JP2013545393A - ワイヤレスネットワーク内でデューティサイクル情報を交換するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス医療装置１２は、患者の生理学的データをモニタする少なくとも１つのセンサ１４、１８、２２、又は患者に治療を提供するアクチュエータ２６を有する。ワイヤレストランシーバ１６、２０、２４、２６は、モニタされた生理学的データ及び提供された治療の少なくとも１つに関連する情報パケットを送信し、受信する。ワイヤレストランシーバ４０は、デューティサイクル制限を有する。デューティサイクルモジュール５０は、デューティサイクル制限に従ってワイヤレストランシーバ４０のデューティサイクルパラメータを決定する。通信モジュール６０は、情報パケットを送信する際又は近傍のワイヤレス医療装置からの情報パケットの受け取りをアクノリッジする際に少なくとも１つのデューティサイクルパラメータをブロードキャストするように、トランシーバ４０を制御する。

Description

本願は、ワイヤレス装置に関する。特に、本発明は、患者の生理学的パラメータをモニタし、制御システムに、検知されたパラメータに関するデータを送信する、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）又は患者エリアネットワーク（ＰＡＮ）のようなワイヤレスセンサネットワークに関する。

患者は、従来、ワイヤによって基地局に接続される検知ユニットを使用してモニタされる。これらのワイヤは、患者の移動性を妨げ、据え付けが労働集約的であった。患者の移動性を改善し、据え付けを容易にし、ワイヤの混乱を排除するために、ワイヤレス検知ユニットが開発された。ある患者は、例えばＥＣＧ、ＳｐＯ_２、血圧、血糖等の生理学的パラメータの連続的なモニタリングを必要とする。コミュニティを動き回るには十分ではあるが、患者は、生理学的パラメータの連続的なモニタリングを容易にするために病室、病棟、回復室又は彼らの家に制限されていた。これらの領域から出るためには、患者は、モニタされない状態になる。

患者の生理学的パラメータを彼らの活動を抑制することなく連続的にモニタするために、可能な限り軽量且つ小型であるとともに、互いに及び基地局とワイヤレス通信することが可能であるセンサを、患者の身体上に取り付けることが可能であることが望ましい。ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）は、一般に装着可能であり又は人間身体に埋め込み可能なセンサである複数のノードを含む。ノードは、バイタル身体パラメータ及び／又は動きをモニタし、ワイヤレス媒体を通じて互いに通信する。ノードは、身体からの生理学的データを制御ユニットへ送信することができ、生理学的データは、制御ユニットから、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、セルラネットワーク等を通じて、病院、クリニック、その他の場所へリアルタイムに伝送されることができる。

ＢＡＮを設計するための要求は、ラジオスペクトルの使用に関する地政学的な規制要求を厳守しながら、ノードのエネルギー効率を含む。米国において、連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、通信周波数スペクトルを、特定のユーザ/産業（例えばラジオ、テレビジョン、衛星、セルラ、その他）に割り当てられ、貸与され又は販売されている多くの帯域に分割する。ＦＣＣは、スペクトルアクセスのための増大する要求に応じて、技術的な要求への準拠を設定し、監視する。課される制約は、例えば周波数帯域、帯域幅、デューティサイクル制限、最大送信電力制限、特定の吸収レート等を含む。

ワイヤレス医療装置を容易にするために、ＦＣＣは、共用、二次的及び非干渉に基づいて、医療装置無線通信（ＭｅｄＲａｄｉｏ）サービスに関して４０１−４０６ＭＨｚ周波数帯域を割り当てた。ＭｅｄＲａｄｉｏ帯域は、診断及び治療機能のために使用される埋め込み型及び身体装着型の医療装置を含む超低電力ワイヤレス通信のために使用されることが意図される。通信のためにＭｅｄＲａｄｉｏ帯域を使用することができる人間身体に埋め込まれる医療装置の例は、心臓除細動器、ペースメーカ、神経／脳刺激器、埋め込み型の薬剤ポンプ等である。ＥＣＧ、ＥＭＧ、ＥＥＧ及び補聴器のような身体に装着される装置は、ワイヤレス通信のためのＭｅｄＲａｄｉｏ帯域を更に使用することができる。

ＦＣＣは、４０１−４０２ＭＨｚ又は４０５−４０６ＭＨｚの帯域で動作するＭｅｄＲａｄｉｏ装置の送信デューティサイクルが、１時間の間隔中の総送信時間に基づいて、０．１％を上回るべきでないことを示している。デューティサイクルは、１又は複数の搬送波周波数に関して、１時間の期間に対する最大の送信器「オン」時間の比率として規定され、パーセンテージとして表現される。ヨーロッパでは、いくつかの他の割り当られた帯域が、デューティサイクル制約を有する。例えば、４３３．０５−４３４．７９ＭＨｚレンジで動作する産業科学医療用（ＩＳＭ）バンドは、１０％のデューティサイクル制限を有し、８６８−８６８．６ＭＨｚ帯域は、１％のデューティサイクル制限を有し、８６８．７−８６９．３ＭＨｚ帯域は、０．１％のデューティサイクル制限を有する。

近年、ＦＣＣは、ワイヤレス医療用ボディエリアネットワーク（ＭＢＡＮ）の２．３６−２．４０ＧＨｚ帯域の共用される二次的使用を可能にするための規制制定案告示（FCC Notice of Proposed Rulemaking 09-57, June 2009）を発行した。ＭＢＡＮは、診断及び治療アプリケーションに使用されるオンボディ医療装置を支援することが意図される。告示において、ＦＣＣは、ＭＢＡＮで動作する装置の最大デューティサイクルを２５％に制限することを求めている。

例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｂＭＡＣプロトコルを使用する一般的な通信セッションにおいて、送信側は、受信側に送信要求（Request to Send、ＲＴＳ）メッセージを送信する。受信側は、ＲＴＳメッセージの受信に応じて、その近傍の他のワイヤレスノードを静まらせる送信可（Clear to Send、ＣＴＳ）メッセージを送信し、ＲＴＳメッセージの送信側がデータ転送を開始することを可能にする。送信側は、ＣＴＳメッセージを受信すると、データを送信し、受信側は、データをエラーなしに受信すると、アクノリッジメント（ＡＣＫ）メッセージを送信する。

各々の送信器について、その現在デューティサイクルを追跡することは、デューティサイクルが、最大リミットに到達するときに送信を中止し、デューティサイクルが許容制限内にあるとき送信を再開することは単純明快である。しかしながら、送信側は、その意図される受信側の現在デューティサイクルを認識することができない。受信側がそのデューティサイクル制限に到達したという理由で、意図される受信側が、ＣＴＳ又はＡＣＫメッセージによって送信側に応答することを阻止されることがある。送信側は、メッセージが衝突した、受信メッセージがエラーを有する、受信側がレンジの外にある、受信側が死んでいる（すなわちバッテリが消耗した）、受信側がスリープ状態である等を誤って結論づけることがある。送信側は、メッセージを再送信することができ、又は到来メッセージを予期して無駄にリスンすることがある。従って、送信側は、貴重なエネルギー、帯域幅、デューティサイクル、資源等を浪費する。従って、少なくとも上述した欠点のため、アプリケーションの要求をサポートするために、装置の間でデューティサイクル情報を交換するためのソリューションを提供することが有利である。

本願は、ワイヤレスボディエリアネットワークにおいてデューティサイクル情報を交換するための新しく改善された改良されたシステム及び方法であって、上述した問題その他を克服するシステム及び方法を提供する。

１つの見地により、ワイヤレス医療装置が提示される。ワイヤレス医療装置は、センサ及びアクチュエータの少なくとも一方を有する。センサは、患者の生理的データをモニタし、アクチュエータは、患者に治療を提供する。装置は、ワイヤレストランシーバを有し、ワイヤレストランシーバは、制御パケット（例えばビーコン）、及び／又はモニタされた生理的データ及び提供された治療の少なくとも一方に関連する情報パケット、を送信し及び／又は受信する。ワイヤレストランシーバは、予め規定された時間ウィンドウ中の最大送信「オン」時間を規定する予め決められたデューティサイクル制限を遵守しなければならない。デューティサイクルモジュールは、デューティサイクル制限に従ってワイヤレストランシーバのデューティサイクルパラメータを決定する。通信モジュールは、制御パケット又は情報パケットを送信する際、又は近傍のワイヤレス医療装置からの情報パケットの受信をアクノリッジする際、少なくとも１つのデューティサイクルパラメータをブロードキャストし、ユニキャストし及び／又はマルチキャストするようにトランシーバを制御する。

他の見地により、医療情報をワイヤレスで送信する方法が提示される。方法は、患者の生理的データを監視すること及び患者に治療を提供することの少なくとも一方を含む。モニタされた生理的データ及び提供された治療の少なくとも一方に関連する情報パケットが、ワイヤレスで送信され及び／又は受信される。ワイヤレス送信は、予め規定された時間ウィンドウ中の最大送信「オン」時間を規定するデューティサイクル制限を有する。ワイヤレス送信のデューティサイクルに関連するパラメータは、デューティサイクル制限に従って決定される。情報パケット又は制御パケットを送信する際、又は近傍のワイヤレス医療装置からの情報パケットの受信をアクノリッジする際、少なくとも１つのデューティサイクルパラメータが、ブロードキャストされ、ユニキャストされ、及び／又はマルチキャストされる。

１つの利点は、改善された規制準拠にある。

他の利点は、重要な医療情報の送信を最適化することにある。

本発明の更に別の利点は、以下の詳細な説明を読み理解することにより当業者に理解されるであろう。

本発明は、さまざまな構成要素及び構成要素の取り合わせ並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、単に好適な実施形態を示すためにあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。

医療ワイヤレスネットワークの概略図。 図１のワイヤレス医療装置の１つの詳細図。 図１のハブ医療装置の概略図。 動作方法を示すフローチャート。

図１を参照して、複数のワイヤレス医療装置は、患者身体の近くに配置され、さまざまな生理学的パラメータのモニタ及び記録、治療の提供等を行う、ハブ医療装置１０及び複数の他のワイヤレス医療装置１２を有する。ワイヤレス医療装置１２は、ハブ医療装置１０とワイヤレスで通信する。さまざまなワイヤレス医療装置１２が企図され、例えば、関連する電子モジュール１６に接続される内耳センサ１４がありうる。内耳センサ１４は、温度、血圧、脈拍数等を測定するために患者の耳内に少なくとも部分的に配置される。別の例として、ワイヤレス医療装置１２は、検知信号を測定し解釈する電子モジュール２０に接続される複数のＥＣＧセンサ又は電極１８を有するＥＣＧモニタを含みうる。別の例として、ＳｐＯ_２センサ２２が、血液酸素及び脈拍数を検知し、血液酸素及び脈拍数は、関連する電子モジュール２４によって通信される。別の例として、注入ポンプ又は他のアクチュエータ２６が、関連する電気モジュール２８からの電気信号の制御下において、患者身体に薬剤を注入し、他のやり方で投与する。生理学的パラメータを検知し又は治療を提供する他のワイヤレス医療装置１２は、ペースメーカ、補聴器、視力支援具、義手義足、人工器官等を含む。

ワイヤレスハブ１０は、ワイヤレス医療装置１２から受信した信号を、インフラストラクチャネットワーク３０を通じて、例えばコンピュータワークステーション、セルラ電話、パーソナルデジタルアシスタント、タブレットコンピュータのような他のワイヤレス医療装置２９に伝送する。ハブとワイヤレスネットワーク３０との間の通信は、Ｗｉｆｉを通じて、インターネットを通じて、セルラネットワークを通じて、又は相対的にパワーのＲＦ送信を通じて、その他により行われうる。ワイヤレス医療装置１２及びハブ１０は、さまざまなコンフィギュレーションにおいて、互いに対話することができる。例えば、スター型ネットワークでは、ワイヤレス医療装置１２の各々は、ハブ医療装置１０と直接通信する。ハブ装置は、装置１２からアクノリッジメント信号又はビーコン信号を受信して、例えば、ハブ１０から情報パケット、制御信号等を送信し受信することを予期して、装置１２を同期させる。メッシュネットワークでは、装置１２は、互いに及びハブ１０と直接通信する。装置１２のいくつかは、ハブ１０と直接通信することができ、又はそれらは、例えばコンピュータ、ＰＤＡ、移動電話等の他の装置を通じて、ハブ１０と通信することができる。これらの他の装置は、ハブ１０ではなくインフラストラクチャネットワーク３０を通じて間接的に又は直接に、他のワイヤレス医療装置２９と通信することもできる。

図２を参照して、各々のワイヤレス医療装置１２は、患者の生理学的データをモニタするセンサ１４、１８、２２又は患者に治療を提供するアクチュエータ２６、の少なくとも一方を含む。各センサ、アクチュエータ又はそれらの組み合わせに関連する電子モジュール２０、２４、２８は、送信器４２及び受信器４４をもつワイヤレストランシーバ４０を有する。ワイヤレストランシーバ４０は、情報パケット及び／又は制御パケットを、近傍のワイヤレス医療装置１２及びワイヤレスハブ１０の少なくとも一方に送信し／そこから受信する。各ワイヤレス送信器４２は、予め規定された時間ウィンドウに対する送信器「オン」時間を制限するデューティサイクル制限を有する。例えば、送信器は、１時間の時間ウィンドウにおいて２５％のデューティサイクルに制限されうる。これは、１時間の時間ウィンドウ中の送信器「オン」時間を、多くとも９００秒に制限する。

デューティサイクルモジュール５０は、ワイヤレストランシーバのデューティサイクルパラメータを決定する。デューティサイクルパラメータは、送信器が現在時間ウィンドウ中に「オン」状態である時間を追跡することによって計算される現在送信デューティサイクルと、現在時間ウィンドウ中の（使用のために）利用可能なデューティサイクルを規定する残余送信デューティサイクルと、現在時間から十分なデューティサイクルが利用できるまでの時間オフセットと、を含む。

デューティサイクル管理モジュール５２は、ワイヤレス医療装置及び近傍のワイヤレス医療装置の現在デューティサイクル、残留デューティサイクル、及び時間オフセットパラメータの少なくとも１つに基づいて、トランシーバ４０のための送信モードを決定する。送信モードは、デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、複数の時間ウィンドウにわたって情報パケットを断片化する断片化モードを含む。変調モードでは、デューティサイクル制限が現在時刻ウィンドウ中に超過されないように、トランシーバ４０の周波数及び振幅変調パラメータの少なくとも一方が、パケットの送信時間を減らすように調整される。圧縮モードでは、情報パケットは、デューティサイクル制限が現在時刻ウィンドウ中に超過されないように、パケットの送信時間を減らすように圧縮される。遅延モードでは、パケットの送信は、デューティサイクル制限が現在時刻ウィンドウ中に超過されないように、次の時間ウィンドウに遅延される。集合モードでは、デューティサイクル制限が現在時刻ウィンドウ中に超過されないように、より小さいパケットが集められて、より大きいパケットにされる。優先モードでは、デューティサイクル制限が現在時刻ウィンドウ中に超過されないように、より高い優先度のパケットが、現在時刻ウィンドウにおいて送信され、より低い優先度の情報が、次の時間ウィンドウに送信される。

通信モジュール６０は、センサ又はアクチュエータ制御モジュール６２を通じて、センサ１４、１８、２２によって検知される生理学的情報を受信する。制御モジュール６２は更に、受信された情報パケットに従って、その動作を制御するようにアクチュエータ２６と通信する。通信モジュールは、検知された情報、及びアクノリッジメント等の他の送信情報をパッケージ化し、情報パケットに入れる。通信モジュールは、デューティサイクルモジュール５０及びデューティサイクル管理モジュール５２によって示されるデューティサイクルによりパケットを送信するように、トランシーバを制御する。

メモリ６４は、後の送信のための情報、ボディエリアネットワークの他のワイヤレス医療装置に関する情報、例えば残余デューティサイクル等の情報を記憶する。例えば、他のワイヤレス医療装置が、それらのデューティサイクル制限に到達し又は近付いている場合、それらは、アクノリッジメントを送るのを中止することができる。他のワイヤレス医療装置の残余デューティサイクルを追跡することによって、通信モジュールは、アクノリッジメント信号が受信されるかどうか、予期されるアクノリッジメントのタイプ、変調又は拡散パラメータが変更されるかどうか、データが圧縮されるかどうか、データがどのように圧縮されうるか、異なる周波数バンドを通じた通信を予期すべきかどうか、通信の遅延及び予期される遅延の長さ等を知る。

図３を参照して、ハブ医療装置１０は、ボディエリアネットワークの他のワイヤレス医療装置と通信する第１のトランシーバ４０'と、インフラストラクチャネットワーク３０と通信する第２のトランシーバ４０"と、を有する。ワイヤレスハブは、他のワイヤレス医療装置のような生理学的データセンサ及び／又はアクチュエータと接続されることができ、又は単に、生理学的情報及び／又は治療関連の情報をネットワーク３０へ／から伝送するために、中央コントローラ又はコーディネータとして機能しうる。ボディエリアネットワークの他のワイヤレス医療装置１２と通信するために、ワイヤレスハブ１０は、デューティサイクルパラメータを決定するデューティサイクルモジュール５０'と、それ自体及び他のワイヤレス医療装置の現在デューティサイクル、残余デューティサイクル、時間オフセットパラメータの少なくとも１つに基づいて、送信モードを決定するデューティサイクル管理モジュール５２'と、を有する。通信モジュール６０'は、情報又は制御パケットを送信する際、又はデューティサイクルモジュール５０'及びデューティサイクル管理モジュール５２"によって示されるような送信モードで情報パケットの受け取りをアクノリッジする際、少なくとも１つのデューティサイクルパラメータをブロードキャストし、ユニキャストし及び／又はマルチキャストするように、トランシーバ４０'を制御する。ハブユニット１０は、それがセンサ又はアクチュエータと接続される場合、センサ又はアクチュエータ制御モジュール６２'を更に有する。

ワイヤレスハブは更に、個々のワイヤレス医療装置１２のデューティサイクルパラメータに従って、ワイヤレス医療装置１２の時間フレーム（別名スーパーフレーム）をスケジュールするスケジューリングモジュール７０を有する。スケジューリングモジュールは、スケジュールされた時間フレームに個々のワイヤレス医療装置１２へ／からパケットを送信し受信するように、通信モジュール６０'及びトランシーバ４０'を制御する。スケジューリングモジュール７０は、通信モジュール６０'から又はメモリ６４'から直接にデューティサイクルパラメータを受信することができる。

ワイヤレスハブ１０は更に、ネットワーク３０と通信するためにトランシーバ４０"を制御する通信モジュール６０"を有する。デューティサイクルモジュール５０"及びデューティサイクル管理モジュール５２"は、デューティサイクル要求に対して、トランシーバ４０"がネットワーク３０と通信しているデューティサイクルをモニタし、それに従って上述したようにデューティサイクルを制御する。

図４を参照して、デューティサイクルは、送信器が例えば過去１時間のような予め規定された時間ウィンドウ中に「オン」状態にある時間のパーセンテージとして規定される。各ワイヤレス装置は、それ自身のデューティサイクルを計算し、追跡する。デューティサイクルは、時間ウィンドウ中の送信器「オン」時間の持続時間を合計し、その合計を、時間ウィンドウの期間に対するパーセンテージに変換することによって、スライドする時間ウィンドウにわたって計算される。送信器が、過去１時間（３６００秒）に合計３．６秒間オンである場合、現在デューティサイクルは１％である。送信器が過去の時間中沈黙していた場合、現在デューティサイクルは０％である。

デューティサイクルは、ビット、シンボル、時間フレーム、又は他の適切な単位で表現されることができる。ステップ１０２において、例えば現在デューティサイクル、残余デューティサイクルの量、及び時間オフセットのようなデューティサイクルパラメータが計算される。送信器は、デューティサイクルを計算するために、それが所与の時間ウィンドウ中で「オン」状態で過ごす時間を追跡する。パケット／フレームベースの無線において、これは、ＰＨＹ層のすぐ上で、パケット／フレームごとに計算されることができる。こうして、デューティサイクル情報は、ＭＡＣ層で直ちに利用できる。

装置が、１つのセッションの中で又は１つの近傍装置との間で、その全ての送信「オン」時間を消耗しないことを選択することができる。むしろ、利用できるデューティサイクルは、近傍装置の間で及び／又は複数通信セッションの間で、分割されることができる。それゆえ、通信しているワイヤレス医療装置が、現在セッションについてどれだけの時間を近傍装置と共に利用できるかを知ることが有用である。例えば、装置は、近傍装置にデータフレーム送信を通信するために、時間間隔の予め規定されたウィンドウ中に利用可能な時間の１０％を予約し、近傍装置から受信されるフレームに対するアクノリッジメントのために利用可能な時間の５％を予約する。利用可能な時間の約１０％は、例えばビーコンのような制御又は管理フレームに割り当てられることができる。装置は、ステップ１０４において、意図された目的のためにデューティサイクルの或る割合を予約する。

ステップ１０６において、各々の受信器は、それが通信する近傍のワイヤレス医療装置１２のデューティサイクル情報を受信する。ステップ１０８において、近傍装置から受信されたデューティサイクルパラメータが、メモリに記憶される。装置は、それ自体の現在デューティサイクルと関連してこの追跡されたデューティサイクル情報を使用して、利用可能な送信時間を最適化する。

ステップ１１０において、各々の受信器は、予め決められたデューティサイクル要求及び近傍のワイヤレス医療装置１２からステップら１０６で受信されたデューティサイクル情報に基づいて、送信効率を最適化する最適化送信モードを決定する。

さまざまな最適化送信モードは、大きいパケットをより小さい複数のパケットに断片化することを含み、それにより、より小さいパケットを送信することは、デューティサイクルを節約し、又はデューティサイクル値が制限を上回ることを防ぐ。別の選択肢は、送信器が、デューティサイクルが維持されるように空気を通じた送信時間を低減するように、例えばＱＡＭ（又はＱＰＳＫ）の代わりに１６ＱＡＭのようなより高次の変調技術を用いることである。別の選択肢として、パケット送信によってデューティサイクル制限を超過しないであろう時間まで、パケットの送信が遅延される。１つの最適化送信モードは、送信されるべき情報を優先付けする。デューティサイクルが供給不足の状態である場合、より高い優先度の情報が不足した供給の状態で送信される。デューティサイクルが供給不足の状態のとき、周期的なハウスキーピング制御メッセージは遅延される。待たれている高優先度メッセージが、デューティサイクル制限の制約ため送信されることができない場合、送信器は、それが受信器のための待たれている高優先度メッセージを有することを示すと共に、いつ送信が再開するかを表すオフセット時間を示す。従って、受信器は、示された時間にウェークアップし、アクノリッジメントのための適当なデューティサイクルを予約することによって、これらのメッセージを受信する準備を整えることができる。パケットの持続時間は、パケットから任意の制御フィールドを剥ぎ取ることによって低減されることができる。

別の最適化モードは、予約モードを含む。予約モードでは、ハブ１０又はワイヤレス医療装置１２が、例えば現在デューティサイクルに基づいて、ポール（ｐｏｌｌ）メッセージ、又は利用できる送信時間量を示すビーコンメッセージを周期的にアドバタイズする。ポール又はビーコンメッセージに応じて、他のワイヤレス医療装置１２は、データを送信するために将来の時間フレームを予約するために予約メッセージを送信することに取り組むことができる。デューティサイクルが、装置の各々において現在時間ウィンドウを超過しないように、来るべき時間ウィンドウが、近傍装置の間のデータ転送のために予約される。

別の最適化送信モードは、データが送信時間を節約するために圧縮されることができる圧縮モードである。更に、データは、送信時間を低減するために集合されることができ、例えば生データを送信する代わりに、データは、データを送信する前に集合され又はフィルタされることができる。符号化モードでは、デューティサイクル制限が超過されないように、送信器４２のコーディング技法が、現在時間ウィンドウ中により多くの情報を符号化するように調整される。例えば、利用可能なデューティサイクルが十分である場合、１／３のコーディングレートが、送信器によって用いられることができ、これは、より少ない情報ビット及びより多くの冗長ビットが送信されることを意味する。他方、デューティサイクルが不足しているとき、コーディングレートは、より多くの情報ビットを送信するために１／１まで適応されることができる。フレーム集合モードは、オーバーヘッド（すなわちＰＨＹヘッダ及び／又はＭＡＣヘッダ）を低減し、デューティサイクルを節約するために、複数のショートフレームを組み合わせて１つの大きいフレームを作るために用いられることができる。

アクノリッジメントモードでは、デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、アクノリッジメントポリシが、例えば個別のアクノリッジメントから累積的なアクノリッジメントポリシに変更される。例えば、受信器が、残余デューティサイクルに関して不足した状態になっているとき、アクノリッジメントポリシは、複数の受信されたパケットが累積的にアクノリッジされる累積的なアクノリッジメントポリシに変更されることができ、又は、各々のデータメッセージが個別にアクノリッジされる個別のアクノリッジメントポリシではなく、受信されたパケットがアクノリッジされない非アクノリッジ供給ポリシに変更されることができる。可能性のある送信器が、受信器がデューティサイクル制限のためアクノリッジメントを送信することができないことを知っている場合、送信器は、受信器がアクノリッジすることが可能にある時間まで、その送信を遅延させる。代わりに、送信器は、それがそのデューティサイクル制限を上回っていない場合、メッセージを送信するが、後の時間にアクノリッジメントを予期する。送信装置は、適当な持続時間中にアクノリッジメントが存在しない場合には、送信されたパケットを再送しない。

リトライモードにおいて、アクノリッジされないパケットの再送信のためのリトライ制限は、デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、利用可能なデューティサイクルに従って変えられることができる。例えば、デューティサイクルが十分であるが、なお不足している場合、再送信の試みは、最高３回又はより多くの試みに代わって、１回の試みに限られることができる。

スペクトルモードでは、動作の周波数帯域は、より制限的でない帯域に切り替えられ、それにより、情報は、規制要求を遵守しながら送信される。例えば、ワイヤレス医療装置１２及び／又はハブ１０のグループが、デューティサイクル制限のためパケット交換を続行することができないとき、装置１０、１２は、デューティサイクルを制限しない又は少なくともデューティサイクルに関してより制限的でない別のチャネル又は周波数帯域に切り替わることができる。例えば、２．３６ＧＨｚチャネルを通じて通信している一対の医療装置は、現在デューティサイクルが規制制限に近づくとき、２．４ＧＨｚＩＳＭにチャネルを切り替えることを決めることができる。米国において、２．３６ＧＨｚチャネルは、ＦＣＣによって課される２５％のデューティサイクル制限を有するが、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯域ではデューティサイクルの制限がない。２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域及び２．３６ＧＨｚの帯域の近さのため、同じラジオ送信器及び受信器が、両方の帯域で効率的に動作することができる。別の実施形態において、ハブ１０及びワイヤレス医療装置１２は、デューティサイクルモジュール５０によってモニタされる対応するデューティサイクル制限をもつユニークな周波数に各々同調される複数の送信器４２を有する。

チャネル結合モードでは、デューティサイクルが現在時間ウィンドウ中に超過されないように、複数の周波数チャネルが、パケットの送信レートを増大させるために組み合わせられる。例えば、デューティサイクルは、パケットの送信レートを増大するために、２．３６ＧＨｚ及び２．４ＧＨｚのような複数の周波数チャネルを組み合わせることによって維持される。チャネル結合モードは、同様の時間ウィンドウ中に送信されることができるパケットデータの量を増大する。

拡散モードにおいて、デューティサイクルが維持されるように、トランシーバ４０の拡散パラメータは、パケットの送信時間を低減するように調整される。例えば、３２チップの擬似雑音（ＰＮ）シーケンスにより４データビットを符号化する代わりに、直接シーケンス拡散スペクトラム技法において、送信器は、１６チップのＰＮシーケンスにより４データビットを符号化することができ、それによりデータ転送レートを２倍にする。

ステップ１１２において、現在デューティサイクル、残余デューティサイクルの量及び時間オフセットのようなデューティサイクルパラメータが、送信されるべきパケットに挿入される。一実施形態において、各々のパケットは、ＰＨＹヘッダから開始され、ＭＡＣヘッダがその後に続く。ＭＡＣヘッダ内又はパケット内の他の適切なロケーションにある付加のデューティサイクル関連のデータは、例えば近傍のワイヤレス医療装置又はホスト装置のような受信器に、それがシャットオフを強制される前に、送信側の送信器の持続時間が「オン」状態でありうることを知らせる。現在デューティサイクルは、手元のパケットの成功裏の送信を仮定して、計算されることができる。残余デューティサイクルの量は、パケット交換のシーケンス全体を含む、現在通信セッション中に利用可能なデューティサイクルの量を示す。

ステップ１１４において、送信は、ＢＡＮの装置１０、１２の受信されたデューティサイクルパラメータに従って、インテリジェントにスケジュールされる。その近傍装置の利用可能なデューティサイクル情報を知ることによって、ワイヤレス医療装置１０、１２の一方は、その近傍装置に対する送信をインテリジェントにスケジュールすることができる。近傍装置がそのデューティサイクル制限に達した場合、当該近傍装置に対する送信は、後の時間にスケジュールされる。一実施形態において、ハブ装置１０は、ワイヤレス医療装置１２の全てからのデューティサイクルパラメータを受信及び追跡し、利用可能なスケジューリングモジュール７０により送信のためのインテリジェントのスケジュールを決定する。別の実施形態において、ワイヤレス医療装置１２は、利用可能なデューティサイクル管理モジュール５２によりスケジューリングを実施する。

パケットを送信することを試みる前に、送信器は、手元のパケットを送信することによりデューティサイクルが予め規定された制限を超過することになるかどうかチェックする。そうでない場合、パケットは、ステップ１１６において送信される。

デューティサイクル情報は、送信側又は受信側がバッテリ寿命を維持するためにスリープモードに入るスリープモード１１８をスケジュールするために使用されることができる。ワイヤレス装置１２が、利用可能なデューティサイクル制限により送信することができない場合、ワイヤレス装置１２は、それが再び送信することを許される時間まで、それ自体をスリープモードに入れることができ、それによりエネルギーを節約する。代替として、ハブ装置１０は、ワイヤレス医療装置１２に、スリープモードに入るように又はスリープモードをスケジュールするように、指示することができる。

時間フレーム、例えばビーコン期間又はスーパーフレームは、規制要求に従って予め規定されることができ、装置のすべてがこの時間フレームに同期される。ステップ１２０において、ボディエリアネットワークの他のワイヤレス医療装置１２と通信するハブ装置１０は、例えば現在デューティサイクルに基づいて、ポールメッセージ又は送信時間量が利用可能であることを示すビーコンを、周期的にアドバタイズする。ポール又はビーコンメッセージに応じて、他のワイヤレス医療装置１２は、データを送信するために将来の時間フレームを予約するために予約メッセージを送信することに取り組むことができる。時間フレームのアクティブな部分の間、装置は、メッセージを交換することができ、デューティサイクル制限に達することがあり、それにより、新しい時間フレームが開始するまで、装置に更なる送信を止めさせる。

本発明は、好適な実施形態を参照して記述された。当業者であれば、変形及び変更が、先行する詳細な説明を読み理解することにより思い付くであろう。本発明は、すべてのこのような変形及び変更が添付の請求項又はその等価なものの範囲内にある限り、それらの変形及び変更を含むものとして構成されることが意図される。

Claims (20)

1. ワイヤレス医療装置であって、
   患者の生理学的データをモニタするセンサ及び患者に治療を提供するアクチュエータの少なくとも一方と、
   モニタされた生理学的データ及び提供された治療の少なくとも一方に関連する情報パケットを送信し及び／又は受信するワイヤレストランシーバであって、デューティサイクル制限を有するワイヤレストランシーバと、
   前記デューティサイクル制限に従って前記ワイヤレストランシーバのデューティサイクルパラメータを決定するデューティサイクルモジュールと、
   情報パケットを送信する際又は近傍のワイヤレス医療装置からの情報パケットの受け取りをアクノリッジする際、少なくとも１つのデューティサイクルパラメータをブロードキャストするように、前記トランシーバを制御する通信モジュールと、
   を有するワイヤレス医療装置。
2. 前記通信モジュールは、近傍のワイヤレス医療装置から少なくとも１つのデューティサイクルパラメータを受け取るように前記トランシーバを制御する、請求項１に記載のワイヤレス医療装置。
3. 前記デューティサイクルパラメータは、現在時間ウィンドウ中のデューティサイクルを規定する現在送信デューティサイクル、現在時間ウィンドウ中に利用可能なデューティサイクルを規定する残余送信デューティサイクル、及び十分なデューティサイクルが利用可能になるまでの現在時間からの時間オフセット、のうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のワイヤレス医療装置。
4. 前記ワイヤレス医療装置及び前記近傍のワイヤレス医療装置の現在デューティサイクル、残余デューティサイクル、時間オフセットパラメータのうち少なくとも１つに基づいて、送信モードを決定するデューティサイクル管理モジュールを更に有する、請求項２又は３に記載のワイヤレス医療装置。
5. 前記送信モードは、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、複数の時間ウィンドウにわたって前記情報パケットを断片化する断片化モード、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、前記情報パケットの送信時間を低減するように前記トランシーバの周波数及び振幅変調の少なくとも一方を調整する変調モード、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、前記情報パケットの送信時間を低減するように前記情報パケットを圧縮する圧縮モード、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、次の時間ウィンドウまで前記情報パケットの送信を遅延させる遅延モード、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、アクノリッジされないパケットの再送信の試みを変えるリトライモード、
   前記デューティサイクル制限が超過されないように、前記現在時間ウィンドウ中に情報を符号化するための前記トランシーバのコーディング技法を調整する符号化モード、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、前記アクノリッジメントポリシを調整するアクノリッジメントモード、
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、より小さい情報パケットを集めてより大きい１つの情報パケットを作るフレーム集合モード、及び
   前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、現在時間ウィンドウ中により高い優先度の情報パケットを送信し、次の時間ウィンドウ中により低い優先度の情報を送信する優先モード、
   を含む、請求項４に記載のワイヤレス医療装置。
6. 前記デューティサイクル管理モジュールは、十分なデューティサイクルが送信に利用可能になるまで、前記トランシーバをより低い電力消費状態にするスリープ期間をスケジュールする、請求項４又は５に記載のワイヤレス医療装置。
7. 前記デューティサイクル管理モジュールは、十分なデューティサイクルが送信に利用可能になるまで、前記ワイヤレストランシーバの送信周波数を調整する、請求項４に記載のワイヤレス医療装置。
8. 前記情報パケットは、モニタされた生理学的データ、アクチュエータ制御信号、送信モード、送信元アドレス、宛先アドレス、フレームタイプ、ペイロード及びエラー訂正コードの少なくとも１つを含む、請求項４乃至７のいずれか１項に記載のワイヤレス医療装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のワイヤレス医療装置の複数と、
   医療インフラストラクチャネットワークに前記複数のワイヤレス医療装置をインタフェースするワイヤレスハブと、
   を有する、ワイヤレスボディエリアネットワーク。
10. 前記ワイヤレスハブが、
    少なくとも１つのワイヤレス医療装置からモニタされた生理学的データを受け取り、アクチュエータを制御して治療を提供するためにアクチュエータ制御信号を送信するワイヤレストランシーバであって、予め決められたデューティサイクル制限を有するワイヤレストランシーバと、
    個々のワイヤレス医療装置のデューティサイクルパラメータに従って、前記ワイヤレス医療装置による送信をスケジュールするスケジューリングモジュールと、
    前記スケジュールされた送信に従って、パケットを送信し及び／又は受信するように前記ワイヤレス医療装置を制御する制御モジュールと、
    を有する、請求項９に記載のワイヤレスボディエリアネットワーク。
11. ボディエリアネットワークの方法であって、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載のワイヤレス医療装置の複数と、請求項９又は１０に記載のワイヤレスハブの少なくとも１つと、を含むワイヤレスボディエリアネットワークを生成するステップと、
    前記ワイヤレスハブを通じて医療インフラストラクチャネットワークに前記複数のワイヤレス医療装置をインタフェースするステップと、
    を含む方法。
12. 医療情報をワイヤレスで送信する方法であって、
    患者の生理学的データをモニタすること及び患者に治療を提供することの少なくとも一方を行うステップと、
    モニタされた生理学的データ及び提供された治療の少なくとも一方に関連する情報パケットをワイヤレスで送信し及び／又は受信するステップであって、前記ワイヤレス送信がデューティサイクル制限を有する、ステップと、
    前記デューティサイクル制限に従って、前記ワイヤレス送信のデューティサイクル関連のパラメータを決定するステップと、
    情報パケットを送信する際又は近傍のワイヤレス医療装置からの情報パケットの受け取りをアクノリッジする際、少なくとも１つのデューティサイクルパラメータをブロードキャストするステップと、
    を含む方法。
13. 近傍のワイヤレス医療装置から少なくとも１つのデューティサイクルパラメータを受け取るステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記デューティサイクルパラメータは、
    現在時間ウィンドウ中のデューティサイクルを規定する現在送信デューティサイクル、
    現在時間ウィンドウ中に利用可能なデューティサイクルを規定する残余送信デューティサイクル、及び
    十分なデューティサイクルが利用可能になるときまでの現在時間からの時間オフセット、
    の少なくとも１つを含む、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記ワイヤレス医療装置及び近傍のワイヤレス医療装置の現在デューティサイクル、残余デューティサイクル及び時間オフセットパラメータの少なくとも１つに基づいて、送信モードを決定するステップを更に含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記送信モードは、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、複数の時間ウィンドウにわたって前記情報パケットを断片化する断片化モード、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、前記情報パケットの送信時間を低減するように前記トランシーバの周波数及び振幅変調の少なくとも一方を調整する変調モード、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、前記情報パケットの送信時間を低減するように前記情報パケットを圧縮する圧縮モード、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、次の時間ウィンドウまで前記情報パケットの送信を遅延させる遅延モード、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、アクノリッジされないパケットの再送信の試みを変えるリトライモード、
    前記デューティサイクル制限が超過されないように、前記現在時間ウィンドウ中に情報を符号化するための前記トランシーバのコーディング技法を調整する符号化モード、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、前記アクノリッジメントポリシを調整するアクノリッジメントモード、
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、より小さい情報パケットを集めてより大きい１つの情報パケットを作るフレーム集合モード、及び
    前記デューティサイクル制限が現在時間ウィンドウ中に超過されないように、現在時間ウィンドウ中により高い優先度の情報パケットを送信し、次の時間ウィンドウにより低い優先度の情報を送信する優先モード、
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 十分なデューティサイクルが送信に利用可能になるまで、前記トランシーバをより低い電力消費状態にするスリープ期間をスケジュールするステップを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記情報パケットが、モニタされた生理学的データ、アクチュエータ制御信号、送信モード、送信元アドレス、宛先アドレス、フレームタイプ、ペイロード及びエラー訂正コード、の少なくとも１つを含む、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載の方法を実施するようにプログラムされたプロセッサを有するワイヤレス医療装置。
20. 請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載の方法を実施するように１又は複数のプロセッサを制御するコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体。

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