KR101350527B1 - 단거리 무선 네트워크들에 대한 향상들 - Google Patents

Abstract

센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크가 제공된다. 상기 센서는 파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단; 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단; 및 상기 센서의 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능한 센서 제어 수단을 포함하고, 상기 코디네이터는 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단을 포함하고, 상기 센서의 전송 수단은 상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하도록 동작가능하고, 상기 코디네이터의 전송 수단은 상기 값 정보를 고려하여 적절한 센서 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능하다.

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 베타적으로는 아님), 무선 센서 네트워크들, 및 인간 또는 동물 몸체 상에 또는 둘레에 배치된 무선으로 통신하는 센서들을 포함하는 몸체 영역 네트워크(body area network)들에 관한 것이다.

소위 몸체 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 또한 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 있거나, 또는 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 표준인 IEEE 802.15.3과 일부 유사성이 있다. 사람 또는 물체 둘레의 이러한 피코넷들은, 정지해 있든지 또는 움직이든지 간에, 통상적으로 모든 방향에서 적어도 10m를 커버하고, 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 종류의 데이터 신뢰성을 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, 현재 모니터링되지 않는 케어 영역들 내로의 모니터링의 확장, 감소된 임상 에러들 및 감소된 전체 모니터링 비용들을 포함한 다수의 임상 이득들을 제공할 수 있다. 몸체 착용 센서들(body worn sensors)은 단일 환자 몸체 상에 다양한 센서 타입들을 포함할 수 있다. 그것들은 환자의 몸체로부터 신속하게 제거 또는 적용되도록 하는 능력을 요구한다.

개인에 기초하여(on an individual basis), 이러한 센서들은 환자당 1-2kbps만큼 낮은 비트 레이트를 가질 수 있고, 집합체에 기초하여(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, 몇 일간의 연속 동작들을 위한 배터리 수명 및 몸체 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), 센서 정보 레이트를 위한 낮은 듀티 사이클 TDMA, 및 더 효율적인 소형 안테나들을 포함한 시간 및 주파수 도메인에서의 다이버시티 및 에러 제어 기법들과 같은 기법들의 이용을 통해 충족될 수 있다. 따라서, 특히 메디컬 애플리케이션들을 위한, 몸체 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 디바이스들의 적어도 일부가 배터리들에 의해 전력이 공급되는 센서들을 포함하는 무선 네트워크들에 관련된 다른 표준들의 중요한 요건들 중 하나는 배터리 수명을 보존하는 것이다. 이것은 환자의 생명이 메디컬 WSN 애플리케이션들에서의 무선 링크들의 신뢰성에 의존하는 위급 상황들을 위해 또는 발전소와 같은 미션 크리티컬 산업 환경들(mission critical industrial environments)을 모니터링하기 위해 특히 중요하다. 배터리에 의해 전력이 공급되는 디바이스들은 보통 전력 소모를 줄이기 위해 듀티 사이클링(duty cycling)을 요구한다. 듀티 사이클링 디바이스들은 그들의 동작 수명의 많은 부분을 슬립 상태에서 보내는 슬립 패턴을 갖는다. 이러한 디바이스들은 전송 또는 수신을 위해 주기적으로 "웨이크업(wake up)"한다.

슬립/웨이크업 패턴(다음에서는 슬립 패턴이라고 함)은 주기적이고 디바이스가 각각의 시간 기간(period of time) 동안 깨어있는 시간의 길이를 결정한다. 웨이크업 시간 동안, 디바이스, 예를 들어, 센서는 그것이 이미 모은 측정들 또는 다른 데이터를 전송한다. 센서가 웨이크업 시간의 종료 전에 측정의 전송을 완료하면, 센서는 슬립으로 돌아가서 그것을 위해 이미 설정된 슬립 패턴을 따른다. 센서가 웨이크업 시간의 종료 전에 데이터 전송을 완료하지 않았다면, 센서는 측정의 전송을 계속하고 나서 슬립 패턴에 따라 슬립으로 돌아갈 수 있다. 따라서, 센서에서의 측정의 샘플링 레이트와 측정의 전송 레이트(듀티 사이클) 사이에 차이(distinction)가 존재한다. 예를 들어, 측정 그 자체가 매우 느리고(예를 들어, 측정 시도에서 큰 정보가 모임) 정보를 조각조각(on a piece-by-piece basis) 전송하기 위해 많은 전송 시도를 필요로 하는 시나리오가 존재할 수 있다.

측정들을 위한 기간(period) 또는 랜덤 패턴을 가정할 수 있다. 측정들은 (더 빠른) 웨이크업 패턴의 더 공격적인(aggressive) 전송으로 더 빨리 도착한다. 슬립 패턴을 변경하는 주요 이유는, 수명 파라미터들에 관한 더 최신의 더 새로운 정보(즉, 더 빠른 측정들)를 갖기 위함이다. 메디컬(medical) 또는 다른 크리티컬 애플리케이션(critical application)의 특성은 슬립 패턴이 얼마나 빠른지를 결정할 것이다. 예를 들어, 심장 애플리케이션들의 경우, 그것은 우리가 다루는 라이브 엔티티(live entity)에 의존한다. 인간의 경우, 패턴은 동물보다 느리다(극단적인 경우에 인간의 경우 4분의 1초 및 쥐의 경우 10분의 1초).

센서 데이터가 적시의 신뢰성 있는 방식으로 네트워크의 코디네이터에 전송되는 것을 확실히 하면서 슬립 패턴들을 이용하여 배터리 수명을 보존하는 이슈를 해결하기 위한 요구가 있다.

본 발명의 제1 양태의 실시예들에 따르면, 센서 및 코디네이터(coordinator)를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크가 제공되며,

상기 센서는 파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단; 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단; 및 상기 센서의 슬립 패턴(sleep pattern)을 제어하도록 동작가능한 센서 제어 수단을 포함하고,

상기 코디네이터는 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단을 포함하고,

상기 센서의 전송 수단은 상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하도록 동작가능하고, 상기 코디네이터의 전송 수단은 상기 값 정보를 고려하여 적절한 센서 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능하다.

발명 실시예들의 네트워크는 코디네이터가 적절한 슬립 패턴들을 전송할 수 있게 하여, 중앙 집권화된 슬립 패턴의 제어 또는 적어도 슬립 패턴에 대한 영향이 제공된다. 네트워크의 센서는 파라미터의 값들을 검출하고 다른 디바이스들을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 코디네이터에 이 값들에 관한 정보를 전송한다. 이 값 정보를 이용하여 적절한 센서 슬립 패턴의 표시를 결정하고, 이것은 그 다음에 코디네이터에 의해 관련 센서에 직접적으로 또는 간접적으로 전송된다. 따라서, 본원에서 사용된 "동작가능한"이라는 용어는 사용시에 특정된 기능을 실행하도록 배열되는 정의된 수단의 아이디어를 포함한다. 통상의 기술을 갖는 독자는, 표시가 다른 정보와 함께 제공되고 전송될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, (아마도 위급 비트의 형태로 된) 위급 상태에 관한 별개의 정보가 제공될 수 있다.

일부 실시예들에서, 설명된 센서는 무선 센서 네트워크의 유일한 듀티 사이클링 디바이스일 수 있다. 더욱 일반적으로, 센서는 네트워크의 복수의 듀티 사이클링 디바이스들 중 하나일 수 있고, 코디네이터는 듀티 사이클링 디바이스들 각각을 위한 적절한 슬립 패턴들을 전송하도록 동작가능하다. 디바이스들은 센서들, 액추에이터들(actuators) 또는 네트워크에서 이용되는 임의의 다른 타입의 배터리에 의해 전력이 공급되는 디바이스일 수 있다. 따라서, 코디네이터는 적절한 슬립 패턴의 표시를 제공함으로써 각각의 듀티 사이클링 디바이스의 동작에 영향을 미친다. 이러한 중앙 코디네이션은 유연성 있고 강화된 네트워크 동작을 허용한다.

하나의 시나리오에서, 듀티 사이클링 디바이스들 중 적어도 하나에 전송된 적절한 슬립 패턴은 그 디바이스와 관련되지 않은 인자인 외부 인자를 고려한다. 예를 들어, 네트워크의 적어도 하나의 듀티 사이클링 디바이스는 앞서 설명한 센서에 의해 검출된 값들을 고려하여 결정한 적절한 슬립 패턴을 수신할 수 있다. 이 경우, 파라미터 값들은 위급 상태를 표시할 수 있고, 적절한 슬립 패턴 할당의 중앙집권화된 제어는 더 낮은 듀티 사이클 슬립 패턴들이 네트워크의 다른 디바이스들에 전송될 수 있게 함으로써, 위급 상태에서 센서에 대해 충분한 네트워크 자원들이 이용가능하도록 보장한다. 물론, 위급 상태는 관련 디바이스의 기능에 따라 다른 방식들로 정의될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터는 고레벨에서 동작하도록 지시받은 경우에 위급 상태에 있을 수 있고, 이 위급 상태는 그 다음에 네트워크의 다른 디바이스들에 영향을 주기 위해 적절한 슬립 패턴들의 중앙집권화된 제어에 이용된다.

위에서 정의한 바와 같은 네트워크에서, 상이한 디바이스들은 상이한 우선순위들을 가질 수 있다. 예를 들어, 크리티컬 메디컬 디바이스(높은 우선순위), 메디컬 디바이스들(중간 우선순위) 및 넌-메디컬(non-medical) 디바이스들(낮은 우선순위) 사이의 구별이 존재할 수 있다. 이러한 우선순위들은 네트워크 자원들을 할당하는 데 이용될 수 있다. 유리하게는, 각각의 듀티 사이클링 디바이스에의 우선순위의 할당은, 만약 코디네이터가 그의 적절한 슬립 패턴을 결정하기 위해 외부 인자들(예를 들어 네트워크의 다른 디바이스들에 관한 것들)을 고려한다면, 어느 정도까지 고려하는지를 결정할 수 있다. 예로서, 센서는 크리티컬 메디컬 디바이스로서 분류될 수 있고, 따라서 이 센서에 전송된 적절한 슬립 패턴들에 대한 외부 영향들이 존재하지 않을 수 있다. 낮은 우선순위 듀티 사이클링 디바이스들은 위급 상태와 같은, 네트워크 자원을 위한 증가된 요건을 갖는 네트워크의 하나 이상의 더 높은 우선순위 듀티 사이클링 디바이스들에 기초한 외부 인자의 결과로서 더 낮은 듀티 사이클링으로 축소된 슬립 패턴을 가질 수 있다. 통상의 기술을 갖는 독자는 듀티 사이클링 디바이스들에 대해 미리 정의된 하나 또는 하나보다 많은 위급 상태가 존재할 수 있고, 각각의 더 높은 위급 상태는 네트워크의 하나 이상의 다른 듀티 사이클링 디바이스에 전송된 적절한 슬립 패턴에 더욱 심각한 영향을 준다는 것을 알 것이다.

적절한 슬립 패턴은 알고리즘에 의해, 간단한 계산에 의해, 룩업 테이블의 이용에 의해, 또는 인간의 개입에 의해서와 같은 임의의 적절한 방식으로 결정될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 코디네이터는 적절한 슬립 패턴을 결정하는 데 이용되는 결정 수단을 포함한다. 대안적으로, 코디네이터는 코디네이터와 유선 또는 무선 접속해 있는 중앙 모니터링 유닛으로부터 적절한 슬립 패턴을 수신할 수 있다. 따라서, 중앙 모니터링 유닛은 WSN 배치에 따라 무선 센서 네트워크의 부분일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.

중앙 모니터링 유닛(메디컬 애플리케이션들에서, 때때로 중앙 모니터링 및 메디컬 케어 유닛이라고도 함)은 복수의 스테이션들로부터(예를 들어, 복수의 환자들에 대한) 위급 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.

일단 코디네이터 또는 중앙 모니터링 유닛에서 적절한 슬립 패턴이 결정되면, 그것은 센서에 무선으로 전송되고, 여기서 그것은 센서 수신 수단을 이용하여 수신된다. 위에서 언급한 바와 같이, 전송은 다른 네트워크 노드들을 통해 간접 또는 직접적일 수 있다. 통상의 기술을 갖는 독자는 센서로부터 코디네이터로의 파라미터 값들에 관한 정보의 전송이 또한 직접 또는 간접적일 수 있다는 것을 알 것이다.

파라미터 값들에 관한 정보는 임의의 적절한 방식으로, 가능하게는 데이터 프레임 내에서, 전송될 수 있다. 정보는 사실상 실제 파라미터 값들을 포함할 수 있거나, 파라미터 값들은 정보를 생성하기 위해 센서 프로세싱 수단에 의해 일부 방식으로 프로세싱될 수 있다.

코디네이터로부터 전송된 적절한 센서 슬립 패턴의 표시는 또한 임의의 적절한 방식으로 제공될 수 있다. 바람직하게는, WSN이 전송 프레임들을 이용할 때, 표시는 전송 프레임의 제어 필드에서, 예를 들어 프레임 제어 필드에서와 같은 MAC 헤더에 미리 결정된 값으로 설정된 값을 이용하여 전송된다. 하나의 바람직한 실시예에서, 값은 적절한 미리 정의된 슬립 패턴을 나타내기 위해 결합하여 작용하는 하나 이상의 비트일 수 있다. 값은 임의의 전송 프레임의 프레임 제어 필드에 있을 수 있다. 대안적으로, 값은 MAC 프레임에서의 디바이스 상태 설명(아마도 표시 및 경고/위급 상태와 같은 잠재적으로 다른 정보를 포함하는 풀 옥텟(full octet))일 수 있다. 이 경우, MAC 프레임 제어는 디바이스 상태 설명이 판독되고 해석되어야 하는지를 나타내기 위해 디바이스 상태 비트를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예들에서, 표시의 전송은 코디네이터로부터의 다른 전송들보다 우선순위를 갖는다. 예를 들어, 표시를 포함하는 전송들은 표시를 포함하지 않는 전송들 전에 스케줄될 수 있다. 대안적으로, 표시는 코디네이터로부터 전송된 모든 전송 프레임들에서 영구적으로, 또는 특정 시간 기간에 걸쳐서 전송될 수 있다.

바람직하게는, 네트워크 디바이스들은 표시 및/또는 값 정보의 확인응답(acknowledgement)을 허용하기 위해 확인응답 기능을 이용한다. 확인응답은 실패가 있는 경우 재전송으로 연결될 수 있다.

검출된 값들은 하나 이상의 임계값들에 대한 비교에 의해, 파라미터의 변경에 대한 검출에 의해, 또는 변경율(rate of change)의 검출에 의해, 또는 측정되는 파라미터에 대한 임의의 다른 적절한 방식으로 적절한 슬립 패턴을 결정하기 위해 (예를 들어, 코디네이터 또는 중앙 모니터링 유닛에서) 고려될 수 있다. 많은 상황들에서, 하나 이상의 임계값들에 대한 간단한 비교가 적절하다.

적절한 슬립 패턴은 실시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 상이한 임계값, 상이한 값 또는 상이한 변경 및 변경율을 이용하여, 퍼센티지 웨이크업 시간에 관한 적절한 슬립 패턴, 전송들 사이의 시간 또는 임의의 다른 적절한 정의를 계산할 수 있다. 다른 경우들에서, 미리 정의된 슬립 패턴들은 바람직하게는 네트워크에, 예를 들어, 센서 및/또는 코디네이터 및/또는 중앙 모니터링 유닛에 저장될 수 있다.

바람직한 실시예들에서, 다수의 임계값에 의해 결정된 복수의 미리 정의된 슬립 패턴들이 존재하고, 각각의 임계값은 더 낮은 웨이크업(lower wake-up) 슬립 패턴과 더 높은 웨이크업(higher wake-up) 슬립 패턴 사이의 경계(boundary)를 정의한다. 여기서, 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴은 전송들 사이의 더 낮은 듀티 사이클 또는 더 긴 시간을 표시할 수 있고, 더 높은 웨이크업 슬립 패턴은 전송들 사이의 더 높은 듀티 사이클 또는 더 짧은 시간을 표시할 수 있다.

센서에 전력을 공급하기 위해 배터리(소모성이어서 대체 및/또는 재충전을 요구하는, 센서에 전력을 공급하는 임의의 수단을 의미하기 위해 취해짐)가 존재하는 경우, 이것을 반영하기 위해 슬립 패턴을 조정하는 것이 유리할 수 있다. 한편, 제어 수단은 검출된 값들을 고려하여 적절한 것으로 결정되고 센서에 전송된 슬립 패턴을 간단하게 구현할 수 있다.

바람직하게는 전술한 센서는 배터리를 더 포함하고, 제어 수단은 표시 및 센서의 현재의 배터리 충전을 둘다 고려하여 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능하다. 예를 들어, 실제 슬립 패턴은 이들 인자들 및 잠재적으로 다른 인자들의 결합에 기초하여 선택될 수 있다.

따라서, 예를 들어, 제어 수단은 허용가능한 배터리 충전의 미리 정의된 한계에 따라 적절한 슬립 패턴들을 허용 또는 거절할 수 있다. 제어 수단은 임의의 거절된 적절한 슬립 패턴을 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴으로 오버라이드(override)하도록 설계될 수 있다. 바람직하게는, 더 낮은 웨이크업 패턴은 배터리에 의해 허용되는 최대 웨이크업 패턴을 갖는 미리 정의된 슬립 패턴이다.

배터리 충전의 상이한 레벨들 사이에 하나보다 많은 한계가 존재하면, 제어 수단은 각각의 한계 위보다 각각의 한계 아래에 더 적은 슬립 패턴들을 허용하고, 바람직하게는 한계들의 수는 임계값들의 수와 동일하다.

유리하게는, 센서 전송기는 부가적으로 표시에 대해, 바람직하게는 전송 프레임의 제어 필드에서, 현재의 배터리 충전에 관한 정보를 전송하도록 동작가능하다. 무선 센서 네트워크에 의해 이용되는 전송 프레임들은 표시를 위한 제어 필드와 현재의 배터리 충전을 위한 제어 필드를 둘다 포함할 수 있고, 각각은 하나 이상의 비트의 형태로 될 수 있다. 대안적으로, 동일한 제어 필드가 배터리 충전 정보 및 표시를 위해 이용될 수 있고, 전송 프레임들은 이 제어 필드에 배터리 충전 정보를 포함하여 센서로부터 코디네이터를 향해 전송되고, 전송 프레임들은 이 제어 필드에 표시를 포함하여 코디네이터로부터 센서를 향해 전송된다.

코디네이터의 수신 수단은 배터리 충전 정보를 수신하도록 동작가능하고, 코디네이터는 배터리에 대하여 조치를 취함으로써 미리 정의된 값의 충전 정보에 응답하도록 동작가능한 응답 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 코디네이터는 배터리 변경 경고를 설정하거나, 상황에 대해 중앙 모니터링 유닛에게 알려주거나, 또는 임의의 다른 적절한 조치를 취할 수 있다.

다른 양태에서, 발명 실시예들은 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터를 제공하고, 상기 코디네이터는,

검출된 파라미터의 값들에 관한 값 정보를 상기 센서로부터 수신하도록 동작가능한 수신 수단;

상기 값 정보를 고려하여 상기 센서를 위한 적절한 슬립 패턴을 결정하도록 동작가능한 결정 수단; 및

상기 적절한 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능한 전송 수단

을 포함한다.

또 다른 양태에서, 발명 실시예들은 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크에서의 센서를 제공하고, 상기 센서는,

파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단;

상기 센서의 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능한 센서 제어 수단;

상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하도록 동작가능한 전송 수단; 및

상기 값 정보를 고려하여 결정된 적절한 센서 슬립 패턴을 수신하도록 동작가능한 수신 수단

을 포함하고, 상기 센서 제어 수단은 상기 적절한 센서 슬립 패턴을 고려하여 상기 센서의 상기 슬립 패턴을 제어한다.

또 다른 양태에서, 발명 실시예들은 사용시에 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크와 유선 또는 무선 통신하는 중앙 모니터링 유닛을 제공하고,

상기 센서는 파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단; 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단; 및 상기 센서의 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능한 센서 제어 수단을 포함하고,

상기 코디네이터는 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 및 수신 수단을 포함하고,

상기 센서의 전송 수단은 상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하도록 동작가능하고, 상기 코디네이터의 전송 수단은 상기 값 정보를 고려하여 적절한 센서 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능하고,

상기 중앙 모니터링 유닛은 상기 값 정보를 고려하여 상기 센서를 위한 적절한 슬립 패턴을 결정하도록 동작가능한 결정 수단; 및 상기 네트워크의 디바이스에 상기 적절한 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능한 통신 수단을 포함한다.

하나의 방법 양태에 따르면, 본 발명의 실시예들은 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크에서의 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 센서에서 파라미터의 값들을 검출하는 단계, 센서로부터 코디네이터를 향해 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하는 단계, 코디네이터로부터 센서를 향해 값 정보를 고려하여 적절한 센서 슬립 패턴의 표시를 전송하는 단계, 및 표시를 고려하여 센서의 슬립 패턴을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태들은, 무선 센서 네트워크의 코디네이터 또는 센서의 프로세서 또는 제어 모니터링 유닛에 의해 각각 실행될 때, 상기 센서 또는 코디네이터 또는 제어 모니터링 유닛의 기능을 제공하는 소프트웨어(또는 컴퓨터 프로그램), 및 센서 또는 코디네이터에 의해 실행될 때, 이들 디바이스들에 대해 설명된 방법들을 실행하는 소프트웨어를 제공한다. 이러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다.

많은 특징들은 반복을 피하기 위해 위에서 하나의 양태와 관련해서만 설명된다. 그러나, 이들 양태들의 임의의 것의 특징들 및 바람직한 특징들은 적절하게 다른 양태들과 자유롭게 결합가능하고 적용가능하다. 특히, 독자는 전송 및 수신 수단이 정의되는 경우, 대응하는 수신 및 전송 수단은 각각 신호 경로의 대향하는 단부에 제공된다는 것을 알 것이다.

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 가능(beacon-enabled) IEEE 802.15.4 WPAN에서 수퍼프레임의 구조를 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 변하는 파라미터 값(a changing parameter value)을 갖는 코디네이터와 디바이스 사이의 신호 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 14는 중앙 모니터링 유닛에서 실행되는 프로세싱을 갖는, 도 13에 대한 등가 흐름도를 도시한다.
도 15는 배터리 충전 레벨을 표시하기 위해 전송 프레임의 제어 필드에 이용될 수 있는 배터리 비트들의 예를 보여주는 표이다.
도 16은 변하는 파라미터 값 및 배터리 충전 상태를 갖는 코디네이터와 디바이스 사이의 신호 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 17은 중앙 모니터링 유닛을 갖는, 도 16과 등가의 흐름도이다.
도 18은 미리 정의된 슬립 패턴들을 배터리 충전의 레벨들에 연관시키는 하나의 방법을 보여주는 표이다.
도 19a 및 도 19b는 배터리 레벨을 고려하지 않고 슬립 패턴을 선택하는 디바이스에서의 다른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 20a 및 도 20b는 중앙 모니터링 유닛이 도 19a 및 도 19b의 코디네이터에 의해 처리되는 프로세싱 및 제어 시그널링을 실행하는, 도 19a 및 도 19b에 대한 등가 도면이다.
도 21a 및 도 21b는 이제 배터리 레벨이 고려되는, 도 19a 및 도 19b에 대응하는 흐름도이다.
도 22a 및 도 22b는 중앙 모니터링 유닛을 부가적으로 포함하는, 도 21a 및 도 21b와 등가의 흐름도이다.
도 23은 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 수정을 예시한다.
도 24는 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 다른 수정을 예시한다.
도 25는 긴급 비트들 및 배터리 비트들을 포함하도록 IEEE 802.15.4 프레임 제어 필드들에 대해 요구되는 수정들을 도시한다.
도 26은 대응하는 IEEE 802.15.4 수정된 프레임 타입을 도시한다.
도 27은 IEEE 802.15.6과 같은 새로운 표준의 부분으로서 모든 인핸스먼트들을 예시한다.
도 28은 가능한 프레임 타입 비트들의 도 27에 대응하는 표를 도시한다.
도 29는 현재의 IEEE 802.15.4 표준에서 MAC 프레임의 기본적인 포맷을 예시한다.
도 30은 IEEE 802.15.4 표준의 현재의 버전의 커맨드 프레임 식별자 리스트를 예시한다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 전에, 일부 배경 설명은 가변(variable) 슬립 패턴을 갖는 디바이스들을 갖는 무선 네트워크들(MBAN들을 포함하는 BAN들, WPAN들 및 피코넷들과 같은)의 설계에 대해 관련이 있는 것으로 예상되는 IEEE 802.15.4의 부분들에 대해 주어질 것이고, 및/또는 현재 개발중에 있는 IEEE 802.15.6 표준에 대한 기초로서 이용될 수 있다.

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 요건들(local regulatory requirements)에 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(fast-changing) 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 만들어진다.

WPAN의 노드들은 가지각색의 능력들의 유닛들에 의해 구성될 수 있다. 일반적으로, 코디네이터의 역할은 어떤 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, 예를 들어 센서 데이터를 다른 노드에 전송하기 위해 가끔 "웨이크 업"만 할 수 있다. 따라서, IEEE 802.15.4 표준은 "풀 기능(full-function)" 및 "축소 기능(reduced function)" 디바이스들 사이를 구별한다. 전력의 이용가능성은, 센서들이 몸체 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 리슨(listen)한다. 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 경합 없는 기간(contention free period; CFP)(37)으로 분할된다.

도 4에서 수직 분할로 표시된 바와 같이, 수퍼프레임은 16개의 동일하게 이격된(equally-spaced) 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, 공지된 CSMA-CA 알고리즘을 따르는, 경합에 기초한 디바이스들로 또는 디바이스들로부터의 데이터 전송을 허용한다. 간단히, CSMA-CA에서, 디바이스가 CAP 내에서 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.

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 몸체 또는 몸체들 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 것을 담당한다. 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(송신자)가 그의 데이터를 전송하는 수신자로서 코디네이터에 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지들 둘다에 이용됨;

(ii) 디바이스가 데이터를 수신하는 송신자로서 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(11)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 선택적인 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. 송신자가 어떤 기간 후에 확인응답을 수신하지 않는 경우, 전송은 성공적이지 않았고 프레임 전송을 재시도한다고 가정한다. 확인응답이 여전히 몇 번의 재시도 후에 수신되지 않는 경우, 송신자는 트랜잭션을 종료하거나 다시 시도하는 것을 선택할 수 있다. 확인응답이 요구되지 않을 때, 송신자는 전송이 성공적이었다고 가정한다.

도 7 및 도 8은 코디네이터(10)로부터 디바이스(11)에의 데이터 전송을 예시한다. 코디네이터가 비컨 가능 WPAN(도 7)에서 데이터를 디바이스에 전송하기를 희망할 때, 데이터 메시지가 계류중임을 비컨 프레임(41)에 표시한다. 디바이스는 비컨 프레임을 주기적으로 리슨하고, 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 선택적인 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, 데이터 프레임(42)이 뒤따르는, 확인응답 프레임(43)(이것은 또한 그러한 경우 데이터가 준비되지 않은 것을 나타내는 데 이용될 수 있음)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 시간 맞춰(in time) 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 선택적인 보조 보안(security) 헤더를 포함한다. MFR은 16 비트 프레임 체크 시퀀스(frame 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 PHY에 전달되고, 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 인에이블 서브필드(single-bit Security Enabled subfield)(52)이다. 이 다음에는 송신자가 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)이 IEEE 802.15.4 명세에서 이용되지 않음을 도시한다.

본 발명의 배경의 개요를 설명하였고, 이제 본 발명의 실시예들에 대한 참조가 이루어진다. 도 12는, 모두 발명 실시예들에 따른, 센서(60), 코디네이터, 및 이들 두 네트워크 디바이스들을 포함하는 WSN을 표현하는 개략도이다.

센서는 센서 노드(61)를 이용하여 파라미터를 측정한다. 예를 들어, 도 12에 도시된 센서(60)는 센서 노드(61)를 이용하여 환자의 포도당 레벨과 같은 수명 파라미터를 측정할 수 있다. 포도당 레벨(또는 다른 파라미터)은 코디네이터(64)로 WSN(65)을 통한 전송을 위한 값 정보를 제공하기 위해 제어 수단에서 프로세싱될 수 있다. 그렇지 않으면, 파라미터 값들 그 자체가 이 정보를 형성할 수 있다. 적절한 슬립 패턴이 센서의 외부에서 선택되고 코디네이터(64)에 의해 센서에 전송된다. 제어 수단은 센서의 슬립 패턴을 제어할 때 수신된 적절한 슬립 패턴을 고려한다. 일부 환경들에서, 제어 수단은 적절한 슬립 패턴을 간단히 구현할 것이다. 다른 환경들에서, 제어 수단은 배터리 충전 레벨과 같은 다른 인자들을 고려할 수 있어, 적절한 슬립 패턴이 구현되지 않는다. 임의의 슬립 패턴의 구현은 무선 회로(62)를 미세 조정함으로써 실행된다.

이러한 및 다음의 시나리오에서, 슬립 패턴의 변경을 표시하는 전송된 메시지들은 그 자체가 높은 우선순위를 갖는 것으로 보이며, 따라서 다른 전송들, 예를 들어 디바이스로부터의 루틴 및 유지보수(maintenance) 전송들 또는 일부 이유로 슬립 패턴의 표시를 포함하지 않는 데이터 전송들보다 위의 우선순위가 주어진다.

실시예들의 설명은 직접이든지 간접이든지 코디네이터로부터 센서로의 임의의 확인응답들을 언급하지 않고, 본 출원에 도시된 신호 흐름도들은 그것들을 포함하지 않는다. 그러나, 슬립 패턴 메시징은 다른 데이터/정보보다 높은 우선순위를 갖기 때문에, 슬립 패턴 메시지들은 바람직하게는 확인응답되고, 이상적으로는 슬립 패턴의 임의의 변경 전에 확인응답된다.

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, 위급 상황에서의 메디컬 디바이스에 대해, 듀티 사이클의 극적인 증가 또는 연속적인 웨이크업이 존재한다. 긴급 비트들 11은 이 위급 상태를 나타내는 데 이용된다. 이 예에서, 메디컬 센서 디바이스에 대해 정상 및 약간 비정상 상황 사이 그리고 약간 비정상 및 위급 상황 사이의 전이는 각각의 경우에 각각의 임계값을 넘어가는(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.

긴급 비트들	긴급 레벨	슬립 패턴
00	넌-메디컬 디바이스	가장 긴 슬립 시간
01	정상 상황의 메디컬 디바이스	정상 메디컬 패턴 슬립
10	약간 비정상 상태들의 메디컬 디바이스	듀티를 약간 증가시킨다
00	위급 상황의 메디컬 디바이스	극적으로 증가시키거나 연속적인 웨이크업

표 1: 메디컬 및 넌-메디컬 디바이스들의 혼합된 네트워크를 갖는 슬립 패턴들 및 긴급 비트들

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 의한 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 WSN의 부분으로서, 또는 개별적으로 제공될 수 있다.

도 13은 예로서 표 1의 비트 값들을 이용하는 흐름도이고, 파라미터 값들에 관한 수명 파라미터 또는 다른 파라미터 측정된 정보에 의해 정의되는 점차 비정상 상황(increasingly abnormal situation)이 주어진 경우 센서와 디바이스, 코디네이터 사이의 신호 흐름을 도시한다. 처음에, 센서는 포도당 레벨과 같은 수명 파라미터를 측정하고(S100), 코디네이터에 파라미터 값들에 관한 정보를 전송한다(S101). 코디네이터는 예를 들어 레벨을 미리 정의된 임계값들과 비교함으로써 센서의 상황을 평가한다(S102). 이러한 비교에 응답하여, 코디네이터는 적절한 슬립 패턴을 결정하고, 정상 상황을 표시하는 적절한 슬립 패턴의 표시를 긴급 비트들 01로서 코디네이터에 전송한다(S103). 전송은 이러한 및 다음 도면들에서 센서로부터 코디네이터로 직접 도시되지만, 통상의 기술을 갖는 독자는 피어-투-피어 네트워크에서 전송은 다른 노드들을 통해 간접적일 수 있다는 것을 알 것이다. 일단 센서가 코디네이터로부터 슬립 패턴의 표시를 수신하면, 센서는 이것을 구현할 수 있다(S104). 센서는 코디네이터에 파라미터 값들에 관한 정보를 전송하는 것을 계속한다(S105). 후속하여, 환자는 (예를 들어, 포도당 레벨과 임계값들의 비교에 의해 정의된 바와 같은) 위급 상태로 간다. 이 스테이지에서, 코디네이터는 적절한 슬립 패턴을 더 높은 빈도(frequency) 모드로 변경한다(S106). 코디네이터는 또한 센서에 비트들 11을 이용하여 심각한 위급 상태들의 표시를 전송하고(S107), 센서는 다시 새로운 슬립 패턴을 반영한다(S108). (예를 들어, 파라미터 임계값들을 넘어가는(cross) 것에 의해 정의된 바와 같이) 미리 결정된 수의 디바이스들이 위급 상태에 있는 경우, 코디네이터는 더 낮은 우선순위 디바이스들에 더 낮은 듀티 사이클 슬립 패턴들을 전송한다. 예를 들어, 넌 메디컬 디바이스들은 단계 S108에 도시된 바와 같이 더 낮은 듀티 사이클링이 요구된다는 표시를 수신할 수 있다. 긴급 비트들은, 이 예에서, 표 1에서 이들 넌-메디컬 디바이스들에 영구적으로 할당된 스킴(scheme)인 00(가장 긴 슬립 시간)으로 설정되는 것으로서 도시되지만, 약간 수정된 비트 스킴은 이들 디바이스들이, 이 스테이지에서 넌-메디컬 디바이스에 전송된 더 낮은 듀티 사이클 비트 스킴을 갖는, 적어도 2개의 상이한 비트 패턴들을 가질 수 있게 할 것이다. 또한, 아마도 제1 임계값보다 높은 임계값을 갖는, 위급의 디바이스들의 수에 의존하여, 넌-크리티컬(non-critical) 메디컬 네트워크 디바이스들 및 센서들은 더 낮은 듀티 사이클링을 갖는 적절한 슬립 패턴의 표시를 전송받을 수 있다. 예를 들어, 코디네이터는 가장 긴 슬립 시간을 갖는, 넌-메디컬 디바이스들에 대해 오직 정상적으로 구현된 슬립 패턴을 정의하는, 긴급 비트들 00을 전송할 수 있다(S110).

도 13은 코디네이터가 네트워크 디바이스들에 대한 적절한 슬립 패턴을 결정하는 상황을 도시하지만, 이러한 프로세싱은 중앙 모니터링 유닛에 의해 부분적으로 또는 전적으로 실행될 수 있다. 도 14는 도 13에 대한 등가의 흐름도를 도시하고, 따라서 완전히 설명되지 않는다. 두 도면 간의 차이는, 도 14는 중앙 모니터링 유닛에서 일어나는 프로세싱을 도시하고, 코디네이터는 단지 네트워크 디바이스들과 중앙 모니터링 유닛 사이의 릴레이(relay)로서 작용한다는 점이다. 이 시나리오는 슬립 패턴들의 자동 또는 스탭 선택 중앙집권화된 제어(staff-selected centralised control)를 허용한다.

표 1과 도 13 및 도 14는 중앙집권화된 슬립 미세 조정 능력에 관한 것이지만, 디바이스의 배터리 레벨을 고려하지 않는다. 이 실시예에서, 센서는 코디네이터 단독으로부터의 표시에 기초하여 적절한 슬립 패턴을 구현한다. 따라서, 메디컬 상황은 우세한(predominant) 인자이고, 시나리오는 특히 의료 보조원이 존재할 때 집중 치료 상황에 적합하다.

다른 실시예들에서, 슬립 패턴은 코디네이터에 의해 설정된 표시뿐만 아니라 배터리 검사에 따라서도 센서에 의해 수정될 수 있다. 배터리 레벨은 조치를 위해 코디네이터에 전송될 수 있다. 도 15는 배터리 충전 레벨을 나타내기 위해 전송 프레임의 제어 필드에 이용될 수 있는 배터리 비트들의 예를 보여주는 표(70)이다. 퍼센티지 충전은 각각 25%의 범위를 갖는 4개의 상이한 레벨로 분할된다. 대안적으로, 더 적거나 더 많은 레벨들이 선택될 수 있고 스케일(scale)은 선형적으로 분할될 필요는 없다. 예를 들어, 맨 위의 충전 레벨은 예를 들어 50 내지 100%일 수 있고, 다른 충전 레벨들은 더 작은 범위를 커버할 수 있다. 긴급 비트들에 대하여, 2개의 비트들이 이용되어, 배터리 충전의 4개의 상이한 레벨들로의 분할을 허용한다.

도 16은 변하는 파라미터 값 및 변하는 배터리 충전 상태를 갖는 디바이스와 코디네이터 사이의 신호 흐름을 도시하는 흐름도이다. 이러한 실시예들은 긴급 의료 보조원이 이용가능하지 않을 수 있는 의료 원격측정 애플리케이션들(medical telemetry applications)에 유용할 수 있다.

이러한 경우들에서, 배터리 레벨은 더 높은 듀티 사이클 슬립 패턴들이 배터리 충전의 완전 고갈로 이어지지 않는 것을 확실히 하기 위해 슬립 패턴 제어에 포함될 수 있다. 이들 발명 실시예들에서, 측정된 파라미터 값들을 고려해 볼 때 적절한 더 높은 듀티 사이클 패턴은, 오직 배터리 레벨이 적절하다면 구현될 수 있다. 그렇지 않으면, 현재의 슬립 패턴이 유지된다. 동등하게, 배터리 레벨이 떨어지면, 측정된 파라미터 값들에 적절한 것보다 더 낮은 듀티 사이클이 선택될 필요가 있을 수 있다.

이 시나리오에서, 위급 데이터는 여전히 기록되지만, 이상적인 속도보다 느린 속도로 기록된다. 이것은 특히 예를 들어, 디바이스가 주입식(implant)이고, (배터리에 액세스하기 위해 조작이 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 위급 애플리케이션들(telemetry emergency applications)에 대해 도움이 된다. 예를 들어, 홈케어에서, 더 높은 정확도 및 샘플링 레이트로 밤중에만 이삼분 동안 발생할 수 있는 임의의 드문 메디컬들 또는 위급 상황들을 계속해서 기록하는 것은 유리하다. 동시에, 센서는 낮은 배터리 레벨의 메시지를 코디네이터에 전송할 수 있다. 도 16은 포도당 레벨과 같은 수명 파라미터가 올라갈 때 위급 상태로의 진행을 도시한다. 정상 상황의 메디컬 디바이스로 시작하면, 표 1에 설정된 바와 같은 긴급 비트들 01은 하나 이상의 현재의 전송 프레임들에서 전송될 수 있다. 단계 S300에서, 센서는 포도당 레벨과 같은 파라미터를 측정한다. 센서는 단계 S301에서 코디네이터에 파라미터를 전송하고 코디네이터는 단계 S302에서 환자 상황을 평가한다. 증대된 레벨의 위급이 존재하면, 긴급 비트들 10이 센서에 전송된다. 이 포인트에서, 센서는 이들 긴급 비트들에 의해 표시된 슬립 패턴이 허용가능한지를 결정하기 위해 배터리 레벨을 검사한다(S304). 허용가능하지 않은 경우, 센서는 단계 S305에서 예를 들어 배터리 비트들 01을 이용하여 코디네이터에 배터리 낮음 메시지를 전송한다. 그 다음, 코디네이터는 배터리에 대해 조치를 취한다(S306). 다음 단계에서, 센서는 단계 S308에서 코디네이터에 의해 검출되는 더 높은 위급 상태를 인도하는(lead) 코디네이터에 전송되는 파라미터 값들을 업데이트한다. 코디네이터는 단계 S309에서 센서에 긴급 비트들 11을 전송한다. 단계 S310에서의 결과로서, 센서는 배터리 레벨이 더 빈번한 웨이크업들을 허용하는지를 알아보기 위해 검사한다. 그러한 경우, 슬립 패턴은 단계 S311에서 긴급 비트들 11에 대응하도록 변경된다. 동시에, 위급 상태로의 센서 이행은 위급의 디바이스들의 수가 임계값을 넘어가게 한다. 코디네이터는 단계 S312에서 넌-크리티컬 메디컬 디바이스들에 긴급 비트들 00을 전송하는 조치를 취하여 단계 S313에서 그들의 웨이크업 패턴을 느리게 한다. 단계 S314에서, 코디네이터는 가장 느린 적절한 웨이크업 패턴을 표시하는 긴급 비트들을 넌-메디컬 디바이스들에 전송한다(이것들은 비트들 00으로서 도시되고 표 1의 스킴에 맞지 않지만, 통상의 기술을 갖는 독자는 다른 슬립 패턴을 표시하기 위해 더 많은 비트들 또는 다른 방법을 이용하는 법을 알 것이다).

도 17은 중앙 케어 유닛이 프로세싱 및 결정들의 제어에 있고, 코디네이터가, 배터리 액션을 제외하고는, 배터리 낮음 비트들을 반드시 중앙 모니터링 유닛으로 통과시킬 필요가 없이 코디네이터에 의해 처리되는 릴레이로서 작용하는 등가의 시나리오를 도시한다.

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 사이를 넘어간(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.

도 19a 및 도 19b는 배터리 레벨을 고려하지 않고 슬립 패턴을 선택하는 디바이스에서의 다른 방법을 도시하는 흐름도이다. 여기서, 도 18에 관해 말하면, 오직 하나의 카테고리의 디바이스가 고려된다. 코디네이터는 아래 도시된 표 2에 따라 설정되는 긴급 비트들을 갖는 프레임들을 전송한다.

긴급 비트들: u1u2	긴급 레벨	상위 임계값	슬립/웨이크업 패턴
00	정상 상태의 디바이스	Th1	정상 슬립/웨이크업 패턴; 가장 긴 슬립 시간, 매우 낮은 듀티 사이클
01	약간 비정상 상태의 디바이스	Th2	약간 비정상 슬립/웨이크업 패턴; 듀티 사이클의 약간 증가
10	비정상 상태의 디바이스	Th3	비정상 슬립/웨이크업 패턴; 듀티 사이클의 증가
11	위급의 디바이스		위급 슬립/웨이크업 패턴; 듀티 사이클의 극적인 증가 또는 연속적인 웨이크업

표 2: 동일한 타입의 디바이스들의 네트워크에서의 슬립 패턴들 및 긴급 비트들

정상 상태에서, 코디네이터는 (임계값 Th1까지 파라미터 값들을 갖는) 긴급 비트들 00을 전송한다. 약간 비정상이면, 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 위급 상태에 있고 긴급 비트들 11을 전송한다.

센서는 도 19a 및 도 19b의 시작에서 정상 슬립 패턴(00)을 갖는 정상 상태에서 시작한다고 가정하여, 파라미터 값들이 측정되고(S400), 코디네이터에 전송된다(S401). 코디네이터는 그 다음에 임계값들 Th1 내지 Th3에 대해 값들을 비교함으로써 상황의 긴급을 평가한다. 디바이스가 정상 상황에 있으면, 슬립 패턴에 어떠한 변경도 존재하지 않는다(S402). 임계값들 Th1 및 Th2 사이에 정의된 약간 비정상 상황에서, 코디네이터는 비트들 01로서 센서에 전송된(S403) 새로운 슬립 패턴의 표시를 갖는 상이한 적절한 슬립 패턴을 선택한다. 센서는 듀티 사이클의 증가를 겪는다(S404). 파라미터가 제2 및 제3 임계값 Th2 및 Th3 사이에 있으면, 디바이스는 비정상 상황에 있고, 긴급 비트들 10을 갖는 대응하는 메시지가 코디네이터로부터 전송된다(S405). 슬립 패턴은 비정상 상황을 반영하기 위해 다시 변경된다(S406). 마지막으로, 측정된 파라미터가 파라미터 Th3 위일 때, 디바이스는 위급에 있고 긴급 비트들 11을 갖는 메시지가 코디네이터에 의해 전송된다(S407). 센서는 그의 듀티 사이클을 다시 최고 레벨로 변경한다(S408). 위급의 디바이스의 수, 또는 위급의 더 높은 우선순위 디바이스의 수가 임계값을 넘어간 경우(S409), 메시지가 하나 이상의 넌-메디컬 디바이스들에 전송됨으로써(S412), 그것들이 그들의 슬립 패턴을 예를 들어 최저 레벨로 줄어들게 한다(S413). 동일한, 또는 잠재적으로 더 높은 임계값에서, 넌-크리티컬 메디컬 디바이스들이 그들의 듀티 사이클을 낮추도록 등가의 메시지가 설정된다(S410).

도 20a 및 도 20b는 중앙 모니터링 유닛이 도 19a 및 도 19b의 코디네이터에 의해 처리되는 프로세싱 및 제어 시그널링을 실행하는, 도 19a 및 도 19b에 대한 등가 도면이다. 여기서 코디네이터는 간단히 릴레이로서 작용한다.

도 21a 및 도 21b는 배터리 레벨이 이제 고려되는 도 19a 및 도 19b에 대한 대응하는 흐름도이다. 본 실시예에서, 배터리 비트들은 센서로부터 전송되고 긴급 비트들은 코디네이터로부터 전송된다. 코디네이터에 의해 전송된 긴급 비트들은 파라미터 측정만을 고려한 적절한 슬립 패턴을 표시하고, 센서에 의해 전송된 배터리 비트들은 동작시 실제 슬립 패턴을 도시하며, 이것은 최대 허용 슬립 패턴이다. 절차의 시작에서, 센서는 정상 슬립-웨이크업 패턴 및 완전 충전된 배터리를 가진다고 가정하고, 센서의 파라미터 값들에 관한 정보가 코디네이터에 전송된다(S500). 그 다음, 코디네이터는 파라미터가 Th1 아래, Th1과 Th2 사이, Th2와 Th3 사이, 또는 Th3 위에 있는지를 알아보기 위해 파라미터를 평가한다. 파라미터가 Th1 아래에 있는 경우, 슬립 웨이크업 패턴의 변경은 요구되지 않는다(S501).

수명 파라미터가 제1 및 제2 임계값(Th1 및 Th2) 사이에 있는 경우, 긴급 비트들이 01로 설정된 메시지가 센서에 전송된다(S502). 배터리 레벨이 검사된다(S503). 이 파라미터 측정에 의해 선택된 슬립 패턴이 도 18의 표에 따라 제어 수단에 의해 허용되는 경우(즉, 이 경우, 배터리 충전이 L2, L3 또는 L4에 있는 경우), 슬립 패턴은 약간 비정상으로 변경된다(S504). 배터리가 L1에 있으면, 슬립 패턴의 변경은 없을 수 있지만, 배터리 레벨 L1을 반영하기 위해 배터리 비트들이 00으로 설정된 메시지가 코디네이터에 전송된다(S505). 코디네이터는 낮은 배터리에 대해 조치를 취한다(S506). 그렇지 않으면, 슬립 패턴은 배터리에 의해 허용된 최대 레벨로 변경되고(S507), 배터리 비트들이 최대 허용 슬립-웨이크업 패턴을 위한 배터리 레벨인 xx로 설정된 메시지가 코디네이터에 전송된다(S508). 배터리 레벨이 약간 비정상 상황에서 디바이스에 대해 ok인 경우, 이것은 레벨들 L2, L3 및 L4를 커버할 것이다. 따라서, 유일한 다른 대안은 배터리 레벨이 L1인 것이다. 그러나, 구현의 용이함을 위해, 이 추가의 단계는 다른 파라미터 레벨들에 대해서와 같이 이 파라미터 레벨에 대해서 포함될 수 있다. 그렇지 않으면, 이것은 생략될 수 있다.

파라미터가 Th2와 Th3 사이에 있고 디바이스가 따라서 비정상 상황에 있으면, 긴급 비트들 10을 갖는 적절한 슬립 패턴을 표시하기 위해 메시지가 센서에 전송된다. 배터리 레벨을 다시 검사하여 그것이 허용가능한지를 알아본다. 요구된 슬립 패턴 변경에 대해 배터리 레벨이 ok인 경우(L3 또는 L4에 있는 경우), 디바이스는 비정상 슬립 패턴으로 변경한다. 다른 한편으로 배터리 레벨이 L1에 있는 경우, 슬립 패턴에 대한 어떠한 변경도 이용가능하지 않고, 배터리 비트들이 00으로 설정된 메시지가 코디네이터에 전송된다. 배터리에 대한 조치가 취해진다. 그렇지 않으면, (배터리 레벨이 L2에 있는 경우) 슬립 패턴은 배터리(01)에 의해 허용된 최대값으로 변경되고 최대 허용 슬립 패턴인 xx로 배터리 비트들이 설정된 메시지가 전송되고, 채널 액세스가 조절된다. 여기서, 레벨 L2를 반영하기 위해 xx는 01이다.

마지막으로, 파라미터가 임계값 Th3 위에 있는 경우, 긴급 비트들이 11로 설정된 메시지가 센서에 설정되고 배터리 레벨이 검사된다. 배터리 레벨이 레벨 L4에 있는 경우에만 ok이다. 이 경우, 디바이스는 그 자신의 슬립 패턴을 위급으로 변경한다. 다른 한편으로, 배터리 레벨이 L1에 있는 경우, 배터리 비트들이 00으로 설정된 메시지가 코디네이터에 전송된다. 임의의 다른 레벨(여기서는 레벨들 L2 및 L3)의 경우, 슬립 패턴은 허용된 최대 패턴으로 변경되고, 전송된 배터리 비트들은 앞서와 같이 최대 허용된 슬립 패턴(즉, 구현된 슬립 패턴)인 xx로 설정된다.

일단 코디네이터가 파라미터가 임계값들 사이에 있다고 평가했다면, 이 정보는 얼마나 많은 디바이스들이 위급 상태에 있는지를 검사하는 데 이용된다. 디바이스들의 수가 임계값을 초과했다면, 긴급 비트들이 200으로 설정된 메시지를 넌-크리티컬 메디컬 디바이스들 및 넌-메디컬 디바이스들로 전송하도록 조치가 취해진다. 그 다음 이 디바이스들은 정상 (최저) 듀티 사이클 슬립 패턴으로 변경한다.

도 22a 및 도 22b는 도 21a 및 도 21b에 대한 등가 도면이지만, 중앙 모니터링 및 메디컬 케어 유닛에 의해 실행되는 긴급 비트들의 설정 및 비교 기능을 도시한다. 코디네이터는 배터리에 대해 조치를 취하는 그의 역할을 제외하고, 오직 릴레이로서 기능한다. 따라서, 배터리 레벨들에 관해 센서로부터 전송된 모든 메시지들은 코디네이터에 의해 처리되고 반드시 중앙 유닛으로 전달되지는 않는다.

대안적으로, 배터리 비트들은, 전적으로 배터리 레벨의 표시자로서, 파라미터 측정과 별개로 이용될 수 있다. 그 다음 코디네이터는 그것이 센서에 전송한 배터리 비트들, 룩업 테이블 및 파라미터 값들 또는 적절한 슬립 패턴의 조합으로부터 구현된 실제 슬립 패턴을 계산할 수 있다. 이 대안은 배터리 레벨들에 관한 더 상세한 정보를 제공하지만, 코디네이터에서의 증가된 프로세싱 능력을 요구한다.

다음의 설명은 어떻게 상기 시그널링 프로토콜들이 IEEE 802.15.4에 기초하여 현재 개발하에 있는 IEEE 802.15.6과 같은 통신 표준 내에서 수용(accommodate)될 수 있는지를 나타낸다. 도 23은 다른 것들에 비해 긴급 메시지에 높은 우선순위가 할당되도록 메시지의 긴급함을 나타내기 위한 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 수정을 예시한다. 2개의 긴급 비트들(81, 82)이 도시되고, 코디네이터에 의한 적절한 슬립 패턴 변경을 센서에 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 24는 또한 배터리 레벨에 관련된 2개의 비트들(83, 84)을 포함한다. 비트들은 배터리 레벨 1(L1) 및 레벨 2(L2)로서 도시된다. 도 21a 및 도 21b와 관련하여 설명한 바와 같이, 배터리 레벨 고려사항들로 인해 적절한 슬립 패턴이 허용되지 않기 때문에, 센서에 전송된 긴급 비트들은 센서에 의해 구현된 실제 슬립 패턴에 반영되지 않을 수 있다. 그 다음, 코디네이터에 전송된 배터리 비트들은 배터리 레벨을 고려하여, 구현된 실제 슬립 패턴의 표시로서 파라미터 레벨/긴급 비트들과 함께 보여질 필요가 있을 수 있다.

위의 실시예들은, BAN에 대한 표준인, IEEE 802.15.6과 같은 제안된 특징들을 요구하는 개발하의 새로운 표준의 필수 부분으로서 또는 IEEE 802.15.4에 대한 인핸스먼트로서 포함될 수 있다.

이 슬립 패턴 인핸스먼트는 다수의 링크된 인핸스먼트들 중 하나일 수 있다. 도 25는 위급 비트 및 확인응답 타입을 나타내는 2개의 비트와 함께, 본원에서 언급된 긴급 비트들 및 배터리 비트들을 포함하기 위해 IEEE 802.15.4 프레임 제어 필드들에 대한 요구되는 수정들을 도시한다. 후진적 양립가능성(backward compatibility)에 대해, IEEE 802.15.4의 예비 비트들(7-9)이 이들 위급 및 확인응답 타입들을 위해 이용된다. 또한, 프레임 제어는 앞에서 설명한 바와 같이 이용되는 바와 같은 다양한 레벨들의 긴급 및 다른 2개의 배터리 비트들을 구별하기 위해 2 비트가 이용되는 1 옥텟에 의해 확장되었다. 옥텟의 나머지 2 비트는 예비된다. 대응하는 IEEE 802.15.4 수정된 프레임 타입이 도 26에 도시된다. 후진적 양립가능성에 대해, 예비 비트들(100-111)이 위급 상황들을 위해 생성된 새로운 타입의 프레임인 위급 프레임 및 ACK 프레임들의 상이한 타입을 나타내는 데 이용된다.

"그린 필드(green field)" 접근법으로부터 표준을 시작하면, 인핸스먼트들은 가능하게는 프레임 제어에 다음의 것을 포함할 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.

★ 위급 프레임

★ ACK 프레임

★ 즉시 ACK 프레임

★ 지연된 ACK 프레임

도 27은 IEEE 802.15.6과 같은 새로운 표준의 부분으로서 인핸스먼트들을 예시한다. 도면은 MAC 계층에서의 헤더 프레임의 제안된 부분을 예시한다. 통상의 기술을 갖는 독자는, 긴급 레벨들 및 배터리 레벨들은, 완전한 시스템에서 추가 실시예들을 형성하기 위해 다른 인핸스먼트들의 임의의 조합과 결합될 수 있는, 본 출원의 실시예들을 참고한다는 것을 알 것이다. 일 실시예에서, 긴급 비트들 및 옵션으로 배터리 레벨 비트들(적절한 슬립 패턴 표시 및 옵션으로 배터리 충전 정보)과 함께 이용된 위급 비트(또는 다른 위급 표시)가 위급 상태를 더 분명히 해 주거나 및/또는 보충할 수 있다. 도 28은 가능한 프레임 타입 비트들의 도 27에 대응하는 표를 도시한다.

도 29는 MAC 커맨드 옥텟들의 장소(location)를 나타내는 현재의 IEEE 802.15.4 표준에서의 MAC 프레임의 기본적인 포맷을 예시한다. 도 30은 IEEE 802.15.4 표준의 현재의 버전의 커맨드 프레임 식별자 리스트를 예시한다.

위에서 설명한 본 발명의 프레임 제어 실시예들은 BAN 디바이스의 상태들을 특정하기 위해 MAC 프레임 헤더의 MAC 프레임 제어에서의 적어도 4개의 비트들(u1 u2 b1 b2)을 이용한다. 이들 상태 정보 비트들은 모두 독립적으로 설정되고 일반적으로 위급 상황들에서(이것으로 한정되지 않음), BAN, BAN 트래픽, 및 BAN 디바이스 관리를 위해 다수의 방법들로 결합될 수 있다. 이것들은 도 29에 도시된 바와 같이 MAC 커맨드 프레임, 또는 임의의 다른 타입의 전송 프레임에서 전송될 수 있다.

대안적인 해결책에서, 도 30의 리스트에 부가된 새로운 커맨드 프레임 식별자를 갖는, 새로운 MAC 커맨드 프레임이 부가될 수 있다. 페이로드는 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 헤더 내의 싱글 옥텟, 또는 바람직하게는 아래 도시된 바와 같이 디바이스 상태들의 열거된 리스트를 도입하는 것이다. 이 옥텟은 예를 들어 총 256개의 가능한 디바이스 상태들을 제공할 수 있으며, 이것들로 한정되지 않는다.

상태 ID - 디바이스 상태 설명

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

0x01 - 정상(즉, 위급 없음, 배터리 정상)

0x02 - 위급 없음, 배터리 중간

0x03 - 위급 없음, 배터리 낮음

0x04 - 위급, 배터리 정상

0x05 - 위급, 배터리 중간

0x06 - 위급, 배터리 낮음

수신 디바이스가 이 필드를 판독하고 해석할지 여부를 알기 위해서, 단일 "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.

신뢰성은 IEEE 802.15.6 및 다른 표준들의 주요 요건들 중 하나이다. 메디컬 위급 상황들 하에서 때때로 환자 구명 또는 다른 결정적인 정보가 센서들에 의해 취득되는 빈도(frequency)를 증가시키는 것은 중요하다. 예를 들어, 정상 상태들 하에서 센서가 10시간 기초로 데이터를 측정하는 경우, 위급시에 반시간마다 환자 상태들에 대한 업데이트를 행하는 것이 필요할 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 메디컬 BAN의 코디네이터가 위급시의 디바이스들의 수를 고려하여 위급 상태들 하의 슬립 패턴들을 맞출 수 있게 하는 독창적인 코디네이터 기반 중앙집권화된 슬립/웨이크업 패턴 스케줄링을 개시한다.

발명 실시예들은 중앙 모니터링 능력이 이용가능하고 슬립 패턴이 환자 상황을 분석하는 중앙 케어 스테이션으로부터의 간호사에 의해 또는 중앙 모니터링 스테이션에서 수행된 진단 또는 분석에 기초하여 자동으로 변경될 수 있는 경우들을 고려한다. 특히 유리한 특징은, 복수의 입력 파라미터들을 고려하여 상황을 분석하는 메디컬 스탭을 이용하여 슬립 패턴을 변경하기 위한 중앙집권화된 커맨드 능력을 생성하는 것이다. 이것은 또한 일부 인텔리전트(intelligent) 패턴 인식 알고리즘들에 의해 게이트웨이에서 또는 다른 곳에서 행해질 수 있다.

발명 실시예들은 다음의 유리한 양태들을 가질 수 있다.

발명 실시예들은 위급 상황에 응답하여 메디컬 몸체 영역 네트워크 또는 무선 센서 네트워크에서 중앙집권화된 웨이크업 및 슬립 패턴 스케줄링을 위한 방법들을 소개한다.

발명 실시예들은 배터리 상태를 고려해서 위급 상황에 응답하여 메디컬 몸체 영역 네트워크 또는 무선 센서 네트워크에서 중앙집권화된 슬립 패턴 스케줄링을 위한 방법들을 소개한다.

발명 실시예들은 중앙 메디컬 케어 유닛과 협조해서 위급 상황에 응답하여 메디컬 몸체 영역 네트워크 또는 무선 센서 네트워크에서 중앙집권화된 슬립 패턴 스케줄링을 위한 방법들을 제공한다.

또한, 발명 실시예들은 배터리 상태를 고려하여 중앙 메디컬 케어 유닛과 협조해서 위급 상황에 응답하여 메디컬 몸체 영역 네트워크 또는 무선 센서 네트워크에서 중앙집권화된 슬립 패턴 스케줄링을 위한 방법들을 제공한다.

발명 실시예들은 복수의 환자들 또는 환자의 복수의 센서들이 위급하게 될 때 넌-메디컬 디바이스들 및 넌-위급 메디컬 디바이스들을 슬로우 다운(slow down)하는 개념을 도입한다.

웨이크업 패턴에서 슬로우 다운의 양을 양자화하기 위해 독창적인 시그널링 비트들(즉, 위급 비트들)이 제공된다.

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

1. 전세계 수억명의 사람들은 당뇨병에 시달린다. 포도당 측정을 위한 주입가능 또는 비-외과적 방법들이 최근에 고려되었다. WSN은 환자의 포도당 레벨 정보를 24 시간 기초로 제공하는 데 도움을 줄 것이다. 환자 포도당이 챠트에서 벗어나고 위급 지오로케이션(emergency geolocation) 및 환자들을 위한 다른 필요한 긴급 의료 시술들이 요구되는 상황들이 존재한다. 전세계 심장병 및 심장 문제들을 갖는 수억명의 환자들을 갖는 상황은 그들의 몸체들에 무선 센서들 및 MBAN을 이용함으로써 병원 또는 집에서 모니터링될 수 있다. MBAN은 이러한 환자들에게 추가의 이동성을 제공한다. 비정상적인 심장 기능 또는 심장마비(heart attack)와 같은 더 심각한 경우들과 같은 상황들하의 환자들의 이러한 그룹에 대해, 생명을 위협하는 메디컬 위급 상황들 동안 어떠한 필수적인 메디컬 데이터도 미스(miss)되거나 지연되지 않도록 확실히 하는 것은 필수적이다. 발명 실시예들은 위급하게 되는 환자에게 부착된 메디컬 센서들 또는 디바이스들의 슬립 패턴의 더 정확하고 중앙집권화된 제어 및 스케줄링을 위한 가능성을 생성한다.

2. 발명 실시예들은 진단된 위급에 응답하여 디바이스들의 슬립 패턴을 제어하기 위한 가능성을 중앙 메디컬 케어 유닛에 제공한다.

3. 이러한 위급 슬립 패턴 스케줄링의 일부 실시예들의 발명의 개념은, 위급시의 환자들 및 디바이스들의 수가 크리티컬 임계값 위에 있을 때 다른 넌-메디컬 디바이스들(또는 넌-크리티컬 애플리케이션들인 메디컬 디바이스들)을 슬로우 다운하기 위한 가능성을 갖는다. 그렇게 함으로써, 코디네이터 및 중앙 메디컬 케어 유닛이 위급 환자 및 디바이스들을 더 신뢰성 있게 위급 환자 우선으로 다루기 위한 가능성을 생성한다.

4. 그렇게 함으로써, 발명 실시예들은 위급 동안 신뢰성 있고 안정적인 위급 수술을 보호하기 위해 배터리 레벨을 고려할 수 있다.

5. 발명 실시예들은 메디컬 스탭이 주위에 없을 때 위급 상태들로 될 수 있는 수천명의 환자들의 생명을 구할 수 있다.

6. 발명 실시예들은 메디컬 시스템에서 위급 응답의 효율성을 향상시킨다.

7. 발명 실시예들은 메디컬 MBAN 시스템에서 위급 의식(emergency awareness)을 향상시킨다.

8. 발명 실시예들은 위급 응답 프로세스를 자동화함으로써 노동 비용을 줄인다.

9. 발명 실시예들은 환자의 몸체로부터 취득한 위급 데이터의 정확도를 향상시킨다.

10. 센서 및 코디네이터를 조화롭게 함으로써, 발명 실시예들은 위급의 심각성(severity) 및 현재 배터리 레벨을 고려하여 최상의 슬립 패턴을 실현하는 것이 가능해진다.

본 발명은 독창적인 센서, 코디네이터, 중앙 모니터링 유닛, 또는 그것을 위한 하드웨어 모듈들의 형태를 취할 수 있고, 중앙 모니터링 유닛 및/또는 코디네이터 및/또는 센서(들)의 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 몸체 영역 네트워크들이 아니더라도 그럼에도 불구하고 위급 상황들에서 통신의 향상된 신뢰성을 위한 요건을 갖는, 다른 타입들의 BAN 및 다른 단거리 WSN들에도 적용될 수 있다.

Claims (15)

1. 센서 및 코디네이터(coordinator)를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크로서,
   상기 센서는 파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단; 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단; 및 상기 센서의 슬립 패턴(sleep pattern)을 제어하도록 동작가능한 센서 제어 수단을 포함하고,
   상기 코디네이터는 상기 네트워크의 다른 디바이스들과의 무선 통신을 위한 전송 수단 및 수신 수단을 포함하고,
   복수의 미리 정의된 슬립 패턴이 제공되고, 슬립 패턴의 선택은 다수의 파라미터 값 임계값들에 따라 결정되고, 각각의 임계값은 더 낮은 웨이크업(lower wake-up) 슬립 패턴과 더 높은 웨이크업(higher wake-up) 슬립 패턴 사이의 경계를 정의하고,
   상기 센서의 전송 수단은 상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하도록 동작가능하고, 상기 코디네이터의 전송 수단은 전송된 값 정보를 상기 파라미터에 대한 임계값과 비교함으로써 중앙집권적으로(centrally) 결정되는 센서 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능한 무선 센서 네트워크.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 상기 네트워크의 복수의 듀티 사이클링(duty-cycling) 디바이스들 중 하나이고, 상기 코디네이터는 상기 듀티 사이클링 디바이스들 각각에 대한 슬립 패턴들을 전송하도록 동작가능하고, 상기 듀티 사이클링 디바이스들 중 적어도 하나에 전송된 상기 슬립 패턴은 부가적으로 그 디바이스와 관련되지 않은 적어도 하나의 외부 인자를 고려하는 무선 센서 네트워크.
3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 인자는 상기 값 정보에 기초하는 무선 센서 네트워크.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 듀티 사이클링 디바이스들 중 적어도 하나에 전송된 상기 슬립 패턴은 미리 정의된 위급(emergency) 상태에 있는 상기 네트워크의 상기 다른 디바이스의 수를 외부 인자로서 고려하는 무선 센서 네트워크.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 각각의 듀티 사이클링 디바이스는, 만약 상기 코디네이터가 그의 슬립 패턴을 결정하기 위해 임의의 외부 인자들을 고려해야 한다면, 어느 정도까지 고려해야 하는지를 결정하는 우선순위를 가지는 무선 센서 네트워크.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코디네이터는 상기 슬립 패턴을 결정하도록 동작가능한 결정 수단을 더 포함하거나, 또는 상기 코디네이터의 수신 수단은 상기 코디네이터와 유선 또는 무선 통신하는 중앙 모니터링 유닛으로부터 상기 슬립 패턴을 수신하도록 동작가능한 무선 센서 네트워크.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코디네이터의 전송 수단은 전송 프레임의 적어도 하나의 제어 필드에서, 상기 프레임 제어 필드에서와 같은 MAC 헤더에 미리 결정된 값으로 설정된 값을 이용하여, 상기 표시를 전송하도록 동작가능한 무선 센서 네트워크.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 배터리를 더 포함하고, 상기 센서 제어 수단은 상기 표시와 현재의 배터리 충전을 둘다 고려하여 상기 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능한 무선 센서 네트워크.
9. 제8항에 있어서, 상기 센서 제어 수단은 허용가능한 배터리 충전의 적어도 하나의 미리 정의된 한계(limit)에 따라 슬립 패턴들을 허용 또는 거절하고, 임의의 거절된 슬립 패턴을 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴으로 오버라이드(override)하는 무선 센서 네트워크.
10. 제9항에 있어서, 상기 센서의 전송 수단은, MAC 헤더에 미리 결정된 값으로 설정된 값의 형태로 전송 프레임의 제어 필드에서, 상기 현재의 배터리 충전에 관한 배터리 충전 정보를 전송하도록 동작가능한 무선 센서 네트워크.
11. 제10항에 있어서, 상기 코디네이터의 수신 수단은 상기 배터리 충전 정보를 수신하도록 동작가능하고, 상기 코디네이터는 상기 배터리에 대하여 조치를 취함으로써 미리 정의된 값의 충전 정보에 응답하도록 동작가능한 응답 수단을 포함하는 무선 센서 네트워크.
12. 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터로서,
    검출된 파라미터의 값들에 관한 값 정보를 상기 센서로부터 수신하도록 동작가능한 수신 수단;
    수신된 값 정보를 파라미터들에 대한 임계값들과 비교함으로써 상기 센서에 대한 슬립 패턴을 결정하도록 동작가능한 결정 수단; 및
    상기 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능한 전송 수단
    을 포함하고,
    복수의 미리 정의된 슬립 패턴이 제공되고, 슬립 패턴의 선택은 다수의 파라미터 값 임계값들에 따라 결정되고, 각각의 임계값은 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴과 더 높은 웨이크업 슬립 패턴 사이의 경계를 정의하는 코디네이터.
13. 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크에서의 센서로서,
    파라미터의 값들을 검출하도록 동작가능한 감지 수단;
    상기 센서의 슬립 패턴을 제어하도록 동작가능한 센서 제어 수단;
    상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 전송하도록 동작가능한 전송 수단; 및
    상기 값 정보를 상기 파라미터들에 대한 임계값들과 비교함으로써 중앙집권적으로 결정된 센서 슬립 패턴의 표시를 수신하도록 동작가능한 수신 수단
    을 포함하고,
    복수의 미리 정의된 슬립 패턴이 제공되고, 슬립 패턴의 선택은 파라미터 값 임계값들에 따라 결정되고, 각각의 임계값은 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴과 더 높은 웨이크업 슬립 패턴 사이의 경계를 정의하고,
    상기 센서 제어 수단은 상기 센서 슬립 패턴을 고려하여 상기 센서의 상기 슬립 패턴을 제어하는 센서.
14. 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크와 유선 또는 무선 통신하는 중앙 모니터링 유닛으로서,
    상기 센서가 파라미터 값들을 검출한 후에, 상기 센서에 의해 전송된 파라미터 값들에 관한 값 정보를 상기 파라미터에 대한 임계값들과 비교함으로써 상기 센서에 대한 슬립 패턴을 결정하도록 동작가능한 결정 수단; 및
    상기 네트워크의 디바이스에 상기 슬립 패턴의 표시를 전송하도록 동작가능한 통신 수단을 포함하고,
    복수의 미리 정의된 슬립 패턴이 제공되고, 슬립 패턴의 선택은 파라미터 값 임계값들에 따라 결정되고, 각각의 임계값은 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴과 더 높은 웨이크업 슬립 패턴 사이의 경계를 정의하는 중앙 모니터링 유닛.
15. 센서 및 코디네이터를 포함하는 디바이스들의 무선 센서 네트워크에서의 방법으로서,
    상기 센서에서의 파라미터의 값들을 검출하는 단계;
    상기 파라미터 값들에 관한 값 정보를 상기 센서로부터 상기 코디네이터로 전송하는 단계;
    상기 전송된 값 정보를 상기 파라미터에 대한 임계값들과 비교함으로써 중앙집권적으로 결정된 센서 슬립 패턴의 표시를 상기 코디네이터로부터 상기 센서로 전송하는 단계; 및
    상기 표시를 고려하여 상기 센서의 슬립 패턴을 제어하는 단계
    를 포함하고,
    복수의 미리 정의된 슬립 패턴이 제공되고, 슬립 패턴의 선택은 파라미터 값 임계값들에 따라 결정되고, 각각의 임계값은 더 낮은 웨이크업 슬립 패턴과 더 높은 웨이크업 슬립 패턴 사이의 경계를 정의하는 방법.

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