KR101373916B1 - 무선 센서 네트워크에 대한 개선 - Google Patents

Abstract

무선 센서 네트워크에서 리소스를 할당하는 방법으로서, 네트워크는 센서를 갖는 다수의 네트워크 장치를 사용하는 환자의 의료 모니터링을 비롯한 기능을 가지며, 이 방법은 네트워크 내의 네트워크 장치에 의해, 환자의 생명 파라미터를 감지하는 단계, 상기 파라미터와 관련하여 응급 상황의 존재를 인식하는 단계, 네트워크 장치가 스트리밍에 대한 요청을 네트워크의 조정기로 전송하는 단계, 조정기가 상기 요청을, 네트워크 내의 다른 장치로부터의 임의의 다른 요청과 함께, 수신하는 단계(S12), 및 조정기가 응급 상황에 있는 네트워크 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당, 응급 상황에 있지 않는 생명 파라미터를 감지하는 네트워크 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및 환자의 생명 파라미터를 감지하고 있지 않고 응급 상황에 있지 않는 네트워크 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당 중 하나를 스케줄링함으로써 각각의 요청을 허가하는 단계(S14, S16)를 포함한다. 응급 상황은 환자의 하나 이상의 의료 파라미터와 관련하여 정의될 수 있다. 이 방법은, 예를 들어, IEEE 802.15.6에 따라 동작하는 MBAN을 사용하여 병원에 있는 환자를 모니터링하는 것에 적용될 수 있다.

Description

무선 센서 네트워크에 대한 개선{IMPROVEMENTS TO WIRELESS SENSOR NETWORKS}

본 발명은 무선 센서 네트워크(wireless sensor network)에 관한 것이며, 상세하게는, 사람의 신체 또는 동물 몸체 상에 또는 그 주변에 배치되거나 그 안에 이식되는 무선 통신 센서를 포함하는 BAN(body area network, 인체 통신망)에 관한 것이지만, 꼭 그것으로 한정되지 않는다.

다양한 종류의 무선 센서 네트워크가 최근에 제안되었다. 상세하게는, 소위 BAN(Body Area Network)은 비교적 단거리에 걸쳐 정보를 전달하는 데 사용되는 WPAN(wireless personal area network)의 일례이다.

WLAN(wireless local area network)과 달리, WPAN을 통해 실시되는 연결은 인프라를 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는다. 이 특징은 광범위한 장치에 대한 작고, 전력-효율적이며, 저렴한 해결책이 구현될 수 있게 해준다. 특히 관심을 끄는 것은 환자의 상태를 모니터링하는 데 센서가 사용되는 MBAN(medical BAN)의 가능성이다. 감지된 데이터를 데이터 싱크(data sink)에 피드하는 데 주로 센서를 이용하는 BAN은 WSN(wireless sensor network)의 일례이지만, 작동기(actuator)와 같은 보다 능동적인 장치도 역시 MBAN에 포함될 수 있다.

표준 IEEE 802.15.4는 저속 데이터 전송률(low data-rate) WPAN에 대한 물리 계층(PHY) 및 MAC(medium access control) 서브계층 규격을 정의한다. IEEE 802.15.4는 고속 데이터 전송률(high data-rate) WPAN에 대한 표준인 IEEE 802.15.3과 어떤 유사성을 가진다. 문서 IEEE 표준 802.15.4-2006 및 IEEE 표준 802.15.3-2003은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

IEEE 802.15.4에서 생각되는 유형의 WPAN은 산업 모니터링과 같은 응용 분야에 적당하지만, MBAN에 요구되는 종류의 데이터 신뢰성을 제공하지 않고 데이터를 신뢰성있게 스트리밍하는 어떤 메커니즘도 제공하지 않는다.

의료 응용 분야에서, 신뢰성 및 프로세스 자동화를 향상시키고 사람의 오류를 감소시키면서 사람의 노동과 연관된 비용을 절감할 필요가 있다. 센서는 요구되는 지능을 제공할 수 있고, 의료 장비에서 이미 널리 이용되고 있다. 이것은 병원 회복 치료, 가정 치료, 집중 치료실 및 고도 수술(advanced surgical procedure)을 포함한다. 맥박, 체온 등을 위한 외부 센서, 체액과 접촉하는 센서, (절개 동안) 도뇨관에 사용되는 센서, 외부 응용 분야용 센서, 무선 센서를 갖는 일회용 피부 패치(skin patch), 및 이식가능한 센서를 비롯한 의료 응용 분야에 이용되는 많은 다른 유형의 센서가 있다.

병원 또는 내과 병동에 있는 환자 주변에 있는 센서의 WPAN은 환자 이동성, 모니터링 유연성, 현재 모니터링되지 않는 치료 영역으로의 모니터링의 확장, 임상적 오류의 감소 및 전체 모니터링 비용의 감소를 비롯한 다수의 임상적 이득을 제공할 수 있다. 신체-장착 센서(body worn sensor)는 한명의 환자 신체 상의 다양한 센서 유형을 포함할 수 있다. 이들은 환자의 신체에 부착되거나 그로부터 신속하게 제거될 수 있을 것을 필요로 한다.

이러한 센서는 개별적으로 환자당 1-2 kbps 정도로 낮은 비트 전송률을 가질 수 있고, 전체적으로 10 kbps 비트 전송률을 필요로 할 수 있다. 몇 미터 정도로 작은 범위가 적절할 수 있다. 그렇지만, 의료 WSN 응용 분야는 임상 환경에서 절대적으로 중요한(mission critical) 응용 분야이다. 제한된 데이터 손실 및 제한된 대기시간을 위한 안정된 무선 링크, 환자 및 센서 밀도에 대한 용량, 다른 무선기와의 공존, 수일의 연속적인 수술에 대한 배터리 수명, 및 신체-장착 장치에 대한 작은 폼 팩터는 의료 WSN 또는 MBAN에 대한 요구사항 중에 있다. 이들 요구사항은, FEC(Forward Error Correction) 및 ARQ(Adaptive Repeat reQuest), 센서 정보 전송률을 위한 낮은 듀티비(low duty cycle) TDMA 및 보다 효율적인 소형 안테나를 비롯하여, 시간 및 주파수 영역에서 다이버시티 및 오류 제어 기법 등의 기법을 이용함으로써 만족될 수 있다.

따라서, 특히 의료 응용 분야용 BAN(Body Area Network)의 특성을 정의하는 것을 목표로 하는 추가의 표준 IEEE 802.15.6을 정의하기 위한 노력이 진행 중이다. IEEE 802.15.6의 중요 요구사항 중 하나는 의료 응용 분야에 대한 높은 신뢰성이며, 그의 한 측면은, 신뢰성있는 수신을 보장하도록 특정 QoS 보장을 갖는, 센서 데이터와 같은 데이터의 스트리밍에 관한 것이다. 이것은 환자의 생명이 의료 WSN 응용에서의 무선 링크의 신뢰성에 의존하는 응급 상황에서 훨씬 더 중요하다. IEEE 802.15.4와 같은 기존의 표준은 상업적 응용 분야를 위해 설계되었으며, 이러한 응급 생명 구조 시나리오를 전혀 고려하고 있지 않다.

그에 따라, 특히 의료 응용 분야에 대해, BAN에 대한 스트리밍 메커니즘을 제공하고 BAN에서의 스트리밍된 데이터의 QoS(quality-of-service)를 보장할 필요가 있다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 다른 네트워크 장치와 함께 사용하기 위한 조정기(coordinator)가 제공되며, 이 조정기는

네트워크 장치들 중 적어도 하나의 네트워크 장치에 의해 발신되는 스트리밍에 대한 요청을 수신하도록 구성된 송수신기 수단,

네트워크에서의 상황에 의해 결정되는 정도까지 네트워크 리소스를 할당함으로써 요청을 허가하도록 구성된 스케줄링 수단 - 상황은 요청을 발신한 네트워크 장치가 응급 상황에 있는지를 포함함 - 을 포함한다.

이러한 방식으로, 가용 리소스를 경쟁적으로 요구하는 어쩌면 많은 네트워크 장치의 네트워크에서, 조정기는, 스트리밍 요청을 허가함에 있어서, 응급 상황에 있는 네트워크 장치에 우선순위를 부여할 수 있다.

여기서, "응급 상황"은 보통 무선 센서 네트워크에 의해 모니터링되는 엔티티의 어떤 파라미터를 말할 것이다. 예를 들어, 무선 센서 네트워크가 (부분적으로 또는 배타적으로) 의료 모니터링을 위해 사용되는 경우, "응급"은 모니터링되고 있는 환자의 생명 파라미터(의료 파라미터)의 어떤 중요한 상황을 의미할 수 있다.

응급 상황의 존재는 발신측 장치 자체에서 또는 네트워크 내의 다른 곳에서(예를 들어, 조정기에서 또는 어쩌면 사람의 의사 결정을 포함한 어떤 상위 레벨에서) 결정될 수 있다. 적어도 전자의 경우에, 바람직하게는, 스케줄링 수단은 요청에서 수신된 응급 상황의 선언에 응답한다. 즉, 예를 들어, 요청은 응급 상태의 존재를 신호하는 하나 이상의 비트를 포함할 수 있다. 이러한 비트(들)는 또한, 감지되고 있는 파라미터가 더 이상 임계 레벨에 있지 않을 때, 응급 상황의 해제를 신호하는 데 사용될 수 있다. 다른 대안으로서, 조정기는 다른 방식으로 응급을 인지할 수 있고, 예를 들어, 조정기 자체는 요청을 하는 네트워크 장치와 관련하여 응급의 존재를 결정할 수 있다.

본 발명의 한가지 중요한 잠재적인 응용 분야는 의료 모니터링에 대한 것이다. 따라서, 응급 상황은 요청을 발신한 네트워크 장치의 센서에 의해 감지되고 있는 환자의 생명 파라미터와 관련한 의료 응급을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이 경우에, 조정기에 의해 고려되는 다른 상황은 요청을 하는 네트워크 장치가 의료 장치인지 여부를 포함한다. 그렇지만, 응급 상황은 또한, 화재 경보 또는 보안 장비의 경우에서와 같이, 다른 종류의 파라미터를 포함할 수 있다.

조정기에서, 바람직하게는, 스케줄링 수단은 다음과 같은 유형들 중 임의의 유형을 스케줄링함으로써 요청을 허가하도록 구성되어 있다:

응급 상황에 있는 의료 장치 또는 비의료 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당,

응급 상황에 있지 않는 의료 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및

응급 상황에 있지 않는 비의료 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당.

여기서, 스트리밍 할당의 "우선순위"는 네트워크 장치로/로부터의 전송에 대한 지연 시간, 네트워크 장치로의/로부터의 데이터 파이프의 크기, 및 다른 네트워크 장치로부터의 요청에 대한 우선권 중 적어도 하나를 결정하는 것을 포함할 수 있다.

조정기는 IEEE 802.15.6과 같은 프레임-기반 시스템에서 사용될 수 있고, 따라서 프레임 단위로 네트워크 장치와 무선 통신을 하도록 구성되어 있을 수 있다. 이러한 시스템에서, 통상적으로 대역폭에 대한 요청을 비롯한 모든 통신은 프레임 단위로 행해지며, 각각의 프레임은 프레임 헤더를 가지고, 프레임은 더 큰 수퍼프레임(superframe)의 시간-분할(time-division)이다. 이러한 수퍼프레임의 경합이 없는 기간(contention-free period) 내에 스트림이 할당된다. 송수신기 수단에서 요청을 포함하는 프레임을 수신할 때, 스케줄링 수단은 프레임 헤더에 포함된 스트리밍 요청에 응답한다.

보다 상세하게는, 요청은 스트림 인덱스를 비할당된 스트림에 대해 예약된 값으로 설정함으로써 표시될 수 있다. 요청을 허가하기 위해, 스케줄링 수단은 요청되는 스트리밍 할당의 유형을 나타내도록 스트림 인덱스의 값을 설정할 수 있고, 송수신기 수단은 스트림 인덱스를 프레임 헤더에 포함하고 있는 프레임을 전송할 수 있다.

새로운 스트리밍 할당을 허가하기에 불충분한 가용 리소스가 네트워크에 있는 경우, 바람직하게는 스케줄링 수단은 또한 응급 상황에 있는 네트워크 장치로부터 발신된 요청을 허가하기 위해 필요한 경우 네트워크에서 기존의 스트림에 할당된 네트워크 리소스를 제감하도록 구성되어 있다. 이와 같이 네트워크 리소스를 제감하는 것은 기존의 스트림에 대한 할당을 감소시키는 것 및 기존의 스트림을 종료시키는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이는 또한, 예를 들어, MBAN이 서비스가 축소되어도 안전할 수 있는 다양한 비의료 장치를 포함하는 경우, 복수의 기존의 스트림을 동시에 감소시키거나 종료시키는 것을 포함할 수 있다.

한편, 기존의 응급 상황이 얼마 후에 해제될 수 있다. 이 경우에, 스케줄링 수단은 또한 이전에 응급 상태에 있었던 네트워크 장치에 의해 요청된 스트림에 할당되었던 리소스를 다른 네트워크 장치에 재할당하도록 구성되어 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 네트워크 장치가 제공되며, 이 네트워크 장치는

네트워크에 의해 모니터링되는 엔티티의 파라미터를 감지하는 센서,

파라미터와 관련하여 응급 상황을 인식하는 응급 인식 수단, 및

인식 수단이 응급 상황을 인식한 것에 응답하여, 스트리밍에 대한 요청을 네트워크 내의 조정기로 전송하는 요청 수단을 포함한다.

한가지 가능한 경우는 응급 인식 수단 자체가 센서에 의해 감지된 데이터로부터 응급 상황의 존재를 탐지하는 것이며, 적어도 이 경우에, 스트리밍에 대한 요청은 바람직하게는 응급 상황의 표시를 포함한다. 다른 대안으로서, 응급 인식 수단은 조정기에 의해 응급 상황을 통지받는다. 조정기가 이미 주어진 네트워크 장치에 영향을 주는 응급 상황을 알고 있는 경우, 응급이 요청에 명시적으로 표시될 필요가 없을 수 있다.

바람직하게는, IEEE 802.15.4의 정책에 따라 구성된 프레임-기반 네트워크를 가정하면, 요청 수단은 비할당된 스트림을 나타내는 미리 결정된 값으로 설정된 스트림 인덱스를 포함하는 프레임 헤더를 갖는 프레임을 전송함으로써 및/또는 명령 프레임 식별자가 채널 시간 요청을 나타내는 MAC 명령 프레임을 전송함으로써 요청을 전송하도록 구성되어 있다.

네트워크 장치는, 예를 들어, 스타 토폴로지(star topology)를 갖는 네트워크에서, 조정기에 직접 요청을 전송할 수 있고, 다른 대안으로서, 피어-투-피어 구성에서 행해지는 것과 같이 요청이 하나 이상의 중간 네트워크 장치를 통해 라우팅될 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 이상에서 정의된 바와 같은 적어도 하나의 조정기 및 각각이 이상에서 정의된 바와 같은 복수의 네트워크 장치를 포함하는 무선 센서 네트워크가 제공된다. 이미 언급한 바와 같이, 이러한 네트워크는 병원과 같은 의료 환경에서 한명 이상의 환자의 의료 모니터링에 적용될 수 있다.

상기한 경우들 전부에서, 모니터링되고 있는 엔티티는 (사람 또는 동물) 생체일 수 있지만, 공장 또는 시설과 같은 산업 엔티티일 수도 있다. 무선 장치와 관련한 응급 상황은 장치를 사용하여 그에 대한 데이터가 감지되고 기록되는 파라미터(예를 들어, MBAN의 경우에 의료 파라미터, 또는 다른 대안으로서, 안전 또는 보안 응용의 경우에 화재 또는 침입 탐지에 관한 파라미터)가 도달하는 어떤 임계 레벨 또는 범위를 말한다.

또한, 이상에서, "스트리밍에 대한 요청"은, 예를 들어, 비트 전송률을 증가시킴으로써 기존의 스트림을 수정하라는 요청을 포함한다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 리소스를 할당하는 방법이 제공되고, 네트워크는 센서를 갖는 다수의 네트워크 장치를 사용하는 환자의 의료 모니터링을 비롯한 기능을 가지며, 이 방법은

네트워크 내의 네트워크 장치에 의해, 환자의 생명 파라미터를 감지하는 단계,

상기 파라미터와 관련하여 응급의 존재를 인식하는 단계,

네트워크 장치가 스트리밍에 대한 요청을 조정기로 송신하는 단계,

조정기가 상기 요청을, 네트워크 내의 다른 장치로부터의 임의의 다른 요청과 함께, 수신하는 단계, 및

조정기가 응급 상황에 있는 네트워크 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당,

응급 상황에 있지 않는 생명 파라미터를 감지하는 네트워크 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및

환자의 임의의 생명 파라미터를 감지하고 있지 않고 응급 상황에 있지 않는 네트워크 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당 중 하나를 스케줄링함으로써 각각의 요청을 허가하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 측면은, 무선 센서 네트워크 내의 조정기 또는 네트워크 장치의 프로세서에 의해 실행될 때, 각각 앞서 정의한 제1 또는 제2 측면에 따른 조정기 또는 네트워크 장치를 제공하는 소프트웨어를 제공한다. 이러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해, 그리고 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 보다 명확히 보여주기 위해, 이제부터 첨부 도면을 단지 일례로서 참조할 것이다.
도 1은 IEEE 802.15.4 WPAN에서의 프로토콜 계층을 나타낸 도면.
도 2는 IEEE 802.15.4 WPAN의 가능한 PHY 대역을 나타낸 도면.
도 3은 WPAN의 스타 및 피어-투-피어 토폴로지를 나타낸 도면.
도 4는 비컨-지원(beacon-enabled) IEEE 802.15.4 WPAN에서의 수퍼프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 WPAN에서 네트워크 장치와 조정기 사이의 가능한 데이터 전송 모드를 나타낸 도면.
도 9a는 IEEE 802.15.4 WPAN에서의 데이터 프레임에 대해 사용되는 프레임 형식을 나타낸 도면.
도 9b는 IEEE 802.15.4 WPAN에서의 MAC 명령 프레임에 대해 사용되는 프레임 형식의 일부를 나타낸 도면.
도 10은 스트리밍의 QoS를 응용의 유형 및 응급 또는 비응급 상황에 매핑하는 표를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에서, 데이터의 스트리밍을 분류하는 절차에서의 단계들의 플로우차트.
도 12 내지 도 19는 BAN 내의 네트워크 장치들 간에 스트림을 할당하는 시나리오를 개략적으로 나타낸 도면.
도 20은 각각 응급 또는 비응급 상황에서 스트림을 스케줄링하는 본 발명의 일 실시예에 따른 절차의 플로우차트.
도 21은 본 발명의 실시예에서 IEEE 802.15.6에 대해 제안된 수정된 프레임 형식을 나타낸 도면.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따라 수정된 MAC 명령 프레임에서 명령 프레임 식별자의 값의 표를 나타낸 도면.

본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 현재 개발 중에 있는 IEEE 802.15.6 표준에 대해 및/또는 MBAN을 포함하는 BAN(Body Area Network)에 대해 관련성이 있을 것으로 예상되는 IEEE 802.15.4의 일부에 대한 어떤 배경 설명이 제공될 것이다.

도 1은 물리 매체가 무선 송수신기 및 그의 하위-레벨 제어를 포함하는 PHY 계층을 통해 액세스되는 계층화된 OSI 모델과 관련한, 100으로 표시된 IEEE 802.15.4 WPAN의 일반 아키텍처를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, PHY에 대한 2개의 대안적인 주파수 대역(101, 102)이 있으며, 이에 대해서는 도 2에서 설명한다. 하부 주파수 대역(101)은 868.3 MHz에 중심을 둔 하나의 20 kb/s 채널 및/또는 각각이 915 MHz에 중심을 둔 40 kb/s의 10개의 채널을 제공한다. 상부 주파수 대역(102)은 각각이 2.44 GHz의 주파수에 중심을 둔 250 kb/s의 16개 채널을 제공한다. 이들 대역 중 어느 것이 사용되는지는 지역 규제 요구사항(local regulatory requirement)에 의존할 것이다.

PHY에 대한 액세스는 도 1에서 105로 나타낸 MAC(Medium Access Control) 서브계층에 의해 제공된다. 이것 위쪽에 그리고 그 자체로서 WPAN(100) 외부에, 다른 네트워크로부터의 WPAN에 대한 액세스를 가능하게 해주는 LLC(Link Layer Control)이 제공되고, 이것은 IEEE 802.2 표준에 따르거나 다른 유형일 수 있다. 마지막으로, LLC 위쪽에 있는 상부 계층(109)은 네트워크 구성, 조작 및 메시지 라우팅을 제공하는 네트워크 계층, 및 의도된 전체적인 기능을 제공하는 응용 프로그램 계층을 포함한다.

MAC 서브계층의 한가지 임무는 네트워크 토폴로지를 제어하는 것이다. 스타 및 피어-투-피어는 통신 네트워크에서의 2가지 공지된 토폴로지이며, 둘다 IEEE 802.15.4에서 제공된다. 이들 경우 둘다에서, 이 토폴로지는 네트워크 노드의 2가지 기본 종류인 장치와 조정기를 구별한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스타 토폴로지에서는, 다수의 장치(11)가 중앙 조정기(10)와 직접 통신을 하는 반면, 피어-투-피어 구성에서는, 장치(11-1)와 조정기 간의 통신이 중계기로서 역할하는 중간 장치(11-2, 11-3)를 가지며 하나 이상의 홉을 따라 행해진다. 조정기는 상부 계층에 대해 액세스 포인트로서 역할하고, WSN의 경우에, 센서에 의해 수집된 데이터에 대한 싱크(sink)로서 역할한다. 각각의 장치의 통신 범위가 아주 제한될 수 있는 것으로(몇 미터인 것으로) 가정하면, 피어-투-피어 토폴로지가 더 큰 영역을 커버할 수 있게 해준다. 이 토폴로지는 동적이어서, 장치가 추가되거나 네트워크를 떠날 때 변할 수 있다.

예를 들어, MBAN의 경우에, 조정기가 각각의 환자 위치(병원 침상 등)에 제공되어, 한명의 환자에 있는 장치들과 신호를 교환하는 상황에서는 스타 네트워크가 적절할 것이다. 하나의 조정기가 다수의 환자를 담당하도록 제공된 경우에는(조정기가 병원 병동의 고정된 지점에 위치해 있을 수 있는 경우에는) 피어-투-피어가 보다 적절한 토폴로지일 것이다. 따라서, 장치(11)가 일반적으로 이동식일 것이지만, 조정기는 이동식 또는 고정식일 수 있다. 피어-투-피어 네트워크는 또한 네트워크를 신속하게 설정하거나 변경할 필요가 있거나 네트워크의 자기-구성(self-organisation) 및 자기-복원(self-healing)을 가능하게 해줄 필요가 있는 빠르게 변하는 환경에 보다 적합할 수 있다. 자기-복원은, 예를 들어, 기존의 조정기가 고장나거나 네트워크를 빠져나갔을 경우에 새로운 조정기를 설정하는 것을 포함할 수 있다.

각각이 그 자신의 조정기를 갖는, 다수의 스타 및/또는 피어-투-피어 네트워크가 병원과 같은 동일한 위치에 설정될 수 있다. 이 경우에, 상호 간섭을 피하기 위해 그리고 데이터의 공유 또는 대조를 가능하게 해주기 위해, 각자의 조정기가 협업할 필요가 있을 것이다. IEEE 802.15.4에서, 이러한 네트워크는 클러스터라고 하며, 클러스터에 대한 전체적인 조정기를 설정하는 것은 물론 클러스터를 분할 및 병합하기 위한 프로비전(provision)이 행해진다.

WPAN 내의 노드는 다양한 능력의 유닛으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 조정기의 역할은 어떤 처리 능력 및 다수의 소스로부터의 전송을 동시에 처리할 수 있는 송수신기를 갖는 비교적 능력있는 장치를 필요로 할 것이다. 이것은 차례로 전력의 충분한 공급을 필요로 할 것이다[어떤 경우에, 간선으로부터 전원이 공급(mains powered)될 수 있다]. 한편, 네트워크 내의 다른 장치는 더 제한된 처리 능력을 가질 수 있고 배터리 전원에만 액세스할 수 있으며, 심지어 중계기 홉(relay hop)으로서 역할할 수 없을 정도로 간단할 수 있다. 아주 낮은 전력 이용가능성을 갖는 장치는 대부분 꺼져 있을 수 있으며, 단지 가끔씩, 예를 들어, 다른 노드로 센서 데이터를 전송하기 위해, "절전 모드 해제"될 수 있다. 따라서, IEEE 802.15.4 표준은 "전체 기능(full-function)" 장치와 "축소 기능(reduced function)" 장치를 구별한다. 전력의 이용가능성은 센서가 신체 내에 이식될 수 있고 따라서 대용량 또는 충전 배터리를 가질 수 없는 MBAN에 있어서 특별한 문제이다.

IEEE 802.15.4에서 생각되는 2가지 유형의 WPAN은 비컨-지원(beacon-enabled)과 비컨-비지원(non beacon-enabled)이다.

비컨-지원 네트워크에서, 조정기는 비컨을 주기적으로 전송하고, 장치는 네트워크에 동기화하고 채널에 액세스하기 위해 그 비컨을 주기적으로 리스닝한다. 채널 액세스는 조정기에 의해 정의되는 도 4에 도시된 바와 같은 수퍼프레임 구조에 따라 "수퍼프레임" 내에서 순차적으로 전송되는 "프레임"의 단위로 되어 있다. 각각의 수퍼프레임(30)은 활성(active) 부분 및 비활성(inactive) 부분의 2개의 부분으로 이루어져 있다. 활성 부분은 경합 액세스 기간(contention access period, CAP)(36) 및 그에 뒤이은 보장된 액세스를 위한 선택적인 경합 없는 기간(contention free period, CFP)(37)으로 나누어지며, 수퍼프레임의 이 부분은 본 발명의 실시예에서 서비스 품질 요구사항을 갖는 스트림을 할당하는 데 사용된다.

도 4에서 수직 분할로 나타낸 바와 같이, 수퍼프레임은 16개의 똑같은 간격으로 있는 시간 슬롯으로 나누어지며, 각각의 시간 슬롯은 조정기로부터의 또는 장치로부터의 데이터 프레임을 전달할 수 있다. 따라서, 하나의 조정기와 연관된 장치를 고려할 때, 수퍼프레임 내의 각각의 연속적인 시간 슬롯 동안 한번에 단지 하나의 장치만이 조정기와 통신하고 있을 수 있다. 조정기에 의해 전송된 비컨 프레임(이하 참조)에 대한 슬롯(31)에 맨 먼저 나온다. 이후에, 몇개의 슬롯(32)이 CAP 내에 제공되고, 공지된 CSMA-CA 알고리즘에 따라 경합 방식으로 장치로/로부터 데이터 전송을 하는 것을 가능하게 해준다. 간략히 말하면, CSMA-CA에서, 장치가 CAP 내에서 전송하고자 할 때마다, 장치는 랜덤한 기간 동안 기다린다. 채널이 유휴 상태에 있는 것으로 발견되면, 랜덤한 백오프(random backoff) 후에, 장치는 그의 데이터를 전송한다. 채널이 사용 중인 것으로 발견되면, 랜덤한 백오프 후에, 장치는 채널에 다시 액세스하려고 시도하기 전에 다른 랜덤한 기간 동안 기다린다.

그 다음에, CFP의 보장된 시간 슬롯(guaranteed time slots, GTS)(33)이 오고, 도시된 바와 같이, 이들 각각이 2개 이상의 기본 시간 슬롯에 걸쳐 뻗어 있을 수 있다. 비활성 기간의 만료 후에, 다른 비컨 프레임(31)을 전송하는 그 다음 수퍼프레임이 조정기에 의해 표시된다. 수퍼프레임의 비활성 기간(34) 동안 장치는 절전 모드(sleep)에 들어갈 수 있다. 따라서, 비활성 기간(34)의 길이를 연장함으로써, 장치의 배터리 전원이 가능한 한 많이 절감될 수 있다.

비컨-비지원 네트워크에서, 조정기는, (예를 들어, 네트워크 발견을 위해) 그렇게 하도록 요청받지 않는 한, 동기화를 위한 비컨을 전송할 필요가 없다. 채널 액세스가 수퍼프레임 구조에 의해 제한되지 않고, 장치가 비동기적이며, 모든 데이터 전송을 CSMA-CA에 의해 수행한다. 이들은 센서-MAC과 같은 특정 프로토콜에 따라 그 자신의 절전 모드 패턴을 따를 수 있다.

MBAN 응용의 경우, 조정기는 모니터링되는 신체 또는 신체들의 외부에 있다. 조정기는 일시적으로 조정기로서 역할하는 PDA, 휴대폰, 침상옆 모니터 스테이션(bedside monitor station), 또는 심지어 충분한 능력을 갖는 센서일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 비컨-지원 네트워크에서의 조정기는 네트워크 장치에 대한 동기화 및 채널 액세스를 제공하는 일을 맡고 있다. 수퍼프레임의 시작 및 끝도 역시 조정기에 의해 정의된다. 조정기는 다른 네트워크와의 잠재적인 통신 및 충분한 전원에의 액세스(예를 들어, 충전된 배터리의 용이한 교체에 의함)라는 2가지 주요 특징을 가진다.

어쩌면 몇개의 조정기를 포함하는 네트워크의 전체적인 관리를 위해 중앙 치료 및 모니터링 유닛(central care and monitoring unit)이 또한 제공될 수 있다. 이것은 다수의 환자로부터 연속적이거나 비정기적인(occasional) 응급 데이터의 스트림을 수신할 수 있는 모니터링 장비를 갖는 방의 형태를 취할 수 있다. 통상적으로 환자의 데이터를 계속하여 관찰하고 모니터링하는 간호사 또는 의료 전문가가 중앙 유닛(central unit)에 배치될 것이다. 이들은 환자의 상태의 변화에 대응하여 조치를 취할 것이다. 중앙 치료 및 모니터링 유닛이 조정기 또는 각각의 조정기에 무선으로 연결될 수 있거나(이 경우에, MBAN의 일부로서 간주되거나 그렇지 않을 수 있음), 각각의 조정기에의 유선 연결을 가질 수 있다(이 경우에, 보통은 그 자체로서 MBAN 외부에 있는 것으로 간주될 것임).

도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 네트워크에서 장치와 조정기 사이의 데이터 전송을 나타낸 것이다. 다음과 같은 3가지 기본적인 전송 유형이 IEEE 802.15.4에 정의되어 있다:

(i) 장치(송신자)가 전송하는 데이터를 받는 수신자인 조정기로의 데이터 전송 -스타 및 피어-투-피어 토폴로지 둘다에서 사용됨,

(ii) 장치가 수신하는 데이터를 보내는 송신자인 조정기로부터의 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지 둘다에서 사용됨, 및

(iii) 2개의 피어 사이의 데이터 전송 - 피어-투-피어 네트워크에서만 사용됨.

도 5 및 도 6은 각각 비컨-지원 경우 및 비컨-비지원 경우 둘다에 대해, 장치[네트워크 장치(11)] 및 조정기[조정기(10)]로부터의 전송을 나타내고 있다. 차이점은, 비컨-지원 경우에, 장치(11)가 CFP에서 CSMA-CA를 사용하여 또는 CAP에서 GTS를 사용하여 데이터[데이터 프레임(42)]를 전송하기 전에 조정기로부터 비컨 프레임(41)을 수신하기 위해 기다려야만 하는 반면, 비컨-비지원 경우에, 보통 비컨 프레임이 없고 장치(11)가 CSMA-CA를 사용하여 데이터 프레임(42)을 임의대로 전송한다는 것이다. 어느 경우든지, 조정기는 선택적인 확인 응답 프레임(ACK)(43)을 전송함으로써 데이터의 성공적인 수신을 확인 응답한다. 이들 상이한 유형의 프레임에 대해서는 이하에서 보다 자세히 설명한다.

수신자가 어떤 이유로 수신된 데이터 프레임을 처리할 수 없는 경우, 메시지가 확인 응답되지 않는다. 송신자가 어떤 기간 후에 확인 응답을 수신하지 않는 경우, 송신자는 전송이 성공하지 못한 것으로 가정하고 프레임 전송을 재시도한다. 몇번의 재시도 후에 확인 응답이 여전히 수신되지 않는 경우, 송신자는 트랜잭션을 종료하거나 다시 시도하기를 선택할 수 있다. 확인 응답이 요구되지 않을 때, 송신자는 전송이 성공적인 것으로 가정한다.

도 7 및 도 8은 조정기(10)로부터 장치(11)로의 데이터 전송을 나타낸 것이다. 조정기가 비컨-지원 WPAN에서 장치로 데이터를 전송하고자 할 때(도 7), 조정기는 비컨 프레임(41)에서 데이터 메시지가 보류 중이라고 표시한다. 장치는 주기적으로 비컨 프레임을 리스닝하고, 메시지가 보류 중인 경우, CSMA-CA에 의해 데이터를 요청하는 데이터 요청(MAC 명령 프레임)(44)을 전송한다. 조정기(10)는 확인 응답 프레임(43)을 전송함으로써 데이터 요청의 성공적인 수신을 확인 응답한다. 보류 중인 데이터 프레임(42)이 이어서 슬롯 기반 CSMA-CA(slotted CSMA-CA)를 사용하여 전송되거나, 가능한 경우, 확인 응답 직후에 전송된다. 장치(11)는 선택적인 확인 응답 프레임(43)을 전송함으로써 데이터의 성공적인 수신을 확인 응답할 수 있다. 이제 트랜잭션이 완료되었다. 데이터 트랜잭션의 성공적인 완료 시에, 메시지가 비컨에 있는 보류 중인 메시지의 목록으로부터 제거된다.

비컨-비지원 경우에, 특정의 장치(11)에 대해 준비된 데이터를 가지고 있는 조정기(10)는 경합 방식으로 전송되는, 관련 장치로부터의 데이터 요청(44)을 기다려야만 한다. 이러한 요청을 수신할 시에, 조정기는 확인 응답 프레임(43)을 전송하고(이것은, 그러한 경우에, 준비된 데이터가 없다는 것을 나타내는 데도 사용될 수 있음), 이어서 데이터 프레임(42)을 전송하며, 이에 응답하여 장치(11)는 회답으로 다른 확인 응답 프레임(43)을 전송할 수 있다.

간단함을 위해, 상기 절차가 장치와 조정기 간의 데이터 전송 중 상기 경우 (i) 및 (ii)만을 고려하고 있지만, 피어-투-피어 네트워크에서는, 이미 언급한 바와 같이, 데이터 전송이 일반적으로 하나 이상의 중간 노드를 수반하는 메커니즘 (iii)을 통해 일어날 것이며, 이는 충돌 위험 및 수반되는 지연을 증가시킨다.

도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, IEEE 802.15.4 네트워크에서의 통신은 가용 리소스를 시간-분할 방식으로 나누는 프레임의 단위로 일어나며, 이는 다음과 같은 4가지 상이한 유형의 프레임을 수반한다:

- 조정기에서 비컨을 전송하는 데 사용되는 비컨 프레임(41),

- 모든 데이터의 전송에 사용되는 데이터 프레임(42),

- 성공적인 프레임 수신을 확인하는 데 사용되는 확인 응답 프레임(43),

- 데이터 요청 등의 모든 MAC 피어 엔티티 제어 전송을 처리하는 데 사용되는 MAC 명령 프레임(44).

4가지 프레임 유형 각각의 구조는 아주 유사하고, 일례로서 데이터 프레임(42)에 대해 도 9a에 도시되어 있다. 동 도면에서, 2개의 수평 바는 각각 MAC 서브계층 및 PHY 계층을 나타낸다. 시간은 좌측에서 우측으로 진행하며, 프레임의 각각의 연속적인 필드의 시간 길이(단위: 옥테트)가 관련 필드 위쪽에 나타내어져 있다. 각각의 프레임은 특정의 순서로 있는 일련의 필드로 이루어져 있고, 이들은 PHY에 의해 전송되는 순서로 좌측에서 우측으로 나타내어져 있으며, 여기서 가장 왼쪽 비트가 시간상 제일 먼저 전송된다. 각각의 필드 내의 비트는 0(가장 왼쪽의 최하위 비트)부터 k-1(가장 오른쪽의 최상위 비트)까지 번호가 매겨져 있으며, 여기서 필드의 길이는 k 비트이다.

데이터 프레임(42)을 통해 전송될 데이터는 상부 계층으로부터 발신된다. 데이터 페이로드는 MAC 서브계층으로 전달되고, MAC 서비스 데이터 단위(MAC service data unit, MSDU)라고 한다. MAC 페이로드는 MAC 헤더(MAC Header, MHR)가 전위 첨부(prefix)되고 MAC 풋터(MAC Footer, MFR)가 첨부(append)된다. MAC 헤더 MHR는 프레임 제어 필드, 데이터 시퀀스 번호(data sequence number, DSN), 어드레싱 필드, 및 선택적인 보조 보안 헤더를 포함한다. MFR은 16-비트 프레임 검사 시퀀스(frame check sequence, FCS)로 이루어져 있다. MHR, MAC 페이로드, 및 MFR 모두는 MAC 데이터 프레임(즉, MPDU)을 형성한다. MPDU는 PHY 페이로드가 되는 PHY 서비스 데이터 단위(PHY service data unit, PSDU)로서 PHY에 전달된다. PHY 페이로드는 프리앰블 시퀀스(Preamble Sequence) 및 프레임 시작 구분 기호(start-of-frame delimiter, SFD)를 포함하는 동기화 헤더(synchronisation header, SHR) 및 PHY 페이로드의 길이(단위: 옥테트)를 포함하는 PHY 헤더(PHY header, PHR)가 전위 첨부된다. 프리앰블 시퀀스 및 데이터 SFD는 수신기가 심볼 동기화를 달성할 수 있게 해준다. SHR, PHR, 및 PHY 페이로드 모두는 PHY 패킷[PHY 프로토콜 데이터 단위(PPDU)]을 형성한다.

비컨 프레임(41), 확인 응답 프레임(43) 및 MAC 명령 프레임(44)은, MAC 페이로드가 각각의 경우에 상이한 기능을 가지고 확인 응답 프레임이 MAC 페이로드를 갖지 않는다는 것을 제외하고는, 유사한 구조를 가진다. 또한, 비컨 프레임(41), 확인 응답 프레임(43) 및 MAC 명령 프레임(44)은, 상부 계층의 개입 없이, MAC 서브계층에서 발신된다.

MAC 명령 프레임(44)은 MAC 서브계층만이 나타내어져 있는 도 9b에 도시된 것과 구조가 아주 유사하다. 이 경우에, 페이로드는 MAC 명령 프레임에 의해 표현되는 명령의 유형을 식별해주는 명령 프레임 식별자(440)를 포함한다.

상기한 데이터 전송 모드를 사용하여, 네트워크 장치가 일종의 스트리밍을 달성하기 위해 다수의 수퍼프레임을 통해 데이터를 전송하는 것이 가능할 것이지만, 데이터 전송이 특정의 보장된 QoS 레벨로 몇개의 수퍼프레임에 걸쳐 지속되는 스트리밍을 위한 명시적인 프로비전이 IEEE 802.15.4에는 없다. 그렇지만, IEEE 표준 802.15.3에 의해 규정된 고속-전송률 WPAN을 비롯한 다른 종류의 통신 네트워크에서 스트리밍이 제공된다. 일반적으로, 스트림은 "등시적(isochronous)"(전송이 주기적으로, 즉 수퍼프레임의 시작과 같은 기지의 기준에 대해 어떤 소정의 타이밍으로 행해짐)이거나 비동기적(전송이 아무 때나 행해질 수 있음)일 수 있다.

본 발명의 배경에 대해 개략적으로 기술하였으며, 이제부터 도 10 내지 도 21을 참조하여 몇몇 실시예에 대해 기술할 것이다.

도 5 내지 도 8에 따른 비스트리밍되는 데이터 전송이 앞서 언급한 MBAN 시나리오에서 일부 WPAN 응용에 대해 적절할 수 있지만, 의료 무선 센서가 의료 데이터를 스트리밍할 수 있는 것, 환언하면, 오랜 기간에 걸쳐 다소 안정된 비트 전송률로 그의 센서 데이터를 전송(또는 어쩌면 다른 곳으로부터 데이터/명령을 수신)할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 이것은 MBAN에서 각각의 네트워크 장치의 센서 데이터에 대한 저장 능력이 제한되어 있을 것으로 예상되는 경우에 특히 그렇다. 그렇지만, 센서 장치의 제한된 능력을 고려하여 MBAN 내에서 스트리밍 데이터를 전달하는 것은 기존의 표준에 대한 어떤 변경을 필요로 한다. IEEE 802.15.4-유형의 수퍼프레임 구조에 따라, CFP(37)만이 스트리밍에 이용가능할 것이다. 본 발명의 실시예는 의료 응급 스트리밍 데이터를 다른 비응급 응용과 구별하는 방법, 및 분류는 물론 IEEE 802.15.6에 대한 새로운 제어 형식을 달성하는 프로토콜을 제공한다. 본 발명의 실시예는 또한 다수의 장치가 관여되어 있을 때 의료 스트리밍 데이터를 스케줄링하는 방법을 제공한다.

본 발명은, 예를 들어, 환자가 환자의 신체 내에, 신체 상에 또는 신체 주변에 배치된 센서들의 MBAN을 통해 모니터링되고 있는 상황을 해결한다. MBAN이 엄격히 말하여 의료적 용도 이외에 다른 용도를 가질 수 있지만(또는 이러한 다른 용도를 가지는 네트워크의 일부일 수 있지만), 센서들 중 적어도 일부가 환자에 대한 생명을 위협하는 상황을 나타낼 수 있는 하나 이상의 파라미터(심박수 등)를 감지하는 데 관여되어 있는 것으로 가정된다. 예를 들어, 감지된 파라미터가 중대한 임계값을 초과하거나 허용가능 범위를 벗어나는 값에 도달할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 감지된 파라미터와 관련하여 이러한 생명을 위협하는 상황을 인식할 때, MBAN[보다 정확하게는, 관련 센서(들), 그의 조정자 또는 어떤 상위 레벨 제어기]이 중요한 파라미터를 모니터링하는 센서(들)의 "응급" 상태를 선언하는 것으로 가정된다. 이하에서, 이것은 관련 네트워크 장치가 "응급 상태에 있는" 것을 말한다. "장치와 관련한 응급 상황"은 장치가, 예를 들어, 중요한 파라미터의 센서인 것에 의해 또는 이러한 센서로부터 데이터를 수신하는 조정기인 것에 의해 관여되어 있는 응급 상태를 의미한다.

응급 상태가 선언되는 방식은 본 출원의 범위를 벗어나지만, 동일한 출원인에 의한 동시-계류 중인 출원의 발명 대상이다. BAN 내의 장치가 응급 상태에 있는지 여부를 결정하는 프로비전이 있는 것으로 가정하여, 이러한 장치에 대한 스트리밍 서비스에 우선순위를 부여하는 것이 바람직할 것이다. 즉, 응급 상황에서 어떤 파라미터를 감지하는 BAN 내의 임의의 네트워크 장치에 대해, 이 장치가 (센서 데이터를 스트리밍 또는 비스트리밍 기법에 의해 이미 전송하고 있는지에 상관없이) 그의 센서 데이터를 조정기로 신뢰성있게 스트리밍할 수 있게 해주는 것이 바람직하다.

도 10은 의료 및 비의료 장치 그리고 응급에 있는지의 점에서의 그의 상태와 관련하여 스트리밍 응용의 분류를 나타낸 것이다. 여기서, "의료 장치"는 환자의 의료 모니터링에 관여되어 있는 생명 파라미터에 대한 센서와 같은 시스템의 요소를 말한다. 비의료 장치의 일례는 환자가 사용하는 엔터테인먼트 시스템일 수 있다.

서비스 품질(QoS)의 개념이 고대역폭 무선 통신 시스템으로부터 친숙한 것이지만, 저속 WPAN 및 BAN(Body Area Network)(IEEE 802.15.6에 의해 규율되도록 제안된 것 등)에는 지금까지 적용되지 않았다. 도 10의 분류에서, 다음과 같이 3개의 QoS 레벨 내에 4가지 스트리밍 부류 1 - 4가 정의된다: 응급에 있는 임의의 장치로부터의 데이터를 스트리밍하는 최상위 QoS 레벨(부류 1 및 2), 응급에 있지 않는 의료 장치로부터의 데이터를 스트리밍하는 중간 레벨(부류 3), 및 비의료 장치로부터의 데이터를 스트리밍하는 최하위 레벨(부류 4). 주목할 점은, 스트리밍 부류 1 및 2가 QoS 및 비트 전송률의 점에서 동등하지만 부류 1(의료 응급)이 비의료 응급(부류 2)보다 우선권을 갖는다는 것이다. 부류 2가 어떤 구현에서 사용되지 않을 수 있지만, 다른 구현에서 - 어쩌면 의료 감지가 안전 또는 침입 모니터링과 결합되는 경우 -, 비의료 장치도 역시 응급 상태로 될 수 있다.

이 분류를 사용하여, 도 11은 상이한 응용에 대해 상이한 스트리밍 비트 전송률을 할당하는 데 이용되는 스케줄링 메커니즘을 나타낸 것이다. 기술될 절차에서, 몇개의 네트워크 장치를 갖는 BAN 내의 조정기가 이 스케줄링 작업을 맡는 것으로 가정된다. 그렇지만, 조정기가 이 작업에서 중앙 모니터링 유닛과 같은 BAN 내에 제공되거나 BAN을 위해 제공된 어떤 형태의 상위 레벨 제어에 의해 지원을 받거나 지시를 받는 것이 가능할 것이다.

본 실시예는, 당업자에게는 잘 알려져 있는 바와 같이, 네트워크 내의 2개의 지점 간에 설정된 스트림에 대한 통로로서 "데이터 파이프"라는 개념을 이용한다.

무엇보다도 먼저, 데이터 파이프에 대한 요청, 또는 환언하면, 데이터 전송 및/또는 수신을 위한 특정의 리소스 또는 슬롯의 할당에 대한 요청이 다른 네트워크 장치로부터 조정기(10)에 도달하는 것으로 가정된다(단계 S11). 주목할 점은, 이러한 요청이 완전히 새로운 스트림에 대한 요청 또는 이미 설정된 스트림을 수정하라는 요청일 수 있다는 것이다. 이어서(S12), 조정기는 요청이 스트리밍 요청(매 수퍼프레임마다와 같이 대역폭의 지속적인 할당에 대한 요청)인지 여부를 결정한다. 아니오인 경우(S13), 조정기는 스트리밍 없이 네트워크 장치에 리소스를 할당하는 절차를 따른다. 예인 경우(S14), 조정기는 그 다음에 요청이 의료 장치로부터 온 것인지 여부를 결정한다. 아니오인 경우(S15), 조정기는 도 10에 도시된 최하위 QoS 레벨을 사용하여 스트림을 설정한다. 예인 경우(S16), 조정기는 네트워크 장치가 응급에 있는지 여부를 계속하여 고려한다. 조정기는 이것을 본 발명의 범위를 벗어나는 다수의 방식으로 알 수 있다. 예를 들어, 네트워크 장치로부터 수신되고 데이터 파이프에 대한 요청을 포함하는 프레임은 특수한 응급 프레임 유형을 사용하여 응급 상태를 나타낼 수 있다. 네트워크 장치가 응급에 있지 않은 경우(S17), 조정기는 도 10에서 언급한 중간 QoS 레벨을 설정한다. 한편, 네트워크 장치가 응급에 있는 경우, 데이터 파이프에 대해 최상위 QoS 레벨이 설정된다(S18). 그 후에, 데이터가 파이프를 사용하여 스트리밍되고, 예를 들어, 프레임(CTA)이 매 수퍼프레임마다 전송될 수 있거나, 다수의 프레임이 매 수퍼프레임마다 할당될 수 있거나, 하나의 프레임이 매 n개의 수퍼프레임마다 허용될 수 있으며, 각각의 프레임은 CFP(37) 내의 하나 이상의 슬롯을 차지한다.

따라서, 도 11의 플로우차트에 나타낸 바와 같이, 최고 우선순위는 응급 상태에 있고 스트리밍 데이터를 전송하고자 하는 의료 장치에 부여된다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 네트워크 장치에 대한 스트림을 스케줄링하는 다양한 시나리오에서의 조정기(10)의 동작에 대해 이제부터 도 12 내지 도 19를 참조하여 설명할 것이다.

조정기가 그의 연관된 네트워크 장치 전부에 서비스하는 데 이용가능한 리소스(무선 대역폭)가 고정된 크기의 "데이터 파이프" 전체를 제공하는 것으로 생각될 수 있다. 이 데이터 파이프의 크기는, 예를 들어, 도 4와 관련하여 이미 논의한 모든 수퍼프레임의 CFP(37)의 지속기간에 의해 결정될 수 있다. 즉, CFP 내의 GTS를 사용하여 등시적인 스트림이 설정될 수 있다.

이 실시예에서, 조정기에서의 이용가능한 스트리밍 데이터 파이프가 3개의 주요 청크(chunk), 즉 의료 응급에 대한 데이터 파이프, 의료 비응급에 대한 데이터 파이프, 및 비의료 응용에 대한 데이터 파이프로 나누어지는 것으로 가정된다. 특정 수의 의료 스트리밍 응용 장치가 응급 상태에 들어갈 때마다, 나머지 2 종류의 스트림은 추가의 통지가 있을 때까지 제한되거나 중단된다.

도 12는 조정기가 장치들의 상태의 중요도에 따라 장치들의 스트리밍 필요성의 점에서 상이한 장치를 어떻게든 조정할 때의 전형적인 시나리오를 나타낸 것이다. 즉, 비의료 네트워크 장치(13)는 기존의 스트리밍 데이터 파이프를 사용하여 조정기(10)로(또는 그로부터) 데이터를 스트리밍하는 반면(옅은 음영으로 나타냄), 응급에 있지 않는 의료 장치(11D)는 다른 기존의 파이프를 통해 스트리밍한다(중간 음영으로 나타냄). 조정기가, 현재 응급에 있는 의료 장치(11A)로부터, 주어진 의료 파라미터가 보다 세밀하게 모니터링될 수 있게 해주기 위해 장치(11A)가 그의 센서 데이터를 조정기로 스트리밍할 필요가 있다는 것을 나타내는 요청을 수신하는 것으로 가정한다.

조정기(10)는 남아 있는 데이터 파이프를 고려한다. 이용가능한 데이터 파이프가 충분한 경우, 도 13에 나타낸 바와 같이(진한 음영), 조정기는 네트워크 장치(11A)에 대해 응급 데이터 파이프를 할당할 수 있다. 할당된 데이터 파이프는 다른 데이터 파이프와 비교하여 상위 우선순위 데이터 파이프이고, 비교적 넓게 도시되어, 다른 파이프보다 높은 데이터 전송률을 갖는 "굵은" 데이터 파이프임을 나타내고 있다. 장치(11A)는 이어서 데이터 파이프를 사용하여 센서 데이터를 전송하기 시작한다. 예를 들어, 장치(11A)는 의료 파라미터의 세밀한 모니터링을 가능하게 해주기 위해 이전보다 더 빈번히 값을 가져오고 이들을 조정기로 스트리밍하기 위해 넓은 데이터 파이프를 이용할 수 있다.

그렇지만, 주목할 점은, 응급에 있는 네트워크 장치(11A)가 항상 넓은 데이터 파이프를 필요로 하는 것은 아닐 수 있다는 것이다. 감지되는 의료 파라미터에 따라, 단지 제한된 양의 데이터(예를 들어, 환자의 맥박수)를 스트림할 수 있으며, 이 경우에, 비교적 좁은 파이프로 충분할 것이다. 이 경우에, 할당의 우선순위(예를 들어, 매 수퍼프레임마다 대역폭이 제공되도록 하는 것)가 양보다 중요할 것이다.

이제 다른 의료 장치(11B)가 또한 응급 상태 하에(즉, 응급 상태로) 들어가는 것으로 가정한다. 이것은, 예를 들어, 환자의 상태의 어떤 악화로 인해, 의료 장치(11A)에 의해 모니터링되는 파라미터에 부가하여, 의료 장치(11B)에 의해 모니터링되는 생명 파라미터가 중요하게 되는 경우에 일어날 수 있다. 장치(11B)는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 조정기(10)로 스트리밍 요청을 전송한다. 조정기(10)는 지금까지 다른 장치에 의해 점유되지 않은 남아있는 이용가능한 스트리밍 파이프를 또다시 평가한다. 충분한 리소스가 이용가능한 경우, 스트리밍 요청은 도 13에서와 동일한 방식으로 간단히 허가된다. 한편, 리소스가 충분하지 않는 경우, 조정기는 어느 비의료 네트워크 장치가 스트리밍을 중단해야 하는지와 새로 응급에 있는 의료 장치를 위해 그의 데이터 파이프를 포기해야 하는지를 결정한다.

조정기는 이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 그의 스트리밍을 일시적으로 중단하기 위해 비의료 장치들(13) 중 하나 또는 일부에 신호(제어 프레임)를 전송한다. 비의료 장치들 중 하나 또는 일부가 그의 스트리밍을 중단하고, 도 16에 나타낸 바와 같이, 파이프가 의료 응급 장치에 할당되고, 즉 도 15에 도시된 조정기(10)와 네트워크 장치(13) 사이의 옅은 음영의 가는 파이프가 조정기(10)와 의료 장치(11B) 사이의 더 넓은 진한 음영의 파이프로 대체되었다.

상기 예시가 간단함을 위해 데이터 파이프를 중단하는 것을 포함하고 있지만, 주목할 점은, 리소스가 또한 나중에 계속되는 기존의 스트림을 낮은 비트 전송률로 제한함으로써 이용가능하게 될 수 있다는 것이다.

극단적인 경우에, 어떤 응급 스트리밍 의료 장치에도 할당되지 않고 비의료 또는 비응급 의료 장치에 할당되는 수퍼프레임에 리소스가 있는 경우, 조정기는 스트리밍 지연을 감소시키기 위해 응급에 있는 의료 장치에 부가적으로 이러한 리소스를 할당할 수 있다. 한편, 응급 스트리밍 장치에 대한 기존의 할당이 이미 적당한 QoS 및 지연 프로필을 제공하는 경우, 비응급 응용으로부터 리소스를 제감할 필요가 없다. 예를 들어, 응급 스트리밍 응용이 (예를 들어, 센서의 특성으로 인해) 저속 비트 전송률을 가지고 요구된 QoS 및 지연을 위해 데이터 파이프의 20%만을 필요로 하는 경우, 총 파이프의 50%를 이 장치에 할당할 필요가 없는데, 그 이유는 이것이 비응급 장치에 대한 원하지 않는 지연 및 패킷 누락을 야기할 것이기 때문이다.

이제부터, 도 17에 도시된 바와 같이, 훨씬 더 많은 의료 장치(11C)가 응급으로 가고 스트리밍 데이터 파이프를 필요로 하는 상황을 생각해보자.

조정기는 상기한 것과 유사한 절차를 따른다. 중단될 비의료 파이프가 더 이상 없는 경우, 조정기는, 응급에 있는 새로운 장치를 수용하기 위해, 응급에 있지 않은 임의의 의료 장치를 조사하고 이들에게 스트리밍 데이터 파이프를 일시적으로 포기하라고 요구한다. 여기서, "요구"는 조정기에 의해 관련 장치로 전송된 요청(또는 명령)을 포함할 수 있고, 조정기는 허가를 필요로 하지 않고 이들 장치로의 스트림을 간단히 차단할 수 있지만, 조정기가 영향을 받은 장치에게 네트워크 내에서의 조정을 유지하고 데이터 손실을 피하도록 통지하는 것이 바람직하다. 도 18에 도시된 바와 같이, 데이터 파이프가 응급에 있는 새로운 장치에 할당된다.

네트워크에 의해 감지된 하나 이상의 파라미터의 응급 상황이 단지 일시적인 지속기간을 가질 것으로 예상될 수 있다. 예를 들어, 의료 모니터링의 경우, 응급 상황이 신호되고 관련 파라미터가 네트워크 장치에 의해 일정 기간 동안 세밀하게 관찰되는 경우, 환자의 상황을 안정시키기 위해 환자가 의료진에 의해 간호될 수 있다. 또한, 산업 설비를 모니터링하는 경우에, 응급의 원인을 교정하기 위해 어떤 조치가 취해질 수 있다. 응급이 해제될 때, 장치는 도 19에 도시된 바와 같은 어떤 다른 파이프 구성으로 돌아갈 수 있다. 의료 장치(11B, 11C)가 응급에서 벗어났고 이용가능한 데이터 파이프가 이들 간에 분배된다는 것을 알 수 있다. 이들은 직경이 더 작은 파이프(즉, 더 작은 비트 전송률)를 받는다.

도 20은 제안된 응급 응용에 대한 상세한 시그널링 프로토콜을 나타내고 있다. 이 플로우차트는 2 부분으로 되어 있고, 상부 절반(단계 S21 내지 S27)은 새로운 응급 상황에 응답하여 취해지는 동작에 관한 것이고, 하부 절반(S31 내지 S36)은 응급의 해제 시의 절차에 관한 것이다.

우선, 의료 네트워크 장치(11B)(여기서 간단히 센서라고도 함)가 응급으로 되는 것으로 가정한다(S21). 이것은, 이미 살펴본 바와 같이, 네트워크 장치에 의해 감지되는 어떤 파라미터가 어떤 종류의 임계값에 도달했음을 의미한다. 이제부터 계속하여, 관련 네트워크 장치가 "응급"에 있다고 하자.

단계(S22)에서, 응급에 있는 네트워크 장치(11B)는 스트리밍 요청을 조정기(10)로 전송한다. 앞서 개략적으로 기술한 IEEE 802.15.4와 같은 프레임-기반 시스템을 가정할 때, 이 요청은 프레임 헤더에서 1-옥테트 길이의 서브필드의 형태로 되어 있을 수 있다.

단계(S23)에서, 조정기(10)는 충분한 자원이 이용가능한지를 고려하고, 충분한 경우, 요구된 할당을 간단히 허가한다. 아니오인 경우, 즉 요청을 즉각 허가하기에 충분한 미사용 리소스가 없는 경우, 조정기(10)는 스트리밍을 중단하도록 하나 이상의 비의료 장치(13)에 요구한다. 조정기는 더 진행하기 전에 비의료 장치(들)(13)로부터의 어떤 형태의 확인 응답을 기다릴 수 있다.

이어서, 단계(S25)에서, 조정기(10)는 충분한 리소스가 이용가능한지를 또다시 검사한다. 대답이 이제 예인 경우, 네트워크 장치(11B)에 대한 데이터 파이프가 허가된다. 대답이 여전히 아니오인 경우, 즉 비의료 스트림(들)을 종료시키는 것이 충분한 리소스를 해방시키지 않는 경우, 조정기(10)는 현재 응급에 있지 않은 하나 이상의 의료 장치(11D)에게 스트리밍을 중단하라는 요청/명령을 전송한다(S26). 마지막으로, 조정기는 장치(11B)에 대한 요청된 스트리밍 할당을 허가한다(S27).

어떤 시간 후에, 장치(11B)가 그 자신이 더 이상 응급 상황에 있지 않다는 것을 안다(단계 S31)고, 환언하면, "응급으로부터 벗어난다"고 가정한다. 조정기(10)는 어떤 방식으로 이 사실을 알게 된다. 예를 들어, 각각의 네트워크 장치가 응급에 있는지 여부를 결정하는 것이 조정기일 수 있는데, 그 이유는 각각의 네트워크 장치(센서)가 너무 간단하여 그 스스로 이것을 결정할 수 없을지도 모르기 때문이다. 다른 대안으로서, 조정기(10)는 네트워크 장치(11B) 자체로부터 또는 상위 레벨 제어 유닛으로부터 통지를 수신할 수 있다. 이어서, 조정기는 장치(11B)에 의해 더 이상 요구되지 않는 리소스를 어떻게 재할당할지를 계산한다(S32). 단계(S33)에서, 조정기(10)는 업데이트된 스트리밍 파이프 크기의 통지(예를 들어, 명령 프레임)를 각각의 장치(11B, 11D, 13)에 전송한다. 그렇게 함에 있어서, 조정기는 도 10의 표 및 도 11의 플로우차트를 사용하여 결정된 우선순위 레벨을 고려할 것이다.

단계(S34)에서, 어떤 다른 비의료 장치(13)가 스트리밍 할당에 대한 새로운 요청을 하는 것으로 가정한다. 조정기(10)는 충분한 미사용 리소스가 이용가능한지를 결정하고(S35), 아니오인 경우, 데이터 파이프를 허가하지 않는다(왜냐하면 비의료 장치가 최저 우선순위를 갖는 것으로 생각되고, 따라서 응급에 있거나 응급을 벗어나 있는 의료 장치에 대한 기존의 할당을 변경할 필요가 없기 때문임). 그렇지만, S35에서 예인 경우, 조정기는 요청된 할당을 허가한다(S36).

도 21은 도 9에 나타낸 IEEE 802.15.4 프레임 형식(42)에 일반적으로 대응하는 프레임 형식(42')(MAC 계층 전용)을 나타낸 것이다. 이 형식은 상이한 유형의 QoS를 수용하여 IEEE 802.15.6에 적합하도록 만들기 위해 IEEE 802.15.4 프레임 형식에 대한 한가지 가능한 수정이다. 새로 정의된 1-옥테트 스트리밍 인덱스(52)는 데이터 스트리밍의 성질 및 요구된 비트 전송률에 관련된 시그널링 정보를 전달하는 일을 맡고 있다. 스트림 인덱스(52)는 하기의 표에 나타낸 바와 같은 값을 취할 수 있다.

주목할 점은, 상기 표가, 의료 장치에 부가하여, 비의료 장치도 역시 응급에 있을 수 있는 가능성을 참작하고 있다는 것이다. 여기서, 네트워크 장치는 표에서의 임의의 값으로 설정된 스트림 인덱스를 갖는 요청을 조정기로 전송한다. 스트림 인덱스가 값 0x00로 설정되어 있는 경우, 이것은 장치가 새로운 스트림을 요청한다는 것을 의미한다. 조정기는 또한 응급 상황의 표시(즉, 응급 비트)를 수신한다. 이어서, 그의 가용 리소스에 기초하여, 조정기는 스트림 인덱스를 동일한 표 내의 값들 중 임의의 값에 할당하여 다시 발신측 장치로 보낸다. 할당된 스트림 인덱스 값이 0x00으로 설정되어 있는 경우, 조정기는 리소스를 발신측 장치에 할당하지 않았다. 다른 값들은 표에 따라 해석된다.

장치가 이미 스트림을 설정했다고 가정할 때, 장치는 0x00를 제외하고 표 내의 임의의 값으로 설정된 스트림 인덱스를 전송할 것이다. 이 경우에, 장치로부터 조정기로 발신된 요청에서의 스트림 인덱스는 장치가 기존의 스트림을 수정하고자 한다는 것을 의미한다. 조정기가 0x00로 설정된 스트림 인덱스를 전송하는 경우, 이것은 조정기가 스트림을 종료시켰다는 것을 의미한다.

환언하면, 각각의 스트림은 번호(스트림 인덱스)를 부여받고, 이 번호가 설정되어 있는 범위에 의해, 조정기는 그 스트림이 어느 유형인지를 판정한다. 예약된 필드 0x00는 비할당된 스트림에 대한 것이며, 새로운 등시적 스트림을 생성하라고 조정기에 요청하기 위해 네트워크 장치에 의해 사용될 것이다. 네트워크 장치는 상기 표에 나타낸 바와 같은, 데이터 스트림의 설정 동안에 조정기에 의해 동적으로 할당되는 스트림 인덱스의 다른 값을 사용한다. 조정기는 BAN에서의 각각의 등시적 스트림에 대해 고유의 스트림 인덱스 값을 할당한다. 스트림 인덱스를 재할당함으로써, 조정기는 도 12 내지 도 19와 관련하여 이상에서 설명한 방식으로 리소스를 재할당할 수 있다.

본 발명의 새로운 특징을 이미 제안된 프레임 구조에 통합시키는 추가의 기법으로서, MAC 명령 프레임의 명령 프레임 식별자(도 9b를 다시 참조할 것)가 사용될 수 있다. MAC 명령 프레임이 명령 프레임 식별자(440)를 포함한다는 것을 상기하면, 도 22는, IEEE 802.15.4 규격에서 예약되어 있는 2 비트 값을 사용하여, 채널 시간 요청(Channel Time Request)에 대한 새로운 프레임 식별자 0x0c 및 채널 시간 응답(Channel Time Response)에 대한 0x0d의 추가를 나타내고 있다.

장치가 조정기에 스트림을 요청하기 위해, IEEE 802.15.3에서 제공되는 것과 유사한 채널 시간 요청(CTRq)이라고 하는 부가의 MAC 명령이 15.4의 MAC 명령 프레임의 표에 도입된다. 조정기는 15.3으로부터 도입된 MAC 명령 프레임인 채널 시간 응답을 사용하여 그 요청에 응답할 것이다.

상기 프로토콜은 센서 및 조정기를 포함하기만 한다. 그렇지만, MBAN은 몇개의 조정기가, 앞서 언급한 바와 같이, 자동적이거나 사람의 감독 하에 있을 수 있는 어떤 형태의 중앙 모니터에 보고하는 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이러한 중앙 모니터는 병원에 있는 몇명의 환자를 보살피고 있는 병실 간호원의 책상에 위치해 있을 수 있다. 이 시나리오에서, 응급에 있는 네트워크 장치에 관한, 중앙 모니터로의/로부터의 데이터 전송(예를 들어, 조정기가 중앙 모니터로 중계하는, 응급에 있는 네트워크 장치로부터의 감지된 데이터)이 또한 동일한 방식으로 스트리밍될 수 있다. 그에 부가하여, 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 중앙 모니터는 조정기의 스케줄링 작업을 지원(또는 심지어 인계)할 수 있다.

이상의 설명이 중앙 모니터를 포함할 수 있는 무선 센서 네트워크 내의 센서 및 조정기만을 언급하고 있지만, MBAN이 이들 종류 이외의 장치를 포함하는 것이 가능하다. 어쩌면, 환자의 간호에 개입하는 어떤 수단(투약 메커니즘 또는 다른 작동기 장치 등)이 조정기 및/또는 임의의 중앙 모니터의 무선 제어 하에서 네트워크에 배치될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 가능하게 되는 스트리밍이 센서 데이터로 한정되지 않고, 예를 들어, 환자에게 약을 전달하여 심박수와 같은 생명 파라미터를 안정시키기 위한, 조정기로부터 이러한 작동기 장치로의 제어 값의 스트림일 수 있다.

통상적으로, 이상에서 언급한 응급 상황이 환자의 의료 상황일 것이며, 그 이유는 이것이 본 발명의 중요한 응용으로 보이기 때문이다. 그렇지만, 이것이 있을 수 있는 유일한 응용은 아니다. 비의료 상황에 있는 생체를 모니터링하기 위해 센서가 사용될 수 있다. 예를 들어, 위험에 처해 있는 어떤 사람(예를 들어, 노약자, 또는 어린이, 위험한 환경에 있는 사람 등)이라도 센서의 BAN을 사용하여 모니터링될 수 있다. 이 경우에, 응급 상황은 사고와 같은 어떤 형태의 물리적 위협을 나타낼 것이고, 응급을 모니터링하는 것과 관련된 센서와의 통신의 신뢰성을 향상시키기 위해 스트리밍이 또다시 이용될 수 있다. 예를 들어, 스트림은 생체에 장착된 카메라로부터의 실시간 비디오를 포함할 수 있다.

게다가, 본 발명은 생체 상에서의 사용으로 한정되지 않는다. BAN 사람 또는 기타 생체 이외의 많은 가능성이 있다. 한가지 가능성은 절대적으로 중요한 산업 환경(예를 들어, 발전소)에서의 많은 잠재적인 시나리오와 같은 산업 응급을 탐지할 수 있는 WSN이다. 이것은 공장 환경에서의 다수의 제어 지점에 적용될 수 있다. 예를 들어, 공장의 난방 시설에 있는 온도 센서 또는 식료품 라인에 대한 압력 임계값을 생각할 수 있다. 그에 부가하여, 전술한 바와 같이, 비의료 장치가 안전 및 보안을 위해 사용될 수 있고, 예를 들어, 연기의 탐지 시에 또는 보안 영역에의 사람의 침입을 탐지할 시에 응급을 선언한다. 의료 응급에서와 같이, 상기 스트리밍 및 QoS 척도가 이들 시스템에서의 응급에 적용될 수 있다. 따라서, 특허청구범위에서의 "엔티티"라는 용어는 생물에 부가하여 임의의 이러한 산업 환경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예가 다음과 같은 특징들 중 임의의 것을 가질 수 있다:

* 스트리밍 시퀀스 및 그의 할당된 데이터 전송률(즉, 데이터 파이프가 얼마나 굵은지)을 스케줄링하는 데 응급의 상태를 포함시킴.

* 비의료 응용 및 비응급 의료 응용의 존재 시에 스트리밍 데이터 파이프를 스케줄링하도록 특별히 설계된 우선순위 기반의 새로운 스케줄링 메커니즘.

* 응급 의료 응용의 최고 우선순위 처리를 가능하게 해주는, 데이터를 스트리밍하는 새로운 요청 메커니즘.

* IEEE 802.15.4에 대한 새로운 스트리밍 요청 필드를 도입하는 것에 의한 IEEE 802.15.6에 대한 관련된 새로운 제어 프레임 구조.

* 3가지 부류의 데이터 전송률 및 지연에 의존하는, 응용의 성질(의료 또는 비의료) 및 잠재적인 응급으로의 스트리밍의 QoS의 잠재적인 매핑

* 응급 스트리밍 데이터가 존재할 때 비의료 스트리밍을 저하시키고 심지어 일시적으로 중단시키는 개념.

산업상 이용가능성

본 발명의 실시예는 다음과 같은 이점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다:

(a) 많은 새로 등장하는 무선 센서 의료 응용 분야가 데이터 스트리밍에 대한 잠재력을 가지고 있다. 특히 응급 상황에서의 의료 데이터의 스트리밍은 어려운 작업이다. 본 특허 제안은 응급 상황 하에서 안전한 데이터 파이프 프로비전(data pipe provisioning)을 보장한다. 제안된 스트리밍 스케줄링 메커니즘은 응급 의료 서비스와 비응급 의료 서비스 간에 가용 데이터 전송률을 공정하게 분배하는 것이 가능하도록 한다.

(b) 제안된 스케줄링 메커니즘은 동적이며, 이는 응급 상황의 해제에 응답하여, 비응급 스트리밍의 스트리밍이 재시작되거나 상위 데이터 전송률로 되돌아감으로써 의료 상황의 심각성을 고려하여 리소스의 공정한 할당을 제공한다는 것을 의미한다.

(c) 아주 중요한 응급 응용에 대한 스트리밍 데이터의 품질 저하를 피하고, 사람의 오류를 감소시키며, 잠재적으로 응급 상황으로 갈지도 모르는 환자의 생명을 구한다.

(d) 의료 시스템에서의 응급 대응(emergency response)의 노동 비용 및 효율을 향상시킨다.

(e) 응급에 있는 센서로부터의 센서 데이터의 신뢰성있는 전송을 용이하게 해줌으로써 의료 MBAN 시스템에서의 응급 인식(emergency awareness)을 향상시킨다.

본 발명의 실시예는 MBAN을 사용하여 응급 관리를 용이하게 해주는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 다음과 같은 시나리오가 주목을 받을 수 있다:

(i) 심장에 문제가 있는 전 세계의 수억명의 환자가 그의 신체 상의 MBAN을 형성하는 무선 센서를 이용함으로써 병원에서 또는 집에서 모니터링될 수 있다. MBAN은 이러한 환자에게 추가적인 이동성을 제공할 수 있다. 그렇지만, 심장 기능 이상 또는 심장 마비와 같은 보다 심각한 경우와 같은 상황에 있는 이 환자 그룹에 대해, 응급 또는 경보 신호가 손실되지 않도록 하기 위해 신뢰성있는 통신 채널을 보호하는 것이 중요하다. 본 발명은 즉각적인 ACK 또는 "응급 확인 응답(Emergency Acknowledge)"을 전송함으로써 관여된 모든 엔티티가 응급에 관해 알도록 하기 위해 안전한 응급 트리거 메커니즘을 제공한다.

(ii) 전 세계의 수억명의 사람들이 당뇨병으로 고생하고 있다. 포도당 측정을 위한 이식가능한 또는 비침투적인 방법이 최근에 고려되고 있다. 환자의 포도당 레벨 정보를 24시간 모니터링하기 위해 MBAN가 사용될 수 있다. 환자의 포도당 레벨이 측정 불가(off the chart)이고 환자에 대한 다른 필요한 긴급 의료 절차가 필요한 상황이 있다.

(iii) 데이터의 손실이 생명을 위협할 수 있는 집중 치료 중인 환자를 모니터링하는 동안 감지된 데이터를 수집하는 데 MBAN이 사용될 수 있다.

(iv) 의료 시스템에서의 응급 대응의 노동 비용 및 효율을 향상시킨다.

(v) 의료 MBAN 시스템에서의 응급 인식을 향상시킨다.

(vi) 응급 대응 프로세스를 자동화함으로써 노동 비용을 감소시킨다.

(vii) 주로 저속 데이터 전송률 응용에 대해 생각되고 있지만, MBAN은 개개의 패킷의 손실이 중대하고 품질에 영향을 미치는 스트리밍 비디오/오디오 데이터의 전송에 대한 응용을 가질 수 있다. 오류있는 데이터는 응급 상황에서의 병의 진단에 부정적 영향을 미칠 수 있다.

(viii) 의료 진단에서, 의사가 환자를 올바르게 진단하기 위해 MMR 또는 X-레이 영상이 아주 깨끗할 필요가 있다. 따라서, 다시 말하지만, 신뢰성있는 데이터 전송이 필수적이다.

요약하면, 본 발명은 무선 센서 네트워크에서 리소스를 할당하는 기법을 제공할 수 있고, 네트워크는 센서를 갖는 다수의 네트워크 장치를 사용하는 환자의 의료 모니터링을 비롯한 기능을 가지며, 이 방법은 네트워크 내의 네트워크 장치에 의해, 환자의 생명 파라미터를 감지하는 단계, 상기 파라미터와 관련하여 응급 상황의 존재를 인식하는 단계, 네트워크 장치가 스트리밍에 대한 요청을 네트워크의 조정기로 전송하는 단계, 조정기가 상기 요청을, 네트워크 내의 다른 장치로부터의 임의의 다른 요청과 함께, 수신하는 단계(S12), 및 조정기가 응급 상황에 있는 네트워크 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당, 응급 상황에 있지 않는 생명 파라미터를 감지하는 네트워크 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및 환자의 임의의 생명 파라미터를 감지하고 있지 않고 응급 상황에 있지 않는 네트워크 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당 중 하나를 스케줄링함으로써 각각의 요청을 허가하는 단계(S14, S16)를 포함한다. 응급 상황은 환자의 하나 이상의 의료 파라미터와 관련하여 정의될 수 있다. 이 방법은, 예를 들어, IEEE 802.15.6에 따라 동작하는 MBAN을 사용하여 병원에 있는 환자를 모니터링하는 것에 적용될 수 있다.

본 발명은 신규의 센서, 조정기 또는 그에 대한 하드웨어 모듈의 형태를 취할 수 있고, 센서(들) 및/또는 조정기의 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어를 교체 또는 수정함으로써 구현될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예는 하드웨어로, 또는 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어 모듈로서, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 또한 본 명세서에 기술된 기법들 중 임의의 기법의 일부 또는 전부를 수행하는 하나 이상의 디바이스 또는 장치 프로그램(예를 들어, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품)으로서 구현될 수 있다. 본 발명을 구현하는 이러한 프로그램은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있거나, 예를 들어, 하나 이상의 신호의 형태로 되어 있을 수 있다. 이러한 신호는 인터넷 웹 사이트로부터 다운로드가능하거나 반송파 신호 상으로 제공되거나 임의의 다른 형태로 되어 있는 데이터 신호일 수 있다.

이상의 설명이 일례로서 IEEE 802.15.4 및 IEEE 802.15.6을 참조하고 있지만, 본 발명은 임의의 유형의 프레임-기반 무선 센서 네트워크 또는 MBAN(IEEE 802.15.6에 따라 동작하든 그렇지 않든 상관없음)에는 물론, 심지어 의료 BAN(body area network)이 아닐지라도, 그럼에도 불구하고 응급 상황에서 향상된 통신 신뢰성에 대한 요구사항을 가지는 다른 유형의 BAN에도 적용될 수 있다.

Claims (15)

1. 무선 센서 네트워크에서 다른 네트워크 장치들과 함께 사용하기 위한 조정기(coordinator)로서,
   상기 네트워크 장치들 중 적어도 하나의 네트워크 장치에 의해 발신되는 스트리밍에 대한 요청을 수신하도록 구성된 송수신기 수단, 및
   상기 네트워크에서의 상황들을 고려하여 네트워크 리소스들을 할당함으로써 상기 요청을 허가하도록 구성된 스케줄링 수단 - 상기 상황들은 상기 요청을 발신한 네트워크 장치가 응급 상황에 있는지를 포함함 -
   을 포함하고,
   상기 조정기는 생체(living body)의 의료 모니터링에 수반되는 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 것이고, 상기 스케줄링 수단에 의해 고려된 상기 상황들은 네트워크 리소스들을 요청하는 네트워크 장치들이 의료 장치들인지 여부를 더 포함하고, 상기 응급 상황은 상기 요청을 발신한 네트워크 장치의 센서에 의해 감지되고 있는 생명 파라미터(life parameter)와 관련한 의료 응급을 포함하고,
   상기 스케줄링 수단은 다음과 같은 유형들, 즉
   응급 상황에 있는 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당,
   응급 상황에 있지 않는 의료 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및
   응급 상황에 있지 않는 비의료 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당
   중 임의의 유형을 스케줄링함으로써 상기 요청을 허가하도록 구성되어 있는 조정기.
2. 제1항에 있어서, 상기 스케줄링 수단은 상기 요청에서 수신된 또는 다른 수단에 의해 독립적으로 수신된 응급 상황의 선언에 응답하는 조정기.
3. 제1항에 있어서, 스트리밍 할당의 우선순위는 상기 네트워크 장치로/로부터의 전송에 대한 지연 시간, 상기 네트워크 장치로/로부터의 데이터 파이프의 크기, 및 다른 네트워크 장치들로부터의 요청들에 대한 우선권 중 적어도 하나를 결정하는 조정기.
4. 제1항에 있어서, 상기 조정기는 프레임의 단위로 상기 네트워크 장치들과 무선 통신하도록 구성되어 있고, 상기 송수신기 수단에서 상기 요청을 포함하는 프레임을 수신할 때, 상기 스케줄링 수단은 프레임 헤더에 포함된 스트리밍 요청에 응답하는 조정기.
5. 제4항에 있어서, 상기 스케줄링 수단은 요청되는 스트리밍 할당의 유형을 나타내는 스트림 인덱스(stream index)를 설정하도록 구성되어 있고, 상기 송수신기 수단은 상기 스트림 인덱스를 자신의 프레임 헤더에 포함하는 프레임을 전송하도록 구성되어 있는 조정기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스케줄링 수단은 또한 응급 상황에 있는 네트워크 장치로부터 발신된 요청을 허가하기 위해 필요한 경우 상기 네트워크에서 기존의 스트림에 할당된 네트워크 리소스들을 제감(take away)하도록 구성되어 있는 조정기.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스케줄링 수단은 또한, 상기 네트워크 장치가 그것의 응급 상황을 해제한 것에 응답하여, 그 네트워크 장치에 의해 요청된 스트림에 할당되어 있는 리소스들을 다른 네트워크 장치들에 재할당하도록 구성되어 있는 조정기.
8. 무선 센서 시스템으로서,
   조정기 및 복수의 네트워크 장치를 포함하고,
   상기 조정기는
   상기 네트워크 장치들 중 적어도 하나의 네트워크 장치에 의해 발신되는 스트리밍에 대한 요청을 수신하도록 구성된 송수신기 수단, 및
   상기 시스템에서의 상황들을 고려하여 시스템 리소스들을 할당함으로써 상기 요청을 허가하도록 구성된 스케줄링 수단 - 상기 상황들은 상기 요청을 발신한 네트워크 장치가 응급 상황에 있는지를 포함함 -
   을 포함하고,
   상기 조정기는 생체의 의료 모니터링에 수반되는 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 것이고, 상기 스케줄링 수단에 의해 고려된 상기 상황들은 네트워크 리소스들을 요청하는 네트워크 장치들이 의료 장치들인지 여부를 더 포함하고, 상기 응급 상황은 상기 요청을 발신한 네트워크 장치의 센서에 의해 감지되고 있는 생명 파라미터와 관련한 의료 응급을 포함하고,
   상기 스케줄링 수단은 다음과 같은 유형들, 즉
   응급 상황에 있는 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당,
   응급 상황에 있지 않는 의료 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및
   응급 상황에 있지 않는 비의료 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당
   중 임의의 유형을 스케줄링함으로써 상기 요청을 허가하도록 구성되어 있고,
   상기 네트워크 장치의 각각은
   상기 시스템에 의해 모니터링되는 엔티티의 파라미터를 감지하는 센서,
   상기 파라미터와 관련하여 응급 상황을 인식하는 응급 인식 수단, 및
   상기 인식 수단이 응급 상황을 인식한 것에 응답하여, 스트리밍에 대한 요청을 상기 조정기로 전송하는 요청 수단
   을 포함하는 무선 센서 시스템.
9. 무선 센서 네트워크에서 리소스들을 할당하는 방법으로서,
   상기 네트워크는 센서들을 갖는 다수의 네트워크 장치를 사용하는 환자의 의료 모니터링을 포함하는 기능들을 가지며,
   상기 방법은,
   상기 네트워크 내의 네트워크 장치에 의해, 환자의 생명 파라미터를 감지하는 단계,
   상기 파라미터와 관련하여 응급 상황의 존재를 인식하는 단계,
   상기 네트워크 장치가 스트리밍에 대한 요청을 상기 네트워크의 조정기로 전송하는 단계,
   상기 조정기가 상기 요청을, 상기 네트워크 내의 다른 장치들로부터의 임의의 다른 요청들과 함께 수신하는 단계, 및
   상기 조정기가
   응급 상황에 있는 네트워크 장치에 대한 최고 우선순위의 스트리밍 할당,
   응급 상황에 있지 않는 생명 파라미터를 감지하는 네트워크 장치에 대한 중간 우선순위의 스트리밍 할당, 및
   환자의 생명 파라미터를 감지하고 있지 않고 응급 상황에 있지 않는 네트워크 장치에 대한 최저 우선순위의 스트리밍 할당
   중 하나를 스케줄링함으로써 각각의 상기 요청을 허가하는 단계
   를 포함하는 방법.
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