JP6135277B2 - 情報集約装置、接続切り替え方法及び無線ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、通信中に通信端末が接続先を切り替えることが可能な無線ネットワークシステムと、その無線ネットワークシステムで利用可能な情報集約装置及び接続切り替え方法に関する。

脈拍数、血圧、体温といった、患者のバイタル情報を患者に取り付けられたセンサで継続的に測定し、その測定結果に応じて患者の異常を検出するシステムでは、患者の異常を見落とさないために、バイタル情報が欠落なく取得されることが好ましい。しかし、患者は移動することがある。そこで、可搬式の患者管理装置を中継することにより、患者に埋め込まれた埋め込み型医療装置と外部装置との間の通信を可能にする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また近年、上記のような医療分野などへの適用が期待される技術として、人体上の互いに異なる位置に取り付けられた複数の通信機器間で通信するボディエリアネットワーク(Body Area Network、BAN)の研究が進められている（例えば、特許文献２を参照）。

特表２００９−５１９１１１号公報 特開２０１０−２７３１１５号公報

患者に取り付けられた、バイタル情報を測定するセンサを備えた通信端末と、その通信端末と通信する中継装置間の位置関係は、患者の移動または態勢の変化によって変動する。そのため、中継装置が１台だけしかないと、通信端末と中継装置の位置関係によっては、通信端末と中継装置間の通信が困難になるおそれがある。そしてもし、通信端末が中継装置と通信できなくなると、その通信不能な期間中に測定されたバイタル情報を、中継装置は受信できず、そのバイタル情報が失われるおそれがある。

そこで、本明細書は、通信端末から送信された情報を失うことなく通信端末が他の装置との無線通信を継続できる無線ネットワークシステムを提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、第１の情報集約装置と、第２の情報集約装置と、第１及び第２の情報集約装置と無線通信可能な少なくとも一つの通信端末とを有する無線ネットワークシステムが提供される。この無線ネットワークシステムにおいて、第１の情報集約装置は、少なくとも一つの通信端末と接続されている場合、その少なくとも一つの通信端末との無線通信に利用する通信設定情報を第２の情報集約装置へ送信する。一方、第２の情報集約装置は、第１の情報集約装置から受信した通信設定情報を利用して少なくとも一つの通信端末から第１の情報集約装置へ送信された無線信号を受信する。

本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

本明細書に開示された無線ネットワークシステムは、通信端末から送信された情報を失うことなく通信端末に他の装置との無線通信を継続させることができる。

一つの実施形態による無線ネットワークシステムの概略構成図である。 センサ端末と通信する情報集約装置を切り替える処理の動作シーケンス図である。 センサ端末と通信する情報集約装置を切り替える処理の動作シーケンス図である。 情報集約装置の概略構成図である。 センサグループ管理情報を格納する管理テーブルの一例を示す図である。 情報集約装置の制御部の機能ブロック図である。 ASI制御の前後における、二つの情報集約装置のアクティブフレームのタイミングを示す図である。 通信設定情報を管理する管理テーブルの一例を示す図である。 センサ端末の概略構成図である。

以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による無線ネットワークシステム及びその無線ネットワークシステムで利用される情報集約装置について説明する。
この無線ネットワークシステムは、患者に取り付けられた、バイタル情報を測定するセンサを備えた一つ以上のセンサ端末と、センサ端末と無線通信可能な複数の情報集約装置とを有する。各情報集約装置は、その通信可能範囲内に存在する患者に取り付けられたセンサ端末から所定の周期でバイタル情報を受信して、一定期間にわたって取得したそのバイタル情報を解析する。そして各情報集約装置は、その解析結果に基づいて患者に異常があると判定すると、その患者のバイタル情報をサーバへ転送する。

ここで、第１の情報集約装置は、無線通信中のある患者に取り付けられたセンサ端末と通信するための通信設定情報を、周辺の他の情報集約装置と予め共有しておく。他の情報集約装置は、その通信設定情報を利用して、センサ端末から第１の情報集約装置へ送信される無線信号を受信して、そのセンサ端末が取り付けられた患者のバイタル情報を蓄積しておく。そしてその患者のセンサ端末と第１の情報集約装置が、患者の移動または姿勢の変化によって通信できなくなると、他の情報集約装置が、そのセンサ端末についての通信設定情報を利用して、センサ端末との無線通信を引き継ぐ。そして無線通信を引き継いだ他の情報集約装置は、引き継ぎ後にセンサ端末から受信したバイタル情報と、引き継ぎ前から蓄積していたバイタル情報とを利用して、その患者に異常があるか否かを判断する。

図１は、一つの実施形態による無線ネットワークシステムの概略構成図である。無線ネットワークシステム１は、２台の情報集約装置２−１、２−２と、患者Ａに取り付けられた３台のセンサ端末３−１〜３−３を有する。なお、無線ネットワークシステム１が有する情報集約装置の数は２台に限られず、３台以上であってもよい。また、センサ端末の数も、３台に限られず、１台以上であればよい。さらに、複数の患者のそれぞれに、１台以上のセンサ端末が取り付けられていてもよい。また、患者ごとに、取り付けられるセンサ端末の数は異なっていてもよい。

情報集約装置２−１、２−２は、例えば、病室または手術室内に、情報集約装置２−１の通信可能範囲と情報集約装置２−２の通信可能範囲が少なくとも一部で重複し、互いに無線通信可能なように固定設置される。あるいは、情報集約装置２−１、２−２の少なくとも一方は、患者自身、あるいは、患者とともに移動する車椅子またはベッドなどに設置されてもよい。各情報集約装置は、所定の時間長（例えば、数10msec〜100msec）を持つフレーム単位でセンサ端末と無線通信する。なお、本実施形態では、各センサ端末と各情報集約装置は、BANに関連する国際標準規格であるIEEE802.15.6に準拠する通信方式に従って無線通信する。

センサ端末３−１〜３−３は、通信端末の一例であり、例えば、バイタル情報（例えば、脈拍数、体温、血圧または心電波形など）を測定するための１以上のセンサを有する。そしてセンサ端末３−１〜３−３は、そのセンサ端末が取り付けられた患者のバイタル情報を定期的に測定し、その測定値を、情報集約装置２−１、２−２のうちの接続されている方へ送信する。

何れかのセンサ端末からバイタル情報の測定値を受信した情報集約装置２−１、２−２は、患者ごとにバイタル情報の測定値を一定期間記憶する。情報集約装置２−１、２−２は、記憶しているバイタル情報に基づいて、患者に異常があるか否かを判定する。情報集約装置２−１、２−２は、患者に異常があると判定した場合、通信回線４を介して、例えば、病院内の特定の場所（例えば、ナースセンター）あるいは、システム管理室内に設置されたサーバ５へ、その患者のバイタル情報を転送する。なお、通信回線４は、本実施形態では、イーサネット（登録商標）に準拠した、有線のローカルエリアネットワークである。しかし、通信回線４は、他の通信規格に従った通信回線であってもよい。また通信回線４の一部または全部が無線による通信回線であってもよい。サーバ５は、ナースセンター内に設置された端末に、異常と判定された患者の氏名、病室及びバイタル情報などを表示させ、看護師または医師にその患者の異常を通知する。

ここで、例えば、患者Ａに取り付けられたセンサ端末３−１〜３−３が、情報集約装置２−１と無線通信しているとする。この場合、情報集約装置２−２は、情報集約装置２−１とセンサ端末３−１〜３−３間の通信の設定に関する通信設定情報を、情報集約装置２−１から取得する。そして情報集約装置２−２は、センサ端末３−１〜３−３から情報集約装置２−１へ送信された無線信号を受信して、その無線信号から患者Ａのバイタル情報の測定値を蓄積しておく。その後、患者Ａが移動したり、姿勢を変えることにより、センサ端末３−１〜３−３の何れかが情報集約装置２−１と通信困難になったとする。この場合、情報集約装置２−２が、その通信設定情報を利用することで、患者Ａに取り付けられた各センサ端末の接続先が情報集約装置２−２に切り替わるまで、情報集約装置２−１に成りすまして各センサ端末と無線通信する。

図２及び図３は、センサ端末の接続先を切り替える処理の動作シーケンス図である。この図では、最初にセンサ端末３−１〜３−３と情報集約装置２−１とが接続されており、その後、センサ端末３−１〜３−３の接続先が情報集約装置２−２に変更される場合の動作シーケンスが示されている。

情報集約装置２−１は、自装置の通信可能範囲内に位置するセンサ端末へ向けて、情報集約装置２−１と通信するために必要な制御情報を含む報知情報を一定の周期で送信する（ステップＳ１０１）。センサ端末３−１〜３−３は、報知情報を利用して情報集約装置２−１との接続を確立する。そしてセンサ端末３−１〜３−３は、情報集約装置２−１とのデータ通信を行って、定期的に患者Ａのバイタル情報の測定値を送信する（ステップＳ１０２）。情報集約装置２−１は、過去一定期間に受信した患者Ａのバイタル情報の測定値を解析し、必要に応じて、そのバイタル情報の測定値または解析結果などをサーバ５へ送信する（ステップＳ１０３）。

一方、情報集約装置２−２は、例えば、起動時にサーチ処理を実行して情報集約装置２−１を検出すると、使用チャネルが同一か否かにかかわらず、情報集約装置２−１と干渉回避のための制御メッセージを交換する（ステップＳ１０４）。この制御メッセージは、例えば、Active Superframe Interleaving(ASI)技術によるメッセージとすることができる。この制御メッセージの交換により、情報集約装置２−１、２−２は、自装置が通信に利用するフレーム、すなわち、アクティブフレームが互いに重ならないように、アクティブフレームと通信に利用しないスリープフレームのタイミングを調整する。そして情報集約装置２−１は、自装置のアクティブフレームを利用して、情報集約装置２−２へ、自装置と接続されているセンサ端末３−１〜３−３との通信に利用する通信設定情報を送信する（ステップＳ１０５）。そして情報集約装置２−２は、情報集約装置２−１から受信した通信設定情報を記憶する。なお、情報集約装置２−２も、自装置がセンサ端末との無線通信に利用する通信設定情報を、情報集約装置２−１へ送信してもよい。

また、情報集約装置２−２は、自装置にとってのスリープフレーム中、情報集約装置２−１が使用しているチャネル（例えば、無線ネットワークシステム１に割り当てられている周波数帯域中の特定の一部の周波数帯域）の無線信号を受信する。そして情報集約装置２−２は、センサ端末３−１〜３−３と情報集約装置２−１間の無線信号を受信し、その無線信号中に含まれる、患者Ａのバイタル情報の測定値を、患者Ａの識別情報とともに記憶する（ステップＳ１０６）。

図３に示されるように、情報集約装置２−１が、患者Ａに取り付けられているセンサ端末３−１〜３−３の何れかから受信した無線信号の品質が、通信の継続が困難になるほど劣化したことを検知したとする（ステップＳ１０７）。この場合、情報集約装置２−１は、センサ端末３−１〜３−３の接続先を情報集約装置２−２に切り替える制御を開始する。そして情報集約装置２−１は、患者Ａの識別情報と関連付けられているセンサ端末の識別情報を参照することにより、患者Ａに取り付けられている他のセンサ端末を特定する（ステップＳ１０８）。そして情報集約装置２−１は、情報集約装置２−２に対して、通信の引き継ぎを要求する引き継ぎ要求信号を送信する（ステップＳ１０９）。なお、引き継ぎ要求信号は、通信を引き継ぐセンサ端末の識別情報及びセンサ端末の接続先の切り替えを実行するタイミングを指定するタイミング情報などを含み、例えば、情報集約装置２−１のアクティブフレーム及び使用チャネルを利用して送信される。

情報集約装置２−２は、引き継ぎ要求信号を受信すると、その引き継ぎ要求信号で指定されたセンサ端末（この例では、センサ端末３−１〜３−３）からの無線信号の品質が通信可能なレベルであるか否か判定する（ステップＳ１１０）。そして情報集約装置２−２は、無線信号の品質が通信可能なレベルである場合、引き継ぎ可能であることを示す応答信号を情報集約装置２−１へ送信する。一方、無線信号の品質が通信不可能なレベルである場合、情報集約装置２−２は、引き継ぎ不可能であることを示す応答信号を情報集約装置２−１へ送信する（ステップＳ１１１）。なお、この応答信号は、例えば、情報集約装置２−２のアクティブフレーム及び使用チャネルを利用して送信される。情報集約装置２−１は、情報集約装置２−２のアクティブフレーム、すなわち、自装置のスリープフレームにおいて情報集約装置２−２からの応答信号を受信する。

また、情報集約装置２−２は、引き継ぎ要求信号を受信すると、接続先の切り替えを実行するタイミングを待たずに、情報集約装置２−１の通信設定情報を利用して、指定されたセンサ端末３−１〜３−３とのデータ通信を開始する（ステップＳ１１２）。その際、情報集約装置２−２は、情報集約装置２−１のアクティブフレーム（情報集約装置２−２にとってはスリープフレーム）になると、チャネルを情報集約装置２−１がセンサ端末との通信に使用するチャネルに切り替えて各センサ端末と通信する。すなわち、情報集約装置２−２が、情報集約装置２−１に成りすまして、センサ端末３−１〜３−３と無線通信する。そのため、センサ端末３−１〜３−３からみれば、通信相手が実際には情報集約装置２−２であっても、情報集約装置２−１が通信相手であるように見える。また、情報集約装置２−２は、自装置と既に接続されている他のセンサ端末があったとしても、自装置のアクティブフレームにおいては、自装置の使用チャネルを利用するので、他のセンサ端末との無線通信を継続できる。なお、ステップＳ１１２において、情報集約装置２−２は、引き継ぎ要求信号で指定されたセンサ端末からの無線信号の品質が通信可能なレベルであると判定してから、指定されたセンサ端末との無線通信を開始してもよい。また、情報集約装置２−２は、引き継ぎ要求信号で指定されたセンサ端末に対して特に何も送信しない場合には、既にそれらのセンサ端末からの無線信号のモニタを行っているので、ステップＳ１１２は省略されてもよい。

一方、情報集約装置２−１は、情報集約装置２−２から、引き継ぎ可能であることを示す応答信号を受信すると、センサ端末３−１〜３−３へ、コネククション更新要求信号を送信する（ステップＳ１１３）。コネクション更新要求信号は、例えば、IEEE802.15.6に規定されたコネクション更新要求信号とすることができ、情報集約装置２−２が使用するチャネルを表す情報及び接続先の切り替えのタイミングを表す情報を含む。なお、応答信号が、引き継ぎ不可能であることを示している場合には、情報集約装置２−１は、接続切り替え処理を終了してもよい。この場合、情報集約装置２−１は、情報集約装置２−２以外にも、通信設定情報を共有している他の情報集約装置が存在すれば、その情報集約装置に対して、接続切り替え処理を実行してもよい。また、情報集約装置２−１は、応答信号が引き継ぎ不可能であることを示している場合、サーバ５に対して、患者Ａからのバイタル情報が失われる可能性があることを示す警告メッセージを送信してもよい。

その後、センサ端末３−１〜３−３は、コネクション更新要求信号で通知された切り替えタイミングになると、使用するチャネルを情報集約装置２−２が使用するチャネルに切り替える（ステップＳ１１４）。また、センサ端末３−１〜３−３は、情報集約装置２−２から定期的に送信される報知情報に含まれる制御情報などを参照して、情報集約装置２−２との通信を継続する。そして、センサ端末３−１〜３−３は、情報集約装置２−２のアクティブフレーム及び使用チャネルを利用して、測定した患者Ａのバイタル情報を定期的に情報集約装置２−２へ送信する（ステップＳ１１５）。

以降、情報集約装置２−２は、過去一定期間にセンサ端末３−１〜３−３から受信した、患者Ａのバイタル情報を解析し、必要に応じて、そのバイタル情報の測定値または解析結果などをサーバ５へ送信する（ステップＳ１１６）。

図４は、本実施形態による情報集約装置２−１の概略構成図である。なお、情報集約装置２−１と情報集約装置２−２は、同一の構成及び機能を有するので、以下では、情報集約装置２−１の詳細についてのみ説明する。
情報集約装置２−１は、アンテナ１０と、無線処理部１１と、有線インターフェース部１２と、記憶部１３と、制御部１４とを有する。

無線処理部１１は、制御部１４の制御に従って、制御部１４から受け取った、報知情報といった情報集約装置２−１が送信する信号の変調及び搬送波への重畳といった送信処理を、例えば、IEEE802.15.6に準拠して実行する。そして無線処理部１１は、搬送波に重畳された信号をアンテナ１０を介して送信する。また無線処理部１１は、制御部１４の制御に従って、アンテナ１０を介してセンサ端末または他の情報集約装置から受信した信号の復調といった受信処理を、例えば、IEEE802.15.6に準拠して実行する。そして無線処理部１１は、復調された信号を制御部１４へ渡す。

有線インターフェース部１２は、通信回線４を終端するインターフェース回路を有する。そして有線インターフェース部１２は、制御部１４から受け取った、患者のバイタル情報の測定値などを、通信回線４へ出力する。また有線インターフェース部１２は、サーバ５または他の情報集約装置から通信回線４を介して受け取った信号を制御部１４へ渡す。
なお、通信回線４が無線通信回線である場合には、有線インターフェース部１２は省略されてもよい。

記憶部１３は、例えば、不揮発性の読み出し専用の半導体メモリ回路と、揮発性の読み書き可能な半導体メモリ回路とを有する。そして記憶部１３は、情報集約装置２−１自身の通信設定情報及び情報集約装置２−１の周囲に存在する他の情報集約装置に関する通信設定情報を記憶する。また記憶部１３は、患者ごとに、その患者の識別情報と、その患者に取り付けられたセンサ端末の識別情報を表すセンサグループ管理情報を記憶する。さらに記憶部１３は、患者ごとに、過去一定期間のその患者のバイタル情報の測定値を記憶する。

図５は、センサグループ管理情報を格納する管理テーブルの一例を示す図である。管理テーブル５００の左側の列には、患者の識別情報に相当するグループ識別情報が格納されている。そして管理テーブル５００の右側の列には、グループ識別情報と関連付けられた、すなわち、グループ識別情報により特定される患者に取り付けられたセンサ端末の識別情報が格納される。この例では、管理テーブル５００は、グループ識別情報'1'で特定された患者に、識別情報がそれぞれ'AA'、'BB'、'EE'である３個のセンサ端末が取り付けられていることを示す。同様に、管理テーブル５００は、グループ識別情報'2'で特定された患者に識別情報が'DD'のセンサ端末が取り付けられていることを示す。さらに、管理テーブル５００は、グループ識別情報'3'で特定された患者に識別情報が'CC'、'FF'の２個のセンサ端末が取り付けられていることを示す。

センサグループ管理情報は、例えば、予め、ユーザによって作成され、サーバ５から通信回線４を介して情報集約装置２−１へ送られる。あるいは、情報集約装置２−１自身が、キーボードなどのユーザインターフェースを有する場合には、センサグループ管理情報は、そのユーザインターフェースを介して情報集約装置２−１に入力されてもよい。あるいはまた、制御部１４が、センサ端末から受信した無線信号から、そのセンサ端末の識別情報及びそのセンサ端末が取り付けられた患者の識別情報を抽出してもよい。そして制御部１４が、患者の識別情報ごとにセンサ端末をグループ化することにより、センサグループ管理情報を作成してもよい。

制御部１４は、例えば、一つまたは複数のプロセッサと周辺回路とを有する。そして制御部１４は、センサ端末との通信を制御する。また制御部１４は、センサ端末から受信した患者のバイタル情報に基づいて、患者に異常があるか否かを判定する。

図６は、制御部１４の機能ブロック図である。制御部１４は、タイミング調整部２１と、共有制御部２２と、通信制御部２３と、切り替え判定部２４と、切り替え制御部２５と、バイタル情報取得部２６と、解析部２７とを有する。制御部１４が有するこれらの各部は、例えば、制御部１４が有するプロセッサ上で動作するコンピュータプログラムにより実行される機能モジュールである。

タイミング調整部２１は、情報集約装置２−１が起動すると、例えば、IEEE802.15.6に準拠して周辺のサーチ処理を実行し、無線処理部１１から受け取った信号を解析することにより、周辺にある他の情報集約装置を検出する。そしてタイミング調整部２１は、他の情報集約装置を検出すると、ASI制御用の信号を生成し、その信号を無線処理部１１及びアンテナ１０を介して他の情報集約装置へ送信する。またタイミング調整部２１は、他の情報集約装置からアンテナ１０及び無線処理部１１を介して受け取った、ASI制御用の信号を解析して、ASI制御を実行する。これにより、タイミング調整部２１は、情報集約装置２−１のアクティブフレームと、他の情報集約装置のアクティブフレームが重ならないように、アクティブフレームのタイミングを調整する。

図７は、ASI制御の前後における、二つの情報集約装置２−１、２−２のアクティブフレームのタイミングを示す図である。図７において、横軸は時間を表す。また「Active」と記載されたブロックは、アクティブフレームを表し、「Sleep」と記載されたブロックは、スリープフレームを表す。ブロック列７０１は、ASI制御の実行前における、情報集約装置２−２のアクティブフレーム及びスリープフレームを表し、ブロック列７０２は、ASI制御の実行前における、情報集約装置２−１のアクティブフレーム及びスリープフレームを表す。一方、ブロック列７０３は、ASI制御の実行後における、情報集約装置２−２のアクティブフレーム及びスリープフレームを表し、ブロック列７０４は、ASI制御の実行後における、情報集約装置２−１のアクティブフレーム及びスリープフレームを表す。

例えば、情報集約装置２−１の起動時に、情報集約装置２−２がすでにセンサ端末と通信を行っていたとする。この場合、情報集約装置２−１と情報集約装置２−２は同期されていないので、ブロック列７０１に示される、情報集約装置２−２のアクティブフレームと、ブロック列７０２に示される、情報集約装置２−１のアクティブフレームとが部分的に重なっている。一方、ブロック列７０３及び７０４に示されるように、ASI制御の実行後では、情報集約装置２−１のアクティブフレームと情報集約装置２−２のアクティブフレームとが重ならない。

特に、本実施形態では、タイミング調整部２１は、情報集約装置２−１が使用するチャネルと同じチャネルを使用する情報集約装置だけでなく、情報集約装置２−１が使用するチャネルと異なるチャネルを使用する情報集約装置に対しても、ASI制御を実行する。これにより、情報集約装置２−１は、自装置のスリープフレームにおいて、他の情報集約装置とセンサ端末間の無線信号を受信できるので、他の情報集約装置とセンサ端末間の通信をモニタできる。

なお、情報集約装置２−１は、周辺に２以上の他の情報集約装置を検出した場合、検出した全ての情報集約装置とASI制御用の信号を交換して、各情報集約装置のアクティブフレームが互いに重ならないようにすることが好ましい。

共有制御部２２は、例えば、情報集約装置２−１の起動時または情報集約装置２−１と接続されるセンサ端末に変更があったときに、周辺の情報集約装置へ、情報集約装置２−１についての通信設定情報を通知する。そのために、共有制御部２２は、通信設定情報を含む通知信号を生成し、その通知信号を、例えば、情報集約装置２−１のアクティブフレームにおいて無線処理部１１及びアンテナ１０を介して送信する。また共有制御部２２は、周辺の他の情報集約装置から受信した通知信号から、その情報集約装置についての通信設定情報を取出し、記憶部１３に記憶する。

図８は、周辺の情報集約装置の通信設定情報を格納する管理テーブルの一例を示す図である。管理テーブル８００には、行ごとに、一つの情報集約装置に関する情報が格納されている。例えば、管理テーブル８００には、情報集約装置ごとに、左から順に、ネットワーク識別情報と、情報集約装置の識別情報と、情報集約装置の物理アドレスと、情報集約装置と接続されているセンサ端末のグループ識別情報が格納されている。

さらに、通信設定情報には、情報集約装置に割り当てられたアクティブフレームのタイミング、フレーム内の使用タイムスロット及び使用チャネルなど、その情報集約装置がセンサ端末と通信するために使用する情報が含まれる。

通信制御部２３は、センサ端末との接続の確立、維持及び切断といった通信制御を、例えば、IEEE802.15.6に準拠して実行する。そのために、通信制御部２３は、例えば、報知情報を生成し、自装置の通信設定情報を参照して、自装置のアクティブフレームにおいて送信される信号に報知情報を含め、その信号を無線処理部１１に出力する。また通信制御部２３は、例えば、周辺の他の情報集約装置に対して自装置の通信設定情報などを送信する場合、その通信設定情報を、自装置のアクティブフレームにおいて送信される信号に含めて、その信号を無線処理部１１に出力する。
また通信制御部２３は、自装置のスリープフレームにおいて、周辺の他の情報集約装置の通信設定情報を利用して、無線処理部１１に、センサ端末及び他の情報集約装置が送信した無線信号を受信させる。

切り替え判定部２４は、接続されているセンサ端末から受信した信号の品質に基づいて、そのセンサ端末の接続先を情報集約装置２−１から周辺にある他の情報集約装置へ切り替える接続切り替え処理を実行するか否かを判定する。そのために、切り替え判定部２４は、例えば、受信した信号の品質として、受信信号強度またはReceived Signal Strength Indication(RSSI)を利用する。あるいは、切り替え判定部２４は、受信した信号の品質として、Signal to Interference plus Noise Ratio(SINR)を利用してもよい。

切り替え判定部２４は、受信した信号の品質が、センサ端末との通信を維持できる品質の下限値に相当する第１の品質閾値未満になると、接続切り替え処理を実行すると判定する。一方、受信した信号の品質が第１の品質閾値以上であれば、切り替え判定部２４は、接続切り替え処理を実行しないと判定する。

また、情報集約装置２−１が周辺の他の情報集約装置から引き継ぎ要求信号を受信した場合、切り替え判定部２４は、情報集約装置２−１のスリープフレームにおいて、その引き継ぎ要求信号で指定されたセンサ端末から受信した無線信号の品質を測定する。そしてその無線信号の品質が第２の品質閾値以上であれば、切り替え判定部２４は、接続切り替え処理を実行すると判定し、一方、その受信信号の品質が第２の品質閾値未満であれば、切り替え判定部２４は、接続切り替え処理を実行しないと判定する。なお、第２の品質閾値は、第１の品質閾値と等しくてもよく、あるいは、第１の品質閾値よりも高くてもよい。第２の品質閾値を第１の品質閾値より高く設定することで、接続先の切り替えが頻繁に生じるリスクが低減される。

切り替え判定部２４は、接続切り替え処理を実行するか否かの判定結果を切り替え制御部２５へ通知する。

切り替え制御部２５は、切り替え判定部２４により、接続切り替え処理を実行する旨を通知された場合、接続切り替え処理を実行する。そのために、切り替え制御部２５は、引き継ぎ要求信号を生成し、その引き継ぎ要求信号を無線処理部１１及びアンテナ１０を介して切り替え先の情報集約装置へ送信する。また、切り替え制御部２５は、切り替え可能である旨の応答信号を受信すると、コネクション更新要求信号を生成し、そのコネクション更新要求信号を無線処理部１１及びアンテナ１０を介して情報集約装置２−１に接続されているセンサ端末へ送信する。

また、切り替え制御部２５は、周辺の他の情報集約装置から受信した信号に引き継ぎ要求信号が含まれている場合、切り替え判定部２４に、その引き継ぎ要求信号に含まれるセンサ端末の識別情報を通知する。そして切り替え判定部２４が、その識別情報により特定されるセンサ端末からの受信信号の品質が第２の品質閾値以上であると判定した場合、切り替え制御部２５は、引き継ぎ可能である旨の応答信号を生成する。一方、切り替え判定部２４が、その識別情報により特定されるセンサ端末からの受信信号の品質が第２の品質閾値未満であると判定した場合、切り替え制御部２５は、引き継ぎ不可能である旨の応答信号を生成する。切り替え制御部２５は、生成した応答信号を、無線処理部１１及びアンテナ１０を介して引き継ぎ要求信号を送信した情報集約装置へ返信する。

バイタル情報取得部２６は、自装置のアクティブフレームにおいて、自装置と接続されているセンサ端末から受信した無線信号から、患者の識別情報、センサ端末の識別情報、バイタル情報の測定値及び測定時刻を抽出する。そしてバイタル情報取得部２６は、抽出した患者の識別情報、センサ端末の識別情報、バイタル情報及び測定時刻を記憶部１３に記憶する。
同様に、バイタル情報取得部２６は、自装置のスリープフレームにおいて、他の情報集約装置の通信設定情報を利用して受信した、他の情報集約装置に接続されているセンサ端末からの無線信号から、患者の識別情報及びバイタル情報の測定値などを抽出する。そしてバイタル情報取得部２６は、抽出した患者の識別情報、センサ端末の識別情報、バイタル情報及び測定時刻を記憶部１３に記憶する。
そしてバイタル情報取得部２６は、測定時刻が現時刻から所定期間以上古くなったバイタル情報を記憶部１３から消去する。なお、所定期間は、解析部２７が患者の異常検出にバイタル情報を利用する期間であり、例えば、１２時間または２４時間に設定される。

解析部２７は、患者ごとに、その患者について記憶部１３に記憶されている過去一定期間のバイタル情報を解析することにより、その患者に異常があるか否か判定する。例えば、解析部２７は、過去一定期間内のそのバイタル情報の測定値の統計量、例えば、平均値及び分散を算出する。そして解析部２７は、何れかのバイタル情報について、直近のバイタル情報の測定値と平均値間のマハラノビス距離が所定の閾値（例えば、2）以上離れている場合、患者に異常があると判定する。

また、バイタル情報が、ホルダー心電波形である場合、解析部２７は、記憶部１３に記憶されている過去一定期間の心電波形から、患者が正常である状態の心電波形を求める。そして解析部２７は、直近の心電波形と正常状態の心電波形とを比較して、波形のずれ量が所定以上である場合、患者に異常があると判定してもよい。

本実施形態では、情報集約装置２−１は、周辺の他の情報集約装置と接続されていたセンサ端末からの信号に含まれるバイタル情報も記憶している。そのため、そのセンサ端末の接続先が情報集約装置２−１に切り替えられても、解析部２７は、接続先の切り替え前のそのセンサ端末が取り付けられた患者のバイタル情報も、その患者に異常があるか否かの判定に利用できる。したがって、情報集約装置２−１は、解析に用いられるバイタル情報の蓄積期間中に、センサ端末の接続先の切り替えが生じても、患者の異常検出の精度を維持できる。
解析部２７は、有線インターフェース部１２及び通信回線４を介して、異常があると判定した患者のバイタル情報の測定値またはその解析結果などをサーバ５へ送信する。

図９は、本実施形態によるセンサ端末３−１の概略構成図である。なお、各センサ端末は、そのセンサ端末が有するセンサ以外では同一の構成及び機能を有するので、他のセンサ端末の詳細な説明については省略する。
センサ端末３−１は、アンテナ３０と、無線処理部３１と、少なくとも一つのセンサ３２と、記憶部３３と、制御部３４とを有する。

無線処理部３１は、情報集約装置２−１の無線処理部１１と同様に、制御部３４から受け取った信号に対する送信処理を、例えば、IEEE802.15.6に準拠して実行する。また無線処理部３１は、アンテナ３０を介して情報集約装置から受信した信号に対する受信処理を、例えば、IEEE802.15.6に準拠して実行する。そして無線処理部３１は、復調された信号を制御部３４へ渡す。

センサ３２は、患者のバイタル情報を測定するセンサであり、例えば、体温計、脈拍計、心電計または血圧計である。センサ３２は、制御部３４による制御にしたがって、定期的（例えば、1分毎、10分毎、30分毎または1時間毎）に患者のバイタル情報を測定し、その測定値を制御部３４へ出力する。

記憶部３３は、例えば、不揮発性の読み出し専用の半導体メモリ回路と、揮発性の読み書き可能な半導体メモリ回路とを有する。そして記憶部３３は、制御部３４で実行されるコンピュータプログラム、センサ３２から受け取ったバイタル情報の測定値及びセンサ端末が情報集約装置と通信するために用いられる情報などを記憶する。さらに記憶部３３は、センサ端末の識別情報及びセンサ端末が取り付けられた患者の識別情報を記憶する。さらにまた、記憶部３３は、センサ３２の識別情報、センサ３２の種別、またはセンサ３２が取り付けられた人体上の位置などを示す情報を記憶していてもよい。

制御部３４は、例えば、一つのプロセッサと周辺回路とを有する。そして制御部３４は、情報集約装置との通信を制御する。また制御部３４は、センサ３２を制御し、センサ３２に定期的にバイタル情報を測定させる。そして制御部３４は、センサ３２からバイタル情報の測定値を受け取る度に、その測定値及び測定時刻と、センサ端末の識別情報と、センサ端末が取り付けられた患者の識別情報とを含む信号を生成し、その信号を無線処理部３１へ出力する。そして制御部３４は、受信した報知情報またはコネクション更新要求信号などによって指定された、接続先の情報集約装置のアクティブフレーム及び使用チャネルを利用して、無線処理部３１に、その信号をアンテナ３０を介して送信させる。

以上に説明してきたように、この無線ネットワークシステムで利用される情報集約装置は、予め、周辺にある他の情報集約装置の通信設定情報を取得する。そして他の情報集約装置がセンサ端末との通信が困難になったとき、情報集約装置は、その通信設定情報を利用して、他の情報集約装置に成りすましてそのセンサ端末との通信を引き継ぐ。そして、情報集約装置は、その通信の引き継いた後、指定されたタイミングで自装置のアクティブフレーム及び使用チャネルを利用した通信に切り替える。そのため、この無線ネットワークシステムでは、センサ端末は何れかの情報集約装置と継続して通信できるので、センサ端末により測定された患者のバイタル情報が失われることが防止される。また、情報集約装置は、他の情報集約装置とセンサ端末間の通信をモニタして、そのセンサ端末から他の情報集約装置へ送信されるバイタル情報も記憶しておく。そのため、センサ端末の接続先が、情報集約装置自身に切り替わった場合でも、その情報集約装置は、切り替え前の時点で測定されたバイタル情報も、患者の異常の検知に利用できるので、患者に異常が生じたか否かを正確に判断できる。また、センサ端末の接続先が切り替わる際、センサ端末は、サーチ処理を行う必要が無いので、この無線ネットワークシステムは、センサ端末の接続先が切り替わる際のセンサ端末の電力消費を抑制できる。

変形例によれば、切り替え判定部２４は、自装置のスリープフレームにおいて、周辺の他の情報集約装置から送信された無線信号を受信できなくなったときに、その周辺の他の情報集約装置が故障したと判断して、接続切り替え処理を実行すると判定してもよい。この場合には、通信制御部２３は、その周辺の他の情報集約装置についての通信設定情報を利用して、その周辺の他の情報集約装置のアクティブフレームにおいて、その周辺の他の情報集約装置と接続されているセンサ端末と通信する。さらに、切り替え制御部２５は、自装置が使用するチャネル、アクティブフレームのタイミング及び切り替えのタイミングを含むコネクション更新要求信号を生成する。そして切り替え制御部２５は、そのコネクション更新要求信号を、故障したと判定した情報集約装置のアクティブフレーム及び使用チャネルにおいて、無線処理部１１及びアンテナ１０を介して、その周辺の他の情報集約装置と接続されているセンサ端末へ送信する。これにより、センサ端末と接続中の情報集約装置に故障が発生しても、センサ端末は、故障していない情報集約装置に接続先を切り替えて、無線通信を継続できるので、故障発生後に測定されたバイタル情報が失われることを防止できる。

また他の変形例によれば、情報集約装置は、他の情報集約装置と通信設定情報を交換した際、自装置と接続されているセンサ端末から既に受信しているバイタル情報を他の情報集約装置に転送してもよい。あるいは、情報集約装置は、他の情報集約装置から引き継ぎ可能な旨の応答信号を受信した後に、自装置と接続されているセンサ端末から既に受信しているバイタル情報を他の情報集約装置に転送してもよい。これにより、引き継ぎ以前のある時点において、情報集約装置と接続されているセンサ端末からの無線信号を、他の情報集約装置が受信できていなくても、他の情報集約装置が、過去一定期間の患者のバイタル情報を利用できるようになる。

さらに他の変形例によれば、互いに通信可能な３台以上の情報集約装置が存在することがある。この場合、何れかの情報集約装置が自装置に接続されているセンサ端末の接続先の切り替えを行うと判定した場合、その情報集約装置は、引き継ぎ可能との応答信号を受信するまで、所定の順序に従って他の情報集約装置へ引き継ぎ要求信号を送信する。所定の順序は、例えば、情報集約装置が通信設定情報を交換した順序、サーバ５を介してユーザにより設定された順序、あるいは、情報集約装置が他の情報集約装置から受信した信号の品質が高い順とすることができる。

あるいは、各情報集約装置は、自装置がモニタしている、他の情報集約装置と接続されたセンサ端末から受信した信号の品質の測定値を、定期的に他の情報集約装置へ通知してもよい。この通知は、例えば、通知しようとする情報集約装置のアクティブフレームにおいて、情報集約装置が使用するチャネルを利用して送信される信号に、その品質の測定値を含めることで行われる。情報集約装置は、センサ端末の接続先の切り替えを行う場合、他の情報集約装置のうち、自装置と接続されているセンサ端末からの信号の品質の測定値が最も高い情報集約装置から順に、引き継ぎ可能との応答信号を受信するまで引き継ぎ要求信号を送信すればよい。

さらに他の変形例によれば、情報集約装置は、サーチ処理によって検出した周辺の情報集約装置と、通信回線４を介して通信を行ってもよい。この場合、情報集約装置は、例えば、情報集約装置の通信可能範囲内に新たな患者が進入してくるといった原因で通信設定情報が更新されたときに、更新された通信設定情報を通信回線４を介して他の情報集約装置へ送信できる。

また、センサ端末は、人以外の動物に取り付けられてもよい。この場合には、情報集約装置は、センサ端末から受信した、センサ端末が取り付けられた動物のバイタル情報の過去一定期間の測定値に基づいて、その動物に異常があるか否かを判定できる。

ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

１ 無線ネットワークシステム
２−１、２−２ 情報集約装置
３−１〜３−３ センサ端末
４ 通信回線
５ サーバ
１０ アンテナ
１１ 無線処理部
１２ 有線インターフェース部
１３ 記憶部
１４ 制御部
２１ タイミング調整部
２２ 共有制御部
２３ 通信制御部
２４ 切り替え判定部
２５ 切り替え制御部
２６ バイタル情報取得部
２７ 解析部
３０ アンテナ
３１ 無線処理部
３２ センサ
３３ 記憶部
３４ 制御部

Claims (12)

1. 第１の情報集約装置と、第２の情報集約装置と、前記第１及び第２の情報集約装置と無線通信可能な少なくとも一つの通信端末とを有する無線ネットワークシステムであって、
   前記第１の情報集約装置と前記第２の情報集約装置は、それぞれ、所定の時間長を持つフレーム単位で無線通信し、
   前記第１の情報集約装置は、
   前記少なくとも一つの通信端末と接続されている場合、前記少なくとも一つの通信端末との無線通信に利用する通信設定情報を前記第２の情報集約装置へ送信し、
   前記第２の情報集約装置へ前記少なくとも一つの通信端末の接続先を前記第１の情報集約装置から前記第２の情報集約装置へ切り替えることを要求し、かつ接続先を前記第２の情報集約装置へ切り替えるタイミングを表すタイミング情報を含む引き継ぎ要求信号を送信し、
   前記第２の情報集約装置は、前記引き継ぎ要求信号を受信すると、前記タイミング情報で指定されたタイミングまでは前記通信設定情報を利用して、前記第１の情報集約装置が前記少なくとも一つの通信端末と無線通信するアクティブフレームにおいて前記少なくとも一つの通信端末からの無線信号を受信し、前記タイミング情報で指定されたタイミングを過ぎると、前記第２の情報集約装置のアクティブフレームにおいて前記少なくとも一つの通信端末からの無線信号を受信する
   無線ネットワークシステム。
2. 前記第２の情報集約装置は、前記タイミング情報で指定されたタイミングまでは前記第１の情報集約装置のアクティブフレームにおいて受信した、前記少なくとも一つの通信端末から前記第１の情報集約装置へ送信された無線信号に含まれるデータを少なくとも所定期間記憶する、請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
3. 前記第１の情報集約装置は、前記通信設定情報を前記第２の情報集約装置へ送信した後で、前記少なくとも一つの通信端末から受信した無線信号の品質が前記第１の情報集約装置と前記少なくとも一つの通信端末間の無線通信を維持可能な品質レベルの下限値に相当する品質閾値よりも低い場合、前記引き継ぎ要求信号を送信する、請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
4. 前記少なくとも一つの通信端末は動物に取り付けられ、かつ、該動物のバイタル情報を所定の周期で測定するセンサを有し、前記少なくとも一つの通信端末は、前記センサによって前記バイタル情報が測定される度に、該バイタル情報の測定値を含む無線信号を送信し、
   前記第２の情報集約装置は、前記データとして前記バイタル情報の測定値を記憶し、かつ、前記所定期間内において前記少なくとも一つの通信端末の接続先が前記第１の情報集約装置から前記第２の情報集約装置に切り替えられた場合、前記所定期間内の前記切り替え前に記憶した前記バイタル情報の測定値と、前記切り替え後に前記少なくとも一つの通信端末から受信した無線信号に含まれるバイタル情報の測定値とに基づいて、前記動物に異常があるか否かを判定する、請求項３に記載の無線ネットワークシステム。
5. 前記少なくとも一つの通信端末は、少なくとも一つの動物に取り付けられた複数の通信端末を有し、
   前記第１の情報集約装置は、
   前記複数の通信端末を、同一の動物に取り付けられた通信端末ごとにグループ化した通信端末グループ情報を記憶し、
   前記複数の通信端末のうちの第１の通信端末との無線通信が困難となった場合、前記通信端末グループ情報を参照して、前記第１の通信端末と同じグループに含まれる他の通信端末を特定し、
   前記引き継ぎ要求信号に、前記第１の通信端末及び前記第１の通信端末と同じグループに属する他の通信端末の接続先を前記第１の情報集約装置から前記第２の情報集約装置へ切り替えることを要求する命令を含める、請求項４に記載の無線ネットワークシステム。
6. 前記第２の情報集約装置は、
   前記第１の情報集約装置からの無線信号を受信できなくなった場合、前記第１の情報集約装置と接続されている前記少なくとも一つの通信端末に対して、前記通信設定情報を利用して接続先を前記第１の情報集約装置から前記第２の情報集約装置へ切り替えることを要求するコネクション更新要求信号を送信する、請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
7. 少なくとも一つの通信端末と無線通信可能な情報集約装置であって、
   前記少なくとも一つの通信端末と他の情報集約装置とが無線通信するために利用される通信設定情報を記憶する記憶部と、
   無線信号を送信または受信する無線処理部と、
   制御部と、
   を有し、
   前記情報集約装置と前記他の情報集約装置は、それぞれ、所定の時間長を持つフレーム単位で無線通信し、
   前記制御部は、前記少なくとも一つの通信端末の接続先を前記他の情報集約装置から前記情報集約装置へ切り替えることを要求し、かつ接続先を前記情報集約装置へ切り替えるタイミングを表すタイミング情報を含む引き継ぎ要求信号を、前記他の情報集約装置から受信すると、前記無線処理部に、前記タイミング情報で指定されたタイミングまでは前記通信設定情報を利用して、前記他の情報集約装置が前記少なくとも一つの通信端末と無線通信するアクティブフレームにおいて前記少なくとも一つの通信端末からの無線信号を受信させ、前記タイミング情報で指定されたタイミングを過ぎると、前記情報集約装置のアクティブフレームにおいて前記少なくとも一つの通信端末からの無線信号を受信させる
   情報集約装置。
8. 前記制御部は、前記タイミング情報で指定されたタイミングまでは前記他の情報集約装置のアクティブフレームにおいて受信した、前記少なくとも一つの通信端末から前記他の情報集約装置へ送信された無線信号に含まれるデータを抽出して、該データを所定期間前記記憶部に記憶させる、請求項７に記載の情報集約装置。
9. 前記少なくとも一つの通信端末は動物に取り付けられ、かつ、該動物のバイタル情報を所定の周期で測定するセンサを有し、前記少なくとも一つの通信端末は、前記センサによって前記バイタル情報が測定される度に、該バイタル情報の測定値を含む無線信号を送信し、
   前記制御部は、前記データとして前記バイタル情報の測定値を前記記憶部に記憶させ、かつ、前記所定期間内において前記少なくとも一つの通信端末の接続先が前記他の情報集約装置から前記情報集約装置に切り替えられた場合、前記所定期間内の前記切り替え前に前記記憶部が記憶した前記バイタル情報の測定値と、前記切り替え後に前記少なくとも一つの通信端末から受信した無線信号に含まれるバイタル情報の測定値とに基づいて、前記動物に異常があるか否かを判定する、請求項８に記載の情報集約装置。
10. 前記少なくとも一つの通信端末は、少なくとも一つの動物に取り付けられた複数の通信端末を有し、
    前記記憶部は、前記複数の通信端末を、同一の動物に取り付けられた通信端末ごとにグループ化した通信端末グループ情報を記憶し、
    前記制御部は、前記複数の通信端末のうち、前記情報集約装置と接続されている第１の通信端末との無線通信が困難となった場合、前記通信端末グループ情報を参照して、前記第１の通信端末と同じグループに含まれる他の通信端末を特定し、
    前記第１の通信端末及び前記第１の通信端末と同じグループに属する他の通信端末の接続先を前記情報集約装置からさらに他の情報集約装置へ切り替えることを要求する引き継ぎ要求信号を生成し、該引き継ぎ要求信号を前記無線処理部に送信させる、請求項７に記載の情報集約装置。
11. 前記制御部は、前記無線処理部が前記他の情報集約装置からの無線信号を受信できなくなった場合、前記他の情報集約装置と接続されている前記少なくとも一つの通信端末に対して、前記通信設定情報を利用して接続先を前記他の情報集約装置から前記情報集約装置へ切り替えることを要求するコネクション更新要求信号を生成し、該コネクション更新要求信号を前記無線処理部に送信させる、請求項７に記載の情報集約装置。
12. 第１の情報集約装置と、第２の情報集約装置と、前記第１及び第２の情報集約装置と無線通信可能な少なくとも一つの通信端末とを有する無線ネットワークシステムにおける、前記少なくとも一つの通信端末の接続切り替え方法であって、
    前記第１の情報集約装置は、
    前記少なくとも一つの通信端末と接続されている場合、前記通信端末との無線通信に利用する通信設定情報を前記第２の情報集約装置へ送信し、
    前記通信設定情報を前記第２の情報集約装置へ送信した後で、前記少なくとも一つの通信端末から受信した無線信号の品質が前記第１の情報集約装置と前記通信端末間の無線通信を維持可能な品質レベルの下限値に相当する品質閾値よりも低い場合、前記第２の情報集約装置へ前記少なくとも一つの通信端末の接続先を前記第１の情報集約装置から前記第２の情報集約装置へ切り替えることを要求し、かつ接続先を前記第２の情報集約装置へ切り替えるタイミングを表すタイミング情報を含む引き継ぎ要求信号を送信し、
    前記第２の情報集約装置は、
    前記引き継ぎ要求信号に含まれる前記タイミング情報で指定されたタイミングまでは前記通信設定情報を利用して前記第１の情報集約装置のアクティブフレームにおいて前記少なくとも一つの通信端末からの無線信号を受信し、前記タイミング情報で指定されたタイミングを過ぎると、前記第２の情報集約装置のアクティブフレームにおいて前記少なくとも一つの通信端末からの無線信号を受信する、
    接続切り替え方法。

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