停的百分比、可靠性和紧急事件的延迟要求。一旦传感器节点212接收到ACK消息，传感器节点212或者等待来自协调器210的下一命令，或者立即发送由ACK消息指示的紧急数据，这取决于传感器节点212和协调器210两者都知道的紧急事件简档。在检测到紧急报警消息后的用于紧急处理的进一步序列是应用相关的并且在本发明的范围之外。
如上所述，协调器处于睡眠状态，并且协调器在睡眠状态中在无干扰信道上轮停。协调器以从设备接收至少一个报警消息的方式进行轮停。当检测到报警消息，协调器从睡眠状态转换到激活状态(紧急状态)，并且发送ACK消息以处理紧急数据。
下面将参照图24和25来描述使用强制冲突的在协调器处于运行状态时的紧急处理。
现在将描述当在传感器节点发生紧急事件时、当协调器在某一无干扰信道或小干扰信道上处于运行状态时由传感器节点和协调器一起执行的用于快速可靠处理在传感器节点上的紧急事件的操作的完整集合。图24和25示出了其中协调器为运行状态并且分别处于空闲或处于忙模式时的示范性情形的操作的序列。该示范性图描述了当协调器处于运行状态并且利用基于轮询的机制控制无线通信信道的接入时的紧急处理。然而，强制冲突的相同方法可应用于任何信道接入机制。
传感器节点执行的操作的序列与在协调器处于非运行状态时的先前条件相同。这是因为传感器节点不必不得不首先找出协调器是运行还是不运行的。传感器节点开始在传感器节点和协调器之间预先协商的最高优先级信道上发送紧急报警消息。在该情况中可能发生两种情形。
如图24所示，在协调器210处于空闲部分220时，紧急报警消息222可以被协调器210正确地接收到。相反，如图25所示，当协调器210处于空闲部分230时，如果接收到该紧急报警消息，则该紧急报警消息将与诸如植入设备213的运行网络的其它数据/管理分组冲突。当协调器210处于空闲部分232中并且接收到紧急报警消息234时，它将如上所述向传感器节点212发送确认消息236。另一方面，当协调器210处于忙部分237时，紧急报警消息将与其他的管理或数据分组冲突。因此，协调器210将不能成功地接收到由传感器节点212发送的紧急报警消息239。
如上所述，当协调器处于激活状态时，来自设备的多个报警消息引入在协调器的数据中的强制冲突，这导致协调器侦听信道并且从设备接收报警消息。当在强制冲突后接收到报警消息时，接收器处理从设备产生的紧急消息。
将参照图22来描述协调器中的操作。在这种情况下，提出的发明使用强制冲突和最大重试超时的组合来在传感器节点检测可能的紧急事件。
首先，如果协调器210处于如在图24中所示的空闲部分220，则它可以在步骤200中正确接收紧急报警消息。和此不同，如在图23中所示，如果来自传感器节点212的紧急报警消息的连续传输239与多个轮询或数据分组冲突(强制冲突)，则在步骤201中在协调器侧210上触发最大重试超时事件。当检测到冲突时，协调器210等待合并报警消息，确定合并报警消息正从传感器节点212传递出来。
当在步骤201中最大重试超时，在步骤202中协调器210挂起它的正常操作并且等待来自传感器节点的可能的紧急报警消息。换句话说，如果由于连续的数据传输错误而导致数据没有被发送达到最大重试次数，则协调器210设置最大重试并且等待紧急报警消息。
如果协调器210在步骤203中在特定的时间段内接收到任何紧急报警消息，则在步骤204中存储到目前为止的MAC状态后在步骤205中向传感器节点212发送回确认消息。其后，协调器210在步骤206中处理紧急事件并且在步骤207中恢复MAC状态。否则，协调器210执行所需的动作(例如找出原因和选择新信道)以处理由MAC协议规则的最大重试超时。当协调器不运行但是其他共存网络运行时，强制冲突的构思也有效。在这种情况下，紧急报警消息将与其他网络的管理或分组数据发生冲突并且通过强制冲突而强制它们挂起它们的操作以便该紧急报警消息可以被期望的网络的协调器正确接收。
下面将描述协调器处的信道的优先级排序。
如图20所述，传感器节点以预定义的信道顺序发送紧急报警消息。当不运行时，协调器总是尝试在最高优先级的无干扰信道上轮停。当在信道上轮停时，协调器在内部定时器的帮助下周期地寻找更高优先级的无干扰信道。大多数时间，协调器将在更高优先级信道上侦听。因此，当紧急事件发生时，以最小的等待时间检测到紧急报警消息。信道优先级顺序不是固定的。协调器可以随机地选择任何信道优先级顺序，并且将它传送给传感器节点。在不同网络中的优先级顺序的随机化避免了在共存网络中的同时的紧急报警消息的冲突。
方法3
该方法涉及在诸如葡萄糖传感器和身体上的外编程器/数据收集器(协调器)之类的植入医疗设备之间的植入医疗无线通信。提出的方法使得能够由外部编程器唤醒植入设备。协调器需要唤醒植入设备以开始与该植入设备的通信会话。提出的带内唤醒机制是功率效率高、可靠和快速的，并且是根据由FCC定义的MICS医疗植入通信的规则的。诸如起搏器之类的可植入医疗设备一般具有经由无线电频率远距离测量链路与称为外部编程器或数据收集器的设备传送数据的能力。这样的外部编程器或数据收集器的一个应用是对植入的医疗设备的工作参数进行编程并且从可植入设备收集医疗感测数据。
可植入设备尤其在功率方面受到资源限制。它们可以使用能量收获技术作为它们的能量源或者使用具有有限电源的非常薄的薄膜电池，而且，一旦设备被植入，电池在其生命周期内不能更换。可植入设备的生命周期可能从几个小时到几年。由于能量限制，植入设备不能在所有时间保持开机。该限制要求在设备和外部编程器之间不需要通信的大多数时间植入设备睡眠。
在这种情况下，无论何时外部编程器/数据收集器要设置植入设备的一些参数或从植入设备收集一些感测数据，它不得不首先唤醒设备并且然后建立通信会话。在星形拓扑中，可以存在单个外部编程器/数据收集器与多个植入设备通信。这里，唤醒的定义是确信植入设备正在侦听由协调器选择的同一信道以开始通信会话。根据MICS规则，协调器必须在获取信道前执行对话前侦听(LBT)以启动通信会话。为了在连续的通信会话之间的充分大的距离，协调器可以在所有可用信道中采取任何信道，而不管用于先前通信的信道。假定采取特定信道的概率是均等的。
使用在可植入设备和外部编程器的天线之间的电感耦合(非RF方法)作为唤醒机制由于其短距离覆盖(例如几英寸)而非常受限。本发明通过提出以减小植入的设备的功率需要、减少唤醒等待时间和增加唤醒过程的可靠性的方式的带内(相同的RF用于唤醒和数据通信)唤醒机制来试图解决该问题。
通过该方法来解决下面的问题。
为了避免吸取很多功率的空闲侦听和串音(overhear)，要求植入设备尽可能地睡眠以增加设备的生命周期。为了开始与睡眠的植入设备的通信会话，要求功率效率高、较不复杂的和快速的唤醒机制。带外唤醒解决方案需要额外的收发器电路，该收发器电路增加了系统的复杂度和成本，并且不适合于资源受限的植入设备。因此，要求带内唤醒机制。
非RF唤醒机制在距离方面受到限制(几英寸)
在多个植入设备的情况下，一个接一个的唤醒可带来了不能忍受的延迟和高功率消耗。因此，要求多唤醒(同时唤醒多个设备)机制。
按照FCC指南，用于唤醒的单独信道对于任何实体的任何操作都不能是固定的。
在轮停时，植入设备可能在通信会话中接收到来自其他设备的数据传输的干扰。这可能导致设备的额外的不需要的功率消耗。
因此，本发明将示出用于在MICS频带中执行唤醒的方法。用于利用MICS频带的可植入医疗设备的通信具有MICS约束和实现限制。根据MICS约束，协调器应当在确保信道前一直执行对话前侦听(LBT)以开始通信会话。利用在相同频带中的相同RF在诸如传感器之类的环境中是简单的，这是因为较低的技术和成本负担。
图26示出了由协调器执行的用于完成与植入设备的数据通信任务的操作的一般序列。为了开始与植入设备的通信会话，协调器必须首先通过执行对话前侦听(LBT)并且保证在该信道上不存在其它植入网络或基本用户(分配的频谱的授权用户)来选择无干扰信道。
如果没有空闲信道可用，则它试图利用合适的共存机制与其他网络共存(242)。最初的两个步骤(选择信号和共存)在本发明的范围之外。在成功地选择信道后(244)，协调器需要唤醒它要与之开始通信会话的设备(246)。其后，协调器执行会话通信(248)，并且然后结束会话(250)。提出的机制考虑具有多个端节点(植入设备)和负责从设备收集传感数据和/或向设备设置参数的单个协调器的星形拓扑网络。
图27示出了星形拓扑和具有不同状态的医疗植入传感器节点的示意性图。
如图27所示，植入设备可以处于三个状态之一：激活、睡眠或冬眠(深度睡眠)。
在激活状态的情况下，设备已经苏醒并且涉及与协调器的数据通信。在数据通信会话内的人眼可辨级别的睡眠和苏醒负责信道接入机制并且不在本发明的范围之内。在本公开中，激活状态表示设备已经苏醒并且不需要协调器唤醒设备。
在睡眠状态的情况下，设备正以低功率模式(除了唤醒检测器之外大多数接收器电路被关机)进行轮停以接收唤醒信号。
在冬眠状态的情况下，植入设备的收发器完全关机并且仅在设备中的内部定时器正在运行以有助于自唤醒。
图28示出了在所有三个状态之间的迁移图。
在冬眠模式的情况下，大多数时间，协调器可以确定通信会话的周期性调度或与植入设备的通信会话的下一期望的时间。例如，可以每天在某一指定时间采集血糖值。在这种情况下，协调器可以指令植入设备进入冬眠状态(其中整个收发器电路关机的状态)并且刚好在下一期望的/调度的通信会话之前开始轮停。冬眠模式对于植入传感器设备来说总是优先的。然而，它对于需要外部编程器/数据收集器(协调器)的频繁干预的这些类型的应用来说应当是可选的。
在唤醒机制的情况下，如已经讨论的，用于唤醒的信道可以不是固定的。为了在睡眠的同时正确地接收唤醒信号，植入设备的能量检测器以周期方式一个接一个地在所有可用频率信道上轮停，如图29所示。具有能量检测器的植入设备通过根据特定周期从信道f1到信道fn交替地启动和关闭接收状态来执行轮停。
在轮停时的Rx_ON和Rx_OFF时间的实际比值取决于系统的等待时间、可靠性和功率消耗要求。Rx_ON和Rx_OFF的比值的增大减少了唤醒等待时间并增加了可靠性和功率消耗。
参照图30，协调器在特定信道上发送连续的唤醒信号，并且如果在改变信道的同时已在轮停的端设备接收唤醒信号，则数据会话开始。当发送唤醒信号时，协调器利用已知地址向连接的端设备发送唤醒信号，以及利用设备地址向未连接的端设备发送唤醒信号。一般，IEEE地址是代表性的设备地址。
在单设备唤醒机制的情况下，协调器将采用该机制来唤醒植入设备，如下所述。
将采用单播唤醒机制来唤醒其地址对于协调器来说是已知的植入设备。它可以是设备MAC地址或由协调器向设备指派的比较小的逻辑地址。
当唤醒过程开始时，协调器将向植入设备发送唤醒消息，请求立即确认、作为目的地址的植入节点的地址、会话开始时间和大概的会话持续时间，并且然后等待来自植入设备的确认。在唤醒消息中的尺寸为1位的‘类型’字段可被用于区分单唤醒消息和多唤醒(锁定)消息。
如果“类型”位被重置，该消息被认为是单唤醒消息。原理上，在报头中的任何可用位也可用作‘类型’位以便节省额外的位要求。例如，由于在报头中存在的‘更多数据’位仅仅应用于数据帧，所以它可用作唤醒消息的‘类型’字段以区分唤醒消息和多播唤醒(锁定)消息。
为了利用已知IEEE地址来唤醒未连接的设备，协调器将向节点发送唤醒帧，该唤醒帧具有立即ACK的ACK策略、在唤醒帧有效载荷中作为接收者地址的IEEE地址、在帧有效载荷中的会话持续时间和开始会话的时间，并且然后等待来自节点的ACK帧。
为了唤醒已连接设备，协调器将向该节点发送唤醒帧，该唤醒帧具有被设置为立即ACK的ACK策略、作为接收者ID的连接ID以及在帧有效载荷中开始会话的时间和会话持续时间，并且然后等待来自该节点的ACK帧。在图34中示出了唤醒消息有效载荷的内容。如图34所示，该唤醒消息包括目的地址、源(origination)地址、会话开始时间偏移和会话长度。
如果没有在有限的持续时间(植入设备处理唤醒消息和利用ACK应答所需的时间)内检测到确认，则它将向设备发送另一唤醒帧。该协调器将利用最大数量的连续唤醒帧发送唤醒帧直到它从该节点接收到ACK帧。最大值将取决于非会话状态的植入设备的轮停。多个唤醒帧的发送确保了该设备在轮停时接收到至少一个唤醒帧。在非会话状态中的植入设备的轮停周期取决于植入设备的唤醒等待时间、可靠性和功率消耗要求。
植入设备在非会话状态时将在所有可用信道上以周期方式一个接一个地轮停。当成功接收到唤醒消息时，植入设备将向协调器发送确认。在发送ACK消息后，植入设备可以返回睡眠状态并且在由唤醒消息中的会话开始时间定义的时间苏醒。通过尽量不等待它们的轮询消息，这节约了植入设备相当多的功率。在完成唤醒过程后，协调器可以发送为植入设备授予轮询分配的轮询消息以启动它自己的数据帧事务。
当在非会话状态中的轮停时，在一信道上接收到唤醒帧后，无意的植入设备排除该用于在该唤醒帧中指定的会话持续时间中轮停的信道。在会话超期后，该设备将该信道上恢复轮停。在协调器不希望无意的设备从轮停中排除该信道的情况下，协调器可以将会话持续时间值设为‘0’。这在协调器尝试通过使用单设备唤醒机制一个接一个地唤醒多个设备时特别有用。虽然该过程的等待时间长于多设备唤醒，但是在设备的数量非常小时差别不明显。此外，当在非会话状态中轮停时，在一个信道中接收到干扰后，无意的植入设备从轮停中排除该信道一固定时间。该设备将在时间超期后在该信道上恢复轮停。
在图31中示出了示例。当在信道‘2’上轮停时，设备接收到不是意图给它的唤醒信号，并且在该信道‘2’上停止轮停。以这种方式，当协调器开始与植入设备的通信会话时，所有不是激活会话的部分的其他设备停止在该(其上建立通信会话的)信道上的轮停，并且避免由于规则数据通信引起的串音。类似地，如果设备在其处于非会话状态(不是会话的部分)时接收到由其自己的微微网的通信引起的干扰，则它停止在该信道上的轮停固定的持续时间。
图31示出了其中当接收到不是指定到其的唤醒信号时，设备通过在特定时间内不在频带上执行轮停来帮助在实际指定的设备和协调器之间的数据会话的操作的情形。
有时，在协调器要唤醒植入设备时与其他植入节点的数据通信会话可能已经为激活的。如上所述，为了避免由于干扰造成的串音，设备停止在其中激活会话运行的信道上的轮停。在这种情况下，协调器不能在相同的信道上发送唤醒信号来唤醒该设备。而且，如果协调器将其中激活会话运行的相同信道用于唤醒，则这将引起对于作为激活会话的部分的设备的唤醒信号的串音。为了避免这个问题，协调器选择新的无干扰的合格(根据FCC规定)的信道并且在新选择的信道上执行唤醒。以这样的方式，已是激活会话的部分的设备不接收由协调器发送的唤醒信号，因而避免了串音。图30示出了其中协调器一个接一个地分别唤醒每一设备的与三个设备的单设备唤醒机制的示例。
在多播设备唤醒机制的情况下，协调器将采用该机制来如下所述唤醒多个植入设备。
下面将参照图32描述提出的用于多个植入端设备的唤醒方法。如图29中那样在改变信道时执行轮停，端设备在锁定阶段中将接收协调器在特定信道上发送的锁定信号。在接收到该锁定信号时，将在如图35所示的唤醒帧格式的锁定信号中包含的会话开始时间偏移值解释为其唤醒开始时间，设备在关机状态中在当前信道上等待的时候开启它的接收模式，并且等待唤醒信号。在唤醒步骤中的唤醒信号与在单唤醒中的消息相同。
协调器必须已选择遵循MICS规则的MICS信道，并且将在选择的信道上发送唤醒消息以唤醒连接设备。该连接设备是那些已被协调器分配唯一的和多播地址的设备。多播唤醒具有两个阶段：锁定和唤醒或确认。
当锁定阶段开始时，协调器将向多个连接节点发送锁定帧(多播唤醒帧)，该锁定帧具有被设置为NO-ACK的确认策略和被设置为1的类型位、在帧有效载荷中的会话持续时间和开始会话的时间。锁定帧的目的地址可以包括各个设备的地址的列表或节点组的多播ID(如果指派的话)。在图35中示出了多个唤醒帧有效载荷的内容。在图34中示出了单个唤醒帧有效载荷。
协调器将连续发送有限数量的锁定帧而不期望来自任何连接设备的确认(ACK)。锁定帧的数量将确保每一连接设备将接收到至少一个唤醒帧。
协调器将向属于单个组的唤醒设备发送具有作为目的地址的多播ID或广播ID的锁定帧。
在成功接收到锁定帧时，有意的连接设备将把它自己锁定到其中它接收到锁定帧的信道，并且在确认阶段中在相同信道上等待唤醒帧。有意的连接设备将把开始会话字段信息的时间解析为开始它的确认阶段的时间并且可以在锁定后仅仅在该时刻变成激活的。
在‘确认’或‘唤醒’阶段，协调器应当以任何期望的顺序一个接一个地向各个连接设备发送唤醒帧。注意：在确认阶段中发送的这些唤醒帧与在单个设备唤醒中使用的相同。协调器将向连接设备发送一个唤醒帧，该唤醒帧具有被设置为立即ACK的确认策略、被设置为1的类型位和连接节点的地址。一旦成功接收到唤醒帧，设备将向协调器发送ACK帧。在从设备接收到ACK或在从设备接收ACK的时间超期，则协调器将以该顺序向下一设备发送唤醒帧。在一轮锁定和唤醒阶段完成后，协调器将向在确认阶段中没有确认的设备发送锁定帧。图31示出了锁定和唤醒(或确认)阶段的概念。
当在非会话状态中轮停时，在一个信道上接收到唤醒帧后，无意的连接设备排除用于在唤醒帧中指定的会话持续时间进行轮停的信道。在会话超期后，设备将在该信道上恢复轮停。
图33示出了其中协调器同时唤醒三个设备的多设备唤醒的例子。
方法4
该方法涉及在医疗植入通信中的基于轮询的超低功率信道接入和多个BAN的同时操作。医疗植入通信服务(MICS)是超低功率、非授权的移动无线服务，用于发送数据以支持与植入医疗设备相关联的诊断或治疗功能。MICS允许个体和医疗开业者利用诸如心脏起搏器和除纤颤器之类的超低功率医疗植入设备，而不引起对电磁无线电频谱的其他用户的干扰。在医疗植入通信中，基站(外部编程器或数据收集器)位于身体上或在身体之外(在2-3米的有限范围内)并且一个或多个医疗植入设备形成单跳星形网络。
IEEE已正在对标准(体域网(BAN，IEEE802.15.6))进行工作，以标准化在身体上或身体周围运行的所有无线医疗应用和非医疗应用。MICS频带(402-405MHz)已由FCC利用使用频带的某些规则分配用于医疗植入通信以便避免干扰相同频带的基本用户(测量卫星用户)。这些规则和规定使得用于植入医疗通信的信道接入机制的设计不同于传统MAC设计。
图36是根据本发明一实施例的具有单个MAC层和两个物理层的网络的示范性图解。
某些通信网络可以包括在不同业务方案下的多个数据速率，例如，不变比特率业务、可变比特率业务、尽力服务业务、和每一方案的业务。业务方案和数据速率的组合可以形成独特类型的业务。每一类的业务可以具有不同的QoS要求。优选地，设计满足QoS要求的各种设置的MAC协议。传统解决方案可能在于能够获得用于不同类型的业务的不同设置的QoS要求的MAC。然而，假定在具有相同物理层的设备或系统中产生所有业务。
另一方面，如图36所示，本发明涉及从具有不同物理层的设备(植入设备或BAN设备)产生的多种类型的业务。不同的物理层意味着收发器在不同的频带(例如，用于BAN的UWB(3.1到10.6GHz)的频率和用于植入的401到406MHz的医疗频率)上运行。本发明提出了能够满足在具有图36所示的情形的网络中的QoS要求的各种设置的MAC协议。
图37是根据本发明一实施例的具有轮询周期的单MAC帧结构的示范性表示。
在具有单个MAC和两个PHY的设备中，MAC与PHY1和PHY2共享时间。该设计确保了分开的PHY1和PHY2不会同时忙，并且传输结构(PHY1和PHY2)之一在某一时间由MAC使用。PHY1和PHY2的忙时间段通过功率效率高的轮询机制来处理。
下面是本发明针对/解决的问题。
需要媒体访问控制(MAC)协议来使得能够使用用于医疗植入通信的MICS。现有用于无线通信的MAC协议不适合于植入医疗通信，这是因为对于MICS频带使用的不同的QoS要求和FCC规则。
植入设备的生命周期的范围可以从几个小时到2-3年，并且它们在功率方面尤其受到资源限制。和传统无线网络不同，对能量耗尽的电池充电/更换是困难的。因此，最大化植入设备的生命周期变成主要目的，而将其他性能指标(例如频带利用)作为次要目的。本发明提出了用于星形拓扑的植入网络的基于无争用的简单和超低功率媒体访问控制协议，其最小化了由于空闲侦听、串音、分组冲突和分组控制开销而导致的能量浪费。
医疗植入通信可以与无线传感器网络相比，在无线传感器网络中，一个或多个传感器(植入设备)感测数据并向基站节点(外部编程器或数据收集器)发送数据。通信模式的特性通常是汇聚传输的(多对一)：从网络中的传感器节点中的全部或集合到基站的数据收集过程。用于无线传感器网络的大多数MAC协议针对多跳网络技术设计，并且不针对单跳星形网络而优化，其是医疗通信的主要概念。提出的MAC协议的设计根据植入医疗通信的拓扑要求而被自定义，这使得其简单并且高功率效率。
医疗通信的可靠性高于传统无线传感器网络。因此，可靠性要求是任何为医疗通信设计的MAC协议要满足的关键因素。使用当前的FCC和ARQ机制增加了设备的复杂度和功率要求。提出的基于轮询的无争用信道接入机制提供了支持医疗植入冲突的更高可靠性要求的内置可靠性机制。
医疗紧急事件是植入通信和其他无线网络的区分因素之一。紧急处理是至关重要的并且它应当被非常快地以高可靠性处理。提出的MAC提供了处理医疗紧急事件的快速和可靠的信道接入机制。
有时，植入医疗应用可以与体上应用共存。换句话说，单个具有双接口的外部编程器可以存在以与植入设备和体上设备通信。在这种情况下，需要透明的单MAC同时支持植入通信和体上通信。通常，植入医疗通信需要比体上通信更严格的QoS。MAC将向植入通信提供比体上通信更高的优先级。
FCC对使用用于植入医疗通信的MICS信道强加了某些限制。提出的MAC遵循由FCC针对植入通信制定的规则。
根据即将实行的用于体域网的IEEE标准(IEEE802.15.6)，MAC协议应当有效率地支持至少10个共存植入网络。有时，当少于10个信道可用时可能需要两个或更多网络共存于相同的信道并且共享带宽。提出的用于植入通信的共存机制也提供在多个共存植入网络之间共享信道的方法。
植入数据通信要求是非常简单的。协调器不得不周期地或按照要求从医疗植入设备收集医疗传感数据。一旦在协调器和植入设备之间通信会话是激活的，则典型的会话的长度的范围从几毫秒到几秒。如果来自多个设备的数据需要被同时收集，则协调器可以选择多个植入设备作为一个数据通信会话的部分。要求对星形拓扑的支持有助于与多个植入设备的数据通信会话。图27示出了用于植入通信的示范性星形拓扑。除了在紧急事件的情况下，如果植入设备不是激活的数据会话的部分直到被协调器唤醒为止，则它将睡眠。图26示出了提出的由协调器执行的用于建立与植入设备的通信会话以获得传感数据的操作序列。
开始通信会话的第一步骤是在所有可用信道上执行对话前监听(LBT)，并且选择无干扰信道用于数据操作。如果没有无干扰信道可用，则协调器将尝试与其他植入网络(微微网)共存并且与它们共享带宽。将在后面讨论共享信道的共存机制。在成功地进行信道选择后，协调器需要唤醒植入设备。一旦建立了会话，则核心的信道接入机制接管并处理从不同的植入设备收集数据。在完成数据操作后，协调器终止会话并且设备回到睡眠。
如上所述，基于争用的信道接入机制不适合于植入通信，这是因为它们不是高功率效率的，并且不遵循接入MICS频带的FCC规则。而且，基于信标的周期发送以保持在植入设备和外部设备之间的同步的非争用信道接入机制也不是根据FCC规则的。
使用MICS频带的一些FCC规则是：
除了响应来自医疗植入控制器的传输(即当病人的健康处于危险中时)，医疗植入设备不发送由外部设备产生的医疗植入事件的非无线电频率激励信号。
授权用于MICS操作的信道仅仅在基于共享时可用，并且将不被指派用于任何实体的排他性使用。
在启动通信会话前的5秒内，医疗植入控制器必须在每个信道监视MICS系统的设备企图占用的信道或多个信道最少10毫秒(LBT或LBT+AFA)。
用于植入通信的信道接入机制如下。
提出的用于植入通信的信道接入机制功率效率高、重量轻和遵循植入通信的MICS规则。外部控制器定义每一植入设备的基于它们的功率和QoS要求以及业务特性的静态轮询方案。固定的轮询方案有助于在连续的轮询持续时间之间的植入设备的睡眠以进一步节约功率消耗。协调器在其调度时间向设备发送POLL消息。在接收到轮询消息后，植入设备向协调器发送数据。协调器通过向设备发回ACK消息来确认数据的接收。操作的序列完成单个数据事务。在成功完成单个事务后，植入设备回到睡眠并且刚好在其调度的轮询时间之前苏醒以接收下一轮询消息。设备在其调度轮询时间之前不得不苏醒的持续时间取决于设备的轮询周期和时钟漂移。
在多个设备是激活数据通信会话的部分时，设备以轮叫方式被轮询。执行轮叫的帧周期是固定的，并且由两个部分组成：轮询时间段和空闲时间段，如图40中所示。空闲时间段用于处理错误和与其它植入网络的共存。可以利用下面的两个方案中的一个来轮询设备。
方案1：单轮询率
在这种情况下，所有设备被利用由协调器根据在所有设备之间的最大分组到达速率而确定的相同速率来轮询。在该方法中，在每一帧周期中，每一设备被轮询。该方法在大多数设备具有相同的分组到达速率时特别有用。否则，低轮停设备(较小分组达到速率)受到过度轮询的影响，甚至在它们没有数据要发送的时候也是如此。由于接收到额外的轮询消息，这引起低轮停设备的更多功率消耗。
方案2：差别轮询率
在这种情况下，根据设备的分组到达速率来轮询它们。特定设备的轮询速率总是2的幂的数量的多个帧周期。例如，如果帧周期长度是Fc，则轮询速率仅可以是2Fc、4Fc、8Fc、……。具有更高的轮询速率的设备总是在低轮询速率之前被轮询。这一机制有助于容易地执行并且避免在帧周期中的两个设备之间的间隔，从而最大化空闲时间段。将推荐空闲时间段用于帮助其他植入网络在相同信道中的共存。根据其分组到达速率，为设备选择最接近的轮询速率。
图37是具有差别轮询速率的信道接入机制。具有轮询速率Fc的设备在每一个帧周期被轮询，具有轮询速率2Fc的设备在每两个帧周期被轮询，等等。当在激活的数据会话中存在具有不同的分组到达速率的设备以节约低轮停设备由于无意听到额外的轮询消息而引起的功率时，该方法是有用的。图38是其中示出了PHY1的轮询周期的植入通信的轮询帧结构的示范性表示。每一轮询周期包括忙时间段和空闲时间段。在轮询周期期间轮询设备。设备根据该设备的数据到达速率而具有不同的轮询速率。例如，设备1被以两倍于设备2和设备3的速率来轮询。具有更高轮询速率的设备早于低轮询速率的设备被轮询以避免在轮询周期中产生空闲时间。这有助于更好地管理设备的睡眠或唤醒调度，这有助于降低在设备上的功率消耗。
图39是用于体上通信的轮询帧结构的示范性表示，其中示出了PHY2的轮询周期。该轮询周期包括轮询时间段、争用时间段和空闲时间段。在轮询周期期间轮询设备。产生不变比特率(CBR)数据的设备在轮询时间段中具有固定的轮询时间，而产生可变比特率(VBR)业务的设备可以在轮询时间段中具有可变轮询时间。固定轮询时间有助于降低在设备上的功率消耗。根据到达速率来向设备分配传输持续时间。当轮询时，设备可以在分配的持续时间中发送数据。这样的分配有助于降低功率消耗并符合应用的QoS要求。
一些应用具有高可靠性要求。这样的应用可以容忍与10-2一样高的分组错误率。要求MAC协议提供获得期望的可靠性的错误恢复机制。
针对功率管理，下面将描述在整个超帧上的睡眠和唤醒。
调度轮询信道接入机制和延迟轮询信道接入机制有助于设备在它们的连续轮询之间的睡眠。设备可以睡眠的时间长度取决于其轮询速率。如果其在多个超帧后正被轮询，则不需要设备在每一超帧上必须唤醒。一旦设备在轮询时间段中苏醒，则利用不同的节能选项，它可以尽早回到睡眠。
下面将参照图46描述根据在接收的POLL消息中的‘睡眠’位调度设备的睡眠状态的流程。
当在步骤450唤醒后在步骤451中接收到POLL消息时，设备在步骤452发送数据。
功率节省选项提供了设备节约功率的灵活性。不同级别的功率节省选项有助于设备在完成与协调器的数据事务后尽早回到睡眠。如图45中所示，存在四种不同级别并且每一级别定义了在由协调器通过轮询消息请求的数据传输后设备可以有多早回到睡眠。
在图45中的级别1的情况下，如果步骤453中在接收的POLL消息中的‘睡眠’被设置，则在步骤454中发送由协调器请求的数量的数据分组后设备可以直接进入睡眠。
在图45中的级别2的情况下，如果步骤453中在接收的POLL消息中的‘睡眠’没有被设置，则设备可以等待来自协调器的NULL_POLL消息以在发送由协调器请求的数量的数据分组后回到睡眠。如果在步骤455中接收到NULL_POLL消息，则设备可以回到睡眠。
在图45中的级别3的情况下，在调度接入的情况下，如果没有接收到NULL_POLL消息，则设备等待直到完成分配间隔为止。其后，在步骤456设备通过执行调度轮询确定是否完成了分配间隔。以这样的方式，设备可以在完成调度的接入间隔后回到睡眠。
在图45中的级别4的情况下，如果在步骤456中分配间隔没有完成，则设备等待下一设备的POLL消息。在延迟轮询接入的情况下，当在步骤457中接收到下一设备的POLL消息时，在步骤454中设备可以回到睡眠。
在单MAC方案中，有时，植入医疗应用可以与体上医疗应用共存。换句话说，单个外部编程器可能能够通过双PHY接口与植入设备以及体上设备通信。在这种情况下，需要透明的单MAC来同时支持植入通信和体上通信。大多数现有MAC虽然支持多个PHY，但是不是同时。同时在植入和体上运行的医疗通信的独特要求强加了单个透明MAC运行在两个PHY上的要求。不幸的是，由于在体内信道模式和体上信道模式之间的不同，不是总可以设计用于植入应用和体上应用两者的单个PHY。
获得此的一个方法是通过在单个处理单元中在分开的PHY上独立地运行两个MAC例程。该构思如图41中所示。这种实施要求高端处理器支持同时运行的多个MAC的例程，这增加了系统的复杂度和成本。而且，更可能的是，MAC和PHY一起形成在单个硬件芯片中；在这种情况下，非常难用硬件来实现两个MAC状态。该软件解决方案是缓慢的并且要求额外的任务管理器来在两个MAC状态之间切换，这导致相关切换的额外开销。
提出的处理多个PHY的同时操作的单MAC设计使用在两个PHY之间的时间共享。如图42中所示，仅存在一个以时间共享方式关照两个PHY的例程。该方法是简单的，并且不要求任何高端处理器来运行MAC协议。该方法仅仅应用于星形拓扑网络，在该星形拓扑网络中，单个节点(外部控制器)管理对植入设备和体上设备的资源的分配。
在提出的单MAC设计中，植入设备被给予高于体上设备的优先级。体上设备将利用植入帧周期的空闲时间段，如图43中所示。虽然该方法的带宽不是十分有效率，但是它允许植入和体上的以简单和有功率效率的方式的同时操作。
图43示出了示范性的单MAC帧结构。
基于轮询的信道接入机制是针对T0、T1、T2和T3提出的，并且基于争用的信道接入机制是针对T4提出的。单MAC架构是针对T0、T1、T2、T3和T4提出的。
在一个实施例中，本公开涉及针对T0、T1、T2、T3和T4的单MAC结构。在一个实施例中，本公开涉及针对T0、T1、T2和T3的有功率效率的轮询机制。在一个实施例中，本公开涉及针对T0、T1、T2和T3的分组错误恢复机制。在一个实施例中，本公开涉及在具有T0和T1业务的网络中的紧急消息的处理。在一个实施例中，本公开涉及在具有T0和T1业务的网络中的单设备唤醒和多设备唤醒。在一个实施例中，本公开涉及产生T0类型的业务的多个微微网的共存。在一个实施例中，本公开涉及通过提出的基于轮询的信道接入机制的执行T0、T1、T2、T3和T4类型的业务的QoS要求的各种设置。
在协调器的单MAC操作中，在同时存在植入设备和体上设备时，协调器建立所有(植入和体上)设备的单个星形拓扑网络。轮询周期被定义为根据植入设备和体上设备的QoS要求、用于植入和体上的设备的数量和每一接口的PHY数据速率来完成与设备的数据事务操作。
植入设备首先被轮询以对体上应用给出优先级。体上设备的轮询时间段取决于植入应用的动态要求。由于分组丢失的植入设备的重发在移动到体上设备的轮询之前首先被处理。在完成植入轮询时间段后，协调器节省了植入设备的上下文信息并且重新加载体上设备的上下文以继续体上设备的轮询，反之亦然。
在微微网共存的情况下，按照体域网(BAN)的IEEE技术要求，在有限的6*6*6立方米空间内应当可以共存至少10个植入微微网。有时，由于基本用户的存在或者其他噪声源，可能MICS频带(402-405MHz)的所有10个信道都是不可用的。在这种情况下，两个或多个植入网络(微微网)基于时间共享而在单个信道上共存变得必要。
提出的发明提供了支持在相同信道上的多个微微网的共存的机制。提出的机制的效率取决于拓扑变化和每一微微网负载。下面是由外部控制器执行的开始微微网和尝试与其他网络共存的操作。提出的协议的流程图被示出在图44中。
在步骤430中，外部控制器选择信道。
其后，在步骤431中，外部控制器执行对话前侦听(LBT)由FCC规则规定的时间。在步骤432中，外部控制器确定信道是否空闲。如果信道不是空闲的，则外部控制器在步骤436中确定是否已用完了所有信道。如果还没有用完所有信道，即如果发现该信道忙，则外部控制器在步骤430中选择另一信道并且重复操作。如果信道是空闲的，则在步骤433外部控制器发送询问消息以确认另一微微网的存在。
如果在步骤434中对于询问消息没有接收到响应，则外部控制器在步骤439中在选择的信道上启动微微网。如果接收到响应，则在步骤435外部控制器通过收集微微网统计值来选择新信道。
如果所有信道用完，则没有空闲信道可以使用来尝试与其他存在的微微网的共存。如果在步骤436所有信道被用完并且不存在可用空闲信道，则外部控制器试图与其他存在的微微网共存。相应地，在步骤437，外部控制器确定是否它可以与其他微微网共享时间。如果不可以与其他微微网时间共享，则在步骤440外部控制器选择具有最低功率电平的信道。否则，如果可以与其他微微网共享时间，则在步骤438外部控制器与微微网交换消息用于信道共享。
图45示出了具有不同级别的功率节省选项的睡眠和唤醒方案。图46给出了用于根据在接收到的POLL消息中的‘睡眠’位来在设备中调度睡眠状态的流程图。
本公开的实施例涉及使用用于执行在此描述的技术的嵌入系统。在一个实施例中，由处理器通过利用包含在存储器中的信息来执行技术。这样的信息可以被从另一机器可读介质(诸如存储设备)读取到主存储器。在存储器中包含的信息使得处理器执行在此描述的方法。
在此使用的术语“机器可读介质”是指参与提供使得机器以特定方式操作的数据的任何介质。在一个利用计算机系统实施的实施例中，例如，在向处理器提供信息用于运行中涉及各种机器可读介质。机器可读介质可以是存储介质。存储介质包括非易失性介质和易失性介质。非易失性介质例如包括光盘或磁盘，诸如服务器存储单元。易失性介质包括动态存储器。所有这样的介质必须是有可能实现的以使得由介质承载的信息可以被读取数据到机器中的物理机制所检测到。
机器可读介质的一般形式例如包括：软盘、可折叠盘(flexibledisk)、硬盘、磁带或任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光介质、打孔卡、纸带、任何具有孔的图案的其他物理介质、RAM、PROM和EPROM、闪速-EPROM、任何其他存储芯片或盒式磁带。
在另一实施例中，机器可读介质可以是传输介质，包括同轴电缆、铜线和光纤、包括包含总线的线路。传输介质也可以采用诸如在无线电波和红外数据通信期间产生的声波或光波的形式。机器可读介质的例子可以包括但是不限于载波或任何计算机可以从其读取的介质，例如，在线软件、下载链路、安装链路和在线链路。
在前面的说明书，已经参照特定实施例描述了本公开及其优点。然而，对于本领域普通技术人员来说很明显，可以进行各种修改和变化，而不会脱离本公开的范围。相应地，本说明书和附图将被认为是本公开的说明性示例，而不是限制性的。所有可能的变型意图包含在本公开的范围中。

Claims (18)

1.一种用于在终端设备中管理与紧急关联的事件的方法，其中在终端设备和协调器之间建立通信会话，包括：
识别是否发生了与紧急关联的事件；
如果发生了与紧急关联的事件，则选择用于发送指示与紧急关联的事件的发生的报警消息的信道；
基于所选择的信道向协调器发送所述报警消息；
在预定时间内识别是否接收到对所述报警消息的应答消息；并且
如果接收到应答消息，则执行与所述与紧急关联的事件相关的操作。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在识别是否发生与紧急关联的事件之前，如果从协调器接收轮询消息，则以基于轮询的方式操作,用于以分配间隔向所述协调器发送数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中，执行与所述与紧急关联的事件相关的操作包括向所述协调器发送与紧急关联的数据。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：如果在预定时间内没有接收到响应消息，则重发所述报警消息。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
识别所述报警消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数；并且
如果所述报警消息的重发次数超过了最大重发次数，则选择另一信道。
6.如权利要求1所述的方法，其中，选择信道包括：基于优先级在所述终端设备可支持的信道或所述协调器通知的信道中选择至少一个信道。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述轮询消息包括用于与所述协调器同步的字段和指示允许的数据帧的数量的字段中的至少一个。
8.一种用于在协调器中管理紧急事件的方法，包括：
向一设备发送使得该设备向所述协调器发送数据的轮询消息；
当没有接收到对于所述轮询消息的数据时重发所述轮询消息；
识别所述轮询消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数；
如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则迁移到与睡眠关联的状态以用于接收指示与紧急关联的事件的发生的报警消息；
基于接收该报警消息，向发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且
执行与所述与紧急关联的事件有关的操作。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则存储当前的媒体访问控制(MAC)状态。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：当在预定时间内没有接收到报警消息时，恢复所存储的MAC状态。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述轮询消息包括用于与发送数据的设备同步的字段和指示被允许用于发送数据的设备的数据帧的数量的字段中的至少一个。
12.一种用于在协调器中管理与紧急关联的事件的方法，包括：
在与睡眠关联的状态中识别是否能量大于或等于预定阈值；
基于识别该能量大于或等于预定阈值，通过信道扫描选择信道；
基于识别指示与紧急关联的事件的发生的报警消息，向发送所述报警消息的设备发送确认消息，并且
处理所述与紧急关联的事件。
13.一种用于管理与紧急关联的事件的协调器，包括：
能量检测器，用于识别能量是否大于或等于预定阈值，并且基于识别能量大于或等于预定阈值，触发处理器；
所述处理器，如果被所述能量检测器触发，则迁移到与开机状态关联的状态，并且基于接收到指示与紧急关联的事件的发生的报警消息时，向发送所述报警消息的设备发送确认消息，并且处理所述与紧急关联的事件。
14.如权利要求13所述的协调器，还包括：发送器，用于向发送所述报警消息的设备发送确认消息。
15.一种用于管理与紧急关联的事件的协调器，包括：
发送器，用于向设备发送使得所述设备向所述协调器发送数据的轮询消息；
控制器，用于基于没有接收到对于所述轮询消息的数据重发所述轮询消息，识别所述轮询消息的重发次数是否超过了预定的最大重发次数，并且如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则迁移到与睡眠状态关联的状态以用于接收指示与紧急关联的事件的发生的报警消息；和
接收器，用于接收所述报警消息；
其中，基于接收到报警消息，该控制器借助所述发送器向发送所述报警消息的设备发送确认消息；并且执行与所述与紧急关联的事件有关的操作。
16.如权利要求15所述的协调器，还包括：存储单元，用于如果所述轮询消息的重发次数超过最大重发次数，则存储当前的媒体访问控制(MAC)状态。
17.如权利要求16所述的协调器，其中，所述控制器基于预定时间内没有接收到报警消息而恢复所存储的MAC状态。
18.如权利要求15所述的协调器，其中，所述轮询消息包括用于与发送数据的设备同步的字段和指示被允许用于发送数据的设备的数据帧的数量的字段中的至少一个。
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