KR101307607B1 - 단거리 무선 네트워크들에 대한 향상들 - Google Patents

Abstract

본 발명은 네트워크 디바이스 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크에 관한 것이고, 코디네이터는 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단을 포함하고, 네트워크 디바이스는 무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단, 및 디바이스가 2개의 상이한 채널 액세스 방식인, 더 높은 처리율 방식 및 더 낮은 처리율 방식에 따라 선택적으로 통신하도록 동작가능한 제어 수단을 포함하고, 더 낮은 처리율 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로의 스위치를 위해 네트워크에 트리거가 제공되고, 트리거는 네트워크 디바이스의 전송 요건들을 고려하여 결정된다. 전송 요건들은 본 발명에 따라 네트워크에 기초할 수 있고, 전송 요건들은 다음의 인자들인, 네트워크 디바이스의 버퍼에서 대기하는 데이터, 디바이스의 응급 상태, 디바이스의 긴급 상태 및 배터리 레벨 중 하나 이상에 기초하여 정의된다.

Description

단거리 무선 네트워크들에 대한 향상들{IMPROVEMENTS TO SHORT-RANGE WIRELESS NETWORKS}

본 발명은 무선 개인 영역 네트워크(wireless personal area network)에 관한 것이고, 구체적으로(그러나 반드시 독점적으로는 아님), 무선 센서 네트워크들, 및 인간 또는 동물 신체 상에 또는 둘레에 배치된 무선으로 통신하는 센서들을 포함하는 신체 영역 네트워크(body area network)들에 관한 것이다.

소위 신체 영역 네트워크(Body Area Network) 또는 BAN은 비교적 단거리에 걸쳐 정보를 전달하는 데 이용되는 무선 개인 영역 네트워크들(wireless personal area networks; WPANs)의 예이다. 무선 로컬 영역 네트워크들(wireless local area networks; WLANs)과 달리, WPANs을 통해 실시되는 접속들은 거의 또는 전혀 인프라스트럭처를 수반하지 않는다. 이러한 특징은 작은, 전력 효율적인, 비싸지 않은 해결책들이 광범위한 디바이스들에 대해 구현될 수 있게 한다. 특히 흥미로운 것은, 센서들이 환자의 상태를 모니터하는 데 이용되는 메디컬 BAN(medical BAN; MBAN)의 가능성이다. 감지된 데이터를 데이터 싱크(data sink)(또한 네트워크 코디네이터(network co-ordinator)일 수 있음)에 공급하기 위해 주로 센서들을 이용하는 BAN은 무선 센서 네트워크(wireless sensor network; WSN)의 예이지만, 액추에이터들(actuators)과 같은 더 많은 액티브 디바이스들이 MBAN으로서 작용하는 WSN에 대안적으로 또는 부가적으로 포함될 수 있다.

단거리 무선 네트워크들의 다른 흥미로운 이용은 산업적 모니터링에 있다. 이러한 무선 네트워크들은 센서들 및 다른 디바이스들을 포함하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 하나의 배치는 모니터링을 위해 터빈 블레이드(turbine blade) 또는 다른 산업적 부품 상의 다양한 상이한 위치들에서 온도와 같은 파라미터를 측정하도록 배열된 센서들을 포함할 것이다. 또한, 이러한 무선 네트워크에 더 많은 액티브 디바이스들이 포함될 수 있고, 거의 또는 전혀 인프라스트럭처가 요구되지 않는다.

IEEE 802.15.4 네트워크의 커버리지(coverage)는 통상적으로 WPAN을 정의하고 따라서 어떤 더 큰 스케일의 산업적 배치에 또한 적합한 개인 동작 공간(personal operating space; POS) 위로 확장할 수 있지만, 표준 IEEE 802.15.4는 낮은 데이터 레이트(data-rate) WPANs을 위한 물리 계층(PHY) 및 매체 접근 제어(medium access control; MAC) 부계층 명세들(specifications)을 정의한다. 이러한 약간 더 큰 스케일의 네트워크들은 이 애플리케이션의 목적을 위해 용어들 WSN, WPAN 및 BAN 내에 포함된다. IEEE 802.15.4는 애드혹 피코넷(ad-hoc piconet)을 위한 표준 IEEE 802.15.3과 일부 유사성이 있다. 사람 또는 물체 둘레의 이러한 피코넷들은 통상적으로 모든 방향에서 적어도 10m를 커버하고, 정지해 있든지 또는 움직이든지 사람 또는 물체를 뒤덮는다(envelop). 그것들은 더 높은 데이터 레이트의 WPANs을 포함한다. 문서들 IEEE Std 802.15.4-2006 및 IEEE Std 802.15.3-2003은 이로써 전부 참고로 통합된다.

IEEE 802.15.4에서 예상된 타입의 WPANs는 산업적 모니터링과 같은 애플리케이션들에 적합하지만, MBANs에 요구되는 데이터 신뢰성의 종류를 제공하지 않는다.

메디컬 애플리케이션들에서, 신뢰성 및 프로세스 자동화를 증가시키고 인간의 에러를 감소시키면서 인간의 노동과 연관된 비용들을 감소시키기 위한 요건이 존재한다. 센서들은 요구되는 지능(intelligence)을 제공할 수 있고, 이미 메디컬 장비에 널리 이용되고 있다. 이것은 병원 회복 케어(hospital recuperative care), 홈 케어, 집중 케어 유닛들 및 선진 외과 절차들(advanced surgical procedures)을 포함한다. 펄스, 온도 등을 위한 외부 센서들, 체액과 접해 있는 센서들, 카테테르(catheters)에 이용되는 센서들(절개를 통해), 외부 애플리케이션들을 위한 센서들, 무선 센서들을 갖는 일회용 스킨 패치들, 및 피하에 심을 수 있는 센서들(implantable sensors)을 포함하여, 메디컬 애플리케이션들에 이용되는 많은 상이한 타입의 센서들이 존재한다.

병원 또는 내과병동에서 환자의 둘레의 센서들의 WPAN은 환자 이동성, 모니터링 유연성, 일반적으로 모니터링되지 않는 케어 영역들 내로의 모니터링의 확장, 감소된 임상 에러들 및 감소된 전체 모니터링 비용들을 포함한 다수의 임상 이득들을 제공할 수 있다. 신체 착용 센서들(body worn sensors)은 단일 환자 신체 상에 다양한 센서 타입들을 포함할 수 있다. 그것들은 환자의 신체로부터 신속하게 제거 또는 적용되도록 하는 능력을 요구한다.

개별적으로는(on an individual basis), 이러한 센서들은 환자당 1-2kbps만큼 낮은 비트 레이트를 가질 수 있고, 집합적으로는(on an aggregate basis), 이러한 센서들은 10kbps 비트 레이트를 요구할 수 있다. 1 미터만큼 작은 범위가 적합할 수 있다. 그러나, 메디컬 WSN 애플리케이션들은 임상 환경에서 미션 크리티컬 애플리케이션들(mission critical applications)이다. 바운드된(bounded) 데이터 손실 및 바운드된 레이턴시를 위한 강건한 무선 링크들, 환자 및 센서 밀도를 위한 용량, 다른 무선 통신들과의 공존, 연속 동작들의 날들을 위한 배터리 수명 및 신체 착용 디바이스들(body worn devices)을 위한 소형 폼 팩터(small form factor)는, 메디컬 WSNs 또는 MBANs을 위한 요건들 중에 있다. 이들 요건들은 FEC(Forward Error Correction) 및 ARQ(Adaptive Repeat reQuest)를 포함한 시간 및 주파수 도메인에서의 다이버시티 및 에러 제어 기법들, 센서 정보 레이트를 위한 낮은 듀티 사이클 TDMA, 및 더 효율적인 소형 안테나와 같은 기법들의 이용을 통해 충족될 수 있다. 따라서, 특히 메디컬 애플리케이션들을 위한, 신체 영역 네트워크(BAN)의 속성들을 정의하기 위한 추가의 표준 IEEE 802.15.6을 정의하기 위한 노력들이 진행중이다.

IEEE 802.15.3, IEEE 802.15.4, IEEE 802.15.6 및 배터리들에 의해 전력이 공급되는 네트워크 디바이스들을 포함하는 무선 네트워크들에 관련된 다른 표준들의 중요한 요건들 중 하나는 배터리 수명을 보존하는 것이다. 이것은 환자의 생명이 메디컬 애플리케이션들에서의 무선 링크들의 책임(liability)에 의존하는 응급 상황들을 위해 또는 발전소와 같은 미션 크리티컬 산업 환경들(mission critical industrial environments)을 모니터링하기 위해 특히 중요하다. 그러나, 이러한 요건은 정상 상태들 하에서 그리고 또한 응급 상황들에서 충분한 네트워크 처리율(throughput)을 제공하기 위한 요구와 균형을 맞춰야 한다. 일부 채널 액세스 방식들은 데이터의 고처리율을 위해 설계되는 반면, 다른 방식들은 저처리율, 저전력 상황들을 위해 더 적합하다.

네트워크 디바이스가 더 낮은 처리율 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로 스위치할 수 있는 것이 유리하다. 일 양태에 따르면, 본 발명의 실시예들은 네트워크 디바이스 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크를 제공하고, 코디네이터는 네트워크의 다른 디바이스들과 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단을 포함하고, 네트워크 디바이스는 네트워크의 다른 디바이스들과 무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단; 및 디바이스가 2개의 상이한 채널 액세스 방식인, 더 높은 처리율 방식 및 더 낮은 처리율 방식에 따라 선택적으로 통신하게 하도록 동작가능한 제어 수단을 포함하고, 더 낮은 처리율 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로의 스위치를 위해 네트워크에 트리거가 제공되고, 트리거는 네트워크 디바이스의 전송 요건들을 고려하여 정의된다.

발명 실시예들의 네트워크는 센서와 같은 네트워크 디바이스가 2개의 상이한 채널 액세스 방식 중 하나에 따라 통신할 수 있게 할 뿐만 아니라, 네트워크 디바이스 전송 요건을 고려하는 트리거의 결과로서 더 낮은 처리율 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로 스위치할 수 있게 한다. 스위치는 다운링크 및/또는 업링크 전송을 위한 것일 수 있다. 나중에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 더 낮은 처리율 방식으로의 대응하는 스위치 백(switch back)이 또한 제공될 수 있다.

따라서, 발명 실시예들은 고려되는 디바이스의 요건들이 채널 액세스 방식을 스위치할 수 있게 하는 메커니즘을 제공한다. 이것은 특히, 정상 배터리 소모를 가능한 한 낮게 유지할 필요가 있는 일부 응급 상황들에서 더 높은 처리율이 필수적일 수 있는 신체 영역 네트워크들에 유용하다.

IEEE 802.15.6의 주요 요건들 중 하나는 메디컬 애플리케이션들에 적합한 효율적인 채널 액세스 및 무선 자원 관리의 문제이다. 알려진 채널 액세스 메커니즘들은 응급 상태들에 있는 메디컬 디바이스들 및 다른 디바이스들에 특별한 주의를 기울이지 않고, IEEE 802.15.3 및 IEEE 802.15.4와 같은 상업적 표준에 의해 이미 널리 활용되었다. 특히, 의학적 및 산업적 응급 상황의 문제는 기존의 표준들 내에 반영되지 않았다.

이제, 독창적인 트리거를 이용하여 WiseMAC 및 CSMA(바람직하게는 비동기 CSMA)와 같은, 경합(contention) 기반일 수 있는, 2개의 채널 액세스 방식 간의 스위치가 발명 실시예들에 의해 제공되며, 따라서 이들 특수한 경우에 네트워크 기능을 향상시킬 수 있다.

트리거는 네트워크 디바이스의 전송 요건들의 증가를 고려하여 결정된다. 이들 전송 요건들은 전송을 위해 디바이스 버퍼에서 대기하는 데이터, 디바이스의 응급 상태 또는 예를 들어 디바이스의 변경된 슬립 패턴(changed sleep pattern) 또는 변경된 적합한 슬립 패턴(changed suitable sleep pattern)의 포맷으로 디바이스의 긴급 상태의 표시를 포함하는 인자들에 기초하여 정의될 수 있다. 다른 트리거는 배터리 레벨일 수 있다. 디바이스의 배터리 레벨이 매우 낮으면, 그의 전송 요건들은 특정 환경에서 올라가는데, 그 이유는 배터리가 완전히 고갈되기 전에 배터리 변경/재충전을 요청하는 코디네이터로 경보 신호를 보낼 필요가 있을 것이기 때문이다. 이것들 중에서, 디바이스의 응급 상태 및 변경된 슬립 패턴 또는 변경된 적합한 슬립 패턴의 표시는 네트워크 디바이스가 센서인 경우에 특히 적합하다. 다른 한편으로 트리거가 디바이스 버퍼에서 대기하는 데이터를 고려하는 경우, 그것은 훨씬 더 일반적으로 적용가능하다. 물론, 각각의 트리거는 이하 더 상세하게 설명되는 바와 같이 이들 인자들 중 임의의 것 또는 전부의 조합을 고려하여 결정될 수 있다.

일단 트리거가 네트워크 디바이스의 전송 요건들을 고려하여 제공되었다면, 트리거는 네트워크에서 필요에 따라 전송된다. 트리거는 데이터 프레임 내에서 가능한 임의의 적합한 방식으로 전송될 수 있다. 바람직하게는, 무선 네트워크가 전송 프레임들을 이용할 때, 이용된 전송 프레임들은 트리거의 전송을 위한 필드(field)를 포함할 수 있다. 트리거가 생성될 수 있는 곳에 관한 몇개의 가능성이 존재한다. 예를 들어, 트리거는 코디네이터에 의해 생성되어 센서 또는 다른 네트워크 디바이스에 전송될 수 있다. 대안적으로, 트리거는 네트워크 디바이스에서 생성되어 코디네이터로 전송될 수 있다. 이 기술분야의 통상의 기술자이면, 전송은 네트워크 구조에 따라 다른 네트워크 노드들을 통해 우회(indirect)할 수 있다는 것을 알 것이다. 대안적으로, 트리거는 중앙 모니터링 유닛 또는 다른 엔티티에 의해 생성되어 코디네이터로 전송될 수 있다. 중앙 모니터링 유닛은 코디네이터와 유선 또는 무선 통신할 수 있고, 따라서 특정 배치에 따라 센서 네트워크의 일부일 수도 그렇지 않을 수도 있다.

중앙 모니터링 유닛(메디컬 애플리케이션들에서, 때때로 중앙 모니터링 및 메디컬 케어 유닛이라고도 함)은 복수의 스테이션들로부터(예를 들어, 복수의 환자들에 대한) 응급 데이터의 연속적 또는 우발적(occasional) 스트림들을 수신할 수 있는 모니터링 장비를 갖는 스테이션일 수 있다. 중앙 모니터링 유닛은 수신된 데이터를 모니터하는 역할을 하는 (간호사들 또는 전문의들과 같은) 오퍼레이티브들(operatives)을 포함할 수 있다. 이들 오퍼레이티브들은 예를 들어 개인 환자들 또는 산업적 부품들에서 상태들의 변경들에 응답하여 조치를 취할 수 있다.

이 경우들 중 임의의 경우에, 트리거는 관련 네트워크 엔티티들에 통신될 필요가 있을 것이다. 또한, 하나보다 많은 타입의 트리거가 동일한 네트워크에 제공되는 경우, 하나의 이러한 트리거는 네트워크 디바이스에서 생성될 수 있고, 상이한 이러한 트리거는 코디네이터에서 생성될 수 있다. 바람직하게는, 네트워크 디바이스 전송 수단 및/또는 코디네이터 전송 수단은 전송 프레임에서 트리거의 표시를 전송하도록 동작가능하다. 그에 대응하여, 수신 수단이 직접적이든지 또는 간접적이든지, 전송 경로의 타단에서 트리거를 위해 제공될 것이다. 트리거의 표시는 프레임 제어 필드 또는 프레임 커맨드 필드와 같은 필드에 설정된 값의 형태로 될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 값은 트리거를 지정하기 위해 결합하여 작용하는 하나 이상의 비트들일 수 있다. 유리하게, 따라서 이러한 필드의 상이한 값이 트리거의 비활성화(deactivation) 또는 "해제(lifting)"로서 작용할 수 있고 및/또는 상이한 값들이 상이한 트리거 레벨들에 대응할 수 있다.

트리거는 높은 처리율 액세스 방식으로 스위치 명령을 활성화할 수 있다. 그러나, 특정 환경하에서 스위치 명령은 반드시 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 하나의 트리거 인자로부터 자동으로 뒤따르지는 않을 것이다.

결합된 트리거를 형성하기 위해 하나보다 많은 인자가 결합될 수 있다. 예를 들어, 결합된 트리거는 긴급/응급 비트들 및 배터리 레벨 또는 모아 비트들(more bits) 및 배터리 레벨의 결합에 기초할 수 있다. 본원에 논의된 트리거 인자들 또는 다른 적절한 트리거 타입들의 임의의 다른 결합이 또한 고려될 수 있다. 결합은 실생활 애플리케이션들에 더 잘 맞춰질 수 있는 더 복잡한 트리거를 제공한다. 2개 이상의 인자는 동일 또는 반대 방향으로 센서로/로부터 전송될 수 있다(또는 그것들 중 하나 이상은 전송되지 않을 수 있다). 그것들의 결합은 결합된 트리거를 형성하고 스위치를 활성화한다.

중단된 트리거는 더 낮은 처리율 채널 액세스로의 스위치 백(switch back)을 활성화할 수 있다. 그러나, 더 낮은 처리율 방식으로의 스위치 백은 또한 일부 환경들에서 결합된 트리거의 하나의 인자의 중단에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히, 네트워크 디바이스의 낮은 배터리 충전은 결합된 트리거에서의 인자일 수 있어, 트리거 처리율 방식으로의 스위치는 배터리 레벨이 적절한 경우에만 실행되고, 응급 상태가 존재하지만, 낮은 배터리 레벨은 더 낮은 처리율 채널 액세스 방식으로의 스위치 백을 활성화할 수 있다.

트리거(및 트리거 인자들)에 대해서와 동일하게, 네트워크 디바이스 전송 방식들 및 코디네이터 전송 수단은 스위치 명령의 표시를 전송하도록 동작가능할 수 있다. 스위치 명령은 트리거에 대한 전송 프레임의 제어/커맨드 필드에 있을 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 표시는 (트리거를 수신한 디바이스로부터의) 확인응답(acknowledgement) 프레임에서 전송된다. 확인응답은 WiseMAC에 대해 그 자체로 알려진 바와 같이 각각의 단일 프레임의 수신 후에 바로 보내진 즉시(immediate) 확인응답 프레임일 수 있다. 대안적으로, 그것은 상이한 타입의 확인응답, 예를 들어, 데이터 전송의 완료 후에만 보내지고 얼마나 많은 프레임들이 성공적으로 수신되었는지를 페이로드로서 표시하는 지연(delayed) 확인응답 프레임, 또는 페이로드를 갖지 않고 지연(delayed) 확인응답과 유사한, 단순 확인응답일 수 있다. 바람직하게는, 확인응답은 즉시 확인응답 프레임이다. 지연 확인응답들은 상이한 네트워크 기능을 허용한다. 일 실시예에서, 적어도 2가지 타입의 확인응답이 제공되고, 네트워크 시그널링은 어떤 타입이 이용되는지를 알려줄 수 있다.

이전에, 네트워크에서의 코디네이터 및 네트워크 디바이스에 대해서 알아보았다. 그러나, 네트워크 디바이스는 복수의 네트워크 디바이스 중 하나일 수 있다. 이들 중 하나 이상은 무선 센서 또는 액추에이터(actuator)일 수 있다. 네트워크는 네트워크 디바이스들 중 적어도 하나에 대해 그리고 바람직하게는 배터리에 의해 전력이 공급되는 각각의 네트워크 디바이스에 대해 스위치들을 구현하도록 동작가능할 수 있다. 일부 실시예들에서 스위치 명령은 다른 디바이스들 중 하나 이상에 의해 도청(overhear)될 수 있고 그에 따라 작동될 수 있다. 예를 들어, 트리거는 그 센서에 대해 더 높은 처리율 채널 액세스 방식으로의 스위치를 활성화하는 하나의 센서로부터 전송될 수 있다. 스위치 명령은 그 다음에 또한 더 높은 처리율 채널 액세스 방식을 이용할 수 있는 이웃 센서들에 의해 도청될 수 있다.

하나보다 많은 네트워크 디바이스가 네트워크에 존재하고 하나보다 많은 네트워크 디바이스가 더 높은 처리율 채널 액세스 방식으로 스위칭된 상황들에서, 더 낮은 우선순위 네트워크 디바이스들의 증가된 처리율이 더 높은 우선순위 네트워크 디바이스들의 처리율을 저해하는 문제가 존재할 수 있다. 우선순위들은 디바이스의 카테고리에 따라 설정될 수 있고(예를 들어, 크리티컬 메디컬 디바이스는 높은 우선순위를 가질 수 있고, 메디컬 디바이스는 중간 우선순위를 가질 수 있고, 넌-메디컬(non-medical) 디바이스는 낮은 우선순위를 가질 수 있음) 및/또는 우선순위들은 각각의 네트워크 디바이스의 전송 요건들에 따라 설정될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 트리거가 다양한 레벨을 가질 수 있는 경우, 더 높은 레벨 트리거는 더 낮은 레벨 트리거보다 우선순위를 가질 수 있고, 더 낮은 레벨 트리거 및 더 높은 레벨 트리거는 둘다 트리거가 비활성화/중단된 네트워크 디바이스보다 우선순위를 가질 수 있다. 통상의 기술을 갖는 독자라면, 전송 프레임의 동일한 제어/커맨드 필드는 디바이스들의 클래스들 및/또는 상이한 트리거 레벨들 사이를 구별하기 위해 충분한 값들을 제공할 수 있다는 것을 알 것이다.

각각의 네트워크 디바이스에 할당된 우선순위(디바이스의 클래스 또는 전송 요건 또는 둘다 고려할지)는 도청된 스위치 명령의 문제를 완화하는 데 이용될 수 있다. 구체적으로, 각각의 디바이스의 우선순위 레벨은 성공적인 전송의 가능성에 영향을 미치는 전송 파라미터를 결정하는 데 이용될 수 있다. 일 예에서, 예를 들어 CSMA에서 더 높은 우선순위 디바이스들에 대해 더 짧은 프리앰블 또는 더 짧은 백오프(back off)가 이용된다.

더 높은 처리율 채널 액세스 방식으로 스위칭된 디바이스들의 수는 (그것들이 명확하게 트리거하였기 때문에 또는 그것들이 스위치 명령을 도청했기 때문에) 네트워크 동작의 확실성에 대한 문제들로 이어지는 포인트가 될 수 있다. 따라서 바람직하게는, 네트워크는 예를 들어 제3의 상이한 채널 액세스 방식으로 스위칭함으로써 또는 더 높은 처리율 채널 액세스 방식에서 상이한 기능을 이용함으로써, GTS(guaranteed time slot)로 디바이스들을 스위치하도록 동작가능하다. 바람직하게는, 더 높은 처리율 채널 액세스 방식으로 스위치하도록 명확하게 트리거된 네트워크 디바이스들만이 그 다음에 GTS로 스위치된다. 제3의 채널 액세스는 비컨(beacon)을 갖는 TDMA/GTS와 같은 동기식일 수 있다. GTS로 스위치된 트리거된 네트워크 디바이스들은 미리 결정된 수의 시간 기간들 후에 또는 일단 트리거된 네트워크 디바이스들의 수가 임계값 아래로 떨어지면 경합 기반(contention-based)으로 스위치 백(switch back)할 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 트리거 및 스위치의 생성 및 전송에 대한 다수의 상이한 시나리오가 존재하며, 각각은 상이한 환경들에 대해 적합하고, 각각은 네트워크가 중앙집중화되었다고 할 수 있는 정도에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 트리거는 코디네이터(또는 중앙 모니터링 유닛)에서 생성되어 코디네이터 전송 수단에 의해 전송되며, 스위치는 네트워크 디바이스에서 생성되어 네트워크 디바이스 전송 수단에 의해 전송된다.

대안적으로, 상이한 실시예에서, 트리거는 네트워크 디바이스에서 생성되어 네트워크 디바이스 전송 수단에 의해 전송되고, 스위치는 코디네이터(또는 중앙 모니터링 유닛)에서 생성되어 코디네이터 전송 수단에 의해 전송된다. 마지막으로, 트리거와 스위치 둘다는 코디네이터 또는 중앙 모니터링 유닛에서 생성되어 코디네이터 전송 수단에 의해 전송될 수 있다. 바람직하게는, 트리거 및/또는 스위치는 코디네이터에서 생성되어, 일부 스위칭 제어가 코디네이터 내에 유지된다.

바람직하게는, 업링크 및 다운링크 전송은 스위치 시에 낮은 처리율 방식으로부터 높은 처리율 방식으로 스위치한다. 또한, 많은 경우, 코디네이터는 상이한 네트워크 디바이스들에 대해 동시에 2가지 상이한 모드(예를 들어, WiseMAC 및 CSMA)를 지원할 수 없을 것이므로, 전체 네트워크는 다운링크 및 업링크 둘다에 대해 새로운 모드로 스위치할 것이다.

본 발명의 다른 양태들에 따르면, 네트워크 디바이스 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크에 네트워크 디바이스가 제공되어 있고, 네트워크 디바이스는 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단; 및 디바이스가 2가지 상이한 채널 액세스 방식들인, 더 높은 처리율 방식 및 더 낮은 처리율 방식에 따라 선택적으로 통신할 수 있도록 동작가능한 제어 수단을 포함하고, 전송 수단 및/또는 수신 수단은 더 낮은 처리율 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로의 스위치를 위한 트리거를 각각 전송 및/또는 수신하도록 동작가능하다.

바람직한 실시예들에서, 네트워크 디바이스 트리거는 예를 들어, 앞서와 같이 디바이스 버퍼에서 대기하는 데이터, 디바이스의 응급 상태, 또는 디바이스의 변경된 슬립 패턴의 표시에 기초하여, 네트워크 디바이스의 전송 요건의 증가를 고려하여 결정된다.

제1 바람직한 실시예에서, 네트워크 디바이스 전송 수단은 추가 패킷이 전송을 위해 패킷을 뒤따른다는 표시를 전송하도록 동작가능하다. 이 표시는 예를 들어 미리 정의된 값을 이용하여 전송 프레임의 제어 필드 또는 커맨드 필드에서 트리거로서 이용될 수 있다.

다른 바람직한 실시예에서, 네트워크 디바이스는 파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단을 포함하는 센서이고, 그의 제어 수단은 부가적으로 센서의 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능하다. 센서 전송 수단은 파라미터 값들에 대한 값 정보를 전송하도록 동작가능할 수 있고 코디네이터 전송 수단은 값 정보를 고려하여 적절한 센서 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능할 수 있거나, 또는 센서 제어 수단은 적절한 슬립 패턴을 결정하고 코디네이터에 적절한 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능하다. 어느 하나의 경우에, 적절한 슬립 패턴의 표시는 트리거로서 작용할 수 있다. 즉, 적절한 슬립 패턴의 표시는 네트워크 디바이스의 전송 요건들을 반영한다.

다른 바람직한 실시예에서, 네트워크 디바이스는 파라미터의 값을 검출하도록 배열된 센서이고, 결정 수단은 응급 상태를 결정하기 위해 값에 응답하여 네트워크에 제공된다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 실시예들은 네트워크 디바이스 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크에서의 코디네이터를 제공하고, 코디네이터는 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단; 및 코디네이터가 2가지 상이한 채널 액세스 방식들인, 더 높은 처리율 방식 및 더 낮은 처리율 방식에 따라 선택적으로 통신할 수 있도록 동작가능한 제어 수단을 포함하고, 전송 수단 및/또는 수신 수단은 더 낮은 처리율 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로의 스위치를 위한 트리거를 각각 전송 및/또는 수신하도록 동작가능하다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해, 그리고 그것이 어떻게 실시될 수 있는지를 더욱 명확하게 나타내기 위해, 이제 다음의 도면에 대해 단지 예시적으로 참조가 이루어질 것이다.

도 1은 IEEE 802.15.4 WPAN에서 프로토콜 계층들을 예시한다.
도 2는 IEEE 802.15.4 WPAN의 가능한 PHY 대역들을 예시한다.
도 3은 WPAN의 스타(star) 및 피어-투-피어(Peer-to-Peer) 토폴로지들을 예시한다.
도 4는 비컨-인에이블된(beacon-enabled) IEEE 802.15.4 WPAN에서 수퍼프레임의 구조를 도시한다.
도 4a는 WiseMAC 채널 액세스 방식을 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 WPAN에서 네트워크 디바이스와 코디네이터 사이의 데이터 전송의 가능한 모드들을 예시한다.
도 9는 IEEE 802.15.4 WPAN에서 데이터 프레임에 이용된 프레임 포맷을 도시한다.
도 10은 도 9의 프레임 포맷에서 프레임 제어(Frame Control) 필드의 구조를 도시한다.
도 11은 도 10의 프레임 제어 필드에서 프레임 타입 비트들의 가능한 값들의 표이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 WSN에서 무선 센서 및 코디네이터를 도시하는 개략도이다.
도 13은 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치를 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 14a는 '모아 비트(more bit)' 트리거를 갖는 부분적으로 분산된 시나리오에서 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치를 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 14b는 도 14a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 15a는 '응급 비트' 트리거를 갖는 부분적으로 분산된 시나리오에서 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치를 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 15b는 도 15a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 16a는 '긴급 비트' 트리거를 갖는 부분적으로 분산된 시나리오에서 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치를 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 16b는 도 16a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 17은 배터리 충전 레벨을 나타내기 위해 전송 프레임의 제어 필드에 이용될 수 있는 배터리 비트들의 예를 도시하는 표이다.
도 18은 배터리 충전의 레벨들에 미리 정의된 슬립 패턴들을 연관시키는 하나의 방법을 도시하는 표이다.
도 19a는 '긴급 비트들' 및 '배터리 비트들'의 결합된 트리거를 갖는 블록 신호도를 도시한다.
도 19b는 도 19a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 20은 긴급 레벨이 낮아지고 배터리 레벨이 여전히 충분할 때 WiseMAC으로의 스위치 백을 도시하는 신호 흐름도이다.
도 21a는 응급 비트 트리거를 갖는 부분적으로 중앙집중화된 시나리오에서 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치들을 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 21b는 도 21a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 22a는 긴급 비트 트리거를 갖는 부분적으로 중앙집중화된 시나리오에서 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치들을 예시하는 블록 신호도를 도시한다.
도 22b는 도 22a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 23은 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치들을 도시하는 완전 중앙집중화된 시나리오에서 신호 흐름도이다.
도 24a는 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치들을 도시하는 다른 완전 중앙집중화된 시나리오에서 블록 신호도이다.
도 24b는 도 24a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 25a는 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위치들을 도시하는 다른 완전 중앙집중화된 시나리오에서 블록 신호도이다.
도 25b는 도 25a에서 시그널링에 기초한 신호 흐름도이다.
도 26은 동일한 레벨의 응급에서 다수의 디바이스를 도시하는 신호 흐름도이다.
도 27은 상이한 레벨의 응급에서 다수의 디바이스를 도시하는 신호 흐름도이다.
도 28은 본 발명의 실시예들과 사용하기 위한 프레임 제어 필드의 독창적인 구조를 도시한다.
도 29는 도 28의 프레임 제어 필드에서 가능한 프레임 타입 비트들을 예시한다.
도 30은 본 발명의 실시예들과 사용하기 위한 프레임 제어 필드의 다른 독창적인 구조를 도시한다.
도 31은 가능한 대응하는 프레임 타입 비트들을 예시한다.
도 32는 현재의 IEEE 802.15.4 표준에서 MAC 프레임의 기본 포맷을 예시한다.
도 33은 IEEE 802.15.4 표준의 현재의 버전의 커맨드 프레임 식별자(Command Frame Identifier) 리스트를 예시한다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 전에, 일부 배경 설명은 먼저 무선 네트워크들에서 이용되는 채널 액세스 프로토콜들(다중 액세스 프로토콜들이라고도 알려짐)에 대해 주어질 것이고, 그 다음에 현재 개발중에 있는 IEEE 802.15.6 표준에 대해 관련이 있는 것으로 예상되는 IEEE 802.15.4의 부분들, 및/또는 MBAN들을 포함하는 신체 영역 네트워크들에 대한 요약이 뒤따른다.

다중 액세스는 무선 네트워크에서의 복수의 네트워크 디바이스들이 동일한 무선 채널을 공유하는 가능성을 가리킨다. 다중 액세스를 가능하게 하기 위해, 무선 네트워크들은 일반적으로 주파수 분할(각각의 네트워크 디바이스들로부터의 전송들은 상이한 주파수들을 이용함으로써 별개로 유지됨) 또는 시간 분할(전송들은 상이한 시간들에 수행됨으로써 분리됨)에 기초하여 조직된다. 동시에 주파수 및 시간 분할을 둘다 이용하는 것이 가능하다. 본 설명의 나머지에서는, 시간-분할 방식에 대해 참조가 이루어질 것이지만, 이 기술분야의 통상의 기술자는 설명된 것과 유사한 기법들이 주파수-분할 경우에서도 또한 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

시간-분할 기반 네트워크들은 통상적으로 "프레임"이라고 불리는 동일한 시간 간격들로 시간을 분할한다. 네트워크 디바이스들에 이용가능한 정보의 양에 따라 더 많은 또는 적은 신뢰성의 통신(주어진 전송이 성공적으로 수신될 가능성을 의미함)을 제공하는 다양한 프로토콜들이 고안되었다.

패킷 기반 프로토콜이고, 타이밍 참조에 대한 필요성을 회피하는 하나의 알려진 프로토콜은 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)라 불린다. CSMA-CA에서, 디바이스가 CAP 내에 전송하기를 희망할 때마다, 디바이스는 랜덤 기간 동안 기다린다. 채널이 랜덤 백오프(random backoff)를 뒤따르는 유휴(idle) 상태인 것으로 발견되면, 디바이스는 그의 데이터를 전송한다. 채널이 랜덤 백오프를 뒤따르는 비지(busy) 상태인 것으로 발견되면, 디바이스는 채널을 다시 액세스하고자 시도하기 전에 다른 랜덤 기간 동안 기다린다.

TDMA(Time Division Multiple Access)로 알려진 다른 프로토콜은 네트워크 컨트롤러 또는 코디네이터가 충돌 잠재성을 회피하기 위해 네트워크 디바이스들의 독점적 사용을 위한 시간 슬롯들을 할당하도록 요구한다. 그러나, 이것은 중앙 코디네이터가 제공되는 것뿐만 아니라 전송을 시작하기 전에 모든 네트워크 디바이스들이 그것들에 할당된 슬롯(들)의 통지 및 비컨에 대해 청취(listen)하는 것을 요구한다.

상이한 프로토콜들이 예를 들어 업링크(즉, 코디네이터 또는 기지국과 같은 중심점으로의 데이터 전송들) 및 다운링크(센서와 같은 네트워크 디바이스로의 데이터 전송들)를 위해 각각 동일한 네트워크에서 이용될 수 있다.

이와 관련하여, WSN의 다운링크를 위한 하나의 제안된 프로토콜은 WiseMAC(Wireless sensor MAC)으로 불린다. WiseMAC는 다운링크 및 업링크 둘다에서 이용될 수 있다. 이것은 동일한 일정한 기간을 갖는 단시간 동안 무선 채널을 청취하는 각각의 네트워크 디바이스를 수반하는 비컨이 없는 방식(beacon-less scheme)이다. 네트워크 디바이스가 액티비티(activity)를 검출하면, 데이터 프레임이 수신될 때까지 또는 채널이 다시 유휴 상태가 될 때까지 계속해서 청취한다. 한편, 전송자는 모든 데이터 프레임의 앞에 웨이크 업(wake up) 프리앰블을 부가하여 수신자가 프레임의 데이터 부분이 도달될 때 깨어있도록 보장한다.

WiseMAC 프로토콜은 도 4a에서 설명된 바와 같이 동기화된 프리앰블 샘플링(synchronised Preamble Sampling)을 이용하고 듀티 사이클링(duty cycling)을 갖는 CSMA에 기초한다. 그것은 본질적으로 이웃 모드들의 스케줄들을 러닝(learning)하기 위한 특정 조항이 있는 비동기식 CSMA 타입 방식이다. WiseMAC는 제어 및 데이터 둘다에 대해 하나의 채널만을 이용하는 것으로 가정한다. 각각의 노드는 채널 액티비티들을 검사하기 위해 채널을 주기적으로(Tw) 샘플링하고, 즉, 각각의 네트워크 디바이스(노드)는 시간 기간 동안 주기적으로 웨이크 업한다. 전송될 데이터를 갖는 전송자는 곧 있을 데이터에 대해 수신자에게 알려주기 위해 데이터 전에 프리앰블을 전송한다. 프리앰블은 수신자의 샘플링 시간과 일치하도록 충분히 길어야 한다. 수신자는 그의 규칙적인 샘플링 시간/웨이크 업 시간에 웨이크 업한다. 채널이 액티비티가 없으면, 슬립 상태로 돌아간다. 그렇지 않으면, 수신자는 데이터를 수신할 때까지 깨어있는 상태에 머무른다. 데이터의 수신 후에, 수신자는 그의 웨이크 업 시간까지 남아있는 시간을 포함하는 확인응답(ACK)을 전송한다. 따라서, ACK의 수신 후에, 전송자는 수신자의 다음 웨이크 업 시간에 대해 알게 된다. 그 다음, 전송자는 슬립 상태로 돌아간다. 다음 사이클에서, 전송자는 훨씬 더 짧은 프리앰블을 이용할 수 있는데, 그 이유는 수신자의 웨이크 업 스케줄을 알고 있기 때문이다. WiseMAC에서의 미디엄 예비 프리앰블(medium reservation preamble)은 노드 전송들의 충돌을 회피하기 위해 짧은 프리앰블을 갖는 데이터 패킷에 대해 각각의 노드에 의해 랜덤하게 생성된다.

도 4a는 제1의 더 긴 웨이크 업 프리앰블, 데이터 전송 및 확인응답 다음에 다음 수신자 사이클에서 더 짧은 프리앰블, 데이터 전송 및 확인응답이 오는 것을 도시한다. WiseMAC은 저전력 액세스 방식이지만, IEEE 802.15.4에서 이용된 바와 같이 CSMA-CA와 관련하여 저처리율의 단점을 갖는다.

응급 또는 아마도 스트리밍(streaming)과 같은 특정 환경들에서 채널 액세스의 이용가능성 및 처리율을 증가시키기 위해, 노드들은 IEEE 802.15.4의 CSMA 모드로 스위칭할 수 있다. WiseMAC HA로서 알려진, WiseMAC의 변형이 최근에 채널 액세스의 이용가능성 및 처리율을 증가시키기 위해 제안되었고, 여기서 일부 노드들은 IEEE 802.15.4의 CSMA 모드로 스위칭할 수 있다. 그러나, 임의의 잠재적인 스위칭 기준 또는 이러한 스위칭을 위해 필요한 시그널링에 대한 논의는 없었고, 영향을 받은(affected) 노드들이 영구적으로 또는 일시적으로 CSMA 모드에 있는 경우 명확하지 않다. WiseMAC HA에서, 중앙 노드(코디네이터/싱크)가 감각 데이터(sensory data)(또는 다른 네트워크 디바이스들로부터의 데이터)를 수집하는 담당을 하는 스타 토폴로지가 채택된다. 싱크는 더 많은 배터리 전력을 갖도록 가정되고 따라서 제한된 배터리 용량을 갖는 센서들보다 어떤 어그레시브(aggressive) 웨이크 업 패턴에 있거나 그 패턴을 따르도록 제공할 수 있다.

IEEE 802.15.4에서, 하기에 논의된 바와 같이, 비컨 가능(beacon-enabled) 및 비컨이 없는(beacon-less) 토폴로지들 둘다가 제공된다. 비컨 가능 토폴로지는 프로토콜들의 결합을 이용하며, "프레임"의 개념은 CSMA-CA를 통한 경합 기반 액세스를 위한 슬롯들, 및 네트워크 디바이스의 독점적 이용을 위한 TDMA 기초로 할당된 GTS(guaranteed time slot)들을 포함하는 "수퍼프레임"으로 대신한다. 이것은 GTS들의 할당에 의한 데이터의 신뢰성 있는 전송을 제공하지만, 네트워크 디바이스들은 타이밍 및 슬롯 할당 정보에 대해 코디네이터에게 청취하기 위해 전력 공급("깨어있는 상태(awake)")을 유지해야 한다는 단점이 있다. 그러나 디바이스는 다른 디바이스의 전송 슬롯들 동안 슬립할 수 있기 때문에 TDMA에서는 전력 절약 이점이 있다.

요약하여, 타이밍 기준 및 (수퍼-)프레임 구조를 제공하는 비컨 기반 통신 프로토콜들은 더 적은 충돌을 허용하며, 따라서 더 신뢰성 있는 통신을 허용하지만, 이것은 네트워크 디바이스들의 전력 소비를 희생한다. 비컨이 없는 방식들에 의하면, 다른 한편으로, 전력 소비는 비활성 기간들 동안 매우 낮게 유지될 수 있지만, 처리율은 덜 보장되고, 레이턴시 시간(채널 액세스를 획득할 때까지의 지연)은 비컨 기반 방식들에 비해 더 높다.

본 발명은 네트워크 디바이스들의 저전력 소비를 허용하지만 필요할 때 고신뢰성을 제공하는 IEEE 802.15.6에 적합한 채널 액세스 방식 스위치를 제안한다. 이것이 작동하는 방법을 설명하기 전에, 유사한 구성이 IEEE 802.15.6을 위해 이용될 것으로 예상되기 때문에 IEEE 802.15.4 네트워크의 일반적인 구성에 관한 일부 더 많은 정보가 이제 주어질 것이다.

도 1은 물리적 매체가 무선 송수신기 및 그의 저레벨 제어를 포함하는 PHY 계층을 통해 액세스되는, 계층화된 OSI 모델에 관하여, 100이라고 라벨이 붙은, IEEE 802.15.4 WPAN의 일반적인 아키텍처를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 2에 예시되는, PHY를 위한 2개의 교대 주파수 대역들(101, 102)이 존재한다. 더 낮은 주파수 대역(101)은 868.3MHz에 중심을 둔 단일 20kb/s 채널, 및/또는 각각 915MHz에 중심을 둔 40kb/s의 10개의 채널을 제공한다. 더 높은 주파수 대역(102)은 각각 2.44GHz의 주파수에 중심을 둔 250kb/s의 16개의 채널을 제공한다. 이들 대역들 중 어느 것이 이용될 것인지는 로컬 규제 요건들에 의존할 것이다.

PHY에 대한 액세스는 도 1에서 105에 의해 표시된 MAC(Medium Access Control) 부계층에 의해 제공된다. 이것 위에, 그리고 이와 같은 WPAN(100)의 외부에, 다른 네트워크들로부터 WPAN에 대한 액세스를 허용하는 LLC(Link Layer Control)이 제공되고, 이것은 IEEE 802.2 표준, 또는 다른 타입의 표준에 따를 수 있다. 마지막으로, LLC 위의 상위 계층들(109)은 네트워크 구성, 조작, 및 메시지 라우팅을 제공하기 위한 네트워크 계층, 및 의도된 전체 기능을 제공하는 애플리케이션 계층을 포함한다.

MAC 부계층의 하나의 작업은 네트워크 토폴로지를 제어하는 것이다. 스타 및 피어-투-피어는 통신 네트워크들에서의 2개의 알려진 토폴로지이고, 둘다 IEEE 802.15.4에서 제공된다. 두 경우에서, 토폴로지는 2가지 기본적인 종류의 네트워크 노드인, 디바이스들과 코디네이터들 사이를 구별한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스타 토폴로지에서, 다수의 디바이스(11)는 중앙 코디네이터(10)와 직접 통신하고, 피어-투-피어 구성에서, 디바이스(11A)에 의한 커뮤니케이터(communicator)와의 통신들은 릴레이들(relays)로서 작용하는 중간 디바이스들(11B 및 11C)과 하나 이상의 홉(hop)을 따라 행해진다. 코디네이터는 상위 계층들에 대한 액세스 포인트로서 작용하고, WSN의 경우에, 센서들에 의해 수집된 데이터를 위한 싱크로서 작용한다. 각각의 디바이스의 통신 범위는 매우 제한될 수 있다는 점을 고려하면(수 미터), 피어-투-피어 토폴로지는 더 큰 영역이 커버될 수 있게 한다. 토폴로지는 동적일 수 있어, 디바이스들이 네트워크에 부가되거나 네트워크를 떠날 때 변한다.

산업적 WSN들의 경우, 예를 들어, 스타 네트워크는 이동하는 부분들을 갖는 기계의 단일 정지 아이템에서 센서로부터 판독들을 모니터하기에 적절할 수 있다. 피어-투-피어 토폴로지는 다른 한편으로 컨베이어 벨트에서 물체들을 모니터하는 데 이용될 수 있다.

MBAN들의 경우, 예를 들어, 스타 네트워크는 코디네이터가 (병원 침대와 같은) 각각의 환자 사이트에 제공되어 단일 환자에 대한 디바이스들과 신호들을 교환하는 경우에 적절하다. 피어-투-피어는 하나의 코디네이터가 다수의 환자에게 서비스를 하도록 제공되는 더 적절한 토폴로지일 것이다(코디네이터는 병동에서 고정된 포인트에 배치될 것이다). 따라서, 디바이스들(11)은 일반적으로 이동형이지만, 코디네이터는 이동형 또는 고정형일 수 있다. 피어-투-피어 네트워크들은 또한 네트워크를 신속하게 셋업하거나 변경하도록, 또는 네트워크의 자체-조직(self-organisation) 및 자체-복구(self-healing)를 허용하도록 요구되는 빨리 변하는 환경들에 더 적합할 수 있다. 자체-복구는 예를 들어, 기존의 코디네이터가 네트워크를 떠났거나 실패했을 경우에 새로운 코디네이터를 구축하는 것을 포함할 수 있다.

복수의 스타 및/또는 피어-투-피어 네트워크들은 병원 또는 공장과 같은 동일한 장소에서 셋업될 수 있고, 각각은 그 자신의 코디네이터를 갖는다. 이 경우, 상호 간섭을 회피하기 위해 및 데이터의 공유 또는 수집을 허용하기 위해 각각의 코디네이터들이 협력하는 것이 필요할 것이다. IEEE 802.15.4에서 이러한 네트워크들은 클러스터들(clusters)이라고 불리고, 클러스터들을 분할하고 합병하기 위한 것뿐만 아니라 클러스터들에 대한 전체 코디네이터를 구축하기 위한 규정이 이루어진다.

WPAN의 노드들은 가지각색의 능력들의 유닛들에 의해 구성될 수 있다. 일반적으로, 코디네이터의 역할은 일부 프로세싱 능력을 갖는 비교적 유능한 장치 및 복수의 소스들로부터의 전송들을 동시에 처리할 수 있는 송수신기를 요구할 것이다. 이것은 또한 전기 전력의 충분한 제공을 필요로 할 것이다(일부 경우들에서, 그것은 본전력 공급(mains powered)될 수 있다). 다른 한편으로, 네트워크의 다른 디바이스들은 더 한정된 프로세싱 능력을 갖고 배터리 전력에만 액세스할 수 있고, 심지어 릴레이 홉으로서 작용할 수 없도록 매우 간단할 수 있다. 매우 낮은 전력 이용가능성을 갖는 디바이스들은 시간의 대부분을 셧다운(shut down)할 수 있고, 오직 예를 들어 센서 데이터를 다른 노드에 전송하기 위해 가끔 "웨이크 업"할 수 있다. 따라서, IEEE 802.15.4 표준은 "완전 기능(full-function)" 및 "축소 기능(reduced function)" 디바이스들 사이를 구별한다. 전력의 이용가능성은, 센서들이 신체 또는 디바이스 내에 주입될 수 있고 따라서 큰 또는 재충전가능 배터리를 가질 수 없는 MBAN들 및 다른 WPAN들에 대한 특정 이슈이다.

IEEE 802.15.4에서 예상되는 2가지 타입의 WPAN은 비컨 가능(beacon-enabled) 및 넌-비컨 가능(non beacon-enabled)이다.

비컨 가능 네트워크에서, 코디네이터는 비컨을 주기적으로 전송하고 디바이스들은 네트워크에 동기화하고 채널에 액세스하기 위해 그 비컨을 주기적으로 청취한다. 채널 액세스는 도 4에 도시된 바와 같이 수퍼프레임 구조를 따르고, 이것은 코디네이터에 의해 정의된다. 각각의 수퍼프레임(30)은 2개의 부분들, 활성 및 비활성으로 구성된다. 활성 부분은 서비스 품질 요건을 갖는 애플리케이션들에 대한 보장된 액세스를 위해 경합 액세스 기간(contention access period; CAP)(36), 그 다음에 선택적인 무경합 기간(contention free period; CFP)(37)으로 분할된다.

도 4에서 수직 분할로 표시된 바와 같이, 수퍼프레임은 16개의 동일하게 이격된 시간 슬롯들로 분할되고, 각각은 코디네이터로부터 또는 디바이스로부터 데이터의 프레임을 운반할 수 있다. 먼저 코디네이터에 의해 전송된 비컨 프레임(아래 참고)에 대한 슬롯(31)이 온다. 이 다음에, 몇개의 슬롯(32)이 CAP 내에 제공되어, 위에서 언급한 바와 같이 공지된 CSMA-CA 알고리즘을 따르는, 경합 기초로 디바이스들로 또는 디바이스들로부터 데이터 전송을 허용한다.

그 다음, CFP의 보증 시간 슬롯들 GTS(33)이 뒤따르고, 도시된 바와 같이, 이들 각각은 하나보다 많은 기본 시간 슬롯으로 확장할 수 있다. 비활성 기간의 만료 후에, 다음 수퍼프레임은 다른 비컨 프레임(31)을 전송하는 코디네이터에 의해 마킹된다. 디바이스들은 수퍼프레임의 비활성 기간(34) 동안 슬립 상태로 갈 수 있다. 따라서, 비활성 기간(34)의 길이를 확장함으로써, 디바이스들의 배터리 전력은 가능한 한 많이 보존될 수 있다.

넌-비컨 가능 네트워크에서, 코디네이터는 (예를 들어, 네트워크 발견 목적들을 위해) 그렇게 하도록 요청되지 않는 한 동기화를 위한 비컨을 전송하도록 요구되지 않는다. 채널 액세스는 수퍼프레임 구조에 의해 제한되지 않고, 디바이스들은 비동기적이어서, CSMA-CA에 의해 모든 데이터 전송들을 수행한다. 그것들은 센서-MAC과 같은 특정 프로토콜에 따라 그 자신의 슬리핑 패턴(또는 듀티 사이클)을 따를 수 있다.

MBAN 애플리케이션의 경우, 코디네이터는 모니터링될 신체 또는 신체들 외부에 있다. 그것은 PDA, 모바일 폰, 침대옆 모니터 스테이션(bedside monitor station) 또는 심지어 일시적으로 코디네이터로서 작용하는 충분히 유능한 센서(sufficiently-capable sensor)일 수 있다. 산업적 WSN에서, 코디네이터는 PDA, 센서, 랩톱 또는 다른 컴퓨터, 또는 심지어 중앙 또는 지역 프로세서일 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 비컨 가능 네트워크에서의 코디네이터는 네트워크 디바이스들에 대한 동기화 및 채널 액세스를 제공하는 담당을 한다. 수퍼프레임의 시작 및 끝은 또한 코디네이터에 의해 정의된다. 코디네이터는 다른 네트워크들에 대한 잠재적인 통신 및 예를 들어 충전된 배터리들의 용이한 대체에 의한, 충분한 전원에 대한 액세스의 2가지 메인 특징을 갖는다.

도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 네트워크에서 디바이스와 코디네이터 사이의 데이터 전송을 예시한다. 3가지 기본적인 타입의 전송이 IEEE 802.15.4에 정의된다.

(i) 디바이스(전송자)가 그의 데이터를 전송하는 수신자로서 코디네이터에 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지들 둘다에 이용됨;

(ii) 디바이스가 데이터를 수신하는 전송자로서 코디네이터로부터 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지들 둘다에 이용됨; 및

(iii) 2개의 피어들 사이의 데이터 전송 - 피어-투-피어 네트워크들에서만 이용됨.

도 5 및 도 6은 비컨 가능 및 넌-비컨 가능 경우 둘다에 대해 각각 디바이스(네트워크 디바이스(11)) 및 코디네이터(코디네이터(10))로부터의 전송을 도시한다. 차이는, 비컨 가능 경우에서 디바이스(1)는 CFP에서 CSMA-CA를 이용하여, 또는 CAP에서 GTS를 이용하여, 데이터(데이터 프레임(42))를 전송하기 전에 코디네이터로부터 비컨 프레임(41)을 수신하는 것을 기다려야 하고, 넌-비컨 가능 경우에서 보통 비컨 프레임이 존재하지 않고 디바이스(11)는 CSMA-CA를 이용하여 자유로이 데이터 프레임(42)을 전송한다는 점에 있다. 어느 경우에도, 코디네이터는 옵션으로 확인응답 프레임(43)을 전송함으로써 데이터의 성공적인 수신을 확인응답한다. 이들 상이한 타입의 프레임은 하기에서 더 상세히 설명된다.

수신자가 임의의 이유로 수신된 데이터 프레임을 처리할 수 없는 경우, 메시지는 확인응답되지 않는다. 전송자가 어떤 기간 후에 확인응답을 수신하지 않는 경우, 전송은 성공적이지 않았고 프레임 전송을 재시도한다고 가정한다. 확인응답이 여전히 몇개의 재시도 후에 수신되지 않는 경우, 전송자는 트랜잭션을 종료하거나 다시 시도하는 것을 선택할 수 있다. 확인응답이 요구되지 않을 때, 전송자는 전송이 성공적이었다고 가정한다.

도 7 및 도 8은 코디네이터(10)로부터 디바이스(11)로 데이터 전송을 예시한다. 코디네이터가 비컨 가능 WPAN(도 7)에서 데이터를 디바이스로 전송하기를 희망할 때, 데이터 메시지가 계류중임을 비컨 프레임(41)에 표시한다. 디바이스는 비컨 프레임을 주기적으로 청취하고, 메시지가 계류중이면, CSMA-CA에 의한 데이터를 요청하는 데이터 요청(MAC 커맨드)(44)을 전송한다. 코디네이터(10)는 확인응답 프레임(43)을 전송함으로써 데이터 요청의 성공적인 수신을 확인응답한다. 계류중인 데이터 프레임(42)은 그 다음에 슬롯화된(slotted) CSMA-CA를 이용하여 전송되거나, 가능하면, 확인응답 후에 즉시 전송된다. 디바이스(11)는 확인응답 프레임(43)을 전송함으로써 데이터의 성공적인 수신을 확인응답할 수 있다. 트랜잭션은 이제 완료된다. 데이터 트랜잭션의 성공적인 완료시, 메시지는 비컨에서 계류중인 메시지들의 리스트로부터 제거된다.

넌-비컨 가능 경우에서, 특정 디바이스(11)에 대해 데이터가 준비된 코디네이터(10)는 경합 기초로 보내진, 관련된 디바이스로부터 데이터 요청(44)을 기다려야 한다. 이러한 요청의 수신시, 디바이스(11)가 답으로서 다른 확인응답 프레임(43)을 전송할 수 있는 것에 응답하여, 코디네이터는 확인응답 프레임(43)(이것은 또한 그러한 경우 데이터가 준비되지 않은 것을 나타내는 데 이용될 수 있음), 그 다음 데이터 프레임(42)을 전송한다.

간단함을 위해, 위의 절차들은 디바이스와 코디네이터 사이의 데이터 전송의 위의 경우들 (i) 및 (ii)만을 고려하였지만, 피어-투-피어 네트워크에서, 이미 언급한 바와 같이, 데이터 전송들은 일반적으로 충돌의 위험 및 수반되는 지연들을 증가시키는, 하나 이상의 중간 노드를 수반하는, 메커니즘 (iii)을 통해 일어날 것이다.

도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, IEEE 802.15.4 네트워크에서의 통신은 4가지 상이한 타입의 프레임을 포함한다.

- 비컨들을 전송하기 위해 코디네이터에 의해 이용되는 비컨 프레임(41)

- 모든 데이터 전송에 이용되는 데이터 프레임(42)

- 성공적인 프레임 수신을 확인해 주는 데 이용되는 확인응답 프레임(43)

- 데이터 요청들과 같은 모든 MAC 피어 엔티티 제어 전송들을 처리하는 데 이용되는 MAC 커맨드 프레임(44)

4가지 프레임 타입들 각각의 구조는 매우 유사하고, 예를 들어 데이터 프레임(42)에 대해 도 9에 도시된다. 도면에서, 2개의 수평 바(bar)들은 각각 MAC 부계층 및 PHY 계층을 표현한다. 시간은 좌측에서 우측으로 진행하고, 프레임의 각각의 연속 필드(successive field)의 시간 길이는 관련된 필드 위에 (옥텟으로(in octets)) 도시된다. 모든 프레임은 특정 순서로 일련의 필드들로 이루어지고, 이것들은 좌측에서 우측으로, PHY에 의해 전송되는 순서로 도시되고, 최좌측 비트는 시간상 맨 먼저 전송된다. 각각의 필드 내의 비트들은 0(최좌측 및 최하위)으로부터 k-1(최우측 및 최상위)까지 번호가 붙고, 필드의 길이는 k 비트이다.

데이터 프레임(42)을 통해 전송될 데이터는 상위 계층들로부터 유래한다(originate). 데이터 페이로드는 MAC 부계층으로 통과되고 MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU)이라고 지칭된다. MAC 페이로드는 MAC 헤더(MHR)가 앞에 붙고, MAC 풋터(Footer)(MFR)가 뒤에 붙는다. MHR은 프레임 제어 필드(50)(아래 참조), 데이터 시퀀스 번호(DSN), 어드레싱 필드들, 및 옵션의 보조 보안(security) 헤더를 포함한다. MFR은 16 비트 프레임 체크 시퀀스(fram check sequence; FCS)로 이루어진다. MHR, MAC 페이로드, 및 MFR은 함께 MAC 데이터 프레임(즉, MPDU)을 형성한다. MPDU는 PHY 서비스 데이터 유닛(PSDU)으로서 PHY로 통과되고, 이것은 PHY 페이로드가 된다. PHY 페이로드는 프리앰블 시퀀스 및 프레임의 시작 구획자(start-of-frame delimiter; SFD)를 포함하는 동기화 헤더(SHR), 및 옥텟으로 PHY 페이로드의 길이를 포함하는 PHY 헤더(PHR)가 앞에 붙는다. 프리앰블 시퀀스 및 데이터(SFD)는 수신자가 심볼 동기화를 실현할 수 있게 한다. SHR, PHR, 및 PHY 페이로드는 함께 PHY 패킷(PHY 프로토콜 데이터 유닛(PPDU))을 형성한다.

비컨 프레임(41), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)은, MAC 페이로드가 각각의 경우에 상이한 기능을 갖고, 확인응답 프레임은 어떠한 MAC 페이로드도 갖지 않는다는 것을 제외하고, 유사한 구조를 갖는다. 또한, 비컨 프레임(41), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)은 상위 계층들의 연루(involvement) 없이 MAC 부계층에서 유래한다.

각 타입의 프레임에 이용된 프레임 제어 필드(50)는 도 10에서 더 상세하게 도시된다. 그것은 예시된 바와 같이 상이한 목적들을 위한 서브필드들에 할당된 16 비트로 이루어진다. 특히, 필드의 처음 3 비트는 프레임 타입(51)을 나타낸다: 비컨 프레임(41), 데이터 프레임(42), 확인응답 프레임(43) 또는 MAC 커맨드 프레임(44). 프레임 타입이 나타내어지는 방식은 도 11에 도시된다. 프레임 타입 비트들(51) 다음은 MAC 부계층에 의해 보안이 인에이블(enable)되는지 여부를 나타내는 싱글-비트 보안 인에이블드 서브필드(single-bit Security Enabled subfield)(52)이다. 이 다음에는 전송자가 수신자를 위한 데이터를 더 많이 갖고 있는지를 표시하는 프레임 계류 서브필드(53)가 온다. 다음은 확인응답이 수신자로부터 요청되는지를 나타내는 확인응답 요청 서브필드(54)이다. 이 다음에 어드레싱 목적들로 이용되거나 현재의 IEEE 802.15.4 명세에서 예비되는 일부 추가의 서브필드들(55 내지 59)이 뒤따른다.

언급한 바와 같이, 도 11은 프레임 타입 서브필드(51)를 위한 가능한 비트 값들의 표이고, 값들(100 및 101)은 IEEE 802.15.4 명세에서 이용되지 않음을 도시한다.

본 발명의 배경의 개요를 설명하였고, 이제 본 발명의 실시예에 대한 참조가 이루어진다. 도 12는 센서 노드(61)를 이용하여 파라미터를 측정하고 무선 회로(62)를 이용하여 다른 디바이스에 그것을 전송하는 센서(60)의 형태로 네트워크 디바이스를 표현하는 개략도이다.

센서는 무선 회로(62)에 의해 제어되는 전송/수신 수단을 갖고 도시된다. 센서 제어 수단(63)은 트리거에 따라 채널 액세스 방식을 선택하도록 작용한다. 코디네이터(64)와의 양방향 통신이 존재하며, 통상의 기술을 갖는 독자는 이것이 직접(다른 디바이스들을 통해) 또는 간접일 수 있다는 것을 알 것이다. 위에서 제시한 바와 같이, 센서가 더 낮은 처리율 채널 액세스 방식으로부터 더 높은 처리율 방식으로 스위치하기 위한 트리거는 코디네이터에서, 센서에서, 또는 심지어 네트워크의 외부에서, 예를 들어, 중앙 모니터링 유닛에서 생성될 수 있다. 트리거가 센서에서 생성되는 경우, 트리거는 코디네이터로 전송될 것이다. 트리거가 센서에서 생성되지 않는 경우, 그것은 센서로 전송될 것이다. 트리거는 한 방식에서 다른 방식으로 스위치하기 위한 스위치 명령을 활성화시킨다. 스위치 명령은 센서로 또는 센서로부터 전송될 수 있거나, 또는 심지어 센서 내의 내부 스위치일 수 있다.

바람직한 실시예들을 더 상세히 살펴보면, WiseMAC 방식으로부터 시작해서, 싱크/코디네이터는 응급 상황에서와 같이 그것이 요구될 때 요구에 따라 CSMA 스테이지로의 스위치를 트리거할 수 있다. 스위치 후에, 코디네이터는 ACK 메커니즘을 통해 현재의 동작 모드(CSMA)에 관해 센서들에 스위치 명령을 전송할 수 있다.

도 13은 WiseMAC 및 CSMA 모드들 사이의 스위칭을 수행하기 위한 일부 적절한 단계들을 예로서 예시한다.

S10: 센서는 WiseMAC 프로토콜을 따르는 싱크로 데이터를 전송한다.

S11: 제1 웨이크업 시간에, ACK는 싱크의 다음 웨이크업 시간에 대한 정보를 포함한다.

S12: 제2 웨이크업 시간에, 및 데이터의 도착시에, 센서는 약 싱크의 웨이크업 시간(Dw)까지 기다리고 나서, 프리앰블 및 데이터를 전송하고 싱크로부터 ACK의 수신을 기다린다.

S13: 센서는 이제 CSMA인 싱크의 동작 모드에 관한 스위치 명령으로 싱크로부터 ACK를 수신한다.

S14: 이제 센서는 싱크가 센서의 동작 모드를 변경했다는 것을 알고 있다. 센서 노드에서의 다음 데이터의 도착시에, 센서는 싱크에 대한 다음 웨이크업 시간을 기다리지 않는다. 대신에, 센서는 채널을 경합하고, 따라서 그의 데이터를 전송하기 위해 Dcsma와 동일한 경합 윈도우(contention window)를 기다린다.

다음 페이지들은 채널 액세스 방식들 사이의 스위치가 실행되는 상이한 환경들을 예시하는 다수의 시나리오를 제시하며, 상이한 정도의 중앙집중화 및 상이한 트리거들을 보여준다. 예들 모두는 WiseMAC와 CSMA 사이의 스위치들을 가리키지만, 메커니즘들은 다른 채널 액세스 모드들 사이의 스위치들에 대해 동등하게 적합하며, 이들 중 제1은 제2보다 더 낮은 처리율을 갖고, 또한 더 높은 처리율 모드로부터 더 낮은 처리율 모드로의 스위치 백을 가리킨다.

고려되는 시나리오들 중 일부는 부분적으로 분산되며, 모드들 사이에서 스위치하기 위한 트리거는 센서에 의해 개시되어 코디네이터에 전송됨을 의미한다. 그러나, 모드들 사이에서 스위치하기 위한 결정은 코디네이터에 의해 결정된다. 부분적으로 중앙집중화된 시나리오에서, 모드들 사이에서 스위치하기 위한 트리거는 코디네이터에 의해 개시되어 센서에 전송된다. 그러나, 동작 모드들 사이에서 스위치하기 위한 결정은 센서에 의해 결정된다. 더 중앙집중화된 시나리오에서, 적어도 하나의 트리거(또는 트리거 인자) 및 스위칭은 둘다 코디네이터에 의해 개시된다. 다음의 자동 시나리오에서, 트리거 및 스위칭 둘다 센서에 의해 개시될 수 있다.

WiseMAC와 CSMA 동작 모드들 사이에서 스위치하기 위한 이벤트들의 시퀀스는 다음의 것 중 임의의 하나일 수 있다.

트리거 1은 부분적으로 분산된 시나리오이고, 증가된 트래픽의 표시로서 '모아 데이터(more data)' 트리거를 갖는다. 이 상황은 전송자 노드가 그의 큐(queue)에 하나보다 많은 패킷을 가질 때 발생한다. "모아 비트" 트리거는 높은 부하 또는 스트리밍과 같은 증가된 트래픽(요구되는 전송)의 표시이고, 따라서 목적지 또는 코디네이터로의 전송된 패킷의 '모아 비트'에 표시될 수 있다. 그 다음에 목적지는 ACK에서 CSMA 모드로의 스위치를 전송자(및 임의의 도청자)에 시그널링한다(signal). 전송자는 그 다음에 추가의 전송을 위해 CSMA로 스위치할 수 있다. 임의의 도청자들이 ACK에서 트리거를 수신하면, 도청자들은 전송자와 채널을 위해 경합할 수 있다.

도 14a 및 도 14b는 전송자가 증가된 처리율 및 감소된 레이턴시를 위해 CSMA로의 스위치를 트리거할 때 이벤트들의 시퀀스를 도시한다.

WiseMAC에서, 패킷에 "모아 비트" 표시를 갖는 전송자는 수신자로부터 ACK를 수신한 후에 제2 패킷을 전송한다. 그러나, CSMA로 스위치하는 경우, 전송자 및 임의의 도청자들은 CSMA 프로토콜을 이용하여 채널을 경합한다. "모아 비트"가 처리율을 증가시키지만, 보통 그것들은 CSMA를 이용하고 그에 따라 경합에 질 수 있기 때문에, 일부 노드들이 완전히 채널에 액세스하지 못하게 될 수 있으므로, 그것은 공정성을 감소시킬 수 있다. 다른 전송 노드들이 여전히 WiseMAC을 이용하고 있는 경우, 예를 들어, 그것들이 ("모아 비트" 표시자를 이용하여) 더 많은 데이터를 전송하고 있고, 따라서 여전히 채널을 홀드(hold)하고 있는 경우, 그것들은 또한 ACK를 수신하지 못하게 될 수 있다.

이 시나리오에서, CSMA에서의 전송자(또는 코디네이터)가 ACK를 수신하지 못하고 따라서 WiseMAC으로 스위치 백을 해야할 때에 대해 통지받지 못할 것이라는 문제가 있다. 즉, (비동기 시스템에서 일어날 수 있는) ACK가 전송될 때 전송하고 있는 임의의 디바이스(센서, 코디네이터, 또는 다른 디바이스든지 간에)는 ACK를 수신할 수 없다. 하나의 가능한 해결책은 패킷들에 대한 스위치를 피기 백(piggy back)하거나 변경을 브로드캐스트(broadcast)하는 것이다.

도 14a 및 도 14b를 더 상세하게 살펴보면, 단계 S20에서 센서는 1로 설정된 비트, 예를 들어, IEEE 802.15.4에서와 같이 프레임 계류 비트를 이용하여 더 많은 데이터가 뒤따를 것이라는 표시자 및 데이터를 전송한다. 단계 S21에서, 코디네이터는 예를 들어, 프레임의 확인응답의 제어 또는 커맨드 필드에서 1로 설정된 비트로서, CSMA로의 스위치의 표시를 포함하는 확인응답을 센서에 전송한다. 단계 S22에서, 도청자 S2는 경합에 이기고 더 많은 데이터가 뒤따를 것이라는 표시를 갖는 패킷을 전송한다. 따라서, 도청자 S2는 또한 코디네이터에 트리거를 전송한다. 단계 S23에서, 원래의 전송자 S1은 경합에 이기고, 전송될 더 많은 데이터가 존재하지 않음을 표시하는 패킷을 전송한다. 이것은 S1 트리거를 비활성화시킨다. 후속하여 단계 S24에서, 도청자 S2는 경합에 이기고, 전송될 더 많은 데이터가 존재하지 않고 따라서 그의 트리거가 또한 비활성화된다는 표시를 갖는 패킷을 전송한다. 따라서, CSMA 모드에 대한 요건은 더 이상 존재하지 않고 코디네이터는 단계 S25에서 센서 S1 및 도청자 S2에 스위치 백 명령을 전송한다. 그 다음 센서들은 도 14a에 도시된 바와 같이 단계 S26에서 새로운 데이터 전송의 부분으로서 전송된 더 긴 프리앰블에 의해 입증되는 바와 같이 WiseMAC 패턴으로 리턴(return)한다.

도 14a 및 도 14b는 CSMA로의 스위치를 트리거하지만 스위치 명령이 코디네이터에 의해 전송되는 센서에서의 증가된 부하를 갖는, 부분적으로 분산된 시나리오에 관련한다. 부분적으로 분산된 시나리오에 또한 관련되는 트리거 2에서, 트리거로서 센서로부터 응급 비트가 전송되고 코디네이터는 스위치 명령을 전송한다.

도 15a 및 도 15b는 이 시나리오를 예시한다. 센서는 수집된 데이터를 분석하고 예를 들어 임계값(thresholding)을 이용하여 그것이 응급 상황에 있다는 것을 인식한다. 단계 S30에서 센서는 응급을 표시하기 위해 응급 비트를 1로 설정함으로써 상황에 대해 알려주기 위해 코디네이터에게 메시지를 전송한다. 단계 S31에서, 코디네이터는 응급 상황을 다루기 위해 CSMA로 동작 모드를 스위치하도록 메시지를 전송한다. 나중에, CSMA로의 스위칭 후에 단계 S32에서, 센서는 더 이상 응급 상황에 있지 않고, 응급 비트는 0으로 설정된다. 따라서, 센서에게 그의 동작 모드를 WiseMAC로 스위치 백하도록 알려주는, WiseMAC로의 스위치 명령이 S33에서 전송된다.

트리거 3은 다시 센서로부터 트리거가 전송되지만 코디네이터에서 더 높은 처리율 채널 액세스 방식으로의 스위치가 결정되는 부분적으로 분산된 시나리오를 보여준다. 트리거 3은 CSMA로의 스위치를 위한 트리거로서 긴급 비트들을 이용한다. 통상의 기술을 갖는 독자는 주어진 네트워크가 이전에 언급한 응급 비트에 부가하여 또는 그 대신에 긴급 비트들을 이용할 수 있다는 것을 알 것이다.

단계 S40에서, 센서는 수집된 데이터를 분석하고 그것이 응급 상황에 있다는 것을 인식함으로써, 응급의 레벨에 따라 적절하게 비트들 u1&u2를 설정함으로써 상황에 대해 알려주기 위해 코디네이터에 메시지를 전송한다. 이들 비트들은 아래 표 1에서 제시된 바와 같이 슬립 패턴들에 대응할 수 있다.

아래 표 1은 WSN에서의 디바이스들의 상이한 긴급 레벨들에 기초하여 상이한 적절한 미리 정의된 슬립 패턴들의 예를 제공한다. 예를 들어, MBAN과 같은 의료용 네트워크에서, 낮은 듀티 사이클 슬립 패턴은 넌-메디컬 디바이스들을 위해(예를 들어, WSN에 접속되는 의사의 PDA, 환자의 시계 또는 모바일 폰을 위해) 이용될 수 있다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 넌-메디컬 디바이스들은 따라서 가장 긴 슬립 시간 또는 퍼센티지 슬립 시간을 갖는다. 이 슬립 패턴의 표시가 예를 들어, 전송 프레임의 프레임 제어 필드에서의 긴급 비트들로서, WSN을 통해 전송될 수 있다. 이 예에서, 넌-메디컬 디바이스가 긴급 비트들 00을 갖도록 도시된다. 표 1은 약간 더 높은 듀티 사이클을 갖고 긴급 비트들 01에 의해 표시된 정상 메디컬 패턴 슬립을 갖는 정상 상태에서의 메디컬 디바이스를 도시한다. 이러한 메디컬 디바이스에서의 약간 비정상 상태에 의하면, 듀티 사이클은 다시 약간 증가되고 긴급 비트들은 10이다. 마지막으로, 응급 상황에서의 메디컬 디바이스에 대해, 듀티 사이클의 극적인 증가 또는 연속적인 웨이크업이 존재한다. 긴급 비트들 11은 이 응급 상태를 나타내는 데 이용된다. 이 예에서, 메디컬 센서 디바이스에 대해 정상 및 약간 비정상 상황 사이 그리고 약간 비정상 및 응급 상황 사이의 전이는 각각의 경우에 각각의 임계값을 가로지르는(crossing) 측정된 파라미터들에 의해 트리거될 수 있다. 통상의 기술을 갖는 독자는 알 수 있는 바와 같이, 파라미터가 허용가능한 범위의 값들을 갖는 경우, 증가된 긴급은 파라미터가 떨어지거나 또는 올라가거나 또는 둘다이기 때문에 생길 수 있으며, 다수의 임계값에 의해 정의된 허용가능한 범위의 어느 한 측으로 갈수록 점점더 허용불가능한 값들을 갖는다.

또한, 위에서 간략히 제시한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 슬립 패턴의 변경은 시간에 대한 파라미터 값들의 변경 또는 시간에 대한 파라미터 값들의 변경율로 또는 임의의 다른 적절한 기준에 의해 트리거될 수 있다. 예를 들어, 맥박수의 매우 급속한 변경은 생리적 상태들이라기 보다는, 병에 인한 부정맥으로 인한 것일 수 있고, 따라서 변경율을 고려하여 변경된 슬립 패턴을 트리거하는 데 적합할 수 있다.

표 1의 비트값들은 모든 디바이스들에 대해 고정되고, 그들의 해석은 센서, 코디네이터 또는 컨트롤러 및 임의의 중앙 모니터링 유닛에 알려지고, 이것은 BAN의 부분으로서, 또는 개별적으로 제공될 수 있다.

단계 S41에서, 코디네이터는 응급 상황들을 다루기 위해 동작 모드를 CSMA로 스위치하도록 메시지를 전송한다. 나중에, CSMA로의 스위칭 후에, 센서가 더 이상 응급 상황에 있지 않을 때, 코디네이터는 단계 S42에서 트리거가 비활성화됨을 통지하고, 단계 S43에서 센서가 그의 동작 모드를 WiseMAC로 스위치 백하도록 명령받는다.

다음 트리거는 전송자가 상황의 위험성(criticality)을 인식하고 긴급 비트들 U1 및 U2와 배터리 비트들 B1 및 B2를 이용하여 트리거를 전송하는 다른 부분적으로 분산된 시나리오이다. 코디네이터는 트리거에 기초하여 스위치 명령을 활성화할 수 있고, 이것은 따라서 배터리 상태를 고려할 수 있다.

이전 예들은 오직 단일 인자 트리거를 고려하였다. 다른 한편, 트리거 4는 긴급(앞서와 같이 센서 파라미터의 함수에서 도출됨) 및 배터리 레벨의 2개의 인자를 갖는 결합된 트리거를 갖는다.

통상의 기술을 갖는 독자는, 예를 들어, 배터리 레벨을 갖는 응급 비트 또는 배터리 레벨을 갖는 모아 비트를 결합하는 다른 결합된 인자 트리거들이 생성될 수 있다는 것을 알 것이다.

도 17은 배터리 충전 레벨을 나타내기 위해 전송 프레임의 프레임 제어 필드, 프레임 헤더 또는 MAC 커맨드 페이로드에 이용될 수 있는 배터리 비트들의 예를 보여주는 표이다.

퍼센티지 충전은 각각이 25%의 범위를 갖는 4개의 상이한 레벨로 분할된다. 대안적으로, 더 적은 또는 더 많은 레벨이 선택될 수 있고 스케일(scale)은 선형적으로 분할될 필요는 없다. 예를 들어, 최고 충전 레벨은 예를 들어 50 내지 100%로 될 수 있고, 다른 충전 레벨들은 더 작은 범위를 커버할 수 있다. 긴급 비트들에 관해, 배터리 충전의 4개의 상이한 레벨로의 분할을 허용하는 2개의 비트가 이용된다.

이러한 경우들에서, 배터리 레벨은 더 높은 처리율 액세스 방식은 배터리 충전의 완전 고갈로 이어지지 않음을 확인하기 위해 트리거에 포함될 수 있다. 이들 발명 실시예들에서, 측정된 파라미터 값들을 고려하여 적합한 더 높은 처리율 방식은 오직 배터리 레벨이 적절한 경우에 구현될 수 있다. 그렇지 않으면, 현재의 방식이 유지된다. 마찬가지로, 배터리 레벨이 떨어지면, 더 낮은 처리율 방식 선택될 필요가 있을 수 있다.

이 시나리오에서, 응급 데이터는 이상적인 것보다 더 느린 속도로 여전히 레코딩된다. 이것은 특히 예를 들어, 디바이스가 주입식이고 (배터리에 액세스하기 위해 수술이 필요하기 때문에) 배터리가 즉시 대체될 수 없을 때 유리하다. 또한, 이것은 비-주입식 애플리케이션들에 대한 배터리들을 변경하기 위해 밤중에 간호사 또는 의료 보조원들이 주위에 없을 때 원격측정 응급 애플리케이션들(telemetry emergency applications)에 대해 도움이 된다. 예를 들어, 홈케어에서, 더 높은 정확도 및 샘플링 레이트로 밤중에만 몇분 동안 발생할 수 있는 임의의 드문 메디컬들 또는 응급 상황들을 계속해서 기록하는 것은 유리하다. 동시에, 센서는 낮은 배터리 레벨의 메시지를 코디네이터에 전송할 수 있다.

도 18은 배터리 충전의 레벨들에 슬립 패턴들을 연관시키는 한 방법을 보여주는 표(70)이다. 여기서 도시된 슬립 패턴들은 이전의 도면들 및 표 1에 도시된 메디컬 및 넌-메디컬 디바이스들로의 분할이 더이상 적용가능하지 않도록 단일 카테고리의 디바이스에 대한 것일 수 있다. 최저 레벨 < 1(0 내지 25%)은 오직 임계값 비교의 결과가 어떤 것이든지 낮은 웨이크업 슬립 패턴을 허용하고; 제2 레벨 L2은 또한 중간 웨이크업 패턴을 허용하고; 제3 레벨 L3(50 내지 75%)은 또한 더 높은 웨이크업 패턴을 허용하고 최고 레벨 L4(75 내지 100%)는 또한 연속적인 웨이크업 패턴을 허용하여 모든 가능한 슬립 패턴들이 허용된다. 따라서, 배터리 충전 레벨은 필요한 경우 파라미터 값들에 따라 선택된 슬립 패턴을 무시한다. 현실성의 이유로, 2개의 레벨 사이에 크로스된(crossed) 각각의 한계는 하나의 미리 정의된 슬립 패턴에 의해 허용가능한 슬립 패턴들에 대한 경계를 이동시키도록, 레벨들 L1 내지 L4 사이의 한계들과 파라미터들에 대해 정의된 임계값들 사이에 일대일 대응이 존재한다.

아래 도시된 표 2는 하나의 카테고리의 디바이스를 고려하고, 긴급 비트들을 슬립 패턴들 및 채널 액세스 모드들과 연관시킨다. 우측 컬럼은 슬립 패턴과 채널 액세스 모드 사이의 가능한 링크를 도시하지만, 다른 연관들(associations)이 가능하다.

정상 상태에서, 코디네이터는 (임계값 Th1까지 파라미터 값들을 갖는) 긴급 비트들 00을 전송한다. 약간 비정상에 의하면, 긴급 비트들 01(측정된 파라미터의 Th1로부터 임계값 Th2까지)이 전송된다. 측정된 파라미터의 임계값 Th3까지의 비정상 상태들에서, 디바이스는 긴급 비트들 10을 전송한다. Th3 위의 측정된 파라미터 값들로부터, 디바이스는 응급 상태에 있고 긴급 비트들 11을 전송한다.

전송된 긴급 비트들 및 배터리 레벨들이 별개로 이용될 수 있고, 배터리 비트들은 전적으로 배터리 레벨을 표시하고, 긴급 비트들은 전적으로 파라미터 레벨로부터 도출된다. 더 복잡한 방식에서, 긴급 비트들은 오직 파라미터 측정을 고려한 적절한 슬립 패턴을 표현할 수 있고 배터리 비트들은 동작의 실제 슬립 패턴을 도시할 수 있고, 이것은 또한 배터리 레벨을 고려하여 최대 허용된 슬립 패턴이다.

도 19a 및 도 19b는 긴급 비트들과 배터리 비트들의 결합된 트리거를 갖는 부분적으로 분산된 시나리오에서 트리거 4를 예시하는 신호도를 도시한다.

처음에, 센서는 수집된 데이터를 분석하고 그것이 응급 상황에 있음을 인식하고; 센서는 또한 배터리 상태를 검사한다. 그 다음, 단계 S50에서, 센서는 상황에 대해 알려주기 위해 코디네이터에 메시지를 전송하여, 응급의 레벨에 따라 긴급 비트들 u1 & u2를 적절하게 설정하고 (이 경우 ok인) 배터리 상태에 따라 배터리 b1&b2 비트들을 설정한다.

배터리 상태가 ok이면, 코디네이터는 단계 S51에서 응급 상황들을 다루기 위해 동작 모드를 CSMA로 스위치하도록 메시지를 전송한다. 다른 한편으로 배터리가 낮고 센서가 응급 상황에 있으면, 코디네이터는 센서에 대해 CSMA로의 동작 모드의 변경을 실시하지 않고, 응급한 경우 및 낮은 배터리를 다루기 위해 필요한 조치를 취한다.

나중에, CSMA로 스위칭한 후에, 배터리가 낮아지고, 센서가 여전히 응급 상황에 있으면, 단계 S52에서 결합된 트리거가 비활성화되고 단계 S53에서 코디네이터는 센서에 그의 동작 모드를 WiseMAC로 스위치 백하라고 알려준다. 그것은 응급한 경우 및 낮은 배터리를 다루기 위해 필요한 조치를 취한다.

대안적인 시나리오에서, 배터리가 낮아지고 이 인자가 따라서 결합된 트리거를 비활성화하는 것보다는, 긴급 레벨은 낮아지고 그 인자는 그 다음에 결합된 트리거를 비활성화한다. 도 19b에 대한 차이는 도 20의 단계 S52에 도시된다.

앞선 시나리오들에서, 센서는 그것이 일부 이유로 전송 요건들을 증가시키고 따라서 트리거를 코디네이터에 전송했음을 자동으로 인식했다. 다른 실시예들에서, 코디네이터는 센서의 더 높은 전송 요건이 존재하고 따라서 트리거가 코디네이터로부터 센서로 전송된다는 것을 센서에 의해 전송된 데이터로부터 인식한다. 부분적으로 중앙집중화된 시나리오들에서, 스위치 명령은 센서로부터 코디네이터로 전송된다.

이들 부분적으로 중앙집중화된 시나리오들은 오직 위의 양태들에서 이전의 시나리오들과 차이가 있기 때문에, 오직 상이한 양태들이 상세히 설명된다.

도 21a 및 도 21b는 트리거 5의 부분적으로 중앙집중화된 시나리오를 예시하고, 부분적으로 중앙집중화된 시나리오에서 코디네이터로부터의 응급 비트는 CSMA 모드로의 스위치를 트리거하고, 스위치는 센서에 의해 전송된다.

코디네이터는 센서에 의해 전송된 수명 파라미터 패킷들을 분석함으로써 응급을 검출한다. 분석에 기초하여, 코디네이터는 응급 상황을 검출하고, 설정된 응급 비트의 트리거에 의해 센서로의 패킷에서 그것을 표시한다(S60). 그 다음, 센서는 단계 S61에서 1로 설정된 모드 비트를 이용하여 CSMA 모드로의 스위치를 표시하는 ACK를 전송한다. 그 다음에 코디네이터는 차례로 CSMA로 스위치한다. 그 후, 전송자로부터의 추가의 패킷들은 코디네이터가 응급이 더 이상 존재하지 않는다는 것을 검출할 때까지 CSMA를 따른다. 이것은 단계 S62에서 1로 설정된 응급 비트(비활성화된 트리거)를 이용하여 센서로 전송된 메시지에서 표시될 것이다.

그 다음, 전송자는 단계 S63에서 그것이 WiseMAC로 스위치 백했다는 것을 코디네이터에 표시하기 위해 0으로 설정된 비트 모드를 이용하여 ACK를 전송한다.

트리거 6은 부분적으로 중앙집중화된 시나리오이고: 코디네이터는 상황의 위험성을 인식하고 u1&u2 비트들을 통해 센서에 알려주고; 배터리 상태 고려사항이 존재하지 않는다. 트리거 6에 따라, 이전에 설명한 바와 같은 긴급 비트들이 이용된다. 이것은 부분적으로 중앙집중화된 시나리오이기 때문에, 그것은 상황의 위험성을 인식하고 u1&u2 비트들로서 트리거를 전송하는 코디네이터이다.

도 22a 및 도 22b는 시나리오를 제시한다.

센서는 평상시와 같이 코디네이터에 데이터를 전송한다. 코디네이터는 메시지를 분석하고 그것을 특정 임계값들과 비교하거나 이전에 설명한 다른 방식들 중 임의의 방식으로 긴급 레벨을 도출한다. 센서 파라미터 레벨에 따라, 코디네이터는 단계 S70에서 응급의 레벨에 따라 적절하게 비트들 u1 및 u2를 설정함으로써 그것이 응급 상황에 있는 경우에 그것을 알려주기 위하여 긴급 비트들 u1 & u2를 이용하여 센서에 메시지를 전송한다. 센서는 단계 S71에서 응급 상황을 다루기 위해 동작 모드를 CSMA로 스위치하도록 코디네이터에 알려주기 위해 메시지를 전송한다. 그 다음 코디네이터는 그의 이용가능성을 증가시키기 위해 CSMA로 스위치한다. 단계 S72에서 코디네이터에 의해 식별된 바와 같이 센서가 더 이상 응급 상황에 있지 않을 때, 센서는 단계 S73에서 WiseMAC로 스위치 백하려고 한다는 것을 코디네이터에게 알려준다.

이전의 부분적으로 분산된 및 부분적으로 중앙집중화된 시나리오들은 센서에 어떤 정도의 자율성/프로세싱 능력을 준다. 다음의 완전 중앙집중화된 시나리오에서, 트리거와 스위치 명령들 둘다는 코디네이터로부터 센서로 전송된다. 다른 면에서, 시나리오들은 이전의 시나리오들에 대응하고 따라서 이들 대응하는 부분들의 상세한 설명은 간단함을 위해 생략한다.

트리거 7은 완전 중앙집중화된 시나리오이고: 코디네이터는 상황의 위험성을 인식하고 u1&u2 비트들을 통해 센서에 알려주고; 배터리 상태 고려사항이 존재하지 않는다. 도 23은 WiseMAC와 CSMA 사이의 스위치들을 도시하는, 완전 중앙집중화된 시나리오에서의 신호 흐름도이다.

센서는 평상시와 같이 코디네이터에 데이터를 전송한다. 코디네이터는 데이터를 분석하고 단계 S80에서 응급의 레벨에 따라 적절하게 비트들 u1 및 u2를 설정함으로써 이전과 같이 긴급 비트들을 생성한다. 센서는 단계 S81에서 도시되는 트리거를 확인응답할 수 있다. 그 다음, 코디네이터는 단계 S82에서 응급 상황을 다루기 위해 동작 모드를 CSMA로 스위치하라고 센서에 알려주기 위해 메시지를 전송한다. 코디네이터는 그의 이용가능성을 증가시키기 위해 CSMA로 스위치한다. 단계 S83에서 코디네이터에 의해 식별되고 긴급 비트들을 이용하여 센서에 전송되는 바와 같이 센서가 더 이상 응급 상황에 있지 않을 때, 코디네이터는 단계 S84에서 WiseMAC으로 스위치 백하도록 센서에 알려준다. 도면은 배터리 고려사항 없이 완전 중앙집중화된 시나리오에서의 스위칭을 예시한다.

트리거 8은 완전 중앙집중화된 시나리오이고: 코디네이터는 상황의 위험성을 인식하고 u1&u2 비트들의 트리거 인자를 통해 센서에 알려주고; 다른 트리거 인자는 센서로부터 코디네이터로 전송된 b1&b2를 통하며; 코디네이터는 스위치에 대해 결정한다.

여기서, 따라서, 배터리 상태는 스위치의 활성화를 위해 고려된다. 그러므로, 긴급 비트들의 트리거 인자는 코디네이터로부터 센서로 전송되지만, 코디네이터는 임의의 액세스 모드 스위치를 활성화하기 전에 제2 트리거 인자를 제공하기 위해 전송자로부터 코디네이터에 전송된 배터리 비트들을 이용하여 후속하는 배터리 레벨 검사를 실행한다. 통상의 기술을 갖는 독자는, 이 시나리오에서, 배터리 레벨은 아직 그 스테이지에서 고려되지 않기 때문에 긴급 비트들은 전적으로 센서의 전송 요건들에 대응한다는 것을 알 것이다. 따라서, 배터리 비트들은 배터리 레벨의 간단한 표시자이다.

긴급 비트들 및 배터리 상태 비트들의 이전의 표들에 대해 참조가 이루어진다.

도 24a 및 도 24b는 이 시나리오를 예시한다. 센서는 평상시와 같이 코디네이터에 데이터를 전송한다. 코디네이터는 데이터를 분석하고 긴급 비트들을 생성하여, 단계 S90에서 응급의 레벨에 따라 적절하게 비트들 u1 및 u2를 설정함으로써 그것이 응급 상황에 있음을 알려주기 위해 센서에 메시지를 전송한다. 그 다음, 단계 S91에서, 센서는 배터리 레벨을 검사하고 그것을 코디네이터에 전송한다. 배터리 상태가 ok이면, 코디네이터는 단계 S92에서 응급 상황을 다루기 위해 동작 모드를 CSMA로 스위치하도록 메시지를 전송한다. 배터리가 낮으면, 코디네이터는 센서가 그의 동작 모드를 변경하도록 하지 않지만, 응급한 경우 및 낮은 배터리를 다루기 위해 필요한 조치를 취한다.

단계 S93에서 전송된 배터리 비트들에 의해 표시된 바와 같이 배터리가 낮고, 센서가 여전히 응급 상황에 있으면, 코디네이터는 단계 S94에서 WiseMAC로 스위치 백하도록 모드의 스위치 메시지를 센서에 전송하고 나서, 코디네이터는 필요한 반응을 한다. 도 24a 및 도 24b는 CSMA 모드로의 스위칭 및 낮은 배터리로 인한 WiseMAC로의 스위칭백을 예시한다.

다른 한편으로, 센서 배터리가 낮고 센서가 응급 상황에 있지 않을 때, 코디네이터는 센서에 WiseMAC로의 스위치 백 메시지를 전송하고 낮은 배터리 상황을 다루기 위해 필요한 조치를 취할 수 있다. 도 25a 및 도 25b는 응급이 해제될 때 스위칭의 경우를 예시한다. 여기서 도 25a 및 도 25b에서, 단계 S93은 센서로 긴급 비트들을 전송하는 코디네이터를 도시하고, 단계 S94로서 코디네이터로부터 전송된 스위치 명령을 도시한다. 대안적으로, 센서는 코디네이터에 긴급 비트들을 전송할 수 있고, 그 다음에 단계 S94에서 코디네이터는 스위치를 지시할 수 있다. 제2 옵션은 덜 중앙집중화된다.

트리거 8은 센서가 응급 상황에 있고 배터리 상태가 ok인 중앙집중화된 시나리오를 도시하며, 스위치 백은 응급 표시를 해제함으로써 야기된다. 이러한 최종 시나리오는, 스위치 및 결합된 트리거를 위한 인자들 중 적어도 하나가 코디네이터에 의해 다루어지기 때문에 중앙집중화된 시나리오로서 분류된다.

다중 응급 관리

이 부분은 다수의 디바이스들이 동시에 응급하게 되는 상황들 및 그것들을 다루는 발명 실시예들에 따른 프로토콜들을 설명한다. 2개의 시나리오가 예상되고 설명된다: 1) 센서들(또는 다른 네트워크 디바이스들)은 동일한 응급 레벨을 갖고(도 26 참조), 2) 센서들은 상이한 응급 레벨들을 갖는다(도 27 참조). 두 시나리오들은 코디네이터에 의해 중앙 제어된다.

시나리오 1에서, 디바이스들/센서들은 동일한 응급 레벨의 응급 상황에 있다. 응급 상태가 존재하지 않을 때, 센서들은 시간의 대부분을 슬립 상태로 있고 채널 액티비티를 검사하기 위해 주기적으로 웨이크업한다. 센서들은 처음에 채널 액세스를 위한 응급 상황이 없을 때 WiseMAC 프로토콜을 따른다고 가정한다. 다수의 센서들은 그 다음에 동일한 긴급 레벨을 갖는 응급 상태로 된다. 센서들은 그들의 슬리핑 패턴을 변경해야 하고 응급 상황을 다루기 위해 더 깨어있어야 한다. 이전의 실시예들에서 제시된 바와 같이 처리율 및 이용가능성을 향상시키기 위해 코디네이터는 관련된 센서들에 그들의 동작 모드를 WiseMAC으로부터 CSMA 모드로 변경하도록 알려준다(단계 S100). 이 경우, 관련된 센서들은 도 26의 단계들 S101 내지 S103에 도시된 바와 같이 채널에 액세스하기 위해 그들 자체에서 경쟁해야 한다. 또한 관련된 센서들은 그들의 샘플링 기간 동안 그리고 그것들이 전송할 데이터를 갖는 경우 응급한 경우에 있지 않은 다른 센서들과 경쟁할 수 있다. 패킷의 프리앰블은 보통 경쟁자들 사이의 충돌을 회피하기 위해 랜덤하게 선택된다. 발명 실시예들에서, 이 프리앰블은 그의 길이가 응급 레벨에 반비례하도록 선택될 수 있어, 비 응급(non emergency) 센서들은 따라서 응급 센서들보다 더 낮은 우선순위가 주어진다. 응급 상황을 갖는 센서들의 수가 특정 임계값을 초과하는 경우, 코디네이터는 TDMA/GTS와 같은 더 동기식이고 보장된 네트워크 동작 모드로 스위치하도록 결정할 수 있다(단계 S104). 코디네이터는 따라서 채널에 액세스하기 위하여 관련된 센서들(즉, 트리거된 센서들)에 대해 GTS 명세를 갖는 비컨을 전송한다. 관련된 센서들은 단계 S105에서 다수의 기간들 동안 또는 응급 상황이 해제될 때까지 그들의 할당된 슬롯들에서 전송한다. 응급 센서들의 수가 임계값 아래로 내려가면, 코디네이터는 CSMA 모드로 스위치 백하도록 센서들에게 알려준다.

또한, 응급 상황이 해제되면, 코디네이터는 응급 상황이 없을 때에 디폴트 네트워크 동작 모드인 WiseMAC로 단계 S107에서 스위치 백하도록 관련된 센서들에게 알려준다.

시나리오 2에서, 디바이스들/센서들은 상이한 레벨의 응급을 갖는 응급 상황에 있다. 도 27은 다수의 디바이스가 응급 상황에 있고 상이한 레벨의 응급을 가질 때 응급 상황에서의 스위칭 프로토콜을 도시한다.

앞서와 같이, 응급 상태가 존재하지 않을 때, 센서들은 시간의 대부분을 슬립으로 하고 채널 액티비티를 검사하기 위해 주기적으로 웨이크업한다. 센서들은 처음에 응급이 없을 때에 채널 액세스를 위해 WiseMAC 프로토콜을 따른다고 가정한다. 그 다음, 다수의 센서들은 상이한 레벨의 응급을 갖는 응급 상태로 간다. 센서들은 응급 상황을 다루기 위해 더 깨어 있어야 한다. 따라서, 코디네이터는 처리율 및 이용가능성을 향상시키기 위해 단계 S110에서 관련된 센서들에게 그들의 동작 모드를 CSMA로 변경하라고 알려준다. 이 경우, 관련된 센서들은 단계들 S111 내지 S113에 도시된 바와 같이 채널에 액세스하기 위해 그들 사이에 경쟁해야 한다. 또한, 관련된 센서들은 그들의 샘플링 기간 동안 그리고 그들이 전송할 데이터를 갖는 경우에 응급한 경우에 있지 않은 다른 센서들과 경쟁할 수 있다.

패킷의 프리앰블은 보통 경쟁자들 사이의 충돌을 피하기 위해 랜덤하게 선택된다. 일부 발명 실시예들에서, 이 프리앰블은 그의 길이가 응급의 레벨에 반비례하도록 선택됨으로써, 관련된(트리거된) 센서들에 대해 더 낮은 우선순위를 응급하지 않은 센서들에 부여한다. 또한, 더 높은 응급을 갖는 센서들은 더 낮은 응급을 갖는 센서들보다 우선순위를 받을 것이다. 응급 상황을 갖는 관련된 센서들의 수가 특정 임계값을 초과하는 경우, 코디네이터는 TDMA/GTS와 같은 네트워크 동작의 더 동기식이고 보장된 모드로 스위치하도록 그것들에 알려준다(S114).

싱크는 관련된 센서들에 대해 GTS 명세를 갖는 비컨을 전송한다. 관련된 센서들은 다수의 기간들 동안 또는 응급 상황이 해제될 때까지 그들의 할당된 슬롯들에서 전송한다(S115). 응급한 센서들의 수가 예상되는 임계값 아래로 내려가면, 코디네이터는 CSMA 모드로 스위치 백하도록 관련된 센서들에게 알려준다(S116). 응급이 해제되면(예를 들어, 모든 트리거들이 해제되면), 코디네이터는 응급이 없을 때 네트워크 동작의 디폴트 모드인 WiseMAC으로 스위치 백하도록 관련된 센서들에게 알려준다(S117).

다음의 설명은 어떻게 응급 비트들, 긴급 비트들 및 배터리 레벨 비트들(이들 각각은 액세스-변경 필드를 제공할 수 있음)을 전송하기 위한 새로운 시그널링 프로토콜이 IEEE 802.15.4에 기초하여 현재 개발하에 있는 IEEE 802.15.6과 같은 통신 표준 내에서 수용(accommodate)될 수 있는지를 나타낸다. IEEE 802.15.4 프레임 포맷은 이미 프레임 계류 비트를 소개하고 있다.

도 28은 다른 것들에 비해 긴급 메시지에 높은 우선순위가 할당되도록 메시지의 긴급함을 나타내기 위해 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 하나의 가능한 수정을 예시한다. 2개의 긴급 비트들(81, 82)이 도시되고 예를 들어, 센서의 슬립 패턴 변경을 코디네이터에 표시하기 위해 데이터 프레임들, 확인응답 프레임들 및 MAC 커맨드 프레임들 중 임의의 것 또는 전부와 같은 전송 프레임들에서 센서에 의해 이용된다.

이들 긴급 비트들은 또한 예를 들어 표 1에 도시된 바와 같이 넌-메디컬 및 메디컬 디바이스들 사이를 구별하기 위해 또는 산업적 애플리케이션에서 상이한 디바이스 타입들 사이의 우선순위의 구별을 위해 이용될 수 있다. 도 10과의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 프레임 제어는 1 옥텟(octet)에 의해 확장되며, 여기서 2개의 비트들(긴급 U1 및 긴급 U2)이 상이한 슬립 패턴들에 대응하는 상이한 긴급 레벨들을 표시하는 데 이용된다.

도 28은 또한 배터리 레벨에 관련된 2개의 비트들(83, 84)을 포함한다. 비트들은 배터리 레벨 1(L1) 및 레벨 2(L2)로서 도시된다. 일부 경우들에서, 배터리 레벨 고려사항들로 인해 허용되지 않기 때문에 구현될 수 없더라도, 긴급 비트들은 동작에서 실제 슬립 패턴을 반영하지 않을 수 있지만, 대신에 적절한 슬립 패턴을 도시할 수 있다. 동일하게, 배터리 비트들은 배터리 레벨을 고려하여 구현된 실제 슬립 패턴의 표시로서 긴급 비트들과 함께 보여질 필요가 있을 수 있다.

도 28은 또한 응급 비트 및 확인응답 타입을 나타내는 2개의 비트를 포함하기 위해 IEEE 802.15.4 프레임 제어 필드들에 대한 요구되는 대응하는 수정들을 도시한다. 후진적 양립가능성(backward compatibility)에 대해, IEEE 802.15.4의 예비 비트들(7-9)이 이들 응급 및 확인응답 타입들을 위해 이용된다. IEEE 802.15.4 수정된 프레임 타입이 도 29에 도시된다. 후진적 양립가능성에 대해, 예비 비트들(100-111)이 응급 상황들을 위해 생성된 새로운 타입의 프레임인 응급 프레임 및 ACK 프레임들의 상이한 타입을 나타내는 데 이용된다.

"그린 필드(green field)" 접근법으로부터 표준을 시작하면, 위에 언급한 인핸스먼트들은 다음을 이용하여 프레임 제어에 포함될 수 있다.

★ ACK 타입들을 위한 2개의 비트들

★ 긴급 레벨들을 위한 2개의 비트들

★ 배터리 레벨들을 위한 2개의 비트들

★ 프레임의 타입을 나타내기 위한 3개의 비트들

또한, 제어 프레임의 프레임 타입은 데이터 프레임, MAC 프레임 및 비컨 프레임과 같은 다른 타입의 프레임들에 부가하여 다음의 것 중 임의의 것을 나타내는 값들을 포함할 수 있다.

★ 응급 프레임

★ ACK 프레임

★ 즉시 ACK 프레임

★ 지연된 ACK 프레임

도 30은 IEEE 802.15.6과 같은 새로운 표준의 부분으로서 인핸스먼트들을 예시한다. 도면은 또한 프레임 계류 비트를 포함할 수 있는 MAC 계층에서의 헤더 프레임의 제안된 부분을 예시한다. 도 31은 가능한 프레임 타입 비트들의 대응하는 표를 도시한다.

도 32는 MAC 커맨드 옥텟들의 장소를 나타내는 현재의 IEEE 802.15.4 표준에서의 MAC 프레임의 기본적인 포맷을 예시한다. 도 33은 IEEE 802.15.4 표준의 현재의 버전의 커맨드 프레임 식별자 리스트를 예시한다.

제어 필드 시그널링을 갖는 본 발명의 실시예들은 BAN 디바이스의 상태들을 특정하기 위해 MAC 프레임 헤더의 MAC 프레임 제어에서의 적어도 4개의 비트들(모아 비트 u1 u2 b1 b2)의 임의의 결합을 이용할 수 있다. 이들 상태 정보 비트들은 모두 독립적으로 설정되고 일반적으로 응급 상황들에서(이것으로 한정되지 않음), BAN, BAN 트래픽, 및 BAN 디바이스 관리를 위한 다수의 방법들로 결합될 수 있다. 이것들은 도 32에 도시된 바와 같이 MAC 커맨드 프레임, 또는 임의의 다른 타입의 전송 프레임에서 전송될 수 있다.

대안적인 해결책에서, 도 33의 리스트에 부가된 새로운 커맨드 프레임 식별자를 갖는, 새로운 MAC 커맨드 프레임이 부가될 수 있다. 페이로드(만약에 있다면)는 앞서 언급한 비트들을 이용하여 또는 일부 다른 방법으로 디바이스 상태들 사이를 구별하는 데 이용될 수 있다.

MAC 커맨드 프레임들을 포함하는 임의의 전송 프레임 타입에 적합한 다른 대안적이고 바람직한 접근법은, 프레임 제어 외부이지만 여전히 앞서 언급한 비트들을 갖는 MAC 헤더에 싱글 옥텟, 또는 바람직하게는 아래 도시된 바와 같이 디바이스 상태들의 열거된 리스트를 소개하는 것이다. 이 옥텟은 예를 들어 총 256개의 가능한 디바이스 상태들을 제공할 수 있으며, 이것들로 한정되지 않는다.

상태 ID - 디바이스 상태 설명

--------------------------

0x01 - 정상(즉, 응급 없음, 배터리 정상)

0x02 - 응급 없음, 배터리 중간

0x03 - 응급 없음, 배터리 낮음

0x04 - 응급, 배터리 정상

0x05 - 응급, 배터리 중간

0x06 - 응급, 배터리 낮음

수신 디바이스가 이 필드를 판독하고 해석할지 여부를 알기 위해서, 단일의 "디바이스 상태"(ds) 비트가 디바이스 상태 판독 및 해석(ds=1) 또는 디바이스 상태 무시(ds=0)를 표시하기 위해 MAC 프레임 제어에 도입될 수 있다.

발명 실시예들은 다음의 유리한 양태들을 갖는다.

(1) 특별히 응급 및 비디오 스트리밍의 핸들링을 BAN 표준에 맞추기 위한 WiseMAC HA의 인핸스먼트. 실시예들은 또한 요구가 있으면 동작 모드들 사이에 스위치하기 위해 독창적인 트리거들을 도입한다.

(2) 응급 상황들에 대해 그리고 또한 증가된 트래픽 또는 스트리밍 흐름에 대해 코디네이터에게 알리기 위해 독창적인 트리거들을 포함하는, BAN 표준에 맞추기 위해 WiseMAC HA 프로토콜 메시지들에 대한 수정.

(3) 부분적으로 분산된 시나리오: 센서 및 스위치 코디네이터에 의해 전송된 응급 비트; CSMA로 스위치하기 위해 센서로부터 응급 비트에 의해 야기된 트리거.

(4) 부분적으로 분산된 시나리오: 코디네이터에 센서에 의해 전송된 증가된 부하 또는 스트리밍 흐름을 나타내는 모아 비트; 모아 비트는 동작 모드를 CSMA로의 스위치를 트리거하고 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(5) 부분적으로 분산된 시나리오: 전송자는 긴급 비트들의 이용을 통해 상황의 위험성을 인식하고 코디네이터에 알린다; 배터리 상태 고려사항 없음.

(6) 부분적으로 분산된 시나리오: 전송자는 긴급 비트들 및 배터리 상태 비트들의 이용을 통해 상황의 위험성을 인식하고 코디네이터에 알린다; 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(7) 기존의 프로토콜들에 도입한 적어도 2개의 새로운 시그널링 요소들; 트리거 및 스위치.

(8) 기존의 스위치 프로토콜에 대해 상세한 우선순위화 개념들을 끼워넣음; 새로운 프로토콜들은 새로운 시그널링 요소와 연관된다.

(9) WiseMAC 및 CSMA 기반 채널 액세스의 결합 동작을 위한 중앙집중화된 스위칭 및 시그널링 플랫폼.

(10) 부분적으로 중앙집중화된 시나리오: 코디네이터로부터의 응급 비트는 CSMA 모드로의 스위치를 트리거한다.

(11) 부분적으로 중앙집중화된 시나리오: 코디네이터는 긴급 비트들 u1&u2를 통해 상황의 위험성을 인식하고 센서에 알린다; 배터리 상태 고려사항 없음.

(12) 완전 중앙집중화된 시나리오: 코디네이터는 u1&u2 비트들을 통해 상황의 위험성을 인식하고 센서에 알린다; 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(13) 완전 중앙집중화된 시나리오: 코디네이터는 u1&u2 비트들을 통해 상황의 위험성을 인식하고 센서에 알린다; 센서로부터 코디네이터로 b1&b2를 통해 트리거한다; 코디네이터는 스위치를 결정한다; 배터리 상태 고려사항 없음.

(14) 부분적으로 중앙집중화된 스위칭 백은 센서에 코디네이터에 의해 전송된 응급 비트(응급의 해제)를 통해 트리거되고 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(15) 부분적으로 중앙집중화된 스위칭 백은 센서에 코디네이터에 의해 전송된 u1 u2(응급의 해제)를 통해 트리거되고 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(16) 완전 중앙집중화된 스위칭 백은 센서에 의해 전송된 b1&2를 통해 트리거되고 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(17) 완전 중앙집중화된 스위칭 백은 센서에 코디네이터에 의해 전송된 u1 u2(응급의 해제)를 통해 트리거되고 코디네이터는 스위치를 결정한다.

(18) 디바이스들/센서들이 응급 상황에 있을 때 상이한 모드들 사이의 스위칭 프로토콜; 디바이스들/센서들은 동일한 응급 레벨을 갖는다.

(19) 디바이스들/센서들이 응급 상황에 있을 때 상이한 모드들 사이의 스위칭 프로토콜; 디바이스들/센서들은 상이한 응급 레벨을 갖는다.

(20) 응급하의 다수의 디바이스들이 특정 임계값을 지날 때 심각한 응급 상태들에서 더 보장된 타입의 모드 TDMA/GTS로의 스위칭.

(21) 응급 상황에 있는 디바이스들의 수가 특정 임계값 아래로 내려갈 때 CSMA와 같은 더 여유있는(relaxed) 모드로의 스위칭 백.

2개의 채널 액세스 모드들 사이의 스위칭을 위한 발명 실시예들에서 제안된 스위칭 기준 및 연관된 프로토콜들은 채널 액세스에 대한 감소된 레이턴시 및 에너지 절약에 관하여 둘다, 무선 BAN 디바이스들의 최적화된 동작을 가능하게 한다. 발명 실시예들에 따른 WiseMAC과 CSMA 사이의 스위칭은 동일한 무선 BAN에서의 혼합된 메디컬 및 넌-메디컬 디바이스들의 최적화된 동작을 가능하게 한다.

본 발명의 실시예들은 MBAN들의 이용에 의해 응급 관리를 용이하게 함에 있어서 필수적인 역할을 할 수 있다. 다음의 시나리오들이 언급될 수 있다.

(i) 전세계 심장병 및 심장 문제들을 갖는 수억명의 환자들은 그들의 신체들에 MBAN을 형성하는 무선 센서들을 이용함으로써 병원 또는 집에서 모니터링될 수 있다. MBAN은 이러한 환자들에게 추가의 이동성을 제공할 수 있다. 그러나, 비정상적인 심장 기능 또는 심장마비(heart attack)와 같은 더 심각한 경우들과 같은 상황들하의 환자들의 이러한 그룹에 대해, 어떠한 응급 또는 경보 신호도 놓치지 않을 것임을 확실히 하기 위해 신뢰성 있는 통신 채널을 안전하게 하는 것은 필수적이다.

(ii) 전세계 수억명의 사람들은 당뇨병에 시달린다. 포도당 측정을 위한 주입가능 또는 비-외과적 방법들이 최근에 고려되었다. MBAN은 환자의 포도당 레벨 정보를 24 시간 모니터링하는 데 이용될 수 있다. 환자의 포도당 레벨이 챠트에서 벗어나고 응급 지오로케이션(emergency geolocation) 및 환자들을 위한 다른 필요한 긴급 의료 시술들이 요구되는 상황들이 존재한다.

(iii) MBAN들은 데이터의 손실이 생명을 위협할 수 있는 집중 치료의 환자를 모니터링하는 동안 감지된 데이터를 모으는 데 이용될 수 있다.

(iv) 낮은 데이터 레이트 애플리케이션들에 대해 주로 예상되지만, MBAN들은 개별 패킷의 손실이 중대하고 품질에 영향을 미치는 스트리밍 비디오/오디오 데이터의 전송을 위한 애플리케이션을 가질 수 있다. 에러가 있는 데이터는 응급한 경우들에서 병의 진단에 악영향을 미칠 수 있다.

(v) 의학적 진단에 대하여, MMR 또는 X-레이 이미지들은 의사가 환자를 적절하게 진단하기 위해 매우 또렷할 필요가 있다. 또한, 따라서, 신뢰성 있는 데이터 전송이 필수적이다.

본 발명은 독창적인 네트워크, 네트워크 디바이스(또는 센서), 코디네이터, 또는 동일한 것을 위한 하드웨어 모듈들의 형태를 취할 수 있고, 센서(들) 및/또는 코디네이터의 프로세서들에 의해 실행되는 소프트웨어를 수정하거나 대체함으로써 구현될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 하드웨어에서, 또는 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 소프트웨어 모듈들로서, 또는 그의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 또한 본원에 설명된 기법들 중 임의의 것의 전부 또는 일부를 실행하기 위한 하나 이상의 디바이스 또는 장치 프로그램들(예를 들어, 컴퓨터 프로그램들 및 컴퓨터 프로그램 제품들)로서 구체화될 수 있다. 본 발명을 구체화하는 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있거나, 예를 들어, 하나 이상의 신호의 형태로 될 수 있다. 이러한 신호들은 인터넷 웹사이트로부터 다운로드가능한 데이터 신호들일 수 있거나, 캐리어 신호에 제공될 수 있거나, 또는 임의의 다른 형태로 될 수 있다.

위의 설명은 예를 들어 IEEE 802.15.4 및 IEEE 802.15.6을 참조하였지만, 본 발명은 IEEE 802.15.6에 따라 동작하고 있든지 동작하고 있지 않든지 임의의 타입의 MBAN에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 메디컬 신체 영역 네트워크들이 아니더라도 그럼에도 불구하고 응급 상황들에서 통신의 향상된 신뢰성을 위한 요건을 갖는 WSN들을 포함하여, 다른 타입들의 BAN 및 다른 단거리 무선 네트워크들에도 적용될 수 있다.

Claims (15)

1. 네트워크 디바이스 및 코디네이터(coordinator)를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크 시스템으로서,
   상기 코디네이터는 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단을 포함하고,
   상기 네트워크 디바이스는 무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단; 및 상기 디바이스가 선택적으로 2개의 상이한 경합 기반(contention based) 채널 액세스 방식인, 더 높은 처리율 방식(higher throughput scheme) 및 더 낮은 처리율 방식(lower throughput scheme)에 따라 통신하게 하도록 동작가능한 제어 수단을 포함하고,
   상기 더 낮은 처리율 방식으로부터 상기 더 높은 처리율 방식으로의 스위치(switch)를 위해 상기 네트워크 시스템에 트리거(trigger)가 제공되고, 상기 트리거는 상기 네트워크 디바이스의 전송 요건들을 고려하여 결정되는 무선 네트워크 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전송 요건들은 다음의 인자들, 즉, 상기 네트워크 디바이스의 버퍼에서 대기하는 데이터, 디바이스의 응급 상태(emergency status), 디바이스의 긴급 상태(urgency status) 및 배터리 레벨 중 하나 이상에 기초하여 정의되는 무선 네트워크 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 네트워크 디바이스 전송 수단 및/또는 코디네이터 전송 수단은 전송 프레임의 액세스 변경 필드(access-change field) 내의 트리거의 표시를, 상기 필드 내의 미리 결정된 값으로 설정된 값을 이용하여, 전송하도록 동작가능한 무선 네트워크 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 트리거는 트리거 인자들의 결합에 기초하여 생성된 결합된 트리거이고, 상기 트리거 인자들 중 하나 이상은 전송 프레임의 액세스 변경 필드 내에서 전송되는 무선 네트워크 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 더 낮은 처리율 방식으로부터 상기 더 높은 처리율 방식으로의 스위치는 상기 트리거에 의해 활성화되는 스위치 명령에 기초하는 무선 네트워크 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   액세스 변경 필드 내의 다른 값이 상기 트리거의 중단(discontinuation)을 생성하고, 상기 더 낮은 처리율 방식으로 돌아가는 스위치 명령을 활성화하는 무선 네트워크 시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 네트워크 디바이스 전송 수단 및/또는 코디네이터 전송 수단은 전송 프레임의 필드 내의 스위치 명령의 표시를, 상기 필드 내의 미리 결정된 값으로 설정된 값을 이용하여, 전송하도록 동작가능한 무선 네트워크 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 스위치 명령의 표시는 확인응답(acknowledgement) 프레임에 제공되는 무선 네트워크 시스템.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 네트워크 디바이스는 상기 네트워크 시스템 내의 복수의 네트워크 디바이스 중 하나이고, 상기 네트워크 시스템은 이들 네트워크 디바이스들 중 하나보다 많은 네트워크 디바이스에 대한 트리거들을 생성하도록 동작가능하고, 상기 네트워크 디바이스들 각각에는 그의 디바이스 타입 및/또는 전송 요건들에 따라 우선순위가 할당되고, 상기 네트워크 디바이스 우선순위들은 성공적인 전송의 가능성에 영향을 미치는 상기 더 높은 처리율 방식의 전송 파라미터를 결정하는 데 이용되는 무선 네트워크 시스템.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 네트워크 디바이스는 상기 네트워크 시스템 내의 복수의 네트워크 디바이스 중 하나이고, 상기 네트워크 시스템은 이들 네트워크 디바이스들 중 하나보다 많은 네트워크 디바이스에 대한 트리거들을 생성하도록 동작가능하고,
    미리 결정된 수의 이들 네트워크 디바이스들보다 많은 네트워크 디바이스에 대한 트리거들이 주어진 시간에 생성되면, 상기 네트워크 시스템은 보장된 시간 슬롯들을 이용하거나, 또는 그것들을 추가의 액세스 채널 방식으로 스위치함으로써, 적어도 생성된 트리거들을 갖는 네트워크 디바이스들을 무경합(contention-free) 통신으로 스위치하도록 동작가능한 무선 네트워크 시스템.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 트리거 또는 상기 스위치 또는 둘 다는 상기 코디네이터에서 생성되는 무선 네트워크 시스템.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    업링크 및 다운링크 전송들 둘다는 상기 스위치 시에 상기 더 낮은 처리율 방식으로부터 상기 더 높은 처리율 방식으로 스위치하는 무선 네트워크 시스템.
13. 네트워크 디바이스 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크 시스템 내의 네트워크 디바이스로서,
    무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단; 및
    상기 네트워크 디바이스가 선택적으로 2개의 상이한 경합 기반 채널 액세스 방식인, 더 높은 처리율 방식 및 더 낮은 처리율 방식에 따라 통신하게 하도록 동작가능한 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 전송 수단 및/또는 수신 수단은 상기 더 낮은 처리율 방식으로부터 상기 더 높은 처리율 방식으로의 스위치를 위한 트리거를 각각 전송 및/또는 수신하도록 동작가능한 네트워크 디바이스.
14. 제13항에 있어서, 무선 센서 네트워크 시스템에서, 상기 센서는 파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단을 더 포함하는 네트워크 디바이스.
15. 네트워크 디바이스 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 네트워크 시스템 내의 코디네이터로서,
    무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단; 및
    상기 코디네이터가 선택적으로 2개의 상이한 경합 기반 채널 액세스 방식인, 더 높은 처리율 방식 및 더 낮은 처리율 방식에 따라 통신하게 하도록 동작가능한 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 전송 수단 및/또는 수신 수단은 상기 더 낮은 처리율 방식으로부터 상기 더 높은 처리율 방식으로의 스위치를 위한 트리거를 각각 전송 및/또는 수신하도록 동작가능한 코디네이터.

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