JP5532056B2 - 近距離無線ネットワークの改善 - Google Patents

Description

本発明は、無線パーソナルエリアネットワークに関し、更に詳しくは、但し、必ずしもこれに限定されないが、無線センサネットワークと、人間又は動物の身体上に又はその周辺に配設された無線通信センサを含むボディエリアネットワークと、に関する。

所謂ボディエリアネットワーク、即ち、ＢＡＮ（Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）は、相対的に短い距離において情報を搬送するべく使用される無線パーソナルエリアネットワーク（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＰＡＮ）の一例である。無線ローカルエリアネットワーク（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＬＡＮ）とは異なり、ＷＰＡＮを介して実現される接続は、インフラストラクチャをほとんど又はまったく必要としない。この特徴により、様々な装置のために、小型で電力効率に優れた廉価な解決手段を実現できる。特に興味深い点は、センサを使用して患者の状態を監視する医療ＢＡＮ（Ｍｅｄｉｃａｌ ＢＡＮ：ＭＢＡＮ）の可能性である。検知されたデータをデータシンク（これは、ネットワークコーディネータであってもよい）に供給するべくセンサを主に利用しているＢＡＮが、無線センサネットワーク（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＳＮ）の一例である。但し、ＭＢＡＮとして機能するＷＳＮ内には、アクチュエータなどの更に能動的な装置を包含することも可能である。

近距離無線ネットワークの他の興味深い使用法は、産業用の監視における使用法である。このような無線ネットワークは、センサ及びその他の装置を包含するように設計可能である。例えば、配備の一形態は、監視のためにタービンブレード又はその他の産業用装置上の様々な位置の温度などのパラメータを計測するべく構成されたセンサを包含することになろう。この場合にも、このような無線ネットワーク内には、更に能動的な装置を包含可能であり、且つ、インフラストラクチャは、ほとんど又はまったく必要とされない。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格は、低データレートのＷＰＡＮ用の物理レイヤ（ＰＨＹ）及びＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：媒体アクセス制御）サブレイヤの仕様を規定しているが、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ネットワークのカバレージは、ＷＰＡＮを通常規定するパーソナル動作空間（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｐａｃｅ：ＰＯＳ）を超えて拡大可能であり、且つ、従って、もう少し大規模な産業用の配備にも好適である。本出願においては、このようなもう少し規模の大きなネットワークも、ＷＳＮ、ＷＰＡＮ、及びＢＡＮという用語に含まれている。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、アドホックピコネット用の規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．３との間に、いくつかの類似性を具備している。このような人間又は物体周辺のピコネットは、通常、すべての方向において少なくと１０ｍをカバーし、且つ、静止するか又は運動中であるかに拘わらず、人間又は物体を包み込む。これらは、更に高データレートのＷＰＡＮを含む。ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格（２００６）及びＩＥＥＥ８０２．１５．３規格（２００３）は、本引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４において想定されているタイプのＷＰＡＮは、産業用の監視などのアプリケーションには好適であるが、ＭＢＡＮに必要とされるような種類のデータ信頼性を提供しない。

医療アプリケーションには、信頼性及びプロセスの自動化を向上させると共にヒューマンエラーを低減しつつ、人間の労働と関連した費用を低減するという要件が存在している。センサは、必要とされる情報を提供可能であり、且つ、医療装置内において既に広く利用されている。これには、病院での回復治療、自宅治療、集中治療ユニット、及び高度な外科的処置が含まれる。脈拍や体温などのための外部センサ、体液との接触状態となるセンサ、（切れ込みを通じて）カテーテル内において使用されるセンサ、外部アプリケーション用のセンサ、無線センサを有する使い捨て型のスキンパッチ、及び埋植可能なセンサを含む医療用途に利用される多くの異なるタイプのセンサが存在している。

病院又は病室の患者周辺のセンサのＷＰＡＮは、患者の移動性、監視の柔軟性、現在監視されていない治療エリアへの監視の拡大、臨床過誤の低減、及び監視費用の全体的な低減を含む多数の臨床的な利益を提供可能であろう。身体着用型のセンサは、一人の患者の身体上の様々なセンサタイプを包含可能である。これらは、患者の身体に迅速に適用され且つ除去される能力を必要としている。

このようなセンサは、個別には、最低で患者当たりに１〜２ｋｂｐｓというビットレートを具備可能であり、且つ、集合的には、１０ｋｂｐｓのビットレートを必要としよう。レンジは、わずかに１メートルで十分であろう。但し、医療ＷＳＮアプリケーションは、臨床環境においては、ミッションクリティカルなアプリケーションである。限られたデータ損失及び限られたレーテンシーのための安定した無線リンク、患者及びセンサ密度のための能力、その他の無線との共存、数日にもわたる連続動作のための電池寿命、及び身体着用型装置のための小さなフォームファクタは、医療ＷＳＮ又はＭＢＡＮ用の要件の例である。これらの要件は、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：前方誤り訂正）及びＡＲＱ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｒｅｐｅａｔ ｒｅＱｕｅｓｔ：適応再送要求）、センサ情報レートのための低デューティサイクルＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多元接続）、及び相対的に効率的な小さなアンテナを含む時間及び周波数ドメインにおけるダイバーシティ及び誤り制御法などの技法を利用して満足させることができる。このため、特に医療アプリケーション用のボディエリアネットワークの特性を規定することを目的とした更なるＩＥＥＥ８０２．１５．６規格を規定するための作業が進行中である。

ＩＥＥＥ．８０２．１５．３、ＩＥＥＥ．８０２．１５．４、ＩＥＥＥ８０２．１５．６、及びその他の無線ネットワークに関係した規格の主要な要件の１つが、信頼性である。これは、患者の生命が医療ＷＳＮアプリケーションの無線リンクの信頼性に左右される非常事態の状況においては、或いは、発電所などのミッションクリティカルな産業環境を監視するためには、特に重要である。

本発明の一態様によれば、中継開始装置と、中間装置と、中継終了装置と、を有する装置の無線ネットワークが提供され、使用の際に、情報が、中継開始装置と中継終了装置の間において、中間装置への接続を介して、無線で伝達され、中間装置は、制御手段と、送信手段と、を有し、制御手段は、中間装置の送信手段により、中間装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信させるべく動作可能である。

特に、中間装置（送信ルート上において中継装置として機能する装置）は、その接続の１つ又は複数のものが、低信号対雑音比、電池電荷の消耗、及びその他の類似の要因に起因して、不安定になった場合に、中間装置を介したネットワーク接続の信頼性を低下させる可能性がある。本発明の実施例においては、安定性パラメータを使用することにより、不安定な中間装置をネットワークによって識別可能であり、且つ、従って、例えば、パラメータによって装置の不安定性が明らかになった際に、中間装置を事実上スイッチオフできるようにし、これにより、ネットワークが不安定な装置の周辺において機能すると共に患者情報又はその他のミッションクリティカルな情報の送信を保護できるようにするべく、任意の適切な処置を講じることができる。

送信上の問題の初期の段階において発生する変化を明らかにする安定性パラメータを使用することにより、接続障害が間欠的であると共に送信が依然として正常に実行されている際に、接続が失われる前に、又は少なくともその直後に、処置を講じることにより、永久的に失われた接続を異なるルートを介して単純に回復する方法と比べて、ネットワークの信頼性の劇的な向上を潜在的に実現可能である。

安定性の通知の送信は、ダウンリンク方向であってもよく、或いは、アップリンク方向であってもよい。好ましくは、通知は、中継開始装置に送信される。これは、（直接的に又は間接的に、ネットワークコーディネータに向かう）アップリンク方向であってもよく（この結果、コーディネータは、通知及びその発生源に応じて、後述する停止コマンドを生成可能である）、或いは、ダウンリンク方向であってもよい（この結果、通知の送信、又は通知及びその発生源から導出された任意のシグナリングが、好ましくは、不安定な中間装置を回避するべく、別の送信ルートを介してコーディネータに送信されることになる）。又、当業者であれば、中継開始装置と中継終了装置の間の送信方向も、アップリンク又はダウンリンクのいずれかであることを理解するであろう。

好ましくは、ネットワークは、決定手段を有し、決定手段は、安定性の通知を受信した際に、その通知に基づいて停止／スリープコマンドを中間装置に送信し、これにより、単純なスイッチオフにより、或いは、１００％（フル）スリープモードへの移行により、中間装置による送信及び受信を停止させるかどうを決定するべく動作可能である。

停止コマンドは、例えば、安定性の喪失をもたらした状況を修復するためのステップの実行が完了する時点までなど、少なくとも一時的に、中間装置をフルスリープモードに強制的に移行させることができる。具体的には、電池電力供給型の装置は、通常、電力消費を低減するべく、間欠的な動作を必要としている。間欠的に動作する装置は、スリープパターンを具備し、これにより、その動作寿命の大部分をスリープ状態において過ごす。このような装置は、送信又は受信するべく、定期的に「ウェークアップ」する。スリープ／ウェークアップパターン（単にスリープパターンとも呼ぶ）は、周期性を有しており、且つ、装置がそれぞれの周期において送信及び受信のためにウェークアップ状態にある時間の長さを決定する。スリープ／ウェークアップパターンは、スリープパターンビットの形態で装置に送信可能である。フルスリープモードにある装置は、送信及び受信のためにウェークアップしない。当然のことながら、フルスリープモードは、その送信及び受信を停止させるべく非電池電力供給型の装置に対して適用することも可能である。装置を１００％スリープに移行させる利点は、不安定性は、無線チャネルの品質を低減する一時的な障害物に起因したものである可能性があるという点にある。ネットワークは、その装置に後でアクセスし、且つ、再度チェック可能である。送信及び受信を単純にスイッチオフする場合には、状況によっては、これが不可能であろう。一実施例においては、装置は、スリープ状態にある不安定な装置（又は、ＲＸ／ＴＸがスイッチオフされた状態にある装置）がウェークアップし、且つ、例えば、５時間ごとに、送信要求を周期的に送信するように、内部タイマ及び／又はウェークアップのための適切な閾値を含む。不安定性がもはや消滅した場合には、装置は、ネットワークに再度参加可能である。

「中継開始」及び「中継終了」という用語は、本明細書においては、中間装置を介した情報送信ルートとの関係における無線装置の機能を表すべく使用されており、この場合に、情報は、中継開始装置と中継終了装置と中間装置のそれぞれのものの間において直接的に送信される。中継開始装置及び中継終了装置は、それぞれ、情報送信ルートの一端を形成可能であり（無線ネットワークのコーディネータ、或いは、アクチュエータ又はセンサ又はその他の末端装置など）、或いは、これらは、それ自体が情報送信ルート上における中継装置であってもよい。更に複雑なネットワークにおいては、これらの装置のいずれか又はすべては、２つの又は更に多くの数の機能を具備可能であり、例えば、センサとして、且つ、中継装置として、又は、コーディネータ及び中継装置として、機能する。

安定性の通知は、任意の適切な方式により、データフレーム内において送信可能である。通知は、実際に、１つ又は複数の実際の安定性パラメータ値を有することが可能であり、或いは、なんらかの方法により、１つ又は複数のパラメータ値を中間装置の処理手段によって処理し、通知を生成することも可能である。例えば、通知は、小さな又は大きな閾値とのパラメータの比較に基づいて算出することも可能であり、或いは、変化又は変化率から導出することも可能である。例えば、１つ又は複数の閾値との比較結果を送信用のビットに変換可能なルックアップテーブルを使用することにより、通知を更に処理して送信に適した形態にすることも可能である。

好ましくは、ネットワークが送信フレームを使用する際には、通知は、送信フレーム内において、例えば、コントロールフィールド内において又はペイロード内において、送信される。これは、既定値に設定されたコントロールフィールドを使用することによるか、又はＭＡＣコマンドフレーム内のペイロードとしてのものであってよい。好適な一実施例においては、値は、安定性を通知するべく組合せにおいて機能する１つ又は複数のビットであってよい。

１つのビットが使用される場合には、安定性通知は、オン又はオフである。更に複雑な実装形態においては、中間装置内における発生可能な安定性の欠如と発生する確率が更に高い安定性の欠如に対してネットワークが異なる方式で反応することできるように、安定性の通知の使用により、複数レベルの安定性／不安定性を提供可能である。例えば、２つのビットを使用し、安定した状態、安定性に懸念がある状態、不安定な状態、及び安定性における非常事態などの状態を表現可能である。

好適な実施例においては、通知の送信は、中間装置からのその他の送信よりも高い優先順位を有する。例えば、通知を含む送信は、通知を含まない送信の前にスケジューリング可能である。或いは、この代わりに、通知は、中間装置から永久的に又は特定の期間にわたって送信されるすべての送信フレーム内において送信することも可能である。

ネットワークに対する接続が間欠的なものになるように装置の送信及び／又は受信の間欠的な不完全な動作を表現する任意の適切なパラメータを中間装置の安定性パラメータとして使用可能である。

ネットワークは、好ましくは、情報の送信がアクノリッジされるように、アクノリッジメント機能を含む。この場合には、１つの安定性パラメータは、予想されていたが中間装置によって受信されなかった送信のアクノリッジメントの失敗の累積数であってよい。

しばしば、中間装置は、送信のために待機している情報を保持する送信バッファを更に有し、且つ、その場合には、１つの安定性パラメータは、送信バッファ内において待機している情報の量であってよい。特に、相対的に小さな送信バッファが存在する場合には、待機している情報の量に加えて又はこれに代えて使用される１つの安定性パラメータは、中間装置によって破棄されたデータパケットの数であってよい。

当業者であれば、これらの例のいずれにおいても、選択された１つ又は複数のパラメータは、接続の安定性と反比例することになり、且つ、従って、一般には、不安定性パラメータとして見なされることになるが、その他のパラメータは、安定性と正比例しうることを理解するであろう。

より確実な安定性の実証のために、任意の安定性パラメータを組み合わせることができる。同様に、単独で使用されるその閾値を超過した１つパラメータは、それぞれがその個別の閾値を超過したパラメータの組合せよりも、より高いレベルの安定性／不安定性の通知を付与可能である。好適な一実施例においては、アクノリッジメントの失敗の蓄積数パラメータと、待機している情報／破棄されたデータパケットパラメータと、の両方が、それぞれのパラメータの既定の閾値を超過した場合に、低安定性の通知が送信される。例えば、アクノリッジメントの失敗がその閾値を超過したら、中間装置の制御手段は、待機している情報／破棄されたデータパケットパラメータがその閾値を超過しているどうかを確認し、且つ、超過している場合に、低安定性／不安定性の通知が送信される。

停止／スリープコマンドを送信するかどうかを判定するべくネットワーク内に提供されている決定手段は、１つ又は複数の安定性レベルが提供されるかどうかとは無関係に、安定性の通知のみに基づいて動作可能である。或いは、この代わりに、決定手段は、例えば、中間装置を回避する代替ルートの利用可能性及び／又は継続中の送信の非常事態の状況などのその他の要因を考慮することも可能である。

当然のことながら、中間装置が不安定であることが確認されたら、可能な場合には、新しい信頼性の高いルートを確立することが重要である。好ましくは、装置の無線ネットワークは、中間装置を回避する代替ルートを確立するべく動作可能な再接続手段を更に有する。再接続手段は、ネットワーク制御構造の分布状況に応じて、中継開始装置の制御手段により、或いは、ネットワークのコーディネータにより、動作させることができる。

中継開始装置内の制御手段は、再接続ためにその装置の送信パワーを増大させるべく動作可能であってよい。代替ルートは、その他の中間装置に到達するべく、このような送信パターの増大を使用することにより、例えば、元の中間装置を「回避する」ことにより、単純に確立することも可能である。或いは、この代わりに、又は、これに加えて、中継開始装置の制御手段は、中間装置から方向転換された新しい地理的送信パターンの使用を指示することも可能である。この後者の方式は、指向性アンテナと共に使用される。

好ましくは、再接続手段は、それ自体が、中継開始装置内の制御手段と、ルート上の中間装置を置換する更なる装置内の制御手段と、を含み、これらの制御手段は、新しい接続を設定するべく協働可能である。

好適な実施例においては、再接続手段は、（安定性の通知の後に、且つ）停止コマンドが発行される前に、ネットワークの継続性を提供するべく動作可能である。即ち、好ましくは、停止コマンドは、接続手段が代替送信ルートの確立に成功した場合にのみ、発行される。

決定手段は、対象の情報送信ルート及びその他のネットワークの課題に関係するその他の要因との組合せて安定性の通知に対して適切に反応するべく十分な処理パワーを必要としうる。更に分散されたシナリオにおいては、決定手段は、中継開始装置内に提供可能である。但し、好ましくは、決定手段は、ネットワークコーディネータ内に提供される。このようなケースにおいては、中継開始装置は、中間装置の識別情報を（好ましくは、関連する安定性の通知と共に）コーディネータに送信するべく動作可能であってよい。この後に、停止コマンドが、好ましくは、コーディネータから中継開始装置及び中間装置に送信される。

装置の無線ネットワークは、安定性の通知に基づいて、中間装置の不安定性について外部のエンティティに警告するべく動作可能なアラーム手段を更に有することができる。この結果、停止コマンドが送信されない状況でも（例えば、代替ルートが存在しない場合や、不安定性のレベルが装置をネットワークから切り離すことを正当化するほどに十分に高くない場合に）外部警報を提供可能である。

例えば、コーディネータは、コーディネータとの有線又は無線接続状態にある中央監視ユニットに対してアラームを送信可能であ。従って、中央監視ユニットは、ＷＳＮの配備形態に応じて、無線センサネットワークの一部であってもよく、或いは、そうでなくてもよい。

中央監視ユニット（医療アプリケーションにおいては、しばしば、中央監視及び医療治療ユニットとも呼ばれる）は、（例えば、複数の患者又は複数の装置用の）複数のステーションから非常事態データの連続的な又は不定期のストリームを受信する能力を有する監視装置を具備したステーションであってよい。中央監視ユニットは、その役割が受信されたデータを監視することである要員（看護師や医療専門家など）を包含可能である。これらの要員は、例えば、個々の患者の又は産業用部品の状態の変化に応答して処置を講じることができる。

更なる態様においては、本発明の実施例は、装置の無線ネットワーク内において使用される装置を提供し、使用の際に、情報が、装置と少なくとも１つのその他のネットワーク装置の間において、無線で伝達され、装置は、送信及び受信手段と、装置を制御するべく動作可能な制御手段と、を有し、制御手段は、送信手段により、装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信させるべく動作可能である。

従って、安定性通知は、任意のネットワーク装置と共に使用するのに好適であり、その接続安定性の有用な通知を提供する。このため本明細書において、必要に応じて、ネットワーク装置はより一般的に中間装置を任意に参照するものと解釈されたい。

更なる態様においては、本発明の実施例は、中継開始装置と、中間装置と、中継終了装置と、を有する装置の無線ネットワークにおいて使用される中間装置を提供し、使用の際に、情報が、中継開始装置と中継終了装置の間において、中間装置を介して、無線で伝達され、中間装置は、送信及び受信手段と、中間装置を制御するべく動作可能な制御手段と、を有し、制御手段は、送信手段により、中間装置の少なくとも１つの安定性パラメータの関数として安定性の通知を送信させ、且つ、停止コマンドが安定性の通知の結果として受信された際に中間装置による送信及び／又は受信を停止させるべく動作可能である。

当業者であれば、以上の内容から、中間装置の受信手段は、好ましくは、安定性の通知に基づいて送信された（例えば、中間装置をフルスリープモードに強制的に移行させることによって）中間装置の動作を強制的に停止させるコマンドを受信するべく動作可能であり、且つ、制御手段は、（中間装置をスリープモードに強制的に移行させる）コマンドの結果として中間装置の動作を停止させるべく動作可能であることを理解するであろう。

更なる態様においては、本発明の実施例は、少なくとも、コーディネータと、中間装置と、中継終了装置と、を有する装置の無線ネットワーク内におけるコーディネータを提供し、使用の際に、情報が、コーディネータと中継終了装置の間において、中間装置を介して、無線で伝達され、コーディネータは、中間装置から中間装置の接続安定性の通知を受信するべく動作可能な受信手段と、安定性の通知を受信した際に、その通知に基づいて停止コマンドを中間装置に送信し、これにより、中間装置による送信及び受信を停止させるかどうかを決定するべく動作可能な決定手段と、を有する。

この態様においては、コーディネータは、中継開始装置の役割を果たし、且つ、従って、中間装置と直接的に通信可能である。或いは、この代わりに、コーディネータは、中継開始装置よりも送信ルートに沿って更に遠くに位置するものであってよく、且つ、中間装置との間において、間接的に、即ち、少なくとも、中継開始装置を介して、且つ、潜在的には、更にその他の装置を介して、送受信することも可能である。

本発明の更なる態様においては、実施例は、無線ネットワーク内において使用される送信フレームフォーマットを提供し、送信フレームフォーマットは、中間装置の接続安定性に関係する安定性の通知のための安定性フィールドと、送信及び受信を停止するように中間装置に対して命令する際に使用される停止フィールドと、を含む。好ましくは、これら２つのフィールドは、ＭＡＣフレーム内のコントロールフィールド又はペイロードフィールドとして提供される。

本発明の方法の態様によれば、中継開始装置と、中間装置と、中継終了装置と、を有する装置の無線ネットワーク内における方法が提供され、この方法においては、情報が、中継開始装置と中継終了装置の間において、中間装置を介して、無線で伝達され、中間装置は、中間装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信し、且つ、ネットワークは、この通知に基づいて停止コマンドを中間装置に送信し、これにより、中間装置による送信及び受信を停止させるかどうかを決定する。

別の方法の態様によれば、中継開始装置と、中間装置と、中継終了装置と、有する装置の無線ネットワークの中間装置内における方法が提供され、この方法においては、情報が、中継開始装置と中継終了装置の間において、中間装置を介して、無線で伝達され、中間装置は、中間装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信し、且つ、通知の結果としてネットワークから停止コマンドを受信した際に、受信及び送信を停止させる。

更なる方法の態様によれば、少なくとも、コーディネータと、中間装置と、中継終了装置と、を有する装置の無線ネットワークのコーディネータ内における方法が提供され、この方法においては、情報が、コーディネータと中継終了装置の間において、中間装置を介して、無線で伝達され、コーディネータは、中間装置から中間装置の接続安定性の通知を受信し、且つ、その通知に基づいて中間装置に停止コマンドを送信し、これにより、中間装置による送信及び受信を停止させるかどうかを決定する。

本発明の更なる態様は、無線センサネットワークのセンサ又はコーディネータ又は制御監視ユニットのプロセッサによって実行された際に、それぞれ、前述のセンサ又はコーディネータ又は制御監視ユニットの機能を提供するソフトウェア（又は、コンピュータプログラム）と、センサ又はコーディネータによって実行された際に、これらの装置用に記述された方法を実行するソフトウェア（又は、コンピュータプログラム）を提供する。このようなソフトウェアは、コンピュータ可読媒体上に保存可能である。

以上においては、反復を回避するべく、多くの特徴を１つの態様のみとの関係において説明した。しかしながら、これらの態様の任意のものの特徴及び好適な特徴は、自由に組み合わせ可能であり、且つ、適宜、その他の態様に対しても適用可能である。特に、当業者であれば、送信及び受信手段が規定されている場合には、対応する受信及び送信手段は、それぞれ、信号経路の反対側の端部に提供されることを理解するであろう。又、当業者であれば、無線ネットワーク内の装置は、それぞれ、規定された方法ステップ／機能を実行するべく動作可能な、送信手段と、受信手段と、制御手段と、を有することを理解するであろう。

本発明について更に十分に理解するべく、且つ、本発明を実施可能な方法を更に明瞭に示すべく、以下、添付の図面を参照することとするが、これらの図面は、一例に過ぎない。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮにおけるプロトコルレイヤを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮの可能なＰＨＹ帯域を示す。 ＷＰＡＮのスター及びピアツーピアトポロジーを示す。 ビーコン対応型のＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮ内のスーパーフレームの構造を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮ内のネットワーク装置とコーディネータの間におけるデータ転送の可能なモードを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮ内のネットワーク装置とコーディネータの間におけるデータ転送の可能なモードを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮ内のネットワーク装置とコーディネータの間におけるデータ転送の可能なモードを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮ内のネットワーク装置とコーディネータの間におけるデータ転送の可能なモードを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮ内においてデータフレーム用に使用されるフレームフォーマットを示す。 図９のフレームフォーマット内のフレームコントロールフィールドの構造を示す。 図１０のフレームコントロールフィールド内のフレームタイプビットの可能な値の表である。 不安定な中間装置を有するＷＳＮ内の医療装置とコーディネータの間の通信を示す概略図である。 図１２ａの不安定な装置の第１の推移を示す概略図である。 図１２ａの不安定な装置の第２の推移を示す概略図である。 図１２ａの不安定な装置の最後の推移を示す概略図である。 中間装置の不安定性を本発明の実施例を使用して解決するシナリオを示す送信チャートである。 図１３の送信の別の図である。 無線ネットワークを介した埋植型装置とコーディネータの間の通信を示す概略図である。 送信ルート上の中間装置Ｂの不安定性を示す図１５ａの図である。 装置Ａが送信ルート上において後継装置をサーチする図１５ａの図である。 新しいルートが確立された図１５ａの図である。 中間装置の不安定性を指向性アンテナ機能を有する本発明の実施例を使用して解決するシナリオを示す送信チャートである。 図１６の送信の別の図である。 安定性ビット及び停止ビットを包含するべくＩＥＥＥ８０２．１５．４のフレームコントロールフィールドに必要な変更を示す。 ＭＡＣ（コマンド）フレームの現在のＩＥＥＥ８０２．１５．４の基本フォーマットを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４の現在のコマンドフレーム識別子を示す。 安定性の通知を含む適切なＭＡＣコマンドフレームを示す。 安定性の通知を含む別の適切なＭＡＣコマンドフレームを示す。 変更済みのコマンドフレーム識別子の表を示す。

本発明の実施例について説明する前に、可変スリープパターンを具備した装置を具備する（ピコネット、ＷＰＡＮ、及びＭＢＡＮを含むＢＡＮなどの）無線ネットワークの設計のために関連すると予想され、且つ／又は、現在開発中のＩＥＥＥ８０２．１５．６規格の基礎として使用可能であるＩＥＥＥ８０２．１５．４の部分について、少し背景説明を行っておくこととする。

図１は、無線トランシーバ及びその低レベルコントロールを含むＰＨＹレイヤを介して物理媒体にアクセスする層状のＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ：開放型システム間相互接続）モデルの観点におけるＩＥＥＥ８０２．１５．４のＷＰＡＮの概略的なアーキテクチャを示しており、これには、参照符号１００が付与されている。図示のように、ＰＨＹ用の２つの代替周波数帯域１０１、１０２が存在しており、これらが図２に示されている。低周波数帯域１０１は、８６８．３ＭＨｚに中心を有する単一の２０ｋｂ／ｓのチャネル及び／又は９１５ＭＨｚに中心を有するそれぞれが４０ｋｂ／ｓの１０個のチャネルを提供する。高い帯域１０２は、それぞれが２５０ｋｂ／ｓであり、且つ、２．４４ＧＨｚの周波数に中心を有する１６個のチャネルを提供する。これらの帯域のうちのいずれが使用されるかは、当該地域の規制要件によって左右されることになる。

このＰＨＹに対するアクセスは、図１に参照符号１０５によって示されているＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）サブレイヤによって提供される。従って、この上位には、且つ、ＷＰＡＮ１００の外部には、その他のネットワークからのＷＰＡＮに対するアクセスを許容するＬＬＣ（Ｌｉｎｋ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が提供されており、これは、ＩＥＥＥ８０２．２規格によるものであってもよく、或いは、その他のタイプのものであってもよい。最終的に、ＬＬＣより上方の上位レイヤ１０９は、ネットワークの構成、操作、及びメッセージのルーティングを提供するためのネットワークレイヤと、意図されている全体的な機能を提供するアプリケーションレイヤと、を含む。

ＭＡＣサブレイヤの１つのタスクは、ネットワークトポロジーを制御することにある。スター及びピアツーピアが、通信ネットワーク内における２つの既知のトポロジーであり、且つ、いずれも、ＩＥＥＥ８０２．１５．４において提供されている。いずれの場合にも、トポロジーは、装置とコーディネータという２つの基本的な種類のネットワークノードを区別している。図３に示されているように、スタートポロジーにおいては、いくつかの装置１１が、中央コーディネータ１０と直接通信しており、ピアツーピア構成においては、装置１１Ａによるコーディネータとの通信は、リレーとして機能する中間の装置１１Ｂ及び１１Ｃにより、１つ又は複数のホップに沿って実行される。コーディネータは、上位レイヤへのアクセスポイントとして機能しており、ＷＳＮの場合には、コーディネータは、センサによって収集されたデータ用のシンクとして機能する。それぞれの装置の通信レンジを相当に限定することができる場合には（数メートル）、ピアツーピアトポロジーによれば、相対的に大きなエリアをカバー可能である。トポロジーは、動的であってよく、装置のネットワークへの追加又は除去に伴って変化する。

産業用のＷＳＮの場合に、例えば、可動部品を有する機械の単一の静止した物品上のセンサからの読取値を監視するには、スターネットワークが適当であろう。一方、ピアツーピアトポロジーは、コンベヤベルト上の物体を監視するべく使用可能であろう。

ＭＢＡＮの場合には、例えば、コーディネータがそれぞれの患者サイト（病院のベッドなど）に提供され、一人の患者上の装置と信号を交換する場合には、スターネットワークが適当であろう。ピアツーピアは、複数の患者に対してサービスするべく１つのコーディネータが提供される場合に、より適切なトポロジーであろう（コーディネータは、病室内の固定された地点に配置可能であろう）。従って、装置１１は、一般に、移動型となり、コーディネータは、移動型又は固定型であってよい。又、ピアツーピアネットワークは、ネットワークを迅速にセットアップ又は変更したり、或いは、ネットワークの自己組織化及び自己回復の実現が必要とされる高速に変化する環境に好適であろう。自己回復は、例えば、既存のコーディネータに障害が発生するか又は既存のコーディネータがネットワークを離脱した場合に、新しいコーディネータを確立するステップを包含可能である。本発明の実施例は、スター構造又はピアツーピア構造のマルチホップネットワークに関する。

病院や工場などの同一の場所に、多数のスター及び／又はピアツーピアネットワークをセットアップ可能であり、そのそれぞれが、独自のコーディネータを有する。この場合には、相互干渉を回避すると共にデータの共有又は照合を許容するべく、個々のコーディネータが協働する必要がある。ＩＥＥＥ８０２．１５．４においては、このようなネットワークをクラスタと呼んでおり、且つ、クラスタ用の全体的なコーディネータを確立するステップと、クラスタを分割及びマージするステップと、が提供されている。

ＷＰＡＮ内のノードは、様々な能力のユニットによって構成可能である。一般に、コーディネータの役割は、なんらかの処理パワーを有する相対的に高機能な装置と、複数の供給源からの送信を同時に処理する能力を有するトランシーバと、を必要とすることになる。そして、この結果、電力の十分な供給を必要とすることになる（場合によっては、商用電源供給型であってよい）。一方、ネットワーク内のその他の装置は、相対的に限られた処理能力と、電池電力のみへのアクセスと、を具備可能であり、且つ、場合によっては、リレーホップとして機能することができないほどに単純なものであってもよい。非常にわずかな電力しか利用できない装置は、大部分の時間にわたってシャットダウン可能であり、且つ、例えば、センサデータを他のノードに送信する際にのみ、ときどき、「ウェークアップ」可能である。従って、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格は、「フル機能」装置と「部分的機能」装置を区別している。ＭＢＡＮの場合に、且つ、センサを身体又は装置内に埋植可能であり、大きな又は充電式の電池を具備することができないその他のＷＰＡＮの場合に、電力の利用可能性は特有の課題である。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４において想定されている２つのタイプのＷＰＡＮが、ビーコン対応型及びビーコン非対応型である。

ビーコン対応型のネットワークにおいては、コーディネータが、ビーコンを定期的に送信し、且つ、装置が、そのビーコンを定期的に聴取し、ネットワークに対して同期化すると共にチャネルにアクセスする。チャネルアクセスは、図４に示されているスーパーフレーム構造に基づいており、これは、コーディネータによって規定される。それぞれのスーパーフレーム３０は、アクティブと非アクティブという２つの部分から構成されている。アクティブ部分は、コンテンションアクセス期間ＣＡＰ（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ａｃｃｅｓｓ ｐｅｒｉｏｄ）３６と、これに後続する、サービスの質要件を有するアプリケーション用の保証されたアクセスのための任意選択のコンテンションフリー期間ＣＦＰ（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ｆｒｅｅ ｐｅｒｉｏｄ）３７と、に分割される。

図４の垂直分割によって示されているように、スーパーフレームは、それぞれがコーディネータからの又は装置からのデータのフレームを搬送する能力を有する１６個の等しく離隔した時間スロットに分割される。まず、コーディネータによって送信されるビーコンフレーム（以下を参照されたい）について、スロット３１が到来する。この後に、いくつかのスロット３２がＣＡＰ内において供給され、既知のＣＳＭＡ−ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ−Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式）アルゴリズムに基づいて、コンテンション方式により、装置との間のデータ送信が許容される。要すれば、ＣＳＭＡ−ＣＡにおいては、装置は、ＣＡＰ内における送信を所望するたびに、ランダムな期間にわたって待機する。チャネルがアイドル状態にあると判明した際には、ランダムなバックオフ時間の後に、装置は、そのデータを送信する。ランダムなバックオフ時間の後に、チャネルがビジー状態にあると判明した際には、装置は、チャネルに再度アクセスするべく試みる前に、更なるランダムな期間にわたって待機する。

次に、ＣＦＰの保証された時間スロットＧＴＳ（ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ｔｉｍｅ ｓｌｏｔｓ）３３が後続し、且つ、図示されているように、これらのそれぞれのものは、複数の基本時間スロットにわたって延長可能である。非アクティブ期間の満了後に、コーディネータが他のビーコンフレーム３１を送信することにより、次のスーパーフレームがマーキングされる。装置は、スーパーフレームの非アクティブ期間３４において、スリープ状態に移行可能である。従って、非アクティブ期間３４の長さを拡張することにより、装置の電池電力を可能な限り節約可能である。

ビーコン非対応型のネットワークにおいては、コーディネータは、（例えば、ネットワークディスカバリのために）要求されない限り、同期化のためにビーコンを送信する必要はない。チャネルアクセスは、スーパーフレーム構造によって制限されてはおらず、且つ、装置は、非同期であって、ＣＳＭＡ−ＣＡによってすべてのデータ転送が実行される。これらは、センサ−ＭＡＣなどの特定のプロトコルに従って、その装置固有のスリーピングパターン（又は、デューティサイクル）を踏襲可能である。

ＭＢＡＮアプリケーションの場合には、コーディネータは、監視対象の１つ又は複数の身体の外部に位置している。これは、ＰＤＡ、携帯電話機、ベッドサイドのモニタステーション、或いは、場合によっては、一時的にコーディネータとして機能する十分に高機能なセンサであってよい。産業用のＷＳＮにおいては、コーディネータは、ＰＤＡ、センサ、ラップトップ又はその他のコンピュータ、或いは、場合によっては、中央又はリジョナルプロセッサであってよい。前述のように、ビーコン対応型ネットワーク内のコーディネータは、ネットワーク装置に対する同期化及びチャネルアクセスの提供を担当している。又、スーパーフレームの開始及び終了は、コーディネータによって規定される。コーディネータは、その他のネットワークに対する潜在的な通信と、例えば、充電済みの電池の容易な交換による十分な電源に対するアクセスと、という２つの主要な機能を具備している。

図５〜図８は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ネットワーク内における装置とコーディネータの間のデータ転送を示している。ＩＥＥＥ８０２．１５．４には、以下のような３つの基本的な転送タイプが規定されている。

（ｉ）装置（送信者）がそのデータを送信する先である受信者としてのコーディネータに対するデータ転送―スター及びピアツーピアトポロジーの両方において使用される。

（ｉｉ）装置がデータを受信する送信者としてのコーディネータからのデータ転送―スター及びピアツーピアトポロジーの両方において使用される。

（ｉｉｉ）２つのピア間におけるデータ転送―ピアツーピアネットワークにおいてのみ使用される。

図５及び図６は、それぞれ、ビーコン対応型及びビーコン非対応型の場合の両方における装置（ネットワーク装置１１）とコーディネータ（コーディネータ１０）からの転送を示す。相違点は、ビーコン対応型の場合には、装置１１は、ＣＦＰにおいてＣＳＭＡ−ＣＡを使用して、又はＣＡＰにおいてＧＴＳを使用して、データ（データフレーム４２）を送信する前に、コーディネータからビーコンフレーム４１を受信するべく待機しなければならず、ビーコン非対応型の場合には、通常、ビーコンフレームが存在せず、且つ、装置１１は、ＣＳＭＡ−ＣＡを使用してデータフレーム４２を自由に送信するという点にある。いずれの場合にも、コーディネータは、任意選択のアクノリッジメントフレーム４３を送信することにより、データの正常な受信をアクノリッジする。これらの異なるタイプのフレームについては、更に詳細に後述する。

受信者がなんらかの理由から受信したデータフレームを処理することができない場合には、そのメッセージはアクノリッジされない。送信者が所定の期間の後にアクノリッジメントを受信しない場合には、送信者は、その送信が不成功であったと仮定し、且つ、フレーム送信を再試行する。何回かの再試行の後に、アクノリッジメントが依然として受信されない場合には、送信者は、そのトランザクションを終了させるか又は再度試行するべく選択可能である。アクノリッジメントが不要である際には、送信者は、送信が成功したものと仮定する。

図７及び図８は、コーディネータ１０から装置１１へのデータ転送を示している。コーディネータがビーコン対応型ＷＰＡＮ（図７）においてデータを装置に転送すべく所望する際には、コーディネータは、データメッセージが保留中であるという旨をビーコンフレーム４１内において通知する。装置は、定期的にビーコンフレームを聴取し、且つ、メッセージが保留中である場合には、データ要求（ＭＡＣ命令）４４を送信し、ＣＳＭＡ−ＣＡによってデータを要求する。コーディネータ１０は、アクノリッジメントフレーム４３を送信することにより、データ要求の正常な受信をアクノリッジする。次いで、保留中のデータフレーム４２が、スロット型のＣＳＭＡ−ＣＡを使用して、或いは、可能な場合には、アクノリッジメントの直後に、送信される。装置１１は、任意選択のアクノリッジメントフレーム４３を送信することにより、データの正常な受信をアクノリッジ可能である。この段階で、トランザクションが完了する。データトランザクションが正常に完了した際に、そのメッセージは、ビーコン内の保留メッセージのリストから除去される。

ビーコン非対応型の場合には、特定の装置１１用の準備が整ったデータを具備するコーディネータ１０は、コンテンションに基づいて送信されるその装置からのデータ要求４４を待たなければならない。この要求を受信した際に、コーディネータは、アクノリッジメントフレーム４３を送信する（これは、該当する場合には、準備されたデータが存在しないことを通知するべく使用することも可能である）。次いで、データフレーム４２が送信され、これに応答し、装置１１は、返信として他のアクノリッジメントフレーム４３を送信可能である。

わかりやすくするべく、以上の手順においては、装置とコーディネータの間のデータ転送のうちの前述のケース（ｉ）及び（ｉｉ）のみが考慮されているが、ピアツーピアネットワークにおいては、前述のように、データ転送は、一般に、１つ又は複数の中間ノードを伴うメカニズム（ｉｉｉ）を介して実行されることになり、その結果、関係する衝突及び遅延が増大する。

図５〜図８に示されているように、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ネットワーク内における通信には、以下のように４つの異なるタイプのフレームが関係している。
−ビーコンを送信するべくコーディネータによって使用されるビーコンフレーム４１
―すべてのデータ転送用に使用されるデータフレーム４２
−正常なフレームの受信を確認するべく使用されるアクノリッジメントフレーム４３
−データ要求などのすべてのＭＡＣピアエンティティの制御転送を処理するべく使用されるＭＡＣコマンドフレーム４４

４つのフレームタイプのそれぞれのものの構造は、非常に類似しており、且つ、例として、データフレーム４２のものが図９に示されている。この図において、２つの水平のバーは、ＭＡＣサブレイヤと、ＰＨＹレイヤと、をそれぞれ表している。時間は左から右に進行し、且つ、フレームのそれぞれの連続したフィールドの時間長が、関係するフィールドの上方に示されている（単位：オクテット）。すべてのフレームは、特定順序のフィールドのシーケンスから構成されており、これらは、左から右に、ＰＨＹによって送信される順序において示されており、最も左側のビットが、時間的に最初に送信される。それぞれのフィールド内のビットには、０（最も左側であり、且つ、最下位である）からｋ−１（最も右側であり、且つ、最上位である）までが付番されており、この場合に、フィールドの長さは、ｋビットである。

データフレーム４２を介して送信されるデータは、上位レイヤに由来している。データペイロードは、ＭＡＣサブレイヤに伝達され、且つ、ＭＡＣサービスデータユニット（ＭＡＣ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｄａｔａ ｕｎｉｔ：ＭＳＤＵ）と呼称される。ＭＡＣペイロードには、先頭にＭＡＣヘッダＭＨＲ（ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒ）が付加され、且つ、末尾にＭＡＣフッタＭＦＲ（ＭＡＣ Ｆｏｏｔｅｒ）が付加される。ＭＨＲは、フレームコントロールフィールド５０（以下を参照されたい）、データ連番（ＤＳＮ：ｄａｔａ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｎｕｍｂｅｒ）、アドレス指定フィールド、及び任意選択の補助セキュリティヘッダを含む。ＭＦＲは、１６ビットのフレームチェックシーケンスＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ ｃｈｅｃｋ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）から構成されている。ＭＨＲ、ＭＡＣペイロード、及びＭＦＲが、１つのＭＡＣデータフレーム、即ち、ＭＰＤＵ（ＭＡＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄａｔａ ｕｎｉｔ）を形成する。ＭＰＤＵは、ＰＨＹサービスデータユニットＰＳＤＵ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ：物理層収束プロトコルサービスデータユニット）としてＰＨＹに伝達され、これが、ＰＨＹペイロードになる。ＰＨＹペイロードには、先頭に、プリアンブルシーケンス及びフレーム開始デリミタＳＦＤ（ｓｔａｒｔ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）を含む同期化ヘッダＳＨＲ（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓａｔｉｏｎ ｈｅａｄｅｒ）と、オクテットを単位とするＰＨＹペイロードの長さを含むＰＨＹヘッダＰＨＲ（ＰＨＹ ｈｅａｄｅｒ）と、が付加される。プリアンブルシーケンス及びデータＳＦＤにより、受信者は、シンボル同期化を実現可能である。ＳＨＲ、ＰＨＲ、及びＰＨＹペイロードが、１つのＰＨＹパケット、すなわちＰＨＹプロトコルデータユニットＰＰＤＵ（ＰＨＹ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄａｔａ ｕｎｉｔ）を形成する。

ビーコンフレーム４１、アクノリッジメントフレーム４３、及びＭＡＣコマンドフレーム４４は、ＭＡＣペイロードがそれぞれのケースにおいて異なる機能を具備し、アクノリッジメントフレームがＭＡＣペイロードを具備していないことを除いて、類似の構造を具備している。又、ビーコンフレーム４１、アクノリッジメントフレーム４３、及びＭＡＣコマンドフレーム４４は、ＭＡＣサブレイヤに由来しており、上位レイヤの関与を伴っていない。

図１０には、それぞれのタイプのフレーム内において使用されるフレームコントロールフィールド５０が更に詳細に示されている。これは、図示のように、異なる目的のためのサブフィールドに割り当てられた１６ビットから構成されている。具体的には、フィールドの最初の３ビットは、ビーコンフレーム４１、データフレーム４２、アクノリッジメントフレーム４３、又はＭＡＣコマンドフレーム４４というフレームタイプ５１を表している。フレームタイプを表記する方法が図１１に示されている。フレームタイプビット５１に後続するのが、単一ビットのセキュリティ有効化サブフィールド５２であり、これは、セキュリティがＭＡＣサブレイヤによって有効化されているかどうかを表している。これに後続しているが、フレームペンディングサブフィールド５３であり、これは、送信者が受信者用の更なるデータを具備しているかどうかを通知する。次が、アクノリッジメントが受信者から要求されているかどうかを通知するアクノリッジメント要求サブフィールド５４である。この後に、更なるいくつかのサブフィールド５５〜５９が後続しており、これらは、アドレス指定のために使用されるか、又は現在のＩＥＥＥ８０２．１５．４の仕様においては予約されている。

前述のように、図１１は、フレームタイプサブフィールド５１の可能なビット値の表であり、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の仕様においては、値１００及び１０１が使用されていないことを示している。

本発明の背景の概説を以上で終了し、以下、問題と本発明の実施例をもたらすネットワークの状況を参照することとする。

ＩＥＥＥ８０２．１５．６の主要な要件の１つは、医療情報及びその他の重要な情報の信頼性の高い送信、及び医療情報をＷＳＮ又はその他の無線ネットワークを通じて搬送するリンク又はホップを通じた通信の安定性である。中間装置として機能する不安定な医療センサ又は装置などの送信経路上の任意の装置は、接続切断と範囲外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｒａｎｇｅ）という問題を有している。これは、低信号対雑音比や送信パワーの観点における範囲外などの多数の要因によって発生しうる。不安定な状態にある装置は、頻繁に接続及び切断されることがある。ＩＥＥＥ８０２．１５．３及びＩＥＥＥ８０２．１５．４において考慮されているこれまでの商用アプリケーションの場合には、安定性は、ＩＥＥＥ８０２．１５．６などの医療規格の場合及びその他の重要データの送信の場合ほどには、厳格ではないであろう。しばしばオフライン状態にある不安定な装置は、救命医療プロセス又は通信の中断をもたらす可能性がある。その結果、患者の安全が極度に脅かされる可能性がある。

安定性管理は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３に対する変更として、破棄された接続の数又はコーディネータ及びＷＳＮへの装置の接続切断又は再接続の回数に基づいて考慮されている。この方式に伴う問題点は、喪失接続数に基づいた方式は、商用アプリケーションの場合には、十分な信頼性を有することができるが、医療又はその他の重要なアプリケーションの場合には、適切ではないという点にある。装置によって接続が破棄されると、継続中の医療アプリケーションが中断され、これにより、コーディネータから受信している極めて重要な情報に依存する患者の生命が危険に晒される可能性があるため、この方式は、十分な信頼性を有していない。

本発明の実施例は、いくつかの予防的な対策を考慮し、リンクの喪失を防止することによって不安定な装置から患者を保護することにより、異なる方式を採用している。換言すれば、医療アプリケーションには不十分である喪失接続数に依存するのではなく（即ち、これは、医療アプリケーションに場合には、「遅過ぎる」方式であると考えられる）、実施例においては、ピアツーピア構成において中間中継ノードとして機能すると共に生命に関わる重要な医療情報を搬送する装置の安定性の欠如から患者を保護するための安定性／不安定性の尺度として、アクノリッジメントの失敗の数及び失われたデータの量（又は、データの輻輳）などの中継装置接続パラメータを考慮している。これらのパラメータは、接続が破棄される前に入手可能である。

以下の節においては、本発明者らは、中継装置として機能する不安定な中間装置を通じた通信の試みが実行されている際に無線センサネットワーク内の患者が直面する問題について詳細に説明する。

図１２ａ〜図１２ｄは、不安定な装置６３を含む中継装置を介してリンクされたゲートウェイ又はコーディネータ６１及びセンサ６２を有するＷＳＮ６０を示す概略図である。この不安定な装置は、コーディネータが複数のホップを通じて身体埋植型センサにアクセスしようと試みる際に医療プロセスの全体に影響を与えうる。従って、この問題は、不安定な装置を介したマルチホップ送信を通じたコーディネータから身体内部の埋植物又は身体上の医療センサへの送信に関係している。

図１２ａにおいては、埋植型装置への通信が、装置Ｃの不安定性に起因して中断されている。図１２ｂにおいては、装置Ｃは、閾値を上回るタイムアウトしたアクノリッジメントの数を具備している。即ち、装置Ｄ宛てのデータが正常に送信されなかったため、予想された装置Ｄからのアクノリッジメントが受信されていない。図１２ｃにおいては、データバッファの容量が満杯になりつつあるため、極めて重要な医療データが装置Ｃにおいて失われることになる。最終的に、図１２ｃにおいては、装置Ｃと装置Ｄの間の接続が完全に機能を停止し、従って、救命医療アプリケーションが中断される。

以下の節においては、本発明者らは、マルチホップ送信において不安定な中間装置から保護する本発明の実施例によるプロトコルを説明する。

前述の問題に対する第１の解決策は、全方向性アンテナを利用した医療ＷＳＮ内における安定性管理を提供する。

図１３は、マルチホップ送信において中間中継装置が不安定になるシナリオを示す送信チャートである。中継センサには、全方向性アンテナが配備されている。図１４は、容易に識別することができるように同様の方式で符号が付与された更に詳細な図である。尚、これらの及び後続の図は、一例として、ダウンリンク方向における情報の初期送信を示しているが、初期送信は、アップリンクにおけるものであってもよく、その場合には、コマンド及びシグナリングの方向が逆転されることになる。

装置が不安定であるかどうかを判定するべく、１．（アクノリッジメントのための）Ａｃｋの失敗の数と、２．大きなメモリを有する装置の場合に送信されるべく待機している送信バッファに蓄積されているデータの量（メモリが小さい装置の場合には、これは、既に破棄されたパケットデータの量によって置換されることになる）と、という２つの測定基準を利用する。

コーディネータが、不安定な非医療装置を強制的にスリープ状態に移行させることにより、不安定な装置Ｂによる将来の送信の試み又はその他の装置による不安定な装置Ｂを通じた潜在的な将来の失敗に終わる中継の試みに起因して、医療装置の送信が非医療装置によって危険に晒されることを防止する方法を観察可能である。不安定な装置を強制的にスリープ状態に移行させる決定は、継続中の医療プロセスの重要性又は非常事態の状況を考慮することにより、コーディネータによって実行されることになる。強制的なスリープは、医療装置又はセンサにアクセスするために利用可能な代替ルートが存在する場合にのみ、コーディネータによって検討されることになる。

提案のプロトコルは、以下のように機能する。まず、ダウンリンク上で情報が正常にシンクから装置Ａに、次いで装置Ｂに送信される（Ｓ１０、Ｓ１１）。しかしながら、装置Ｃに対する更なる送信は失敗し（Ｓ１２）、この結果この手順がタイムアウトした際にアクノリッジメントに失敗する（Ｓ１４）。このアクノリッジメントの失敗は、装置Ｂにアクノリッジメントの失敗の累積数をチェックさせる（Ｓ１５）。これが閾値を超過している場合には（Ｓ１６）、装置Ｂは、送信バッファ内のデータも閾値を超過しているかどうかをチェックし（Ｓ１７）、超過している場合には、装置Ｂは、本発明の説明において中継開始装置と呼ばれる装置Ａに安定性ビットを送信する（Ｓ１８）。次いで、装置Ａは、その送信パワーを増大させて後継リンクを見出し（Ｓ１９）、且つ、装置Ｃを検出し、この結果、装置Ｂを介した古い中継リンクが回避され、且つ、正常なハンドシェークが実行される（Ｓ２０）。送信が、新しいＡ−Ｃリンクにおいて始まり（Ｓ２１）、且つ、ステップＳ２２において、装置Ａは、障害の発生した装置ＩＤをコーディネータに送信する。コーディネータは、これに対し、装置Ｂを強制的に永久的スリープ状態に移行させることを決定し、且つ、ステップＳ２４及びＳ２５において、装置Ａを介してこのコマンドを送信し、且つ、ステップＳ２３において、装置ＢのＩＤを有するアラームを中央監視ユニットに送信することにより、応答する。

第２実施例においては、問題の解決策は、指向性アンテナを使用している。ここでは、センサ内の電力を節約するべく、全方向性アンテナではなく、指向性アンテナを利用することが提案される。その他の部分に関する前提条件は、以前の実施例に類似している。

図１５ａ〜図１５ｄは、イベントの連鎖を、アンテナローブを示すのに有用な絵画的な方式で示したものである。図１５ａは、ＷＳＮ又はその他の近距離ネットワークの正常な動作を示している。図１５ｂにおいては、装置Ｂが不安定になっている。図１５ｃにおいては、装置Ａが、異なるアンテナ位置を試みることにより後継の中間装置をサーチしている。図１５ｄにおいては、装置Ｇを介して新しい経路が形成されている。

図１６及び図１７は、以前のものと同一の回復シナリオを示す対応する送信チャートであるが、障害のある装置Ｂを回避するのではなく、方向の変化を伴う新しい経路を提供している。従って、これらの図の更なる説明は省略する。唯一の違いは、装置Ａが、指向性アンテナ機能を具備しており、且つ、アンテナのパターンを変更すると共にアンテナローブを操向して不安定な装置から後継の装置Ｇに方向転換することにより、新しい中継ノード／装置を発見するべく試みているという点にある。送信経路は、回復の前と同一のホップ数により、装置Ｃを介して継続している。

以下の説明は、上述のシグナリングプロトコルを、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に基づいて現在開発中のＩＥＥＥ８０２．１５．６などの通信規格に適応させる方法を示している。図１８は、中間装置の安定性／不安定性を通知するためのフィールドとストップビットのためのフィールドを包含するためのＩＥＥＥ８０２．１５．４フレームフォーマットに対する変更を示している。いくつかのネットワークにおいては、停止ビットは、省略可能であり、且つ、例えば、任意の装置の不安定性の結果として処置を講じるその他のネットワークメカニズムによって置換可能である。

第１の方法においては、コントロールフィールドのためにフレーム内に包含された２つの新しいビットが存在する。１つは、安定性ビットであり、これは、ゼロ値の使用によってセンサの安定性状態を通知するべくセンサによっても利用されることになる。もう１つは、強制スリープであり、これは、不安定な装置を非アクティブ又はスリープモードに強制的に移行させるべく利用されることになる。装置は、値「１」を受信したら、値「０」を受信する時点までスリープ状態から離脱しない。わずかに変形された例においては、強制的にスリープ状態に移行させる停止コマンドをスリープビット使用してフレームコントロールフィールド内において送信可能である。これらのビットを使用し、装置の異なるスリープパターンを設定可能であり、従って、スリープビットの１つの構成は、フルスリープモードの場合に「００」であってよい。

シグナリングを搬送する代替手段は、ＭＡＣコマンドの使用である。図１９は、ＭＡＣコマンドオクテットの場所を有するＭＡＣフレームの現在のＩＥＥＥ８０２．１５．４の基本フォーマットを示しており、図２０は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の現在のコマンドフレーム識別子を示している。

本発明の任意の実施例において、「安定性／不安定性」及び「強制スリープ」のために２つのフィールドを使用可能である。但し、強制スリープビットの採用は、任意であってよい。安定性の通知を含む適切なＭＡＣコマンドフレームが図２１に示されており、この図は、ＭＡＣペイロード内において送信される図２２の変更済みのコマンドフレーム識別子の表中に表示されている適切なコマンドフレーム識別子を示している。図２１は、コマンドフレーム識別子のみを安定性の通知（実際的な観点においては、不安定性を示してよい）として知ることができるようにペイロードを有していない。図２１ｂに示されている代替構成においては、ペイロードを１つのビットで構成可能である。このペイロードビットを使用することにより、安定性又は不安定性の観点における状態／状態の変化を伝達可能である（ビット＝０は、不安定であり、ビット＝１は、安定している）。或いは、この代わりに、前述のように、複数のビットを提供し、これにより、安定性レベルの範囲を付与し、且つ、これにより、不安定性の深刻さを伝達できるようにすることも可能である。

「強制スリープ」のために、ペイロードを伴わない又はペイロードを伴う類似のコマンドフレームを使用可能であり、ペイロードを伴う場合には、ペイロードは、１つ又は複数のビットを具備することにより、単純なスリープコマンドに加えて、装置がネットワークに参加するべく再試行可能になるまでの望ましいスリープ時間を伝達することができよう。

上述の実施例は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に対する改善として、或いは、ＢＡＮ用の規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．６などの提案されている特徴を必要としている開発中の新しい規格の不可欠な部分として具現化できる。

本発明の実施例には、以下のものを含むいくつかの重要な特徴が存在している。

１．ＮＡＣＫの数及び／又はバッファ内において待機しているデータが予め定義された閾値を超過した際の中継（中間）装置の不安定性の自己判定。

２．中継装置内のアクノリッジメントカウンタ及び送信データバッファに基づいたピアツーピアトポロジー内における不安的な装置管理のためのシグナリングプロトコル。これらは、新しい不安定性指示ビットと、新しい強制スリープ制御ビットと、を含む。

３．その他の利用可能な代替ルートが存在する場合に医療アプリケーションの重要性に応答して不安定な装置を強制的にスリープ状態に移行させるための「強制スリープ」メカニズム

本発明の実施例は、装置の安定性をその装置自体によって評価し、これにより、予防的な方法によってマルチホップＢＡＮ／ＷＳＮにおける無線通信リンクに対する中断の可能性を低減できるようにするためのそれぞれの装置内における自己不安定性確認メカニズムの提供と、効率的且つ早期の予防的なアラーム及び応答メカニズムを不安定な装置に提供することにより、不安定状態に起因したパケット破棄レートの低減と、を含む。

本発明は、新しいセンサ、コーディネータ、中央監視ユニット、又はこれらのもののためのハードウェアモジュールの形態をとることが可能であり、且つ、１つ又は複数のセンサ及び／又はコーディネータ及び／又は中央監視ユニットのプロセッサによって実行されるソフトウェアを交換又は変更することにより、実装可能である。

従って、本発明の実施例は、ハードウェアにおいて、或いは、１つ又は複数のプロセッサ上において稼働するソフトウェアモジュールとして、或いは、これらの組合せとして、実装可能である。又、本発明は、本明細書に記述されている技法のいずれかのものの一部又はすべてを実行する１つ又は複数の装置又は機器プログラム（例えば、コンピュータプログラム及びコンピュータプログラムプロダクト）として実施することも可能である。このような本発明を実施するプログラムは、コンピュータ可読媒体上に保存可能であり、或いは、例えば、１つ又は複数の信号の形態をとることも可能であろう。このような信号は、インターネットウェブサイトからダウンロード可能なデータ信号であってよく、或いは、搬送波信号上において、又は任意のその他の形態において、提供することも可能である。

以上の説明においては、一例として、ＩＥＥＥ８０２．１５．４及びＩＥＥＥ８０２．１５．６を参照しているが、本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１５．６に従って稼働するかどうかとは無関係に、任意のタイプのＭＢＡＮに対して、且つ、医療用ボディエリアネットワークではない場合にも、非常事態の状況における通信の信頼性の改善に対する要件を具備するその他のタイプのＢＡＮ及びその他の近距離ＷＳＮに対して、適用可能である。

Claims (14)

1. 中継開始装置と、中間装置と、中継終了装置と、を有する装置の無線ネットワークであって、使用の際に、情報が、前記中継開始装置と前記中継終了装置の間において前記中間装置を介して無線で伝送され、前記中間装置は、制御手段と、送信手段と、を有し、前記制御手段は、前記中間装置の送信手段により、前記中間装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信させるべく動作可能であり、
   前記情報の送信は、アクノリッジされ、且つ、１つの接続安定性パラメータは、予想されていたが前記中間装置によって受信されなかった送信のアクノリッジメントの失敗の累積数である、装置の無線ネットワーク。
2. 前記接続安定性の通知は、送信フレーム内の１つ又は複数のビットであり、これらのビットは、１つ又は複数の既定の値に設定された際に前記中間装置の接続安定性の程度を示す請求項１に記載の装置の無線ネットワーク。
3. 前記中間装置は、送信のために待機している情報を保持する送信バッファを更に有し、且つ、１つの接続安定性パラメータは、前記送信バッファ内において待機している情報の量である請求項１又は２に記載の無線ネットワーク。
4. １つの接続安定性パラメータは、前記中間装置によって破棄されたデータパケットの数である請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線ネットワーク。
5. 前記ネットワークは、前記接続安定性の通知を受信した際に、その通知に基づいて停止又はスリープコマンドを前記中間装置に送信し、これにより、前記中間装置による送信及び受信を停止させるかどうかを決定するべく動作可能な決定手段を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線ネットワーク。
6. 前記決定手段は、前記中間装置を回避する代替ルートを利用できるか否か及び／又は継続中の送信の非常事態の状況を考慮する請求項５に記載の無線ネットワーク。
7. 前記中間装置を回避する代替ルートを確立するべく動作可能な再接続手段を更に有する請求項５に記載の無線ネットワーク。
8. 前記代替ルートは、前記中間装置から方向転換する新しい送信パターンを使用することによって確立される請求項７に記載の無線ネットワーク。
9. 前記再接続手段は、前記中継開始装置内の制御手段と、前記ルート上において前記中間装置を置換する更なる装置内の制御手段と、を含み、これらの制御手段は、新しい接続を設定するべく協働可能である請求項７又は８に記載の無線ネットワーク。
10. 前記無線ネットワークは、更にコーディネータを有し、
    前記中継開始装置は、前記中間装置の識別情報を前記コーディネータに送信するべく動作可能であり、且つ、前記接続安定性の通知を受信した際に該通知に基づいて送信される停止コマンドは前記コーディネータから前記中継開始装置に送信される請求項１〜９のいずれか一項に記載の無線ネットワーク。
11. 前記接続安定性の通知に基づいて、前記中間装置の接続不安定性について外部のエンティティに警告するべく動作可能なアラーム手段を更に有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の無線ネットワーク。
12. 装置の無線ネットワーク内において使用される中間装置であって、前記装置の無線ネットワークは、中継開始装置と、前記中間装置と、中継終了装置と、を有する、中間装置であって、使用の際に、情報が、前記中継開始装置と前記中継終了装置の間において、前記中間装置を介して、無線で伝達され、前記中間装置は、送信及び受信手段と、前記中間装置を制御するべく動作可能な制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記送信手段により、前記中間装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信させるべく動作可能であり、
    前記情報の送信は、アクノリッジされ、且つ、１つの接続安定性パラメータは、予想されていたが前記中間装置によって受信されなかった送信のアクノリッジメントの失敗の累積数である、中間装置。
13. 装置の無線ネットワーク内において使用される装置であって、使用の際に、情報が、前記装置と少なくとも１つのその他のネットワーク装置の間において、無線で伝達され、前記装置は、送信及び受信手段と、前記装置を制御するべく動作可能な制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記送信手段により、前記装置の少なくとも１つの接続安定性パラメータの関数として接続安定性の通知を送信させるべく動作可能であり、
    前記情報の送信は、アクノリッジされ、且つ、１つの接続安定性パラメータは、予想されていたが前記中間装置によって受信されなかった送信のアクノリッジメントの失敗の累積数である、装置。
14. 装置の無線ネットワーク内のコーディネータであって、前記装置の無線ネットワークは、少なくとも、前記コーディネータと、中間装置と、中継終了装置と、を有する、コーディネータであって、使用の際に、情報が、前記コーディネータと前記中継終了装置の間において、前記中間装置を介して、無線で伝達され、前記コーディネータは、前記中間装置から前記中間装置の接続安定性の通知を受信するべく動作可能な受信手段と、前記通知を受信した際、その通知に基づいて停止コマンドを前記中間装置に送信し、これにより、前記中間装置による送信及び受信を停止させるかどうかを決定するべく動作可能な決定手段と、を有し、
    前記情報の送信は、アクノリッジされ、且つ、１つの接続安定性パラメータは、予想されていたが前記中間装置によって受信されなかった送信のアクノリッジメントの失敗の累積数である、コーディネータ。

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