JP2014509132A - 補助チャネルを利用して無線ネットワークにおける高速かつ電力効率的な関連付けを実現するための方法 - Google Patents

補助チャネルを利用して無線ネットワークにおける高速かつ電力効率的な関連付けを実現するための方法 Download PDF

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Abstract

医療システムは、患者データを取得及び通信する1つ以上のMBAN装置を有する。医療システムはさらに、1つ以上のメディカルボディエリアネットワーク(MBAN)システムを有し、各MBANシステムは、短距離無線通信を介しハブ装置と患者データを通信する1つ以上のMBAN装置を有し、短距離無線通信を介した患者データの通信は、所定のスペクトルの範囲内である。ハブ装置は、1つ以上のMBAN装置から通信された患者データを受信し、長距離通信を介し中央モニタリングステーションと通信する。1つ以上のMBAN装置は、各MBAN装置とMBANシステムとを関連付けるため、1以上の補助チャネルにより関連付けリクエストを送信し、補助チャネルは所定のスペクトルの範囲外である。

Description

本出願は、患者の生理状態をモニタするための医療モニタリング及び臨床データ装置に関する。それは、無線ネットワークとの高速かつ電力効率的な関連付けを実現するための補助チャネルの利用において特に適用を見出す。
生理センサ、低電力集積回路及び無線通信の急速な成長は、メディカルボディエリアネットワーク(MBAN)の新たな生成が患者をモニタするのに利用されることを可能にした。MBANは、医療スタッフの邪魔になりうる、又は切断されて医療データを失う可能性のある有線接続により生じる不便さと安全上の危険なしに、低コストの無線患者モニタリング(PM)を提供する。MBANアプローチでは、複数の低コストセンサが、異なる位置に又は患者の周囲に付属され、これらのセンサは、患者の体温、脈拍、血糖値、心電図(ECG)データなどの患者の生理情報を読み取る。センサは、MBANを構成するため、少なくとも1つの近傍のハブ又はゲートウェイ装置により調整する。ハブ又はゲートウェイ装置は、例えば、IEEE 802.15.4(Zigbee(登録商標))短距離無線通信プロトコルなどに準拠する埋め込み短距離無線通信ラジオを利用してセンサと通信する。センサにより収集される情報は、MBANの短距離無線通信を介しハブ又はゲートウェイ装置に送信され、これにより、ケーブルの必要性を排除する。ハブ又はゲートウェイ装置は、集中的な処理、表示及び格納のため、無線又は無線のより長い範囲のリンクを介し中央患者モニタリング(PM)ステーションに収集した患者データを通信する。より長い範囲のネットワークは、例えば、有線イーサネット(登録商標)及び/又はWi−Fi若しくは専用の無線ネットワークプロトコルなどの無線プロトコルなどを含むものであってもよい。PMステーションは、例えば、電子患者レコードデータベース、ナースステーション又は医療施設の何れかにある表示装置などを含むものであってもよい。
MBANモニタリングは、患者の生理パラメータを取得する。パラメータのタイプと患者の状態とに応じて、取得したデータは、重要なもの(例えば、運動管理を受ける健康な患者のモニタリングのケースなど)から生命に関わるもの(例えば、ICUの危篤状態の患者のケースなど)にわたるものであるかもしれない。このため、データの医療内容によるMBAN無線リンクに関する厳格な信頼性要求がある。しかしながら、医療無線接続性のための現在の周波数割当て及び規制は、限定的な帯域幅又は非制御インタフェースのため、医療用リンクのロウバスト性、超低電力消費及び低コストを含むMBANの厳格な要求を充足しない。
MBANシステムなどの短距離無線通信ネットワークは、干渉の影響を受ける傾向がある。短距離ネットワークの空間分散特性と、典型的にはアドホック構成とは、異なる短距離ネットワークの実質的な空間オーバラップを導く可能性がある。短距離通信システムに割り当てられた短距離通信チャネルの個数はまた、典型的には、政府の規制、ネットワークタイプ又は他のファクタにより制限される。オーバラップした短距離ネットワークと限定的なスペクトル空間(又はチャネル数)との組み合わせは、異なる短距離ネットワークの送信間の衝突を生じさせる可能性がある。これらのネットワークはまた、短距離ネットワークシステムに類似しないソースを含む他のソースからの無線周波数干渉を受ける可能性がある。
スペクトル利用効率を向上させるため、周波数スペクトル規制方針を利用することが知られている。1つの傾向は、MBAN用途のため特別にMBANスペクトルを割り当てることであり、主として他のサービスに以前は割り当てられていたスペクトルのセカンダリユーザとして機能する。例えば、現在は他のサービスに割り当てられている2360〜2400MHz帯(MBANスペクトル)をMBANサービスにセカンダリユーザとして開放することが米国において提案されてきた。同様の提案が行われてきたか、又は他の国で行われることが期待されている。MBANスペクトルの大きな帯域幅、干渉フリー及び良好な伝搬特性は、医療品質の接続性の厳格な要求を充足するであろう。プライマリユーザとセカンダリユーザとの共存を実現するため、セカンダリユーザのスペクトル利用に対するいくつかの制限(又はスペクトル規制決定)がなされるであろう。1つの可能性のある制限は、電子的な方法を介し割り当てられたスペクトルコーディネータにより許可されない場合、セカンダリユーザの送信を禁止するということであろう。例えば、電子キー(E―Key)機構が、進行中のFCCのMBAN(Medical Body Area Network)周波数規制の技術的決定の一部として提案されてきた。
これを実現するため、割り当てられたMBANスペクトルは、副次的に利用されるものであり、これは、MBANシステムが当該スペクトルのすべてのプライマリユーザを保護し、これらのユーザからの可能性のある干渉を受け入れる必要があることを意味する。プライマリユーザを保護するため、MBANスペクトルの利用に対して制限がなされる必要がある。例えば、MBANスペクトルは、所定のプロテクションゾーンの範囲外の医療施設内のMBAN装置によってのみ利用可能であろう。MBAN装置がプロテクションゾーン外にあるか、又は電子キーからの認証を有していない場合、MBAN装置は、MBANスペクトルの範囲外でのみ送信可能である。これは、MBAN装置が、割り当てられたMBANコーディネータからの認証の取得に成功したときに限って、MBANスペクトル内で送信可能であることを意味する。
この提案された解決手段では、MBANサービスのためにMBANスペクトルを利用することを計画する病院は、割り当てられたMBANコーディネータに登録する必要がある。MBANコーディネータは、プライマリユーザとの調整を通じてMBANスペクトルを利用することが実現可能であるか判断し、実現可能である場合、登録された病院のためにMBANスペクトルの一部又は全ての利用を許可するための電子キーを生成する。全てのMBAN装置が、デフォルトによりMBANスペクトルで送信することが可能であるとは限らず、MBANスペクトル又は他のバンド(2.4GHz ISMバンドなど)の範囲外で送信することが可能である。登録された医療施設は、MBANコーディネータから取得した自らの電子キーを施設内(屋内)の全てのアクティブなMBANシステムに報知する。MBANハブ装置がそれの登録されている医療施設から電子キーを受信すると、それは、電子キーにより許可されたMBANスペクトルの一部又は全ての範囲内の送信を有効にする。MBANハブ装置は、機能すべきチャネルを選択し、ビーコン送信を介しそれのMBAN装置(又はスレーブ装置)に通知してもよい。スレーブ装置は、MBANシステムとの関連付けに成功し、MBANハブ装置との接続を維持する前には、MBANスペクトルで送信することが許可されていないかもしれない。
MBANスペクトルの重要な効果の1つは、IEEE 802.15.4やBluetooth(登録商標)などの現在の商用の2.4G ISMバンド低電力ラジオ手段がMBANスペクトルにおいて再利用可能である。MBANシステムと関連付けするため、MBANスレーブ装置は、近傍のアクティブなMBANシステムに関する情報を取得し、関連付けすべき所望のMBANシステムを選択する必要がある。その後、MBAN装置は、選択されたMBANシステムにより現在利用されるチャネルにスイッチし、所望のMBANシステムのハブ装置に関連付けリクエストを送信する。ハブ装置は、このような関連付けが可能であるか判断し、その判定を関連付けレスポンスを介しMBAN装置に送信する。MBAN装置は、関連付け処理を完了させるため、アクノリッジメントフレームをハブ装置に送信してもよい。
関連付けされたMBAN装置がハブ装置との接続を失うと、それは、自らのMBANシステムに再加入するため、同様の処理を行う必要があるかもしれない。例えば、IEEE 802.15.4規格では、孤立した装置(すなわち、MBANシステムとの接続を失っていると判断したMBAN装置)は、それのMAC(Media Access Control)アドレスをリセットし、関連付け処理を再実行するか、又は孤立した装置の再アライメント処理を実行するかもしれない。孤立した装置の再アライメント処理では、孤立した装置は、それのハブ装置をリロケート及び再接続することを試みることを可能にする孤立スキャンを実行する。
関連付け又は再加入(すなわち、孤立した装置の再アライメント)処理において利用されるチャネルスキャン技術により存在するいくつかの問題がある。MBAN装置がMBANシステムを関連付け又は再加入するため、MBAN装置は、ハブ装置との関連付けに成功する前、候補チャネルによりアクティブに送信することが要求される。これは、MBANスペクトルの制限に基づき許容されないかもしれない。上述されるように、この制限は、MBAN装置がそれのMBANハブ装置から電子キーを介して許可を取得するまで、MBANスペクトルにより送信することを禁止している可能性がある。さらに、関連付け処理及び孤立再アライメント処理中、MBAN装置は、それのハブ装置との接続の構築に成功し、有効な電子キーを有することなく済ませることが許可されていないハブ装置によってそれの識別が確認されるまで、関連付けリクエスト/孤立通知フレームを送信する必要がある。
本出願は、上述した問題などを解消する新規で改良された無線ネットワークとの高速かつ電力効率的な関連付けのためのシステム及び方法を提供する。
一態様によると、医療システムが提供される。医療システムは、1つ以上のMBAN装置は、患者データを取得及び通信する。医療システムはさらに、1つ以上のメディカルボディエリアネットワーク(MBAN)システムを有し、各MBANシステムは、短距離無線通信を介しハブ装置と患者データを通信する1つ以上のMBAN装置を有し、短距離無線通信を介した患者データの通信は、所定のスペクトルの範囲内である。ハブ装置は、1つ以上のMBAN装置から通信された患者データを受信し、長距離通信を介し中央モニタリングステーションと通信する。1つ以上のMBAN装置は、各MBAN装置とMBANシステムとを関連付けるため、1以上の補助チャネルにより関連付けリクエストを送信し、補助チャネルは所定のスペクトルの範囲外である。
他の態様によると、方法が提供される。本方法は、1つ以上のメディカルボディエリアネットワーク(MBAN)装置により患者データを収集するステップと、1つ以上のMBAN装置とMBANシステムとを関連付けるため、補助チャネルによりハブ装置に関連付けリクエストを送信するステップと、短距離無線通信を介し1つ以上のMBAN装置からMBANシステムを通じてハブ装置に収集された患者データを通信するステップであって、短距離無線通信を介した通信は所定のスペクトルの範囲内であり、所定のスペクトルは補助チャネルの範囲外である、患者データを通信するステップと、長距離無線通信を介しハブ装置から中央モニタリングステーションに収集された患者データを通信するステップとを有する。
1つの効果は、MBAN装置とMBANシステムとの安全、高速及び電力効率的な関連付けである。
他の効果は、MBANシステムにより取得された重大な医療データの消失の低減又は排除された確率である。
他の効果は、改良された医療ワークフロー効率、安全性及び治療結果にある。
本発明のさらなる効果は、以下の詳細な説明を参照及び理解した当業者に理解されるであろう。
本発明は、各種コンポーネント及びコンポーネントの構成と、各種ステップ及びステップの構成とによる形態をとりうる。図面は、効果的な実施例を示すためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきでない。
図1は、本出願によるMBANシステムを図示する。 図2は、本出願によるアクティブチャネルスキャンシーケンスを図示する。 図3は、本出願によるパッシブチャネルスキャンシーケンスを図示する。 図4は、本出願による孤立スキャンシーケンスを図示する。 図5は、本出願によるビーコンベーススーパーフレーム構造を図示する。 図6は、本出願による補助チャネル上のアクティブビーコン送信モードを図示する。 図7は、本出願による補助チャネル上のパッシブビーコン送信モードを図示する。 図8は、本出願によるMBANシステムの処理のフローチャート図である。
図1を参照して、複数のメディアカルボディエリアネットワーク(MBAN)の各MBAN10は、複数のMBAN装置12,14と対応するハブ装置16とを有する。MBAN装置12,14は、短距離無線通信プロトコルを介し対応するハブ装置16と通信する。MBAN10はまた、ボディエリアネットワーク(BAN)、ボディセンサネットワーク(BSN)、パーソナルエリアネットワーク(PAN)、モバイルアドホックネットワーク(MANET)などの他の等価な用語によって関連文献において参照されることもある。MBAN10という用語は、これら各種の代替的な用語を含むものとして理解されるべきである。
図示されたMBAN10は、2つの図示されたMBAN装置12,14と対応するハブ装置16とを有するが、MBAN装置とハブ装置との個数は、1、2、3、4、5、6又はそれ以上とすることが可能であり、さらに、MBAN装置の個数は、いくつかの実施例では、MBAN装置が医療モニタリング機能を追加又は削除するため、ネットワークから追加又は削除されるとき、アドホック的に増減されてもよい。MBAN装置12,14は、心拍、呼吸レート、心電図(ECG)データなどの生理パラメータを含む患者データを取得する1以上のセンサ20を有し、MBAN装置の1以上が皮膚用パッチや静脈接続を介した治療薬の制御された投与、心臓ペースメーカー機能の実行などの他の機能を実行することが想定される。他のMBAN装置が患者と関連付け可能であり、上述したMBAN装置の必ずしも全てが所与の時点で患者に関連付けされている必要があるとは限らない。単一のMBAN装置が、1以上の機能を実行してもよい。図示されたMBAN装置12,14は、関連付けされた患者の外部に配置されるが、より一般には、MBAN装置は、患者の上に、患者の中に(例えば、MBAN装置は、埋め込み型の装置の形態を取るものであってもよい)、又は短距離通信プロトコルの通信範囲内の患者に近接して(例えば、MBAN装置は、患者の近くに維持されたポールに装着された静脈注入ポンプ(図示せず)に搭載された装置の形態を取るものであってもよく、この場合、モニタされた患者データは、注入液体フローレートなどの情報を含むものであってもよい)配置されてもよい。MBAN装置は患者の快適さを促進するため実用可能な限り小さく作成され、信頼性を向上させるため複雑さが低いことが望ましいことがある。従って、このようなMBAN装置12,14は、典型的には、低電力装置(バッテリ又は他の電気電源を小さく維持するため)であり、限定的なオンボードデータストレージ又はデータバッファリングを有してもよい。この結果、MBAN装置12,14は、取得した患者データをそれのデータバッファをオーバフローさせることなく対応するハブ装置に迅速に送るため、対応するハブ装置と連続的又はほぼ連続的な短距離無線通信をすべきである。
図1において、短距離無線通信範囲が、MBANシステム10の輪郭を示すのに利用される破線により図示される。短距離無線通信は、典型的には、双方向であり、これにより、MBAN装置12,14は、対応するハブ装置16に情報(患者データ、MBAN装置状態など)を通信可能であり、対応するハブ装置16は、MBAN装置12,14に情報(コマンド、治療用MBAN装置のケースの制御データなど)を通信可能である。図示されたハブ装置は、より長い範囲の送信のためのより長く重いバッテリと他のハードウェアの担持を実現する腰に装着される装置である。しかしながら、ハブ装置は、例えば、リスト装置、接着装置など患者に装着可能である。また、ハブ装置は、患者の近くに保持されるポールに装着された静脈注入ポンプ(図示せず)と一体化されるなど、患者の近くの何れかに装着されることが想定される。
センサ20から取得される患者データは、対応するMBAN装置のコントローラ22に同時送信される。MBAN装置12,14は、センサ20により取得された患者データの収集ポイントとして機能し、メモリ24への患者データの一時的ストレージを提供する。MBAN装置12,14はまた、短距離無線通信プロトコルを介し患者データを対応するハブ装置16に送信するための通信ユニット26を有する。通信ユニット26は、コントローラ22により受信された患者データ及び情報を送信し、ハブ装置16から情報を受信するための送受信機(図示せず)を有する。
短距離無線通信プロトコルは、好ましくは、数十メートル、数メートル又はそれ未満の相対的に短い動作範囲を有し、いくつかの実施例では、IEEE 802.15.4(Zigbee(登録商標))短距離無線通信プロトコル若しくはその変形、又はBluetooth(登録商標)TM短距離無線通信プロトコル若しくはその変形を適切に利用する。Bluetooth(登録商標)TM及びZigbee(登録商標)は、短距離無線通信に適した実施例であるが、専用の通信プロトコルを含む他の短距離通信プロトコルがまた想定される。短距離通信プロトコルは、ハブ装置16がMBANシステム10全てのMBAN装置12,14と確実に通信するのに十分な範囲を有するべきである。MBAN装置12,14と対応するハブ装置16との間と、いくつかの実施例では、MBAN装置間の短距離無線通信プロトコルは、約2.3〜2.5GHzの周波数スペクトルで動作する。
患者データの医療コンテンツが送信されるため、MBANシステム10の通信に対する厳格な信頼性要求によって、MBANスペクトルは、上述された2360〜2400MHz帯など、患者データの通信用に特に割り当てられる。信頼性の要求は、MBANスペクトルの範囲外の患者データの送信を禁止する。例えば、MBAN装置12,14は、MBANスペクトルにおいて動作するときに限って、取得した患者データを対応するハブ装置16に送信することが許可される。MBANスペクトルの範囲内及び範囲外で動作可能である場合、MBAN装置12,14は、MBAN装置状態データ、関連付けデータ、ビーコンデータ、電子キー認証データなどの他のデータをMBANスペクトルの範囲外で送受信することが許可される。例えば、MBAN装置12,14が割り当てられたMBANスペクトルの範囲外で動作しているとき、MBAN装置12,14は、関連付けリクエストを対応するハブ装置16に送信することが許可されるが、MBAN装置12,14が割り当てられたMBANスペクトルにおいて動作していない場合、患者データを送信することが禁止される。
MBANスペクトルでは、MBAN装置12,14は、当該スペクトルのセカンダリユーザである。プライマリユーザを保護するため、MBANスペクトルのMBAN装置12,14の動作は、MBAN装置12,14が割り当てられたMBANコーディネータ36によって認証されていない場合、又は認証されたMBANネットワークにすでにない場合、禁止される。すなわち、MBAN装置12,14は、MBAN装置が対応するMBANハブ16を介しMBANコーディネータ36からの認証の取得に成功したときに限って、MBANスペクトル内で送信可能である。MBANコーディネータ36は、政府規制機関、FCC、地方規制機関、MBANシステムがある病院などとすることが可能である。MBANスペクトルで動作するため、MBAN装置12,14、ハブ装置16、病院などは、MBANコーディネータ36に登録する必要がある。MBANコーディネータ36は、電子キーリクエストを受信し、電子キーを認証されたMBAN装置に割り当てるためのコントローラ38を含む。MBANコーディネータはまた、特定のMBANネットワークがプライマリユーザとの調整によりMBANスペクトルを利用することが可能であるか判断するための認証ユニット40を有する。認証ユニット40が、要求元のMBAN装置のサービスがMBANスペクトルのプライマリユーザと共存可能であると判断した場合、MBANコーディネータは、図示された実施例では、MBANスペクトルの一部又は全ての利用を認証する特定の病院について電子キーを生成する。例えば、登録された医療施設は、MBANコーディネータ36から取得したそれの電子キーを、その施設内(屋内)で設定された各MBANBネットワークに報知する。MBANハブ装置は登録された医療施設から電子キーを受信すると、それは、電子キーにより認証されたMBANスペクトルの一部又は全ての範囲内でMBANネットワークを設定及び運営することが可能である。MBAN装置12,14がMBANネットワークにおいてMBANハブ16と関連付けされている限り、それらは、MBANスペクトルを介しMBANハブ16と通信可能である。MBANスペクトルにおけるMBAN装置12,14及びMBANハブ16の動作はまた、MBAN装置12,14が特定のケアユニット、医療施設、病院などの所定のプロテクションゾーンの範囲外にある場合には禁止される。例えば、MBAN装置12,14及びMBANハブ16は、それらが所定のプロテクションゾーン内にあるときに限って、MBANスペクトル内で送信可能である。
ハブ装置16は、MBAN装置12,14のセンサ20により取得された患者データを受信し、MBAN10から収集した患者データを長距離通信プロトコルを介し中央モニタリングステーション34に送信するため、MBANスペクトル上のそのMBANシステム10の処理を調整する。センサ20から取得した患者データは、MBAN装置12,14から対応するハブ装置16の短距離通信装置28に同時送信される。ハブ装置16は、例えば、1人の患者に関連付けされたMBAN装置の全てなど、MBANネットワークの全てのMBAN装置12,14のセンサ20により取得された患者データの収集ポイントとして機能し、メモリ30への患者データの一時的ストレージを提供する。ハブ装置16はまた、長距離無線通信プロトコルを介し患者データを中央モニタリングステーション34に送信するための長距離通信ユニット32を有する。MBANハブ16のコントローラ33は、MBAN装置12,14との通信、患者データの収集及びハンドリング、患者データの中央モニタリングステーション34への再送、アクノリッジメントの受信、ネットワークのセットアップ、新たなMBAN装置の関連付け、削除されたMBAN装置の関連付け解除などを制御する。
ハブ装置16の長距離通信ユニット32はまた、MBANシステム10のデータを通信するための長距離通信機能を提供する送受信機を有する。図1の例示的な具体例では、ハブ装置16は、病院ネットワーク42を介し中央モニタリングステーション34と無線通信する。さらなる説明を提供するため、中央モニタリングステーション34は、多数のハブ装置から患者データを受信するためのコントローラ44を有する。中央モニタリングステーション34はまた、例えば、MBANシステム10により取得され、病院ネットワーク42を介し中央モニタリングステーション34に通信される患者の医療データを表示するのに利用されるディスプレイモニタ46を有する。中央モニタリングステーション34はまた、現在及び過去の全ての患者の患者データ及びレコードが格納される電子患者レコードサブシステム48を雄心する。中央モニタリングステーションと患者との間の通信は、病院ネットワーク42を介し送受信される。長距離無線通信は、適切にはIEEE 802.11無線通信プロトコル又はその変形に準拠するWiFi通信リンクである。しかしながら、他の無線通信プロトコルが、他のタイプの無線メディカルテレメトリシステム(WMTS)などの長距離通信に利用可能である。さらに、長距離通信は、有線イーサネット(登録商標)リンク(この場合、病院ネットワークは、有線長距離通信リンクを提供する少なくとも1つのケーブルを含む)などの有線通信とすることが可能である。長距離通信は、MBAN装置12,14と対応するハブ装置との間の短距離通信と比較してより長い範囲である。例えば、短距離通信の範囲は、1メートル、数メートル、又はおそらく高々数十メートルのオーダであってもよい。長距離通信は、病院ネットワークに直接的に又は複数のアクセスポイントを介して病院又は他の医療施設の実質的に一部又は全てを網羅するのに十分な長さとすることが可能である。
無線の場合、長距離通信は短距離通信より大きな電力を必要とし、このため、ハブ装置16は、長距離通信送受信機を作動させるのに十分なバッテリ又は他の電源を含む。ハブ装置16はまた、典型的には、十分なオンボードストレージを有し、これにより、病院ネットワーク42との通信がある期間中断される場合、有意な量の患者データをバッファすることが可能である。無線長距離通信の例示的なケースでは、患者が病院又は医療施設内を移動する場合、病院ネットワーク42により利用されるIEEE 802.11又は他の無線通信プロトコルは無線通信を提供する。これについて、患者は典型的にはベッドに横たわっているが、より一般には、患者は歩行し、病院又は医療施設中を様々に移動することが想定される。患者が移動するとき、MBAN装置12,14及びハブ装置16を含むMBANシステム10は、患者と一緒に移動する。
MBAN10では、MBAN装置12,14は、短距離無線通信を介しハブ装置16と通信する。しかしながら、MBAN装置12,14の各種ペア又はグループがまた短距離無線通信を介し直接的に(すなわち、仲介手段としてハブ装置16,18を利用することなく)相互通信することが想定される。これは、例えば、2以上のMBAN装置のアクティビティを時間的に調整するなどのために有用であるかもしれない。さらに、ハブ装置16,18は追加的な機能を提供してもよい。例えば、ハブ装置16,18はまた、生理パラメータを測定するための1以上のセンサを含むMBAN装置であってもよい。さらに、単一のハブ装置16,18が示されるが、当該調整機能(例えば、MBAN装置12,14からのデータ収集及び長距離無線通信を介し収集したデータのオフロード処理など)が調整タスクを連係して実行する2つ以上のMBAN装置により実現されることが想定される。
例示的な図1では、1つのMBANシステム10のみが詳細に示される。しかしながら、より一般には、病院又は他の医療施設は、各患者が自分のMBANシステムを有する複数の患者を含むことが理解されるであろう。より一般には、MBANシステムの個数は、いくつかの例示的な具体例では、医療施設のサイズに応じて数百、数千、数万又はそれ以上であってもよい。実際、1人の患者が2以上の異なる独立して又は連係して動作するMBANシステム(図示せず)を有することさえ想定される。この環境では、異なる患者の各種MBANシステムが、各MBANシステムの短距離無線通信の範囲がオーバラップするように、互いに近接することが予想できる。
MBAN装置12,14、MBANハブ16、MBANシステム10及び中央モニタリングステーション34は、例えば、以下で詳細に説明される処理を実行するためMBANソフトウェアを実行するよう構成されるマイクロプロセッサ又はソフトウェア制御装置などの少なくとも1つのプロセッサを含む。典型的には、MBANソフトウェアは、プロセッサによる実行のため有形なメモリ又はコンピュータ可読媒体に担持される。非一時的コンピュータ可読媒体のタイプは、ハードディスクドライブ、CD−ROM、DVD−ROM、インターネットサービスなどのメモリを含む。プロセッサの他の実現形態がまた想定される。ディスプレイコントローラ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA及びマイクロコントローラが、プロセッサの機能を提供するため実現可能な他のタイプのコンポーネントの例示的な具体例である。各実施例は、プロセッサ、ハードウェア又はこれらの組み合わせにより実行されるソフトウェアを利用して実現されてもよい。
関連付けされていないMBAN装置をMBAN10に関連付けるため、MBAN装置12,14は、近傍のアクティブなMBAN10に関する情報を受信するためアクティブ又はパッシブにチャネルスキャンを実行する。受信した情報から、MBAN装置12,14は、選択されたMBAN10により現在利用されるチャネルにスイッチし、選択されたMBAN10のハブ装置16に関連付けリクエストを送信する。ハブ装置16は、このような関連付けが許可されるか判断し、その判定結果を関連付けレスポンスを介しMBAN装置に送信する。MBAN装置12,14は、関連付け処理を完了させるため、ハブ装置16にアクノリッジメントフレームを送信してもよい。関連付けされたMBAN装置12,14が対応するハブ装置16との接続を失う場合、それは、自らのMBANネットワーク10に再加入するためには、同様の処理を行う必要があるかもしれない。例えば、IEEE 802.15.4規格では、孤立装置(すなわち、MBANネットワークとの接続を失ったと判断したMBAN装置)は、それのMACをリセットし、関連付け処理を再実行するか、又は孤立装置の再アライメント処理を実行してもよい。孤立装置の再アライメント処理では、孤立装置は、それのハブ装置16にそれがリロケート及び再接続することを試みることを可能にする孤立スキャンを実行する。
MBAN装置12,14がMBANシステム10を関連付け又は再加入するため、MBAN装置12,14は対応するハブ装置16と通信する必要がある。しかしながら、MBAN装置12自体は、MBANスペクトルで送信することが認証されていない。従って、MBAN装置は、MBANスペクトルによりハブ装置16と通信することはできず、MBANシステム10に再加入又は関連付けするため、補助チャネルでアクティブ又はパッシブに通信することが要求される。MBANスペクトルの制限のため、MBAN装置12,14は、それのMBANハブ装置から電子キーを介し認証を受信するまでMBANスペクトルで送信することが禁止される。さらに、関連付け処理及び孤立再アライメント処理中、MBAN装置12,14は、対応するハブ装置16との接続の構築に成功し、それの識別情報が、有効な電子キーを有することなく済ませることが可能とされないハブ装置16により確認されるまで、関連付けリクエスト/孤立通知フレームを送信する必要がある。
この問題を解決するため、MBANスペクトルの範囲外の補助チャネルが、MBAN関連付け処理、孤立関連付け処理及び再関連付け処理をサポートするのに利用される。関連付け及び孤立アライメント処理では、1以上の補助チャネルが、各MBAN装置12,14及びMBANハブ16に対して予め規定及び知られている。補助チャネルは、MBANスペクトルの外部にあり、電子キーの認証を必要とすることなく情報及びデータを送信するためMBAN装置12,14により利用可能である。
これを実現するため、各アクティブMBAN10のハブ装置16は、補助チャネルとMBANチャネルとの2つのチャネルで動作する。MBAN10の患者データの通信を含む通常データの全ての通信は、MBANスペクトル内のMBANチャネルで行われる。補助チャネルは、関連付け/孤立再アライメント処理のためのみに利用される。2つのチャネル上で動作するため、MBAN装置12,14及びハブ装置16は、一方がそれの補助チャネルで送信し、他方がそれのMBANチャネルで送信する2つの無線送受信機を有してもよい。あるいは、MBANチャネル及び補助チャネルが周波数的に近い場合、単一の送信機/アンテナシステムが、周波数間をスイッチするためチューニング及び制御可能である。第1及び第2送受信機は、最善の電力消費と遅延のトレードオフを実現するため、異なるスーパーフレーム構造を有することが可能である。あるいは、MBANハブ装置は、定期的に双方のチャネルで処理を実行するため、それのMBANチャネルと補助チャネルとの間でスイッチする単一のラジオしか有さない。後者のオプションは、MBANシステムが低デューティサイクル(25%未満など)システムであり、ハブ装置が関連付け及び再関連付け処理のためそれの非アクティブ期間中の処理に他のチャネルにスイッチできるため、実現可能である。MBANハブ装置16がそれのMBAN10を開始すると、それは、自らのMBAN処理のために補助チャネルのリストから補助チャネル及びMBANチャネルを抽出する。補助チャネルは、MBAN関連付け/孤立再アライメント処理をサポートするためだけに利用される。MBANハブ装置16とそれに関連付けされたMBAN装置12,14との間の患者データの送信を含む全てのデータ通信は、MBANチャネル上で実行される。MBANチャネルと補助チャネルとは、最善のパフォーマンスを実現するため、クリアチャネル評価に基づき、動的チャネル選択技術によって動的に変更可能である。
上述されるように、MBAN装置12,14は、近くのアクティブなMBANネットワーク10に関する情報を受信し、関連付け又は再加入すべき対応するMBANネットワーク10を選択するため、アクティブ又はパッシブにチャネルスキャンを実行する。例えば、MBAN装置12,14及びMBANハブ16は、特定の患者に割当て可能であり、対応する患者識別子を搬送する。図2に示されるように、アクティブスキャン中、MBAN装置は、各補助チャネル102,104,106上でビーコンリクエスト100をアクティブに送信し、当該チャネルのハブ装置16からのレスポンス(ビーコンフレームなど)のため、所定の期間108において当該チャネルを聴取する。受信したビーコンフレームを介して、MBAN装置は、何れのMBANネットワーク10が現在のチャネルで機能中であるか、またこれらのネットワークに関する他の情報を決定する。受信したレスポンスに基づき、MBAN装置は、何れのMBANネットワーク10が同一の患者識別子によりハブなどに接続するか選択する。
図3に示されるように、パッシブスキャン中、MBAN装置は、所定の期間126において各補助チャネル120,122,124を聴取し、当該チャネルで現在機能しているハブ装置からビーコンフレームを受信することを試みる。
図4に示されるように、孤立スキャン中、孤立したMBAN装置は、各補助チャネル142,144,146により孤立通知コマンド140をアクティブに送信し、所定の期間148において当該チャネルを聴取し、それのハブ装置からレスポンスを取得することを試みる。孤立装置がターゲットとなるハブ装置から調整手段の再アライメントコマンド(レスポンス)を受信すると、それは自らの孤立スキャンをストップし、ターゲットとなるハブ装置に再アライメントすることを開始する。
上述されるように、ビーコンは、スーパーフレーム構造に基づく。図5を参照して、スーパーフレーム構造が示される。スーパーフレーム200は、ハブ装置とそのMBAN装置とがデータチャネルで互いに通信するアクティブ期間202、ハブ装置が可能な関連付け/孤立再アライメント処理のため自らの補助チャネルにスイッチし、それのMBAN装置が非アクティブ(スリープモードなど)である関連付け期間204、及びハブ装置とそれのMBAN装置との双方が非アクティブである非アクティブ期間206の3つの部分を含む。
図6を参照して、補助チャネル上のアクティブビーコン送信モード300が示される。このモードでは、アクティブなMBANネットワークのハブ装置が、それの補助チャネル306上で関連付け期間304においてそれのビーコンフレーム302を定期的に送信する。それのビーコン送信後、ハブ装置は聴取モード308にスイッチし、MBAN装置から可能な関連付けリクエストを受信することを試みる。MBAN装置がMBANへの関連付けを所望する場合、それは、補助チャネルをパッシブスキャンする。具体的には、MBAN装置は、各補助チャネル306にスイッチし、MBAN装置がハブ装置からビーコンフレーム302を聴取できることを保証するため、スーパーフレームの長さ以上のTlistenの期間310において当該チャネルを聴取する。
MBAN装置がそれの所望のハブ装置からビーコンフレーム302を受信すると、
それは、聴取処理をストップし、チャネルスキャン処理の実行することをストップする。その後、MBAN装置は、ハブ装置の聴取期間内に現在の補助チャネル306により所望のハブ装置に関連付けリクエストを送信する。ハブ装置が関連付けリクエストを正しく受信した場合、それは、MBAN装置の識別情報を確認し、それの利用可能なリソースをチェックし、関連付けリクエストを受理すべきか判断する。ハブ装置は、補助チャネル306によりMBAN装置に判定結果を送信する。関連付けリクエストが受理された場合、ハブ装置はまた、有効な電子キーをMBAN装置に提供する。関連付けが終了し、MBAN装置が所望のネットワークへの関連付けに成功すると、それは、当該ネットワークのデータチャネルにスイッチし、データチャネルを介したさらなる通信を実行する。MBAN装置が有効な電子キーを受信すると、それは、電子キーにより有効とされるMBANスペクトルの一部又は全てで送信可能となる。
関連付けされたMBAN装置がそれのハブ装置への接続を失い、孤立装置になった場合、それの電子キーは無効になり、孤立MBAN装置は、ハブ装置に再接続するため孤立装置再アライメント処理を開始する。まず、孤立装置は、それの補助チャネルにスイッチし(それの切断前に利用されたもの)、それのハブ装置からビーコンフレームを取得することを試みる。孤立装置がそれの切断前はネットワークに関連付けされていたため、それは、当該ネットワークにより利用される補助チャネルに関する情報を有し、当該補助チャネルのビーコン送信のタイミングと当該情報とが、再アライメントを実行するため孤立装置により利用可能である(例えば、ビーコンを受信するため補助チャネルにスイッチすべき時点など)。それがそれのハブ装置からビーコンを受信すると、補助チャネルによりそれのハブ装置に孤立通知を送信する。その後、ハブ装置は、孤立再アライメントコマンドと孤立装置に対する有効な電子キーとによりそれにリプライする。その後、孤立装置は、それのデータチャネルに戻って、ハブ装置と再アライメントすることによって、それの再アライメントを終了する。孤立装置が送信すべき重要データを有する場合、それは、孤立通知を利用してハブ装置に通知する。ハブ装置は、それの孤立再アライメントコマンドを通じてこのような送信を許可する。許可された場合、MBAN装置は、ハブ装置から孤立再アライメントコマンドを受信した後すぐに、それの補助チャネルによる送信を開始することができる。これは、孤立装置からハブ装置への重要データのタイムリーな提供を保証する。
孤立装置がそれのハブ装置との接続を失っている期間中、ハブ装置は、それの補助チャネルを他のものに変更してもよいことが可能である。孤立装置が所定の期間内にレスポンス(それのハブ装置からの孤立再アライメントコマンド)を受信しない場合、それは他の補助チャネルで孤立スキャンを実行する。ハブ装置は、それが利用可能な補助チャネルの順序付けされたリストをそれのスレーブ装置に報知する。孤立装置は、再アライメント時間を低減するため、順序付けされたリストに基づき孤立スキャンを実行する。
図7を参照して、補助チャネルのパッシブ聴取モード400が示される。このモードでは、それの補助チャネル402によるハブ装置からのアクティブなビーコン送信はない。代わりに、アクティブなMBANネットワークのハブ装置は、関連付け期間404においてそれの補助チャネルについて定期的に聴取する。
MBAN装置がMBANネットワークへの関連付けを所望する場合、それは、補助チャネルをアクティブにスキャンする。具体的には、MBAN装置は、各補助チャネルにスイッチし、当該チャネルによりビーコンリクエストフレーム系列406を送信する。各ビーコンリクエスト送信406の後、それは、所定の期間において当該チャネルを聴取し、当該補助チャネルで機能するハブ装置からレスポンスを受信することを試みる。MBAN装置は、少なくともスーパーフレームの長さ以上のTPeriodの期間408において補助チャネル402において当該処理を繰り返す。2つのビーコンリクエストの送信間のインターバルTReuest410は、ハブ装置が少なくとも1つのビーコンリクエスト406を聴取する機会を取得することを保証するため、関連付け期間TAssociation412以下である。ハブ装置がMBAN装置からビーコンリクエスト406を受信すると、それは、所定の期間内にビーコン送信により応答する。その後、MBAN装置は、これらのビーコンレスポンスを検出することが可能となる。MBAN装置がそれの所望のハブ装置からビーコンを受信する場合、それは、ビーコンリクエストの送信とアクティブなスキャン処理とをストップする。それは、現在の補助チャネル402により選択されたハブ装置に関連付けリクエストを送信する。ハブ装置が関連付けリクエストを正しく受信した場合、それはMBAN装置の識別情報を確認し、それの利用可能なリソースをチェックし、関連付けリクエストを受理するか判断する。ハブ装置は、補助チャネル402を介しそれの判定結果をMBAN装置に送信する。関連付けリクエストが受理された場合、ハブ装置はまた、有効な電子キーをMBAN装置に提供する。関連付けが完了し、MBAN装置は所望のネットワークとの関連付けに成功した場合、それは、当該ネットワークのデータチャネルにスイッチし、データチャネルを介しさらなる通信を実行する。MBAN装置がすでに有効な電子キーを有している場合、それは、電子キーにより有効とされるMBANスペクトルの一部又は全てにより送信可能である。
装置の関連付け/再アライメントのイベントが現実の適用では頻繁でないため、補助チャネルのトラフィックは極めて限定的であろう。従って、複数のMBANネットワークが同一の補助チャネルを共有可能であり、MBANの共存をサポートするのにさらに少数の補助チャネル(データチャネルに比較して)しか必要でない。通常、1つ又は2つの補助チャネルが十分であろう。装置の関連付け中、はるかに少数のチャネルしかセンサ装置によりスキャンされる必要はない。これは、関連付け/再アライメント処理をスピードアップし、センサ装置の電力消費を低減することが可能である。
図8は、MBANシステムの処理を示す。ステップ500において、患者データが、1以上のメディカルボディエリアネットワーク(MBAN)装置により収集される。ステップ502において、関連付けリクエストが、1以上のMBAN装置とMBANシステムとを関連付けるため、補助チャネルによりハブ装置に送信される。ステップ504において、補助チャネルは、MBANから関連付け情報を受信するためアクティブ又はパッシブにスキャンされる。ステップ506において、MBANスペクトルの認証は、MBANスペクトルによる患者データの送信を認証するため、ハブ装置について生成される。ステップ508において、ハブ装置の利用可能なリソースが、関連付けリクエストの受信に応答してチェックされる。ステップ510において、関連付けレスポンス及びMBANスペクトルの認証が、関連付けリクエストの受理に応答して、補助チャネルにより1以上のMBAN装置に送信される。ステップ512において、収集された患者データは、短距離無線通信を介し1以上のMBAN装置からMBANシステムを通じてハブ装置に通信される。当該短距離無線通信を介した通信は所定のスペクトル内で行われ、所定のスペクトルは補助チャネルの範囲外である。ステップ514において、収集された患者データは、ハブ装置から中央モニタリングステーションに長距離無線通信を介し通信される。
本発明が、好適な実施例を参照して説明された。上記の詳細な説明を参照及び理解した他の者には、改良及び変更が想到しうる。本発明は、添付した請求項又はその均等の範囲内にある限り、このような改良及び変更を含むものとして解釈されることが意図される。

Claims (20)

  1. 患者データを取得及び通信する1つ以上のメディカルボディエリアネットワーク(MBAN)装置と、
    1つ以上のMBANシステムと、
    を有する医療システムであって、
    各MBANシステムは、
    短距離無線通信を介し前記患者データをハブ装置に通信する前記1つ以上のMBAN装置であって、前記短距離無線通信を介した前記患者データの通信は所定のスペクトルの範囲内である、前記1つ以上のMBAN装置と、
    前記1つ以上のMBAN装置から通信された患者データを受信し、長距離通信を介し中央モニタリングステーションに通信する前記ハブ装置と、
    を有し、
    前記1つ以上のMBAN装置は、各MBAN装置と前記MBANシステムとを関連付けるため、1つ以上の補助チャネルにより前記ハブ装置に関連付けリクエストを送信し、
    前記補助チャネルは、前記所定のスペクトルの範囲外である、医療システム。
  2. 前記MBANスペクトルによる患者データの送信を認証するため、前記1つ以上のハブ装置に対してMBANスペクトル認証を生成するMBANコーディネータをさらに有する、請求項1記載の医療システム。
  3. 前記1つ以上のMBAN装置は、前記1つ以上のMBANシステムに関する情報を受信するため、前記補助チャネルをアクティブ又はパッシブにスキャンし、
    前記情報は、前記1つ以上のMBANシステムの利用可能なリソースを含む、請求項1又は2記載の医療システム。
  4. 関連付けリクエストの受信に応答して、前記ハブ装置は、前記関連付けリクエストを受理するか判断するため、それの利用可能なリソースをチェックする、請求項1乃至3何れか一項記載の医療システム。
  5. 前記ハブ装置は、前記関連付けリクエストの受理に応答して、前記補助チャネルにより前記1つ以上のMBAN装置に関連付けレスポンスとMBANスペクトルの認証とを送信する、請求項1乃至4何れか一項記載の医療システム。
  6. 前記MBANスペクトルは、2360MHz〜2390MHzの範囲内であり、
    前記補助チャネルは、前記MBANスペクトルの範囲外である、請求項1乃至5何れか一項記載の医療システム。
  7. MBANスペクトルプロトコルと補助チャネルプロトコルとは、スーパーフレーム構造を有する、請求項1乃至6何れか一項記載の医療システム。
  8. 前記スーパーフレーム構造は、
    前記ハブ装置と前記1つ以上のMBAN装置とが前記MBANスペクトルにより互いに通信するアクティブ期間、
    前記ハブ装置が可能な関連付け処理のため前記補助チャネルにスイッチする関連付け期間、及び
    前記ハブ装置とMBAN装置の双方が非アクティブ状態である非アクティブ期間、
    の少なくとも1つを有する、請求項7記載の医療システム。
  9. 前記ハブ装置は、前記ハブ装置が前記補助チャネルにより前記関連付け期間においてビーコンフレームを定期的に送信し、前記1つ以上のMBAN装置から関連付けリクエストを受信するため定期的に聴取するアクティブ送信モードを有する、請求項1乃至8何れか一項記載の医療システム。
  10. 前記ハブ装置は、前記ハブ装置が前記1つ以上のMBAN装置から関連付けリクエストを受信するため定期的に聴取するパッシブ送信モードを有する、請求項1乃至9何れか一項記載の医療システム。
  11. 1つ以上のメディカルボディエリアネットワーク(MBAN)装置により患者データを収集するステップと、
    前記1つ以上のMBAN装置とMBANシステムとを関連付けるため、補助チャネルによりハブ装置に関連付けリクエストを送信するステップと、
    短距離無線通信を介し前記1つ以上のMBAN装置から前記MBANシステムを介し前記ハブ装置に前記収集された患者データを通信するステップであって、前記短距離無線通信を介した通信は所定のスペクトルの範囲内であり、前記所定のスペクトルは前記補助チャネルの範囲外である、前記収集された患者データを通信するステップと、
    長距離無線通信を介し前記ハブ装置から中央モニタリングステーションに前記収集された患者データを通信するステップと、
    を有する方法。
  12. 前記MBANスペクトルにおける患者データの送信を認証するため、前記ハブ装置に対してMBANスペクトル認証を生成するステップをさらに有する、請求項11記載の方法。
  13. 前記MBANから関連付け情報を受信するため、補助チャネルをアクティブ又はパッシブにスキャンするステップをさらに有する、請求項11又は12記載の方法。
  14. 前記MBANと関連付けするため、前記補助チャネルにより前記1つ以上のMBAN装置から前記ハブ装置に関連付けリクエストを送信するステップをさらに有する、請求項11乃至13何れか一項記載の方法。
  15. 前記MBANスペクトルは、2360MHz〜2390MHzの範囲内であり、
    前記補助チャネルは、前記MBANスペクトルの範囲外である、請求項11乃至14何れか一項記載の方法。
  16. 関連付けリクエストの受信に応答して、前記ハブ装置の利用可能なリソースをチェックするステップと、
    前記関連付けリクエストの受理に応答して、前記補助チャネルにより前記1つ以上のMBAN装置に関連付けレスポンスとMBANスペクトルの認証とを送信するステップと、
    をさらに有する、請求項11乃至15何れか一項記載の方法。
  17. MBANスペクトルプロトコルと補助チャネルプロトコルとは、スーパーフレーム構造を有する、請求項11乃至16何れか一項記載の方法。
  18. 前記スーパーフレーム構造は、
    前記ハブ装置と前記1つ以上のMBAN装置とが前記MBANスペクトルにより互いに通信するアクティブ期間、
    前記ハブ装置が可能な関連付け処理のため前記補助チャネルにスイッチする関連付け期間、及び
    前記ハブ装置とMBAN装置の双方が非アクティブ状態である非アクティブ期間、
    の少なくとも1つを有する、請求項11乃至17何れか一項記載の方法。
  19. 請求項11乃至18何れか一項記載の方法を実行するようプログラムされた1つ以上のプロセッサを有する医療システム。
  20. プロセッサにロードされると、前記プロセッサに請求項11乃至18何れか一項記載の方法を実行するようプログラムするソフトウェアを有するコンピュータ可読媒体。
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