CN106134246B - 用于医学体域网(mban)以满足占空比规则的多信道通信方案 - Google Patents
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Abstract
一种系统(52)和一种方法维持医学体域网(MBAN)(62)。所述MBAN(62)的设备(56、58)在所述MBAN(62)的一个或多个信道上通信(152)。所述一个或多个信道包括主信道，并且所述设备(56、58)中的每个设备被分配到所述一个或多个信道中的一个信道。此外，连续地监测(156)所述一个或多个信道中的每个信道的占空比。响应于所述主信道的占空比满足或超过占空比限制，所述设备(56、58)中的设备(56、58)被移动(158)到次级信道。
Description
技术领域
本申请大体涉及无线通信。本申请具体结合医学体域网(MBAN)应用，并且将具体参考其进行描述。然而，应当理解，本申请也适用于其他使用场景并且不一定限于前述应用。
背景技术
在健康护理产业中存在向无处不在的患者监测发展的一般趋势。无处不在的患者监测在整个护理周期期间提供连续并且以患者为中心的监测服务并且能够显著地改进护理质量。例如，可以在早期检测到患者恶化并且早期介入能够有效地防止严重的不利事件。MBAN是用于无处不在的监测服务的关键使能技术之一。MBAN利用无线连接替换将患者束缚到其床侧监测单元的线缆的缠结。MBAN是患者周围和/或身上被用于监测患者的生理参数的传感器的低功率无线网络。
参考图1，典型的MBAN系统包括放置在患者的身体周围和/或身上以捕获患者的生理数据(诸如心率和心电图(ECG)信号)的若干微型传感器设备。通过短程和低功率MBAN将所捕获的数据转发到集线器设备。集线器设备可以是本地床侧监测设备、手机、机顶盒或其他无线设备并且通常具有到回程通信网络(例如，蜂窝网络，诸如第三代(3G)或第四代(4G)蜂窝网络，局域网(LAN)等)的连接。回程通信网络被用于将所收集的数据传送到远程患者监测系统。远程患者监测系统负责分析患者的生理数据并且实时提供监测、诊断和处置服务中的一个或多个。
MBAN提供将患者监测服务延伸到当前未监测的区域(例如，普通病房、患者家庭等)并且允许患者在中断监测服务的情况下散步的低成本解决方案。这使将患者从重症监护室(ICU)或甚至医院更早地释放同时仍然提供高质量护理监测服务成为可能。这能够显著地降低健康护理成本。
为了促进MBAN部署，美国联邦通信委员会(FCC)最近已经分配针对MBAN服务的从2360兆赫兹(MHz)到2400MHz范围的专用MBAN频带。在欧洲，欧洲邮政和电信管理会议(CEPT)和电子通信委员会(ECC)正在考虑分配针对MBAN服务的从2483.5MHz到2500MHz范围的专用MBAN频带。MBAN频带比当前由大多数无线患者监测设备所使用的2.4吉赫兹(GHz)产业、科学和医学(ISM)频带更干净。因此，MBAN频带对于增强链路鲁棒性并且提供MBAN中的医学级别服务质量(QoS)是有用的。此外，MBAN频带接近2.4GHz ISM频带，其使得重新使用针对MBAN服务的低成本的成熟的2.4GHz ISM频带无线电是可能的。这样的无线电包括根据电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.4标准设计的无线电。
关于MBAN频带的挑战在于，分配不是排他性的。因此，在许多情况下，MBAN服务必须与其他带内用户共享MBAN频带。此外，在一些区域(诸如欧洲)中的分配包括对实现和谐共存的MBAN操作的最大占空比的限制。例如，在欧洲所提出的MBAN规则要求在医院中操作的MBAN的占空比不大于10％。对于其他应用，诸如在医学植入式通信服务(MICS)和低功率有效医学植入(LP-AMI)频带操作的植入式设备，同样存在这样的占空比限制。
随着针对MBAN服务的所要求的数据速率增长，占空比限制可以变为针对特定MBAN服务的问题。这样的限制可以限制MBAN频带用于高数据速率MBAN服务。例如，假定具有16位精度的500赫兹(Hz)采样率，12导线实时ECG监测服务可能要求96千比特每秒(Kbps)的应用层数据速率。利用具有250千比特每秒(Kbps)物理层(PHY)数据速率的IEEE802.15.4无线电，满足10％占空比限制是不可能的。此外，甚至对于具有更高的物理层数据速率的其他无线电(例如，IEEE 802.15.6无线电具有近似1兆比特每秒(Mbps)PHY数据速率)，由于通信协议开销(即，PHY、媒体访问控制(MAC)和应用层的开销)，满足这样的限制仍然是具挑战性的。
发明内容
本申请提供了克服以上提到的问题和其他问题的新的并且经改进的系统和方法。
根据一个方面，提供了一种用于维持医学体域网(MBAN)的系统。所述系统包括至少一个控制器，其被配置为在所述MBAN的一个或多个信道上与所述MBAN的设备通信。所述一个或多个信道包括主信道，并且所述设备中的每个设备被分配到所述一个或多个信道中的一个信道。至少一个处理器还被配置为连续地监测所述一个或多个信道中的每个信道的占空比，并且响应于所述主信道的占空比满足或超过占空比限制，将所述设备中的设备移动到次级信道。
根据另一方面，提供了一种用于维持MBAN的方法。所述方法包括在所述MBAN的一个或多个信道上与MBAN的设备通信。所述一个或多个信道包括主信道，并且所述设备中的每个设备被分配到所述一个或多个信道中的一个信道。所述方法还包括连续地监测所述一个或多个信道中的每个信道的占空比，并且响应于所述主信道的占空比满足或超过占空比限制，将所述设备中的设备移动到次级信道。
根据另一方面，提供了一种用于维持网络的系统中的协调器设备。所述协调器设备被配置为在所述网络的一个或多个信道上与所述网络的设备通信。所述一个或多个信道包括主信道，并且所述设备中的每个设备被分配到所述一个或多个信道中的一个信道。所述协调器设备还被配置为连续地监测所述一个或多个信道中的每个信道的占空比，并且响应于所述主信道的占空比超过占空比限制，将所述设备中的设备移动到次级信道。
一个优点存在于符合占空比限制。
另一优点存在于在占空比限制内操作的高数据速率MBAN。
本领域技术人员在阅读和理解了以下详细说明之后，将领会到本发明的更进一步的优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于图示说明优选实施例的目的并且不应当被解释为对本发明的限制。
图1图示了医学体域网(MBAN)。
图2图示了基于信标的超帧结构。
图3图示了第一信道和第二信道的基于信标的超帧结构以及多信道通信方案的组合超帧结构。
图4图示了K>2个信道的基于信标的超帧结构以及多信道通信方案的组合超帧结构。
图5图示了根据多信道通信方案的MBAN的维护。
图6图示了装备有多信道通信方案的医学机构。
图7图示了根据多信道通信方案的用于维持MBAN的方法。
具体实施方式
满足施加在医学体域网(MBAN)上的占空比限制的解决方案是对MBAN的传感器设备处的源数据进行数据压缩以降低待发射的数据量。然而，该解决方案具有一些缺点。该方法迫使对传感器设备的计算和存储能力的额外要求，其然后可能增加传感器设备的成本。此外，该解决方案可以影响传感器设备的电池寿命，其依赖于压缩算法。甚至更进一步的，简单无损压缩算法可能不能够实现足够高的压缩比来满足占空比限制。此外，压缩算法可以增加医学数据传输的延时，其对于延时灵敏服务可能不是可接受的。
现今，大多数射频(RF)无线电能够在可以覆盖若干频带的宽频范围上工作。例如，电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.4和未来IEEE 802.15.6无线电通常在2300-2500兆赫兹(MHz)频率范围内工作，其覆盖美国MBAN频带(即，2360-2400MHz)、2.4吉赫兹(GHz)工业、科学和医学(ISM)频带(即，2400-2483.5MHz)和提出的欧洲MBAN频带(即，2483.5-2400MHz)。即使与MBAN频带相比较2.4GHz ISM频带是“脏的”(即，更可能具有干扰)，2.4GHzISM频带也总是可用于MBAN操作。因此，2.4GHz ISM频带开放以同时地在不同的频带中操作MBAN，从而将来自MBAN频带中的信道的一些流量卸载到MBAN频带外部的(一个或多个)其他信道，使得能够满足占空比限制。
根据本申请，提供了多信道通信方案以使能具有占空比限制的专用MBAN频带中的高数据速率医学服务。MBAN频带中的至少一个信道和MBAN频带外部的至少一个信道由MBAN被用于通信。MBAN的集线器设备在所有信道上进行操作，同时传感器设备可以仅在一个信道上进行操作。当传感器设备与集线器设备建立连接时，其提供关于其应用和要求的数据(例如，数据速率、优先级等)。基于所提供的数据，集线器设备将信道和/或时间表分配到传感器设备以确保符合占空比限制。在操作期间，集线器设备可以调节其传感器设备的信道和/或时间表分配以适于MBAN中的改变并优化MBAN的设备的电池寿命。
参考图2-4，更详细地描述了多信道通信方案。为了便于讨论，在IEEE802.15.4无线电的背景下进行描述。然而，多信道通信方案已经与其他类型的无线电(诸如IEEE802.15.6无线电)的使用。同样地，为了便于讨论，描述仅限于两个信道。然而，多信道通信方案能够扩展到超过两个信道。
具体参考图2，当MBAN被发起为在具有占空比限制的MBAN频带中操作时，MBAN的集线器设备挑选MBAN频带中的信道(在下文中为“主信道”)并且开始信标传输以在主信道上建立基于信标的超帧结构。如所示的，超帧结构包括跟随有活动时段和不活动时段的信标。最受欢迎的MBAN无线解决方案，诸如IEEE 802.15.6和IEEE 802.15.4，支持基于信标的超帧结构。例如，IEEE 802.15.4允许使用具有竞争访问时段和无竞争时段的超帧结构。
一旦集线器设备开始信标传输，则集线器设备能够处理主信道上的传感器设备关联请求以建立集线器与传感器设备之间的MBAN通信，如在IEEE 802.15.4协议中所描述的。在主信道的信标中，集线器设备包括最小允许优先级，其定义MBAN设备针对其必须具有以与主信道上的集线器设备相关联的最小优先级。基于其测量的数据的重要性，每个传感器设备具有预分配的优先级。如果集线器设备仅在一个信道上操作，则主信道的优先级被设定为“0”以允许所有传感器设备发起设备关联流程。
如果MBAN传感器设备被配置为加入MBAN，则其首先扫描MBAN信道来定位主信道的信标。一旦其从主信道接收信标，则其将信标中的最小允许优先级与其优先级相比较以确定其是否被允许与主信道上的MBAN相关联。如果其优先级比信标的最小允许优先级更低，则所述传感器设备不与主信道上的MBAN相关联。替代地，其扫描次级频带(诸如ISM频带)中的信道以查看MBAN是否具有次级信道。如果未找到次级信道，则传感器设备报告关联错误。
除了处理关联请求之外，集线器设备连续地监测主信道上的其MBAN的占空比。例如，集线器设备能够监测竞争访问时段和无竞争时段中的传输时间(即，占空比)。竞争访问时段是其中MBAN设备使用随机访问机制(诸如载波监听多址接入/冲突避免(CSMA/CA))来获得信道访问的时段。无竞争时段是其中MBAN设备使用由集线器设备分配的保障时间槽。竞争访问时段通常用于非周期事件驱动的数据传送，而无竞争时段通常用于周期性生命体征测量。
利用连续监测的占空比，集线器设备能够评价其MBAN是否能够满足占空比限制。如果集线器设备确定其MBAN超过占空比限制(例如，由于由非预期的医学事件所触发的突发数据传送)，则其选择诸如2.4GHz ISM频带的次级频带中的次级信道，并且开始信标传输以在次级信道上建立基于信标的超帧结构。如在图3中所示，对主信道和次级信道(相应地被图示为信道1和信道2)的活动时段进行控制，因此其彼此不重叠。这允许集线器设备以与时分多址(TDMA)类似的方式在两个信道上工作。
参考图3，主信道和次级信道的两个超帧具有相同时段但是能够在竞争访问时段的长度和无竞争时段的长度方面具有不同的结构。MBAN频带中的主信道针对“重要的”数据传输被保留并且能够仅由高优先级MBAN设备访问。通常在ISM频带中的次级信道被用于所有其他通信并且能够仅由MBAN的所有设备访问。两个超帧属于相同MBAN并且共享相同网络识别符(ID)和设备短地址。一旦MBAN设备与MBAN相关联，则其在由集线器设备允许的情况下能够在这两个信道上操作。这将与独立于彼此的两个分离的信道中操作的两个分离的MBAN形成对比。
在主信道上(即，在MBAN频带中)发射的信标中，发射关于次级信道的超帧结构的数据。在图3中，信标被缩写为“BP”(针对信标包)。关于次级信道的数据能够包括识别次级信道所处的位置数据(例如，中心频率或信道数目)和识别次级信道的超帧结构的定时的定时数据(例如，次级信道上的下一超帧信标传输相对于主信道上的当前信标传输的开始的定时偏移、竞争访问时段和无竞争时段结构数据等)。关于次级信道的数据辅助被分配到次级信道上通信的主信道的MBAN传感器设备(即，具有超过主信道的最小允许优先级的优先级的传感器设备)。在主信道上发射的信标还包括针对仅被分配到主信道的那些MBAN设备的超帧结构数据和其他相关数据(例如，GTS分配、待决地址等)。
分配到主信道的设备被允许访问次级信道(即，通常在ISM频带中的信道)。例如，分配到主信道的设备能够在次级信道的竞争访问时段中进行基于竞争的信道访问。一旦集线器设备开始在次级信道上的操作，则其可以改变主信道的最小允许优先级，以防止低优先级未连接的MBAN设备在主信道上进行关联。
在次级信道上发射的信标具有与由IEEE 802.15.4定义的信标相同的结构。此外，在次级信道上发射的信标包括针对仅被分配到次级信道的MBAN设备(即，具有小于主信道的最小允许优先级的优先级的设备)的超帧结构数据和其他相关数据(例如，GTS分配、待决地址等)。分配到次级信道(即，ISM频带中的信道)的设备不被允许访问主信道(即，MBAN频带中的信道)。这保证主信道的占空比是可管理的。
在集线器设备确定主信道上的其MBAN操作将超过占空比限制的情况下，其使从MBAN频带中的主信道到通常地在ISM频带中的次级信道的一些通信偏移，使得主信道的占空比降低并且满足占空比限制。在该方面中，集线器设备选择当前分配到主信道的一个或多个MBAN设备并且将这些设备移动到次级信道。对选择准则进行设计以便进行如下各项中的一项或多项：1)尽可能多地保持主信道上的高优先级设备以维持服务质量，因为MBAN频带中的信道通常比ISM频带中的信道更干净；并且2)允许尽可能多的传感器设备仅在一个信道上操作，使得信道开关操作被最小化以节省传感器设备电力。
一旦选择了待移动的设备，集线器设备分配针对具有主信道上的GTS分配的所选择的设备的次级信道上的GTS时间槽。然后，在次级信道的信标中发射新的GTS分配数据。此外，集线器设备利用包括所选择的设备的地址的信道开关命令(或一系列信道重新排列命令)来通知所选择的设备，并且一旦确认所有所选择的设备切换到次级信道或者预定义等待时间段期满，则释放主信道上的所选择的设备的GTS分配。
当主信道上的传感器设备从其集线器设备接收信道开关命令时，其切换到次级信道并且使用其从主信道的信标接收的次级信道的数据来辅助在次级信道上的定时同步。在次级信道上，所移动的设备不需要执行重新关联。其接收次级信道的信标以得到必要的数据(例如，其新GTS分配，如果有的话)并且然后恢复其次级信道上的通信。如果信道开关操作失败，则所移动的设备变为孤儿设备并且执行重新关联。对于那些所移动的设备而言，所分配的信道变为次级信道。因此，所移动的设备能够仅访问次级信道并且不能够回到主信道。相反，被分配到主信道的设备可以从主信道的信标获得关于次级信道的数据并且被允许访问次级信道(例如，在次级信道上的竞争访问时段中进行基于竞争的信道访问)。
当集线器设备在两个信道上操作时，如果集线器设备允许，则新传感器设备能够在任一信道上关联。如果这样的关联被集线器设备接受，则集线器设备将挑选信道作为经分配的信道，并且如果所分配的信道不是当前信道，则可以将信道开关命令发送到新关联的设备切换到其所分配的信道的请求。通过这种方式，每个设备具有分配的信道。
在集线器设备在两个信道上操作的情况下，如果集线器设备检测到其MBAN的总占空比(即，主信道和次级信道两者的占空比的和)下降到占空比限制以下，则集线器设备可以决定切换回到单信道操作。如果这样的话，集线器设备分配在主信道上的GTS时间槽以替换在次级信道上的GTS分配。然后，在主信道的信标中发射新的GTS分配数据，并且从主信道的信标移除关于次级信道的数据。此外，集线器设备利用信道开关命令通知次级信道上的设备。在该信道开关命令中，能够包括信标定时数据，以帮助次级信道的设备采集主信道上的同步。
当次级信道上的设备从其集线器设备接收信道开关命令时，其切换到主信道。在主信道上，所移动的设备不需要执行重新关联。其接收主信道的信标以得到必要的数据(例如，其新的GTS分配)并且恢复其在主信道上的通信。如果信道开关操作失败，则设备变为孤儿设备并且执行重新关联。在次级信道的所有设备切换到主信道或者预定义等待时间段期满之后，集线器设备停止在次级信道上的操作并且仅在主信道上操作。此外，集线器设备可以将最小允许优先级重置为“0”。
总而言之，MBAN能够以与TDMA类似的方式同时地操作多个信道。信道可以定位在多个频带上：通常具有规则占空比限制的MBAN频带(例如，2360-2400MHz)和没有占空比限制的次级频带(例如，2.4GHz ISM频带)。集线器设备具有MBAN频带中的主信道并且可以具有次级频带中的次级信道。
MBAN集线器设备负责MBAN的建立。其维持在其操作信道中的每个操作信道上的基于信标的超帧结构以促进MBAN传感器设备介质访问。对所有信道的活动时段进行定时，因此其彼此不重叠，从而允许集线器设备以与TDMA类似的方式在这些信道上操作。为了建立MBAN，集线器设备选择MBAN频带中的主信道并且开始主信道上的信标传输。在主信道的信标中，发射最小允许优先级P。每个传感器设备具有预分配的优先级，并且加入MBAN的未连接的传感器设备检查信标中所接收的最低允许优先级，以决定其是否具有足够高的优先级来与主信道上的MBAN相关联。当集线器仅操作单个信道时，最低允许优先级可以设定为“0”，以允许具有任何优先级的MBAN传感器设备与主信道上的MBAN相关联。
参考图4，集线器设备连续地监测12主信道(被图示为信道1)的占空比，以确定14占空比是否超过占空比限制。如果确定14占空比超过占空比限制，则集线器设备确定16MBAN频带外部的次级信道(被图示为信道2)是否存在。如果不是的话，集线器设备选择18MBAN频带外部的次级信道并且发起18在次级信道上的操作。在发起在次级信道上的操作时，集线器设备在主信道的信标中广播关于次级信道的数据。被分配到主信道的设备能够使用这样的数据来访问次级信道，但是被分配到次级的设备不能够访问主信道。
如果次级信道存在，或者一旦发起次级信道，则集线器设备选择20主信道上的设备以移动到次级信道，从而将一些流量从主信道卸载到次级信道。集线器设备基于对应的优先级和时间表来选择设备。在选择20设备之后，在针对所选择的设备的次级信道上分配22GTS，以替换主信道上的对应的GTS分配。此外，所选择的设备被命令24切换到次级信道。一旦所选择的设备完成所述切换，则在主信道上释放26对应的GTS分配，并且集线器设备恢复对主信道的占空比的监测12。
如果主信道的占空比不超过占空比限制，则做出关于次级信道是否存在以及总占空比(即，主信道和次级信道的占空比的和)是否小于占空比限制的确定28。如果不是的话，集线器设备继续监测12主信道的占空比。如果是这样的话，集线器设备分配30主信道上的GTS，以替换次级信道上的那些GTS。此外，次级信道的设备被命令32切换到主信道。一旦次级信道的设备完成所述切换，则次级信道上的操作停止34并且集线器设备继续监测12主信道的占空比。所述停止包括移除关于次级信道在主信道的信标中的数据。
尽管前述讨论限于两个信道，但是应当理解，能够采用额外的信道。在该方面中，MBAN频带中的信道(通常包括占空比限制)被用作主信道，并且一个或多个其他频带中的一个或多个信道可以用作次级信道。如上文，主信道的信标包括允许向次级信道的传输的数据，并且主信道和次级信道中的活动时段是非重叠的，以允许集线器设备以与TDMA类似的方式操作。图5图示了K>2个信道的基于信标的超帧结构以及组合的超帧结构。在图5中，主信道对应于信道1，并且次级信道对应于信号2-K。此外，信标被缩写为“BP”。
多信道方案通常是MBAN无线电的媒体访问控制(MAC)和应用层协议的部分。其遵从IEEE 802.15.4和802.15.6协议并且能够被实施为MBAN无线电的固件或软件。此外，多信道通信方案能够被用于基于MBAN的患者监测系统，其中，MBAN可以在专用MBAN频带、2.4GHzISM频带和/或甚至其他RF频带中工作。其还能够被用于需要在具有占空比限制的专用频带中操作的其他无线应用(例如，无线植入式设备)。
参考图6，医学机构50包括实施多信道通信方案的一个或多个MBAN系统52。MBAN系统52各自与患者54相关联并且各自被部署为捕获患者54的生理数据。此外，MBAN系统52中的每个包括一个或多个传感器设备56、58和集线器设备60，其充当在MBAN系统52的MBAN 62上通信的协调器设备。
MBAN 62是在专用MBAN频带(诸如在美国的2360兆赫兹(MHz)到2400MHz频带和在欧洲提出的2483.5MHz到2500MHz频带)中操作的低功率、短程无线网络。MBAN频带包括占空比限制，诸如在欧洲提出的10％占空比限制。当接近MBAN频带的占空比限制时，MBAN 62还在一个或多个其他频带(诸如2.4GHz ISM频带)中操作。MBAN频带和其他频带被划分为由集线器设备60管理的信道。MBAN 62具有任何类型，但通常是电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.6和IEEE 802.15.4j MBAN中的一个。
传感器设备56、58实时捕获患者54的生理数据，诸如心率、呼吸率、血压、心电图(ECG)信号等，并且将数据转发到MBAN 62上的集线器设备60。传感器设备56、58通常被布置在患者54的外部。例如，传感器设备56、58能够是身体上和/或可穿戴传感器设备。然而，在一些实施例中，传感器设备56、58额外地或备选地被布置在患者54中和/或患者54附近。
传感器设备56、58中的每个包括控制器64、66、通信单元68、70和用于测量患者54的至少一个生理参数的至少一个传感器72、74。控制器64、66使用传感器72、74捕获生理数据并且使用通信单元68、70将所捕获的生理数据发射到集线器设备60。一旦接收到所捕获的生理数据，则控制器64、66通常发射所捕获的生理数据。然而，在一些实施例中，控制器64、66将所捕获的生理数据缓存或以其他方式存储在传感器设备56、58的至少一个存储存储器76、78中，并且仅在量超过阈值时发射所缓存的生理数据。控制器64、66还通过被包括的模块80、82来实施多信道通信方案。模块80、82通常是存储在控制器64、66的程序存储器上并且由控制器64、66的处理器运行的软件模块。通信单元68、70使用由集线器设备60管理的信道与MBAN 62上的集线器设备60通信。信道是基于存储在对应的存储存储器76、78中的传感器设备56、58的对应的优先级84、86来管理的。
通常，使用通信单元68、70将所捕获的生理数据直接发射到集线器设备60。然而，在一些实施例中，所捕获的生理数据被间接地发射到集线器设备60。例如，传感器设备56、58能够将生理数据发射到具有例如身体耦合通信的患者携带的单元。患者携带的单元然后能够将来自所有传感器设备56、58的生理数据发射到集线器设备60。
集线器设备60进行如下各项中的一项或多项：1)收集来自传感器设备56、58的生理数据；2)根据多信道通信方案来管理传感器56、58(例如，充当个人局域网(PAN)协调器)和信道；3)通常实时本地处理所收集的生理数据；并且4)将所收集的生理数据传送到医学机构50的患者监测系统88。集线器设备60通常被布置在患者54附近。此外，集线器设备60通常是如下各项之一：本地床侧监测单元、手机、机顶盒和其他无线设备。
集线器设备60的控制器90控制集线器设备60的MBAN通信单元92以设立MBAN 62、将传感器设备56、58和其他设备与MBAN 62关联/解关联、管理MBAN频带和其他频带的信道等。控制器90通过被包括的模块94根据多信道通信方案来执行前述内容。模块80、82通常是存储在控制器64、66的程序存储器上并且由控制器64、66的处理器运行的软件模块。此外，控制器90使用MBAN通信单元92采集来自传感器设备56、58的所捕获的生理数据。MBAN通信单元92使用MBAN 62与传感器设备56、58通信并且为控制器90提供对MBAN 62的接口。
在一些实施例中，通过控制器90将由控制器90收集的生理数据传送给患者监测系统88。通常，一旦接收到所收集的生理数据，则控制器90立即将所收集的生理数据传送到患者监测系统88。备选地，在一些实施例中，控制器90将所收集的生理数据缓存或以其他方式存储在集线器设备60的存储存储器96中并且仅在量超过阈值时传送所缓存的生理数据。
控制器90使用回程通信单元100通过通信网络98(诸如有线以太网、Wi-Fi或第三代(3G)或第四代(4G)蜂窝网络)将所收集的生理数据传送到患者监测系统88。与MBAN 62相比，回程通信网络98通常是远程的。当回程通信网络98包括无线接口时，其包括针对无线通信的一个或多个回程接入点102。回程通信单元100使用回程通信网络98与患者监测系统88通信并且为控制器90提供对回程通信网络98的接口。
在一些实施例中，控制器90使用临床决策支持(CDS)引擎104本地处理所收集的生理数据。CDS引擎104通常是由控制器90的处理器运行的软件。CDS引擎104基于所收集的生理数据提供以患者为中心的个性化监测服务。在一些实施例中，CDS引擎104还基于在回程通信网络98的一个或多个患者数据储存库106中可用的其他患者相关医学数据(例如，电子病历(EMR)、实验室报告等)来提供以患者为中心的个性化监测服务。CDS引擎104使用患者数据(即，所收集的生理数据和/或其他患者相关医学数据)来评价和预测患者状况和/或根据需要生成智能警报。
响应于检测到警报状况，CDS引擎104使用例如集线器设备60的用户输出设备108(例如，显示设备)来生成报警消息，诸如音频和/或视觉报警消息。额外地或者备选地，CDS引擎104使用MBAN或回程通信单元92、100将警报消息发射到远程系统或设备，诸如患者监测系统88，以便允许远程系统或设备处理警报和/或警告临床医师。
患者数据储存库106将针对医学机构50的患者54的患者医学患者数据存储在患者数据储存库106的一个或多个存储存储器110中。患者数据的范例包括电子病历(EMR)、医学历史数据、实验室报告、生理数据和其他相关患者数据。在一些实施例中，患者数据储存库106还将对于CDS引擎(诸如CDS引擎104)的临床决策支持算法有用的其他医学数据存储在存储存储器110中。这样的其他医学数据的范例包括医学知识、人口统计和/或地理医学数据等。
患者数据储存库106中的每个包括通信单元112和控制器114。通信单元112允许控制器114与回程通信网络98通信，并且控制器114使存储存储器110中的数据可用于回程通信网络98上的外部设备和/或系统。
患者监测系统88进行如下各项中的一项或多项：通过回程通信网络98上的MBAN系统52的集线器设备60接收传送到其的生理数据；2)分析所接收的生理数据；3)将所接收的生理数据存储在患者监测系统88的存储存储器116中或外部存储器中；并且4)基于所接收的生理数据来实时提供监测、诊断和治疗服务中的一个或多个。患者监测系统88通常具有对患者数据储存库106的访问权，以促进前述任务的性能。此外，患者监测系统88远离MBAN系统52并且通常为MBAN系统的中心。
患者监测系统80的控制器118控制患者监测系统88的通信单元120以从MBAN系统52接收生理数据。通信单元120与回程通信网络98通信并且为控制器118提供对回程通信网络98的接口。所接收的生理数据通常被存储在患者监测系统88的存储存储器116中。
在一些实施例中，控制器118使用CDS引擎122本地处理所接收的生理数据。CDS引擎122通常是由控制器118的处理器运行的软件。CDS引擎122基于所收集的生理数据来提供以患者为中心的个性化监测服务。在一些实施例中，CDS引擎122还基于患者数据储存库106中可用的其他患者相关医学数据(例如，EMR、实验室报告等)来提供以患者为中心的个性化监测服务。对于针对其接收生理数据的患者的全部或子集而言，CDS引擎122使用患者数据(即，所收集的生理数据和/或其他患者相关医学数据)来评价和预测患者状况和/或根据需要生成智能警报。
响应于检测到警报状况，CDS引擎122使用例如患者监测系统88的用户输出设备124(例如，显示设备)生成报警消息，诸如音频和/或视觉报警消息。额外地或者备选地，CDS引擎122使用通信单元120将警报消息发射到远程系统或设备，以便允许远程系统或设备处理警报和/或警告临床医师。
简而言之，仅描述单个患者监测系统88。然而，在一些实施例中，采用多个患者监测系统。在这样的实施例中，医学机构50的MBAN系统52被分配到使用被设计为跨患者监测系统分布MBAN系统52的任何方案的可用患者监测系统。例如，患者监测系统中的每个能够被分配医学机构50的服务区域，并且MBAN系统52中的每个能够被分配到对应于该MBAN系统52内的服务区域的患者监测系统。
参考图7，提供了一种用于维持MBAN 62的方法150。MBAN 62包括通过执行方法150来管理MBAN 62的设备56、58(通常为传感器设备)的集线器或协调器设备60。根据方法150，集线器或协调器设备60在一个或多个通信信道上与管理的设备56、58通信152。一个或多个通信信道包括通常在专用MBAN频带中的具有占空比限制的主信道，并且可以包括通常在ISM频带中的一个或多个次级信道。
基于优先级，将所管理的设备56、58中的每个设备分配154到一个或多个信道中的一个信道。在该方面中，所管理的设备56、58各自包括预分配的优先级，并且主信道包括基于主信道的占空比由集线器或协调器设备60管理的最小允许优先级。在最小允许优先级为零的情况下，所管理的设备56、58全部被分配到主信道。在最小允许优先级为非零的情况下，高优先级设备被分配到主信道，并且低优先级设备被分配到一个或多个次级信道。具有小于最小允许阈值的对应的优先级的所管理的设备56、58是低优先级设备，并且具有高于最小允许阈值的对应的优先级的所管理的设备56、58是高优先级设备。高优先级设备能够在次级信道上通信，然而低优先级设备仅能够在次级信道上通信。
连续地监测156集线器或协调器设备60操作基于的所有信道的占空比。响应于主信道的占空比超过占空比限制，被分配到主信道的设备中的一些设备被移动158到次级信道。在集线器或协调器设备60不在次级信道上操作的情况下，首先发起在次级信道上的操作。响应于一个或多个信道的总占空比下降到占空比限制以下，被分配到次级信道的所有设备56、58被移动160到主信道。此外，次级信道上的操作停止。
如在本文中所使用的，存储器包括如下中的一项或多项：非瞬态计算机可读介质；磁盘或其他磁存储介质；光盘或其他光学存储介质；随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、或其他电子存储器设备或芯片或操作性地互连的芯片的集合；可以经由互联网/内联网或局域网从其检索所存储的指令的互联网/内联网服务器；等等。此外，如在本文中所使用的，处理器包括如下中的一个或多个：微处理器、微控制器、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等；控制器包括至少一个存储器和至少一个处理器，处理器执行存储器上的处理器可执行指令，或者包括实施方法的专用硬件；通信单元包括收发器；用户输入设备包括如下中的一个或多个：鼠标、键盘、触摸屏显示器、一个或多个按钮、一个或多个开关、一个或多个切换等；并且显示器包括如下中的一个或多个：LCD显示器、LED显示器、等离子显示器、投影显示器、触摸屏显示器等。
已参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解前述详细说明之后可以进行修改和变型。本发明旨在被理解为包括所有这样的修改和变型，只要其落入权利要求或其等价方案的范围之内。
Claims (13)
1.一种用于维持医学体域网(MBAN)(62)的系统(52)，所述系统(52)包括：
至少一个控制器(90)，其被配置为：
在所述MBAN(62)的一个或多个信道上与所述MBAN(62)的设备(56、58)通信，所述一个或多个信道包括主信道，并且所述设备(56、58)中的每个设备被分配到所述一个或多个信道中的一个信道；
连续地监测所述一个或多个信道中的每个信道的占空比；并且
响应于所述主信道的所述占空比满足或超过占空比限制，将所述设备(56、58)中的一个设备(56、58)移动到次级信道；
其中，所述一个或多个信道还包括所述次级信道，并且
其中，所述至少一个控制器(90)还被配置为使用基于信标的超帧结构在所述主信道和所述次级信道中的每个信道上与所述设备(56、58)通信；
其中，所述主信道和所述次级信道上的活动传输的时段是非重叠的；
其中，所述主信道的信标包括关于所述次级信道的所述超帧结构的数据。
2.根据权利要求1所述的系统(52)，其中，所述控制器(90)还被配置为：
响应于所述主信道的所述占空比满足或超过所述占空比限制，发起在所述次级信道上的操作。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的系统(52)，其中，所述设备(56、58)中的每个设备包括优先级，其中，所述主信道包括最小允许优先级，并且其中，所述至少一个控制器(90)还被配置为：
基于相对于所述最小允许优先级的所述优先级，将所述设备(56、58)中的每个设备分配到所述一个或多个信道中的一个信道。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的系统(52)，其中，所述至少一个控制器(90)还被配置为：
响应于所述一个或多个信道的总占空比下降到所述占空比限制以下并且所述一个或多个信道包括所述次级信道，将分配到所述一个或多个信道的所述次级信道的所有设备(56、58)移动到所述主信道。
5.根据权利要求4所述的系统(52)，其中，所述至少一个控制器(90)还被配置为：
响应于所述一个或多个信道的所述总占空比下降到所述占空比限制以下并且所述一个或多个信道包括所述次级信道，停止在所述次级信道上的操作。
6.根据权利要求1-2中的任一项所述的系统(52)，其中，所述主信道和所述次级信道的所述超帧结构共享公共网络识别符(ID)和设备短地址。
7.根据权利要求1-2中的任一项所述的系统(52)，其中，所述主信道包括具有占空比限制的被分配用于MBAN用途的信道，并且其中，所述次级信道包括被分配用于一般用途的信道。
8.一种用于维持医学体域网(MBAN)的方法(150)，所述方法包括：
在所述MBAN(62)的一个或多个信道上与所述MBAN(62)的设备(56、58)通信(152)，所述一个或多个信道包括主信道和次级信道，并且所述设备(56、58)中的每个设备被分配到所述一个或多个信道中的一个信道；
连续地监测(156)所述一个或多个信道中的每个信道的占空比；
响应于所述主信道的所述占空比满足或超过占空比限制，将所述设备(56、58)中的一个设备(56、58)移动(158)到次级信道；
使用基于信标的超帧结构在所述主信道和所述次级信道中的每个信道上与所述设备(56、58)通信；
其中，所述主信道和所述次级信道上的活动传输的时段是非重叠的；
其中，所述主信道的信标包括关于所述次级信道的所述超帧结构的数据。
9.根据权利要求8所述的方法(150)，其中，所述设备(56、58)中的每个设备包括优先级，其中，所述主信道包括最小允许优先级，并且其中，所述方法还包括：
基于相对于所述最小允许优先级的所述优先级，将所述设备(56、58)中的每个设备分配(154)到所述一个或多个信道中的一个信道。
10.根据权利要求8和9中的任一项所述的方法(150)，还包括：
响应于所述一个或多个信道的总占空比下降到所述占空比限制以下并且所述一个或多个信道包括所述次级信道，将分配到所述一个或多个信道中的所述次级信道的所有设备(56、58)移动(160)到所述主信道。
11.根据权利要求10所述的方法(150)，还包括：
响应于所述一个或多个信道的所述总占空比下降到所述占空比限制以下并且所述一个或多个信道包括所述次级信道，停止在所述次级信道上的操作。
12.根据权利要求8-9中的任一项所述的方法(150)，其中，所述主信道包括具有占空比限制的被分配用于MBAN用途的信道，并且其中，所述次级信道包括被分配用于一般用途的信道。
13.至少一个控制器(90)，其被配置为执行根据权利要求8-12中的任一项所述的方法(150)。
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