CN107071870A - 通信装置和通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供通过缩短数据通信的待机时间而降低功耗的通信方法、用于实现其的装置、系统和程序。提供一种用于按照特定通信协议通信的装置。上述装置包括用于生成连接请求帧的中央处理器，所述连接请求帧包含根据所述通信协议而请求与其他装置的连接的规定字段，当将所述连接请求帧的所述规定字段设定为特定值且从所述其他装置接收允许连接请求的连接分配帧时，所述中央处理器在用于与所述其他装置通信而在被给定的期间内的规定时机开始数据通信。

Description

通信装置和通信方法
技术领域
本发明涉及通信装置和通信方法。
背景技术
近几年，如同医疗服务，将信息通信技术运用在利用有与人体紧贴配置的设备的领域中的研究活跃地展开。IEEE802委员会提出以用于人体局域网(Body Area Network；BAN)应用的近距离低功耗无线通信为目的的IEEE802.15.6标准协议。
IEEE802.15.6协议定义了用于在身体中(in-body)、身体上(on-body)或者身体附近(off-body)运行的无线BAN(也称为WBAN)的物理(physical；PHY)层和介质访问控制(medium access control；MAC)子层。在这里，身体并不限于人体，也不排除应用于动物或其他的具有与人相似传播环境的有机体等的可能性。
按照IEEE802.15.6协议，属于BAN网络的装置作为集线器(hub)或者节点(node)发挥作用，并由一个集线器和一个或者多个节点形成一个独立的网络。例如，为了管理使用者的健康状态而安装在身体上的脉搏计、心电图仪、加速度传感器等小型传感器终端成为节点，从各传感器收集数据的终端成为集线器。由于作为集线器的终端既不需要直接安装在使用者的身体上，也不必与多个传感器连接而收集数据，因此同作为节点的传感器终端相比，通常具有较大的电池容量。与之相对，由于节点主要由小型电池驱动，因此为了延长可驱动时间而抑制消耗于通信的功率较为重要。
迄今为止，如国际公开WO2013/014757号所披露，在双向的bilink通信中，在给定的时隙分配(allocation slot)中，节点等待来自集线器的发送指令(poll)或者接收来自集线器的数据，然后进行数据的发送。
专利文献1：WO2013/014757号公报
发明内容
按照上述的现有技术，节点应该保持可接收状态直到从集线器接收发送指令或者数据为止。尤其是在具有时隙分配可前后偏移的非预定分配(unscheduled allocation)的情况下，其待机时间可能会变得非常长。这种待机时间则成为增大节点功耗的原因。
本发明的目的在于提供通过缩短用于数据通信的待机时间而减少终端功耗的通信方法以及用于实现该通信方法的装置。
本发明的一种方式为一种用于按照特定通信协议的通信的装置，其包括中央处理器，所述中央处理器按照所述通信协议而生成用于请求与其他装置连接的连接请求帧，所述连接请求帧包含规定字段，当将所述连接请求帧的所述规定字段设定为特定值且从所述其他装置接收允许连接请求的连接分配帧时，所述中央处理器在用于与所述其他装置通信而给定的期间内的规定时机开始数据通信。
并且，本发明的另一方式为一种用于按照特定通信协议通信的装置，其包括中央处理器，所述中央处理器按照所述通信协议而生成用于允许与其他装置连接请求的连接分配帧，所述连接分配帧包含规定字段，当将所述连接分配帧的所述规定字段设定为特定值时，所述中央处理器不向所述其他装置发送数据帧而待机到所述其他装置开始数据通信时为止。
按照本发明，能够减少与通信中关联的终端的功耗。
通过结合下述的详细叙述和下面的附图，能够更深刻地理解本申请。这些附图仅为示例，并不限定本发明的范围。
附图说明
图1为表示BAN结构的图。
图2为表示本发明一实施方式的通信系统的框图。
图3为表示集线器或者节点内的PHY层和MAC子层的图。
图4为表示BAN的时间参照基准的图。
图5表示在信标模式的信标周期内的访问期间的布局。
图6(A)为表示MAC帧格式的图，(B)为表示MAC帧头格式的图，(C)为帧控制(FrameControl)字段格式的图，(D)为表示MAC帧体格式的图。
图7为表示连接请求(Connection Request)帧的帧有效载荷格式的图。
图8(A)为表示连接请求帧的Uplink Request IE、Downlink Request IE、BilinkRequest IE或Type-IUnscheduled Bilink Request IE格式的图、(B)为表示上述IE的Allocation Request字段格式的图。
图9(A)为连接请求帧的Type-IIUnscheduled Bilink Request IE格式的图、(B)为表示上述IE的Type-IIUnscheduled Allocation Request字段格式的图。
图10为连接分配(Connection Assignment)帧的帧有效载荷格式的图。
图11(A)为表示连接分配帧的Uplink Assignment IE、Downlink Assignment IE、Bilink Assignment IE或Type-IUnscheduled Bilink Assignment IE格式的图、(B)为表示上述IE的Allocation Assignment字段格式的图。
图12(A)为表示连接分配帧的Type-IIUnscheduled Bilink Assignment IE的格式的图、(B)为表示上述IE的Type-IIUnscheduled Allocation Assignment字段格式的图。
图13为表示现有的类型I非计划双向通信进程的信号流图。
图14为表示本发明一实施方式的类型I非计划双向通信进程的信号流图。
图15为用于说明本发明一实施方式的节点运行的流程图。
图16为用于说明本发明一实施方式的集线器运行的流程图。
图17为用于说明本发明其他实施方式的节点运行的流程图。
图18为用于说明本发明其他实施方式的集线器运行的流程图。
图19为用于说明本发明其他实施方式的节点运行的流程图。
图20为用于说明本发明其他实施方式的集线器运行的流程图。
图21(A)为表示本发明一实施方式的电子表型装置外观的图，(B)为表示该装置的硬件结构的框图。
附图标记说明
10 人体局域网(BAN)
20 BAN
200 集线器
210 通信部
212 天线
220 中央处理器
230 存储器
300 节点
310 通信部
312 天线
320 中央处理器
330 存储器
2100 电子表
2110 通信模块
2112 天线
2114 通信部
2116 中央处理器
2120 中央控制部
2130 输入部
2140 显示部
2150 表部
具体实施方式
在本说明书中，尽管主要对将本发明应用于BAN的实施方式进行了说明，但本发明的应用领域并不限于BAN。例如，本发明也可适用于蓝牙(bluetooth(注册商标))、Wi-Fi(注册商标)、Wi-Fi Direct(注册商标)等其他无线通信技术。
下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
[第一实施方式]
图1为表示BAN结构的示意图。BAN10包括起到集线器H作用的装置和起到节点N作用的装置。一个BAN中存在一个集线器，而节点的数目则从0至该集线器的最大可连接节点数目(mMaxBANSize)的范围。在图1所示的例子中，四个节点N1至N4属于BAN，但节点的数目并不限于图示的例子。集线器H为例如智能电话、PDA等移动终端或者包含通信功能的电子表。节点N为例如用于测定或接收生物体信号并传送到集线器H的生物体信号测定装置、生物体信号监测装置或者各种传感器或者包含这些装置的电子表。
图2为表示本发明一实施方式的通信系统的框图。在本实施方式中，通信系统20包括作为集线器发挥作用的装置200和作为节点发挥作用的装置300。尽管图2的示例表示一个节点与集线器通信的情况。但如上述，可与集线器连接的节点的数目并不限于该例子。装置200与一个或者多个节点通信，并控制这些节点。装置300为用于医疗设备、家电产品、个人娱乐设备等一个或多个应用并在身体(并不限于人体)上、内部或者在其周围运行的低功率无线节点。
装置200包括通信部210、中央处理器220和存储器230。中央处理器220处理经由天线212、通信部(或者transceiver)210和/或与网络或者其他BAN网络连结的有线设备(未图示)所交换的信息。天线212收发频率与中央处理器220采用的无线通信方式对应的电波。通信部210包括用于将中央处理器220输入的电信号转换为电磁波或将接收的电磁波转换为电信号并输出到中央处理器220的电路。这种电信号以帧单位收发。在本实施方式中，中央处理器220生成根据BAN协议而向其他装置例如装置300发送的帧并按照BAN协议来处理(例如解码)自其他装置例如装置300接收的帧。中央处理器220可以由软件、固件、硬件或者其组合构成。
存储器230不仅能够用于存储收发的帧的数据(下面称为帧数据)，而且能够涉及存储帧结构、介质访问控制以及电源管理信息等。尤其是能够将涉及装置200与其他装置连接的历史记录(History)的信息(下面称为“历史记录信息”)存储在存储器230中。上述历史记录信息可以包括自其他装置接收的记录在MAC帧中的信息。上述记录在MAC帧中的信息包括例如上述其他装置的MAC容量、PHY容量等。并且，存储器230也可以用于存储由中央处理器220使用的计算机程序命令、软件和/或固件。存储器230可以使用包括组装在通信装置200中的，或与通信装置200可装卸的RAM(Random Access Memory)、ROM(Read OnlyMemory)、闪存或者盘驱动器等任意的存储装置。或者存储器230也可以为组装在中央处理器220中或者与中央处理器220可装卸的任意存储装置。
装置300包括通信部310、中央处理器320和存储器330。中央处理器320处理经由天线312和通信部(或者transceiver)310交换的信息。天线312收发与中央处理器320采用的无线通信方式对应频率的电波。通信部310包括用于将中央处理器320输入的电信号转换为电磁波或将接收的电磁波转换为电信号并输出到中央处理器320的电路。在本实施方式中，中央处理器320生成根据BAN协议而向其他装置例如装置200发送的帧并按照BAN协议而处理自其他装置例如装置200接收的帧。中央处理器320可以由软件、固件、硬件或者其组合构成。
存储器330不仅能够用于存储收发的帧数据，而且能够存储涉及存储帧结构、介质访问控制以及电源管理等信息。尤其是存储器330能够存储记录在从其他装置200接收的MAC帧中的信息。记录在上述MAC帧中的信息包括例如上述其他装置的MAC容量等。并且，存储器330也可以用于存储由中央处理器320使用的计算机程序命令、软件和/或固件。存储器330可以使用包括组装在通信装置300中、或与通信装置300可装卸的RAM(Random AccessMemory)、ROM(Read Only Memory)、闪存或者盘驱动器等任意的存储装置。或者存储器330也可以为组装在中央处理器320中的、或者与中央处理器320可装卸的任意存储装置。
装置200或者300能够与下述设备连结，即、用于监测例如体温、呼吸、心率、血糖等来自身体的数据的传感器、或者提供控制起搏器(pacemaker)、呼吸器、胰岛素泵等功能的设备(未图示)。
图1所示的网络10和图2所示的系统20仅为示例，并非限定本说明书所记载的能够实现帧生成方法和处理方法的系统或者设备的范围。按照本发明进行通信的任意装置属于本发明的范围。
集线器200或者节点300被内部划分成物理(physical或者PHY)层合介质访问控制(MAC)子层。图3表示ISO/OSI-IEEE802参考模型所产生的PHY层和MAC子层。节点与集线器的直接通信发生在PHY层和MAC子层。在本实施方式中，节点或者集线器的PHY层和MAC子层在被给定的时间内使用一个通道运行，但本发明的技术思想并不限于此。
在节点或者集线器内，PHY通过位于MAC之间的PHY服务访问点(Service accesspoint；SAP)向MAC提供服务，MAC通过位于MAC子层正上方的MAC SAP向MAC客户端(上位层)提供服务。发送时，MAC客户端使MAC服务数据单元(MSDU)经由MAC SAP通往MAC子层，MAC子层使MAC帧(MAC协议数据单元或者也称为MPDU)经由PHY SAP通往PHY子层。接收时，PHY层使MAC帧经由PHY SAP通往MAC子层，MAC子层使MSDU经由MAC SAP通往MAC客户。
下面参照图4和图5对介质访问进行说明。如果所有的节点和集线器的介质访问如期规划(计划)，则会建立如图4所示的时间参照基准(time reference base)。为了提供或者伺服BAN内的时间参照分配，无论节点是否发送信标，均会建立将时间轴分割成信标周期(超帧)的时间基准。各信标周期由具有相同长度并附有0、1、…、s(这里s≤255)的时隙分配构成。在这种情况下，集线器在除去非活动超帧的各信标周期(超帧)发送信标，或者不在任何超帧中发送信标。信标是为了通知网络的存在并使节点参加到网络而由节点发送的帧。并且，信标发送便于介质访问协调、节点功率管理、时钟同步化等网络管理。
按照IEEE802.15.6协议，集线器会在下述三种访问模式中的一种模式中运行。
(1)信标周期(超帧)基底信标模式：为了使时间参照分配成为可能，节点将在除去非活动超帧的各信标周期(超帧)中发送信标。
(2)超帧基底非信标模式：尽管对介质的访问包含时间参数并具有超帧和时隙分配，但集线器并不发送信标。集线器仅运营在超帧期间管理的访问期间(Managed AccessPhase：MAP)。
(3)不基于超帧基底非信标模式：对介质的访问不包含时间参照并且集线器不会发送信标。
在包含集线器和一个或者多个节点的网络中，各种访问方法可以用于获得用于节点与集线器之间的帧处理的分配间隔。这种访问方法被大致分为计划(scheduled)访问和非计划(unscheduled)访问。计划访问为节点和集线器根据提前预约(advancereservation)和承诺计划(committed scheduling)而获得用于开始帧处理的计划重复时间间隔的方法。非计划访问为最佳(best-effort)计划访问和轮询(polling)访问的组合。在非计划访问中，集线器给予节点和/或自身用于在上行链路(uplink)、下行链路(downlink)或者双向链路(bilink)中开始帧处理的非重复时间间隔。
帧处理包括管理或者数据型帧。在上行链路中，尽管节点向集线器发送管理和/或数据型帧，但其反向则不成立。在下行链路中，尽管集线器向节点发送管理和/或数据型帧，但其反向则不成立。在双向链路中，尽管节点向集线器发送管理和/或数据型帧，但其反向也成立。
用于伺服非计划访问的集线器和节点能够采用非计划访问以便以最佳方式在下行链路或上行链路中开始帧交换。对非计划访问的伺服被显示在交换的MAC容量(MACCapability)字段内。连接请求帧和连接分配帧能够用于提供提前预约和临时(tentative)分配间隔。为了在超帧基底的信标或者非信标模式中伺服非计划访问，节点在允许发送指令和通知的时间间隔内始终维持活动状态。
图5表示在信标模式的信标周期内的访问期间的布局。如图5所示，在信标模式中，集线器在各活动信标周期内编成访问期间。图5中的B表示信标。在活动超帧中，集线器发送信标并提供访问期间。访问期间用于交换管理、控制和数据型帧。在非活动超帧中，集线器不发送信标，也不提供任何访问期间。
集线器按照图5所示的顺序配置独占访问阶段(Exclusive Access Phase；EAP)1、随机访问阶段(Random Access Phase；RAP)1、管理访问阶段(Managed Access Phase：MAP)、独占访问阶段2、随机访问阶段2、其他管理访问阶段和竞争访问阶段(ContentionAccess Phase：CAP)。为了提供具有不为0长度的CAP，集线器会先于其发送B2帧。当后续的CAP的长度为0时，集线器将不发送B2帧。
为了进行集线器与节点之间的数据通信，节点向集线器发送连接请求，请求用于通信的时隙分配。当集线器允许节点的连接时，在由来自集线器的连接分配帧规定的时隙分配中，集线器和节点进行帧处理。尤其是在双向通信中，节点在被给定的时隙分配中等待接收来自集线器的发送命令或者数据帧(下面也称为“发送许可通知”)并在其后发送数据帧。对于时隙分配可前后偏移的非计划分配，可能会使节点的待机时间变长，从而导致节点的功耗增大。
下面对用于BAN通信的连接请求帧和连接分配帧的MAC帧结构进行详细说明。连接请求帧是为了请求生成或变更与集线器连接而由节点发送的帧。连接分配帧是为了响应连接请求或开始或者变更连接分配而从集线器发送的帧。本发明一实施方式的MAC帧的格式如图6(A)所示。MAC帧包括固定长度的MAC帧头、可变长度的MAC帧体以及固定长度的帧校验序列(Frame Check Sequence；FSC)字段。帧校验序列字段为MAC帧的帧尾(footer)。包含在MAC帧中的字段将在下面详细定义。在下面的图中，包含于MAC帧中的字段按照从左侧至右侧的顺序传送，用点划线绘制的字段为可选择或者选择性不包含的字段。在各字段的上部显示有包含在该字段中的八位字(octet)的数目和对应的八位字传送顺序。保留(reserved)字段在发送时被设定为0，而在接收时被忽略。
图6(B)表示本实施方式的MAC帧头的格式。MAC帧头包括帧控制(Frame control)、接收者(Recipient)ID、发送者(Sender)ID、BAN ID字段。接收者ID被设定为当前帧的接收者的缩写地址(即HID(hub identifier)或者NID(node identifier))、发送者ID被设定为当前帧的发送者的缩写地址(即HID(hub identifier)或者NID(node identifier))，BANID被设定为传送由当前帧的BAN的缩写地址。
本实施方式的帧控制的格式详细地表示在图6(C)中。帧控制的各字段由IEEEStd802.15.6-2012的5.2.1.1部分定义。帧控制字段中的帧子类型(Frame Subtype)和帧类型(Frame Type)字段被设定为按照下述表1显示当前帧的类型。
【表1】
如表1所示，帧类型的值表示当前帧的类型。尤其是，当帧类型值为00时，当前帧为管理帧、若为01则为控制帧、若为10则为数据帧、若为11则为保留帧。帧子类型的值由当前帧的子类型设定。即、帧类型值与帧子类型值的组合表示当前帧的种类。例如，若帧类型值为00且帧子类型值为0000，则当前帧为信标帧，若帧类型值为00且帧子类型值为1000，则当前帧为连接请求帧，若帧类型值为00且帧子类型为1001，则当前帧为连接分配帧。另一方面，若帧类型值为01且子类型值为0000，则当前帧为I-Ack帧。
图6(D)表示本实施方式的MAC帧体的格式。若当前帧为缺省(unsecured)帧时(MAC帧头的帧控制(由Frame Control)字段的安全等级(Security Level)表示)、不存在低阶安全序列号(low-order Security Sequence Number)字段和MIC(Message Integrity Code)字段。帧有效载荷为必须传递至接收者的字段顺序。由节点传递至集线器I-Ack帧不包括有效载荷。由节点传递至集线器I-Ack帧选择性地包括有效载荷。
本实施方式的连接请求帧包括图7所示的具有格式的帧有效载荷。接收者地址(Recipient Address)字段被设定为当前帧的接收者的EUI-48，若未知EUI-48时则设定为0。发送者地址(Sender Address)字段被设定为当前帧的接收者的EUI-48。连接请求帧的帧有效载荷剩余的各字段由IEEEStd802.15.6-2012的5.3.6部分定义。
如图7所示，连接请求帧包括信息要素(information element；IE)，各信息要素包括被设定为用于识别信息要素的值的要素ID字段、长度(Length)字段和信息字段(参照图8(A)和图9(A))。长度字段被设定为以八位字为单位的信息字段的长度。
连接请求帧的上行链路请求(Uplink Request)IE具有图8(A)所示的格式(这里，N为包含在IE中的Allocation Request字段的数目)。Uplink Request IE选择性地包含在连接请求帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式生成或者变更一个或者多个上行链路分配。存在一个或者多个Allocation Request字段，并且各AllocationRequest字段具有图8(B)所示的格式。如图8(B)所示，Allocation Request字段包括1位保留(Reserved)字段。
连接请求帧的下行链路请求(Downlink Request)IE也具有图8(A)和图8(B)所示的格式。Downlink Request IE选择性地包含在连接请求帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式生成或者变更一个或者多个下行链路分配。
连接请求帧的双向链路请求(Bilink Request)IE也具有图8(A)和图8(B)所示的格式。Bilink Request IE选择性地包含在连接请求帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式生成或者变更一个或者多个双向链路分配。
当存在连接请求帧的非计划双向链路请求(Unscheduled Bilink Request)IE字段时，为类型-I非计划双向链路请求(Type-IUnscheduled Bilink Request)IE或者类型-II非计划双向链路请求(Type-II Unscheduled Bilink Request)中的任何一个。Type-IUnscheduled Bilink Request IE也具有图8(A)和图8(B)所示的格式，并选择性地包含在连接请求帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式生成或者变更一个或者多个非计划双向链路分配。Type-II Unscheduled Bilink Request IE具有图9(A)所示的格式(这里，M为包含在IE中的Type-II Unscheduled Bilink Request字段的数目)并选择性地包含在连接请求帧中，以便在不基于超帧基底非信标模式生成或者变更一个或者多个非计划双向链路分配。在Type-II Unscheduled Bilink Request IE中存在一个或者多个Type-II Unscheduled Allocation Request字段，并且各Type-II UnscheduledAllocation Request字段具有图9(B)所示的格式。如图9(B)所示，Type-II UnscheduledRequest字段包括1位保留(Reserved)字段。
本发明一实施方式将用于表示数据通信主导权的信息附加到连接请求帧中。如图8(B)和图9(B)所示，节点定义保留在包含于连接请求帧的IE字段中Allocation Request字段的1位作为主导权(initiative)字段，当节点打算主导与作为该连接请求帧的接收者的集线器的通信时，将上述主导权字段的值设定为1。当如原先一样由集线器主导时则将上述主导权字段的值设定为0。具体而言，当在计划的上行链路分配中由节点主导时，将如图8(B)所示的保留在Uplink Request IE的Allocation Request字段的1位的值设定为1。当在计划的下行链路分配中由节点主导时，将如图8(B)所示的保留在Downlink Request IE的Allocation Request字段的1位的值设定为1。而且，当在计划的双向链路分配中由节点主导时，将如图8(B)所示的保留在BIlink Request IE的Allocation Request字段的1位的值设定为1。另一方面。当在类型-I非计划双向链路分配中由节点主导时，将如图8(B)所示的保留在Unscheduled Bilink Request IE的Allocation Request字段的1位的值设定为1。当在类型-II非计划双向链路分配中由节点主导时，将如图9(B)所示的保留在UnscheduledBilink Request IE的Type-IIUnscheduled Allocation Request字段的1位的值设定为1。
决定是否将节点发送的连接请求帧的主导权字段的值设定为1例如基于节点终端的种类(例如是否为频繁发送数据的装置)、节点电池余量、传送数据的量和用户设定(是否有用户指示在低功率模式运行)中的至少一种信息。
按照上述实施方式，通过将用于要求数据通信主导权的字段包含在连接请求中，能够实现由节点主导的通信。若节点发送将主导权字段设定为1的连接请求帧，集线器将通信的主导权交给节点。当节点主导通信时，例如能够不等待接收来自集线器的数据帧或接收发送指令即可在适当的时机发送数据帧。即，即使作为用于发送连接请求帧的终端的节点不从作为连接对象一侧终端的集线器接收发送许可通知(也就是不将发送许可通知作为触发器)也能够开始数据通信，因此不需要使等待发送许可通知信息期间的节点为可接收状态，从而能够减少节点的功耗。尤其是在时隙分配可前后偏移的非计划分配中功耗减少的效果显著。
另一方面，在本发明其他实施方式中，集线器将包含主导权字段的连接分配帧发送至节点。本实施方式的连接分配帧包括具有如图10所示格式的帧有效载荷。各个包含在连接分配帧的帧有效载荷中的多个字段由IEEEStd802.15.6-2012的5.3.7部分定义。如图10所示，连接分配帧包含信息要素(IE)字段，各信息要素包含被设定为用于识别信息要素的值的要素ID字段、长度(Length)字段和信息字段(参照图11(A)和图12(A))。长度字段被设定为以八位字为单位的信息字段的长度。
连接分配帧的上行链路分配(Uplink Assignment)IE具有如图11(A)所示的格式(这里，J为包含在IE中的Allocation Assignment字段的数目)。Uplink Assignment IE选择性地包含在连接分配帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中分配或者再分配一个或者多个时隙分配基底的计划上行链路分配给作为该帧的接收者的节点。存在一个或者多个Allocation Assignment字段，并且各Allocation Assignment字段具有图11(B)所示的格式。如图11(B)所示，Allocation Assignment字段包括1位保留(Reserved)字段。
连接分配帧的下行链路分配(Downlink Assignment)IE具有如图图11(A)和图11(B)所示的格式。Downlink Assignment IE选择性地包含在连接分配帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中分配或者再分配一个或者多个时隙分配基底的计划下行链路分配给作为该帧的接收者的节点。
连接分配帧的双向链路分配(Bilink Assignment)IE也具有如图图11(A)和图11(B)所示的格式。Bilink Assignment IE选择性地包含在连接分配帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中分配或者再分配一个或者多个时隙分配基底的计划双向链路分配给作为该帧的接收者的节点。
连接分配帧的非计划双向链路分配(Unscheduled Bilink Assignment)IE字段为类型-I非计划双向链路分配(Type-IUnscheduled Bilink Assignment)IE或者类型-II非计划双向链路分配(Type-II Unscheduled Bilink Assignment)IE中的任何一个。Type-IUnscheduled Bilink Assignment IE具有图11(A)和图11(B)所示的格式，并选择性地包含在连接分配帧中，以便在超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中分配或者再分配一个或者多个时隙分配基底的非计划双向链路分配给作为该帧的接收者的节点。Type-IIUnscheduled Bilink Assignment IE具有图12(A)所示的格式(这里，L为包含在IE中的Type-II Unscheduled Allocation Assignment字段的数目)并选择性地包含在连接分配帧中，以便在不基于超帧基底非信标模式中分配或者再分配一个或者多个帧数基底的非计划双向链路分配给作为该帧的接收者的节点。在Type-II Unscheduled BilinkAssignment IE中存在一个或者多个Type-II Unscheduled Allocation Assignment字段，并且各个Type-II Unscheduled Allocation Assignment字段具有图12(B)所示的格式。如图12(B)所示，Type-II Unscheduled Allocation Assignment字段包括1位保留(Reserved)字段。
在本实施方式中，连接分配帧将保留的Uplink Assignment IE、DownlinkAssignment IE、Bilink Assignment IE和/或Unscheduled Bilink Assignment IE的Allocation Assignment字段的1位定义为主导权字段。当节点主导通信时，将上述主导权字段的值设定为1，当集线器主导通信时，将上述主导权字段的值设定为0。具体而言，如图11(B)所示，当在计划的上行链路分配中节点具有主导权时，将保留的Uplink AssignmentIE的Allocation Assignment字段的1位的值设定为1。如图11(B)所示，当在计划的下行链路分配中节点具有主导权时，将保留的Downlink Assignment IE的AllocationAssignment字段的1位的值设定为1。并且，如图11(B)所示，当在计划的双向链路分配中节点具有主导权时，将保留的Bilink Assignment IE的Allocation Assignment字段的1位的值设定为1。另一方面，如图11(B)所示，当在Type-I非计划的双向链路分配中节点具有主导权时，将保留的Unscheduled Bilink Assignment IE的Allocation Assignment字段的1位的值设定为1。如图12(B)所示，当在Type-II非计划双向链路分配中节点具有主导权时，将保留的Unscheduled Bilink Assignment IE的Type-II Unscheduled AllocationAssignment字段的1位的值设定为1。当如原先一样由集线器主导时将上述保留的1位设定为0。
根据例如节点终端的种类(例如是否为频繁发送数据的装置)、节点电池余量、传送数据的量和用户设定(是否有用户指示在低功率模式运行)中的至少一种信息，集线器决定是否将连接分配帧的主导权字段的值设定为1。节点根据集线器接收的连接分配帧的主导权字段的值来决定是否以低功率模式运行或者以正常模式运行。
另一方面，本发明一实施方式也可以构成为，当节点发送的连接请求帧的主导权字段的值被设定为1时，即节点要求主导权时，通过集线器将连接分配帧的主导权字段的值设定为0或1而响应上述请求。即，在该实施方式中根据集线器响应节点的主导权请求而决定节点是否主导通信。
而且上述实施方式将保留的连接请求帧的有效载荷的IE的Allocation Request字段中的1位或者保留在连接分配帧的有效载荷的IE的Allocation Assignment字段的1位用作主导权字段。但本发明并不限于此，若有保留1位的区域均可用作主导权字段。例如，在保留的连接请求帧或者连接分配帧的MAC帧头的帧控制(Frame Control)字段的4位(参照图6(A)至6(C))中指定特定的1位，当节点主导通信时可以将该位的值设定为1，当集线器主导通信时可以将该位的值设定为0。并且，在其他的实施方式中，能够使用保留(reserve)的MAC帧头的Frame Type字段或者保留(reserve)的Frame Subtype字段(参照表1)。
在其他的实施方式中，也可以将保留的连接请求帧和/或连接分配帧的MAC帧头的Frame Control字段的4位(参照图6(A)至6(C))定义为计划的上行链路分配、计划下行链路分配、计划的双向链路分配和非计划的双向链路分配的主导权字段。用作主导权字段的字段种类并不构成本发明的本质思想。
下面将以超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式的非计划双向链路(即类型-I非计划双向链路)的通信为例来说明信号流。图13为现有的、即、涉及正常模式的类型-I非计划双向通信的信号流图。图14为涉及本发明一实施方式的类型-I非计划双向链路通信的信号流图。
参照图13，打算与集线器连接的节点生成连接请求帧，并将其发送至上述集线器。连接请求帧包括非计划双向链路请求IE。接收上述连接请求帧的集线器向节点发送作为确认响应信息的Ack帧，当有拒绝连接的理由时，根据该理由，集线器向节点发送模式/状态(Mode/Status)字段的值设定为1～10的连接分配帧，然后结束连接进程。当没有拒绝理由时，向节点发送Mode/Status字段的Connection Status字段的Connection Status字段值设定为0的连接分配帧。接收Mode/Status字段的Connection Status字段的值设定为0的连接分配帧的节点将Ack帧发送至集线器并在可接收状态待机。如图13所示，当节点从集线器接收发送指令(或者数据帧)时，其后节点将数据帧发送至集线器。
如上所述，由于在现有的双向链路通信中，集线器主导通信，节点必需在被给定的时隙分配中直到从集线器接收到发送指令为止维持接收待机状态。尤其是，在非计划分配的情况下，由于时隙分配可前后偏移，因此待机时间可能变长，这将成为功耗的原因。
参照图14，在本实施方式中，节点发送的连接请求帧包括Unscheduled BilinkRequest IE，该IE中包括主导权字段(参照图8(A)和图8(B))。当集线器处理连接请求帧并且主导权字段被设定为1时，集线器决定是否允许节点主导。当在节点中允许主导权时，将包含在连接分配帧的Unscheduled Bilink Assignment IE中的主导权字段设定为1(参照图11(A)图11(B))，而当不允许时，将该主导权字段设定为0。如上所述，含有连接请求帧的主导权字段的领域并不限于Unscheduled Bilink Request IE，其他领域(例如MAC帧头的保留字段)也可含有主导权字段。同样，含有连接分配帧的主导权字段的领域并不限于Unscheduled Bilink Assignment IE，其他领域(例如MAC帧头的保留字段)也可含有主导权字段。
当从集线器接收的连接分配帧的主导权字段被设定为1时，节点以低功耗模式运行。即，节点在被给定的时隙分配中以适当的时机开始数据通信(换句话说，开始数据帧的发送)。因此，由于不需要如先前一样直到从集线器接收发送许可通知为止维持接收待机状态，从而能够降低节点的功耗。上述适当的时机例如由节点传送到集线器的数据量决定。
另一方面，在图14的实施方式中，当包含在连接请求帧的Unscheduled BilinkRequest IE中的主导权字段的值被设定为1且包含在连接分配帧的Unscheduled BilinkAssignment IE中的主导权字段的值被设定为1时，节点主导双向链路通信，但本发明并不限于此。在其他的实施方式中，也可以仅通过将主导权字段的值设定为1的连接请求帧发送至集线器，集线器将通信的主导权交给节点。
图15和图16以超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中的非计划双向链路请求(即、类型-I非计划双向链路)通信为例，且为表示本发明一实施方式的节点和集线器运行的流程图。下面参照图2详细说明图15。
如果节点300的通信部310接收由集线器200发送的信标帧(步骤S1502)，节点300的中央处理器320处理上述信标帧。中央处理器320决定是否节点300主导与集线器200之间的双向链路通信(步骤S1504)。该决定例如基于节点300终端的种类(例如是否为频繁发送数据的装置)、节点300的电池余量、传送数据的量和用户设定(是否有用户指示在低功率模式运行)中的至少一种信息。当决定节点300主导双向链路通信(步骤S1504：是(YES))时，生成将主导权字段设定为1的连接请求帧(步骤S1506)。通信部310将上述连接请求帧发送至集线器200(步骤S1508)。
然后，如果从集线器300接收连接分配帧(步骤S1510)，则以低功率模式运行。即，在被给定的时隙分配中不等待来自集线器200的发送指令或者数据帧的接收，而在适当的时机开始数据通信(步骤S1512)。换句话说，直到从集线器接收发送指令或者数据帧时为止不进行等待，节点在适当的时机将数据帧发送至集线器。上述适当的时机能够由节点发送的数据的量决定。然后，进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1514)。被给定的时隙分配结束而中断帧处理。
当节点300不主导双向链路通信时(步骤S1504：否(NO))，将连接请求帧的主导权字段设定为0(步骤S1516)，按照正常模式、即图13所示的现有流程运行(步骤S1518)。
下面参照图2和图16说明本实施方式的集线器的运行。
如果集线器200的通信部210接收由节点300发送的连接请求帧(步骤S1602)，集线器200的中央处理器220处理上述连接请求帧。处理器220判断包含在上述连接请求帧中的主导权字段是否被设定为1(步骤S1604)。当连接请求帧的主导权字段被设定为1时(步骤S1604：是(YES))，集线器200以低功率模式运行。即，允许节点主导双向链路通信。然后，将连接分配帧发送至节点300(步骤S1606)。此时，集线器200基部将发送指令发送至节点300，或不先开始数据通信。如果通信部210从节点300接收数据帧(步骤S1608)，则进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1610)。被给定的时隙分配结束，而中断帧处理。
另一方面，当连接请求帧的主导权字段未被设定为1时(步骤S1604：否(NO))，按照正常模式、即图13所示的现有流程运行(步骤S1612)。
图17和图18以超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中的非计划双向链路(即、类型-I非计划双向链路)通信为例，且为表示本发明其他实施方式的节点和集线器运行的流程图。下面参照图2详细说明图17。
如果节点300的通信部310接收由集线器200发送的信标帧(步骤S1702)，节点300的中央处理器320处理上述信标帧。中央处理器320决定是否由节点300主导与集线器200之间的双向链路通信(步骤S1704)。该决定例如基于节点300终端的种类(例如是否为频繁发送数据的装置)、节点300的电池余量、传送数据的量和用户设定(是否有用户指示在低功率模式运行)中的至少一种信息。当决定节点300主导双向链路通信(步骤S1704：是(YES))时，生成将主导权字段设定为1的连接请求帧(步骤S1706)。通信部310将上述连接请求帧发送至集线器200(步骤S1708)。
然后，如果从集线器200接收用于指定双向链路通信的时隙的连接分配帧(步骤S1710)，则判断包含在该连接分配帧中的主导权字段的值是否为1(步骤S1712)。当该连接分配帧中的主导权字段的值为1时(步骤S1712：是(YES))，即，集线器200允许节点300主导通信时，节点300以低功率模式运行。即，在被给定的时隙分配中不等待到从集线器200接收发送指令或者数据帧为止而在适当的时机开始数据通信(步骤S1714)。上述适当的时机可以由节点发送的数据的量决定。然后，进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1716)。被给定的时隙分配结束而中断帧处理。
当节点300不主导双向链路通信时(步骤S1704：否(NO))，将连接请求帧的主导权字段设定为0(步骤S1718)，并按照正常模式、即图13所示的现有的流程运行(步骤S1720)。
当该连接分配帧的主导权字段的值不为1时(步骤S1712：否(NO))。即集线器200不允许节点300主导通信时，节点300等待从集线器200接收发送指令或者数据帧(步骤S1722)。当在规定的时间内从集线器200接收发送指令或者数据帧时(步骤S1722：是(YES))，进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1716)。被给定的时隙分配结束，而中断帧处理。另一方面，当在被给定的时间内不从集线器200接收发送指令或者数据帧时(步骤S1722：否(NO))，在节点300不能发送数据帧的状态下结束当前时隙分配。上述规定的时间可以由时隙分配的长度决定。
下面参照图2详细地说明图18。如果集线器200的通信部210接收由节点300发送的连接请求帧(步骤S1802)，集线器200的中央处理器220处理上述连接请求帧。中央处理器220判断是否将包含在上述连接请求帧的主导权字段设定为1(步骤S1804)。当连接请求帧的主导权字段设定为1(步骤S1804：是(YES))时，即要求节点300主导双向链路通信时决定是否由节点300主导(步骤S1806)。该决定例如基于节点300终端的种类(例如是否为频繁发送数据的装置)、节点300的电池余量、传送数据的量和用户设定(是否有用户指示在低功率模式运行)中的至少一种信息。
当允许节点220主导双向链路通信时(步骤S1806：是(YES))，中央处理器220生成将主导权字段设定为1的连接分配帧(步骤S1808)。通信部210将上述连接分配帧发送至节点300(步骤S1810)，中央处理器220以低功率模式运行。此时，集线器200既不将发送指令发送至节点300，也不先开始数据通信。如果通信部210从节点300接收数据帧(步骤S1812)，则进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1814)。被给定的时隙分配结束，而中断帧处理。
另一方面，当连接请求帧的主导权字段未被设定为1时(步骤S1804：否(NO))，在正常模式下，即按照图13所示的现有流程运行(步骤S1816)。并且，当集线器200不允许节点300主导通信时(步骤S1806：否(NO))，连接分配帧的主导权字段被设定为0，集线器200在正常模式下，即按照图13所示的现有流程运行(步骤S1816)。
图19和图20为以超帧基底信标模式或者超帧基底非信标模式中的非计划双向链路请求(即、类型-I非计划双向链路)通信为例，且为表示本发明其他实施方式的节点和集线器运行的流程图。本实施方式在通信主导权信息仅包含在连接分配帧中这一点不同于图15至图18的实施方式。首先参照图2详细说明图19。
如果节点300的通信部310接收由集线器200发送的信标帧(步骤S1902)，节点300的处理器320处理上述信标帧。然后生成连接请求帧并发送至集线器200(步骤S1904)。如果从集线器300接收连接分配帧(步骤S1906)，则判断包含在该连接分配帧中的主导权字段的值是否为1(步骤S1908)。当该连接分配帧中的主导权字段的值为1时(步骤S1908：是(YES))，即，节点300主导通信时，节点300以低功率模式运行。即，在被给定的时隙分配中不等待到从集线器200接收发送指令或者数据帧为止而在适当的时机开始数据通信(步骤S1910)。上述适当的时机可以由节点发送的数据的量决定。然后，进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1912)。被给定的时隙分配结束，而中断帧处理。
另一方面，当该连接分配帧中的主导权字段的值不为1时(步骤S1908：否(NO))。等待从集线器200接收发送指令或者数据帧(步骤S1914)。当在规定的时间内从集线器200接收发送指令或者数据帧时(步骤S1914：是(YES))，进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S1912)。被给定的时隙分配结束，而中断帧处理。另一方面，当在被给定的时间内不从集线器200接收发送指令或者数据帧时(步骤S1914：否(NO))，在节点300不能发送数据帧的状态下结束时隙分配。上述规定的时间可以由时隙分配的长度决定。
下面参照图2详细地说明图20。如果集线器200的通信部210接收由节点300发送的连接请求帧(步骤S2002)，集线器200的中央处理器220处理上述连接请求帧。接着，决定是否由节点主导双向链路通信(换句话说，是否以低功率模式运行)(步骤S2004)。该决定例如基于节点300终端的种类(例如是否为频繁发送数据的装置)、节点300的电池余量、传送数据的量和用户设定(是否有用户指示在低功率模式运行)中的至少一种信息。当允许节点200主导双向链路通信时(步骤S2004：是(YES))，生成将主导权字段设定为1的连接分配帧(步骤S2006)。通信部210将上述连接分配帧发送至节点300(步骤S2008)，处理器220以低功率模式运行。此时，集线器200既不将发送指令发送至节点300，也不先开始数据通信。如果通信部210从节点300接收数据帧(步骤S2010)，则进行节点与集线器之间的帧处理(步骤S2012)。被给定的时隙分配结束，而中断帧处理。
另一方面，当集线器200不允许节点300主导通信时，即、不以低功率模式运行时(步骤S2004：否(NO))，在正常模式下，即按照图13所示的现有流程运行(步骤S2014)。
[第二实施方式]
图21表示作为BAN内的集线器或者节点发挥作用的装置的示例实施方式，图21(A)为表示外观的图，图21(B)为表示该装置硬件结构的框图。在本实施方式中，上述装置为电子表。如图21(B)所示，电子表2100包括通信模块2110,，通信模块2110包括天线2112、通信部2114和中央处理器2116。中央处理器2116处理经由天线2112和通信部2114和/或经由与网络或有线线路(未图示)交换的信息。中央处理器2116可以由软件、固件或者硬件构成。由于天线2112、通信部2114和中央处理器2116的结构和功能与图2说明的天线212或者312、通信部210或310、中央处理器220或320的结构和功能相同，因而省略更详细的说明。而且，通信模块2110还可以包括存储器(未图示)，其用于储存与其他装置收发的帧数据、帧结构、介质访问控制、功率管理等信息、由中央处理器2116使用的计算机程序命令、软件和/或固件等。
中央控制部2120由CPU(Central Processing Unit)等运算处理装置构成，控制电子表2100整体的运行。例如中央控制部2120按照记录在ROM2160中的程序执行各种处理。与图2说明的中央处理器220或320相同结构和功能既可以由中央控制部2120实现，也可以由中央控制部2120和中央处理器2116共同实现。
输入部2130由具有向电子表2100终端本体输入各种信息和指示的多个按键(这里的所谓按键由硬件和/或软件实现)等构成。当使用者操作各种按键时，输入部2130将与操作按键对应的操作指示输出到中央控制部2120。中央控制部2120按照输入部2130输入的指示使各部执行规定的操作。
显示部2140按照来自中央控制部2120的指示而显示时刻或来自外部接收的信息等各种信息。
表部2150将来自由系统时钟或振荡器生成的信号生成时刻信号并输出当前的时刻。
ROM2160存储由中央控制部2120执行的控制程序等。并且，ROM2160也可以存储中央处理器2116使用的计算机程序命令、软件和/或固件等。
RAM2170提供当中央控制部2120执行各种处理时的工作区域(work area)并储存由电子表2100各部处理的数据。而且，RAM 2170不仅存储收发的帧数据，而且存储帧结构、介质访问控制和功率管理信息等。
此外，电子表2100可以与其他装置连接。上述其他装置例如为用于监控体温、呼吸、心率、血糖等来自身体数据的传感器或者用于提供控制起搏器、呼吸器、胰岛素泵等功能的装置。
尽管上面对将本发明应用于BAN的实施方式进行了说明，但本发明的应用领域并不限于BAN。例如，本发明也可适用于蓝牙(bluetooth(注册商标))、Wi-Fi(注册商标)、Wi-Fi Direct(注册商标)等其他无线通信技术。
上述流程既可以由硬件执行，也可以由软件执行。当由软件执行特定的流程时，构成该软件的程序从网络或记录介质安装在作为集线器或节点发挥作用的通信装置中。这种包含程序的记录介质不仅可以由用于向用户提供程序而与装置本体分离分布的可移动介质(未图示)等构成，也可以由以预先组装在装置本体的状态提供给用户的记录介质等构成。
本发明所属技术领域中的具有通常知识者能够从上述说明和相关附图中导出本发明的多个变形和其他实施方式。因此，本发明并不限于公开的特定实施方式。在本说明书中尽管使用多个特定用语，但这些仅用作一般的意义并仅为说明的目的并非限制发明的目的。在不超出附上的专利权利要求书及其等同物定义的一般发明的概念和思想的范围内可多种变形。

Claims (9)

1.一种通信装置，其为按照特定通信协议进行通信的装置，其特征在于，
包括中央处理器，所述中央处理器按照所述通信协议生成用于请求与其他装置连接的、包含规定字段的连接请求帧，
当将所述连接请求帧的所述规定字段设定为特定值，且从所述其他装置接收到允许连接请求的连接分配帧时，所述中央处理器在为了与所述其他装置通信而被给定的期间内的规定时机开始数据通信。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，
所述中央处理器基于所述通信装置的种类、所述通信装置的电池余量、向所述其他装置传送的数据量和用户设定中的至少一种信息来决定所述规定字段的值。
3.一种电子表，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的通信装置；和，
用于计数当前日期时间的钟表部。
4.一种通信装置，其为按照特定通信协议通信的装置，其特征在于，
包括中央处理器，所述中央处理器按照所述通信协议生成用于允许其他装置的连接请求的、包含规定字段的连接分配帧，
当将所述连接分配帧的所述规定字段设定为特定值时，所述中央处理器直到所述其他装置开始数据通信时为止不向所述其他装置发送数据帧而待机。
5.一种电子表，其特征在于，包括：
如权利要求4所述的通信装置；和，
用于计数当前日期时间的钟表部。
6.一种通信装置，其为按照特定通信协议通信的装置，其特征在于，
包括中央处理器，所述中央处理器判断包含在从其他装置接收的连接请求帧的规定字段的值是否被设定为特定值，
当所述连接请求帧的所述规定字段被设定为特定值时，所述中央处理器直到所述其他装置开始数据通信时为止不向所述其他装置发送数据帧而待机。
7.一种电子表，其特征在于，包括：
如权利要求6所述的通信装置；和
用于计数当前日期时间的钟表部。
8.一种通信方法，其为能够按照特定通信协议通信的装置的通信方法，其特征在于，包括：
按照所述通信协议而生成用于请求与其他装置连接的连接请求帧，并将所述连接请求帧的所述规定字段设定为特定值的步骤；和，
当从所述其他装置接收到允许连接请求的连接分配帧时，在用于与所述其他装置通信而被给定的期间内的规定时机开始数据通信的步骤。
9.一种通信方法，其为能够按照特定通信协议通信的装置的通信方法，其特征在于，包括：
按照所述通信协议而生成用于允许与其他装置连接请求的连接分配帧，并将所述连接分配帧的所述规定字段设定为特定值的步骤；和，
直到所述其他装置开始数据通信时为止不向所述其他装置发送数据帧而待机的步骤。
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