KR20110125665A

KR20110125665A - 신체 영역 네트워크에 대한 개선

Info

Publication number: KR20110125665A
Application number: KR1020117023342A
Authority: KR
Inventors: 하인드 체보; 사이드 아베디
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2011-11-21
Also published as: US20120089370A1; WO2010100444A1; TW201100052A; TWI421055B; KR101298436B1; CN102341034B; EP2226002A1; CN102341034A; EP2226002B1; JP2012519521A

Abstract

적어도 하나의 생체 또는 다른 엔티티를 모니터링하도록 구성된 센서들(11)을 포함하는 복수의 장치(10, 11, 12)를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 응급상황 조건을 선언하는 방법이 제공되는데, 이 방법은, 센서들(11) 중 하나에 의해 생체에 관련된 매개변수의 값을 감지하는 단계; 상기 센서에 의해 네트워크 내의 다른 장치(10)에 무선으로 정보를 송신하는 단계; 상기 감지된 값 또는 상기 송신된 정보를 이용함으로써 상기 생체에 영향을 주는 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 결정하는 단계; 및 네트워크 내의 적어도 하나의 다른 장치(예를 들어, 10)에 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 선언하는 단계를 포함한다. 결정하는 단계는 센서(11), 무선 센서 네트워크의 코디네이터(10), 또는 코디네이터와 통신하고 있는 중앙 모니터(12) 중 임의의 것에 의해 수행될 수 있다. 선언하는 단계는 프레임 기반 무선 센서 네트워크의 프레임 컨트롤 필드를 응급상황 프레임을 나타내는 것으로서 미리 정의된 값으로 설정함으로써 수행될 수 있다. 확인응답 프레임은 응급상황 선언의 수신을 확인응답하기 위해 수신자에 의해 이용될 수 있는데, 이러한 확인응답 이후에는 응급상황 절차가 후속된다. 응급상황 절차는 예를 들어 센서로부터의 후속 정보의 신뢰도를 보장하도록 센서에 할당되는 대역폭을 증가시키는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 방법은 IEEE 802.15.6에 따라 동작하는 MBAN들을 이용하여 병원에서 환자들을 모니터링하는 것에 적용될 수 있다.

Description

신체 영역 네트워크에 대한 개선{IMPROVEMENTS TO BODY AREA NETWORKS}

본 발명은 개인 영역 네트워크(personal area networks)를 포함하는 무선 센서 네트워크, 특히 사람 또는 동물의 신체 상에 또는 그 부근에 배치되거나 거기에 이식된 무선 통신 센서들을 포함하는 신체 영역 네트워크에 관한 것이지만, 그에 제한되지는 않는다.

다양한 타입의 무선 센서 네트워크가 제안되어 왔다. 이들 중에서도, 소위 신체 영역 네트워크(Body Area Network, BAN)는 비교적 짧은 거리에 걸쳐서 정보를 전달하기 위해 이용되는 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)의 일례이다.

무선 근거리 네트워크(WLAN)와는 달리, WPAN을 통해 시행되는 접속은 기반구조를 전혀 또는 거의 수반하지 않는다. 이러한 특징은 광범위한 장치들에 대하여 소형의 전력 효율적인 저비용 솔루션이 구현되는 것을 허용한다. 환자의 상태를 모니터링하기 위해 센서들이 이용되는 의료용 BAN(MBAN)의 가능성에 특히 관심이 모아지고 있다. 감지된 데이터를 데이터 싱크에 피드하기 위해 주로 센서들을 이용하는 BAN은 무선 센서 네트워크(WSN)의 일례이지만, 액추에이터와 같은 더 능동적인 장치들도 MBAN에 포함될 수 있다.

표준 IEEE 802.15.4는 낮은 데이터 레이트의 WPAN에 대하여 물리층(PHY) 및 매체 액세스 컨트롤(MAC) 서브층(sublayer) 규격을 정의한다. IEEE 802.15.4는 더 높은 데이터 레이트의 WPAN을 위한 표준인 IEEE 802.15.3과 일부 유사성을 갖는다. 문서 IEEE Std 802.15.4-2006 및 IEEE Std 802.15.3-2003은 그 전체가 여기에 참조에 의해 포함된다.

IEEE 802.15.4에서 예상되는 타입의 WPAN은 산업적 모니터링과 같은 응용들에 적합하지만, MBAN에 대해 요구되는 종류의 데이터 신뢰성은 제공하지 않는다. 의료적 응용에서는, 인간의 노동에 관련된 비용을 감소시키면서 신뢰성 및 프로세스 자동화는 증가시키고, 인간의 실수는 감소시킬 것이 요구된다. 센서들은 요구되는 지능을 제공할 수 있으며, 이미 의료 장비에서 널리 이용되고 있다. 이것은 병원 회복실(hospital recuperative care), 자택 요양(home care), 중환자실 및 고급 외과 시술을 포함한다. 맥박, 체온 등을 위한 외부 센서, 체액과 접촉하게 되는 센서, (절개를 통해) 카테터 내에서 이용되는 센서, 외부 응용을 위한 센서, 무선 센서들을 갖는 1회용 피부 패치, 및 이식가능형 센서들을 포함하여, 의료적 응용을 위해 이용되는 다수의 상이한 타입의 센서들이 존재한다.

병원 또는 의료 병동 내의 환자 근처에 있는 센서들의 WPAN은 환자 이동성, 모니터링 유연성, 현재 모니터링되고 있지 않은 케어 영역들로의 모니터링 확장, 감소된 임상적 실수, 및 감소된 전체 모니터링 비용을 포함하는 다수의 임상적 혜택을 제공할 수 있다. 신체 착용 센서들은 단일의 환자 신체 상의 다양한 센서 타입들을 포함할 수 있다. 이들은 신속하게 환자의 신체에 부착되거나 그로부터 제거될 능력을 필요로 한다.

그러한 센서들은 개별적으로는 환자당 1-2kbps 정도로 낮은 비트 레이트를 가질 수 있으며, 집합적으로는 10 kbps의 비트레이트를 요구할 수 있다. 몇 미터 정도로 작은 범위가 적당할 수 있다. 그러나, 의료용 WSN 응용들은 임상적 환경에서 임무 수행에 필수적인 응용들(mission critical applications)이다. 의료용 WSN 또는 MBAN에 대한 요구조건 중에서도, 제한된 데이터 손실 및 제한된 레이턴시를 위한 강건한 무선 링크, 환자 및 센서 밀도에 대한 용량, 다른 전파들과의 공존, 여러 날들의 연속 동작을 위한 배터리 수명, 및 신체 착용 장치들에 대한 작은 폼 팩터가 있다. 이러한 요구조건들은 FEC(Forward Error Correction) 및 ARQ(Adaptive Repeat reQuest)를 포함하는 시간 및 주파수 영역에서의 다이버시티 및 에러 제어 기술, 센서 정보 레이트에 대한 낮은 듀티 싸이클 TDMA, 및 보다 더 효율적인 작은 안테나들과 같은 기술들의 이용을 통해 만족될 수 있다.

그러므로, 특히 의료적 응용을 위한 신체 영역 네트워크의 특징들을 정의하는 것을 목표로 하는 다른 표준 IEEE 802.15.6을 정의하려는 노력이 진행 중이다. IEEE 802.15.6의 핵심 요구조건들 중 하나는 의료적 응용을 위한 높은 신뢰도이다. 이것은 환자의 생명이 의료용 WSN 응용에서의 무선 링크의 신뢰도에 의존하는 응급 상황에서 훨씬 더 중요하다. IEEE 802.15.4와 같은 기존 표준들은 응급 인명 구조 시나리오에 대한 고려 없이, 상업적 응용을 위해 설계되어 있다.

구체적으로, 그러한 응급 상황에 수반되는 센서들과 같은 네트워크 장치들과의 통신의 신뢰도를 보장하는 쟁점을 다룰 필요가 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 엔티티를 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서를 포함하는 장치들의 무선 센서 네트워크가 제공되는데, 이 무선 센서 네트워크는,

엔티티에 관련된 매개변수의 값을 검출하고, 네트워크 내의 다른 장치에 무선으로 정보를 송신하도록 구성된 상기 센서;

무선으로 송신된 정보를 수신하도록 구성된 코디네이터; 및

상기 검출된 값 또는 상기 송신된 정보에 응답하여 엔티티의 응급상황 조건의 존재를 결정하는 결정 수단

을 포함한다.

엔티티는 예를 들어 의료적 목적으로 모니터링되는 사람과 같은 생체이다.

상기 네트워크에서, 결정 수단은 센서 또는 코디네이터 중 임의의 것에 위치될 수 있거나, 또는 네트워크가 코디네이터와 통신하고 있는 중앙 모니터에 접속될 때는 중앙 모니터에 의해 제공될 수 있다.

위치가 어떻든 간에, 결정 수단은 검출된 값 또는 송신된 정보를 적어도 하나의 임계값과 비교함으로써 응급상황 조건(또는 더 정확하게는, 응급상황 조건이 나타나게 된 것)의 결정을 내릴 수 있다. 예를 들어, 범위를 정의하기 위해 2개의 임계가 이용될 수 있다.

결정 수단은 또한 검출된 값 또는 송신된 정보를 적어도 하나의 임계값과 비교함으로써 응급상황 조건의 부재(또는, 다시 말해서 응급상황 조건의 해제)를 결정하도록 더 동작할 수 있다.

어쨌든, 결정 수단은 바람직하게는 무선 센서 네트워크 내의 적어도 하나의 다른 장치에 응급상황 조건의 선언을 송신하도록 구성된다. 바람직하게는, 이러한 다른 장치는 선언에 응답하여, 확인응답을 결정 수단에 보낸다. 결정 수단이 비-응급상황 조건을 결정하도록 구성된 경우, 그 결정 수단은 이것도 다른 장치(들)에 선언하도록 동작할 수 있는 것이 바람직하다.

무선 센서 네트워크는 전형적으로 그 네트워크 내에서 정보가 프레임들 내에서 무선으로 송신되는 것일 것인데, 각 프레임은 프레임 컨트롤 필드를 갖고, 응급상황 조건의 선언은 프레임 컨트롤 필드 내의 값을 미리 정의된 값으로 설정함으로써 이루어진다. 그러한 프레임들은 코디네이터에 의해 정의되는 더 큰 수퍼프레임 포맷 내에서 정의될 수 있다.

바람직하게는, 프레임들은 상이한 타입의 프레임들을 포함하고, 미리 정의된 값은 응급상황 프레임 타입을 나타낸다. 프레임 타입들 중 다른 바람직한 것은 확인응답 프레임인데, 이 경우에는 선언에 응답하여 보내지는 확인응답이 확인응답 프레임의 형태로 되어 있다. 여기에서 프레임 컨트롤 필드는 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 시그널링하기 위한 적어도 하나의 비트를 포함할 수 있다.

대안적으로, 새로운 커맨드 타입을 나타내기 위해 커맨드 프레임 식별자의 값을 정의함으로써, 응급상황 통보를 위한 새로운 MAC 커맨드 타입이 이용될 수 있다.

그러한 프레임 기반 시스템은 IEEE 802.15.6 기반 MBAN을 포함할 수 있다. 바람직한 응용에서, 상기 언급된 엔티티는 생체이며, 센서는 환자의 생체의 생명 매개변수(life parameter)를 감지하기 위한 것이고, 응급상황 조건은 의료적 응급상황이다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 것으로서, 결정 수단을 포함하는 센서가 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 것으로서, 결정 수단을 포함하는 코디네이터가 제공된다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하도록 구성된 센서들을 포함하는 복수의 장치를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 응급상황 조건을 선언하는 방법이 제공되는데, 이 방법은

센서들 중 하나에 의해 엔티티에 관련된 매개변수의 값을 감지하는 단계;

센서에 의해 네트워크 내의 다른 장치에 정보를 무선으로 송신하는 단계;

감지된 값 또는 송신된 정보를 이용함으로써 엔티티에 영향을 주는 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 결정하는 단계; 및

네트워크 내의 적어도 하나의 다른 장치에 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 선언하는 단계

를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선 통신에 의해 데이터 전송을 수행하는 장치들의 네트워크에서 사용하기 위한 프레임 포맷이 제공되는데, 이 프레임 포맷은 네트워크 내의 다른 장치들에게 응급상황 조건의 존재를 선언하기 위해 이용되는 응급상황 프레임을 나타내기 위한 서브필드를 포함하는 프레임 컨트롤 필드를 정의한다. 그러한 프레임 포맷은 예를 들어, IEEE 802.15.4에서 제안되는 것과 같은 수퍼프레임 구조 내에서 이용될 수 있다.

본 발명의 다른 양태들은 무선 센서 네트워크의 코디네이터 또는 센서 장치의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 코디네이터 또는 센서를 각각 제공하는 소프트웨어를 제공한다. 그러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다.

본 발명의 보다 더 나은 이해를 위해, 그리고 그것이 어떻게 효과를 내는지를 더 명확하게 보여주기 위해, 이하에서는, 아래의 도면들이 오직 예시로서만 참조될 것이다.
도 1은 IEEE 802.15.4 WPAN의 프로토콜 계층을 도시한 것이다.
도 2는 IEEE 802.15.4 WPAN의 가능한 PHY 대역들을 나타낸 것이다.
도 3은 WPAN의 스타 및 피어-투-피어 토폴로지들을 나타낸 것이다.
도 4는 비컨-인에이블드 IEEE 802.15.4 WPAN 내의 수퍼프레임의 구조를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 WPAN 내에서의 네트워크 장치와 코디네이터 간의 데이터 전송의 가능한 모드들을 나타낸 것이다.
도 9는 IEEE 802.15.4 WPAN에서 데이터 프레임을 위해 이용되는 프레임 포맷을 도시한 것이다.
도 10a는 도 9의 프레임 포맷에서의 프레임 컨트롤 필드의 구조를 도시한 것이다.
도 10b는 도 10a의 프레임 컨트롤 필드 내의 프레임 타입 비트의 지금까지 정의된 값들의 테이블이다.
도 11a는 IEEE 802.15.4에서 MAC 커맨드 프레임에 대해 이용되는 프레임 포맷의 일부를 도시한 것이다.
도 11b는 도 11a의 프레임 포맷 내의 커맨드 프레임 식별자의 지금까지 정의된 값들의 테이블이다.
도 12는 본 발명의 실시예에서 응급상황을 선언하기 위한 제1 절차의 단계들의 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에서 응급상황을 해제하기 위한 제1 절차의 단계들의 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에서 응급상황을 선언하기 위한 제2 절차의 단계들의 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에서 응급상황을 해제하기 위한 제2 절차의 단계들의 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에서 응급상황을 선언하기 위한 제3 절차의 단계들의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에서 응급상황을 해제하기 위한 제3 절차의 단계들의 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에서 제안되는 프레임 컨트롤 필드의 신규한 구조를 나타낸 것이다.
도 19는 도 18의 프레임 컨트롤 필드 내의 프레임 타입 비트의 가능한 값들의 테이블이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 수정된 프레임 포맷 내의 프레임 컨트롤 필드의 구조를 나타낸 것이다.
도 21은 도 20의 프레임 컨트롤 필드 내의 프레임 타입 값들의 테이블이다.
도 22a 및 도 22b는 본 발명의 다른 실시예에서의 도 11a 및 도 11b의 커맨드 프레임 식별자의 수정안을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 전에, 현재 개발 중인 IEEE 802.15.6 표준 및/또는 MBAN을 포함하는 신체 영역 네트워크에 관련있을 것으로 예상되는 IEEE 802.15.4 부분들의 일부 배경 설명이 먼저 주어질 것이다.

도 1은 참조번호 100으로 표기된 IEEE 802.15.4 WPAN의 일반적인 아키텍처를, 무선 송수신기를 포함하는 PHY층 및 그것의 로우-레벨 컨트롤을 통해 물리적 매체가 액세스되는 계층화된 OSI 모델에 관련하여 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, PHY를 위한 2개의 대안적인 주파수 대역(101, 102)이 존재하는데, 이들은 도 2에 도시된다. 낮은 주파수 대역(101)은 868.3㎒에 중심을 두는 단일의 20kb/s 채널, 및 915㎒에 중심을 두는 각각 40kb/s의 10개의 채널을 제공한다. 높은 주파수 대역(102)은 각각 250kb/s이며 2.44㎓의 주파수에 중심을 두는 16개의 채널을 제공한다. 이들 대역들 중 어느 것이 이용되는지는 지역적인 규제 조건에 의존할 것이다.

PHY에의 액세스는 도 1에서 참조번호 105로 나타난 MAC(Medium Access Control) 서브층에 의해 제공된다. 이것의 위에, 그리고 그러한 WPAN(100)의 외부에, 다른 네트워크들로부터 WPAN으로의 액세스를 허용하는 LLC(Link Layer Control)가 제공되며, 이것은 IEEE 802.2 표준을 따르거나 다른 타입일 수 있다. 마지막으로, LLC 위의 상위 층들(109)은 네트워크 구성, 조작 및 메시지 라우팅을 제공하기 위한 네트워크 층, 및 의도된 전체 기능을 제공하는 애플리케이션 층을 포함한다.

MAC 서브층의 한 태스크는 네트워크 토폴로지를 제어하는 것이다. 스타(star) 및 피어-투-피어는 통신 네트워크에서 알려진 2가지의 토폴로지들이고, 둘 다 IEEE 802.15.4에서 제공된다. 두 경우 모두에서, 토폴로지는 2가지 기본적인 종류의 네트워크 노드, 즉 장치들과 코디네이터들 간을 구별한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스타 토폴로지에서는 다수의 장치(11)가 중앙의 코디네이터(10)와 직접 통신하는 한편, 피어-투-피어 구성에서는, 장치(11A)에 의한 커뮤니케이터와의 통신이 릴레이로서 기능하는 중간 장치들(11B 및 11C)을 이용한 1회 이상의 홉(hop)을 따라 이루어진다. 코디네이터는 상위층들로의 액세스 포인트로서 기능하며, WSN의 경우에서, 그것은 센서들에 의해 수집되는 데이터를 위한 싱크로서 기능한다. 각 장치에 대한 통신 범위가 매우 제한적일 수 있다면(수 미터), 피어-투-피어 토폴로지는 더 큰 영역이 커버되는 것을 허용한다. 토폴로지는 동적일 수 있어서, 장치들이 추가되거나 네트워크를 떠날 때 변화한다.

MBAN의 경우에서, 예를 들어, 스타 네트워크는 각 환자의 장소(예를 들어, 병원 침대)에 코디네이터가 제공되어, 1명의 환자 상의 장치들과 신호를 교환하는 상황에서 적합할 것이다. 피어-투-피어는 하나의 코디네이터가 다수의 환자를 서빙하도록 제공되는 보다 더 적합한 토폴로지일 것이다 (코디네이터는 병동의 고정된 지점에 위치될 수 있음). 따라서, 장치들(11)은 일반적으로 이동형일 것인 데에 반하여, 코디네이터는 이동형이거나 고정형일 수 있다. 피어-투-피어 네트워크는 또한 네트워크를 신속하게 셋업 또는 변화시킬 것이 요구되거나 네트워크의 자기 조직(self-organisation) 및 자기 치유(self-healing)를 허용할 것이 요구되는, 빠르게 변화하는 환경에 더 적합할 수 있다. 자기 치유는 예를 들어, 기존 코디네이터가 고장나거나 네트워크를 떠난 경우에 새로운 코디네이터를 확립하는 것을 포함할 수 있다.

병원과 같은 동일한 위치 내에서 각각이 자기 자신의 코디네이터를 갖는 다수의 스타 및/또는 피어-투-피어 네트워크가 셋업될 수 있다. 이 경우, 개별 코디네이터들은 상호 간섭을 회피하고 데이터의 공유 또는 대조(collation)를 허용하기 위해 협업할 필요가 있을 것이다. IEEE 802.15.4에서, 그러한 네트워크는 클러스터라고 칭해지며, 클러스터들에 대한 전체적인 코디네이터를 확립하고, 클러스터들을 분할 및 병합하기 위한 준비(provision)가 이루어진다.

WPAN 내의 노드들은 다양한 능력들의 유닛들에 의해 구성될 수 있다. 일반적으로, 코디네이터의 역할은 소정의 처리 능력을 갖는 비교적 유능한 장치 및 다수의 소스들로부터의 송신을 동시에 다룰 수 있는 송수신기를 요구할 것이다. 그리고, 이것은 전기 전력의 충분한 제공이 필요하게 할 것이다 (일부 경우에서는, 전력이 공급되는 주장치일 수 있다). 한편, 네트워크 내의 다른 장치들은 더 제한적인 처리 능력, 및 배터리 전력으로만의 액세스를 가질 수 있고, 심지어는 릴레이 홉(relay hop)으로 기능할 수 없을 정도로 단순할 수 있다. 매우 낮은 전력 이용가능성을 갖는 장치들은 대부분의 시간에 셧다운될 수 있고, 예를 들어 센서 데이터를 다른 노드에 송신하기 위해 가끔씩만 "웨이크업"할 수 있다. 따라서, IEEE 802.15.4 표준은 "완전 기능(full-function)"과 "축소 기능(reduced function)" 장치들 간을 구별한다. 센서들이 신체 내에 삽입될 수 있고, 따라서 대형 또는 재충전가능형 배터리를 가질 수 없는 MBAN에서, 전력의 이용가능성은 특별한 쟁점이다.

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

비컨 인에이블드 네트워크에서, 코디네이터는 비컨을 주기적으로 송신하고, 장치들은 네트워크에 동기화하고 채널에 액세스하기 위해 그 비컨을 주기적으로 청취한다. 채널 액세스는 도 4에 도시된 것과 같은, 코디네이터에 의해 정의되는 수퍼프레임 구조에 따라 "수퍼프레임" 내에서, "프레임들"의 단위로 순차적으로 송신된다. 각각의 수퍼프레임(30)은 2개의 부분, 즉 활성 부분 및 비활성 부분을 갖는다. 활성 부분은 경합 액세스 기간 CAP(36)과, 서비스 품질 요구조건을 갖는 애플리케이션들에 대한 보장된 액세스를 위한, 그에 후속하는 선택적인 무경합 기간(contention free period) CFP(37)으로 분할된다.

도 4의 수직 분할에 의해 나타난 바와 같이, 수퍼프레임은 각각 코디네이터로부터 또는 장치로부터 데이터의 프레임을 전송할 수 있는 16개의 등간격(equally-spaced)의 타임 슬롯으로 분할된다. 따라서, 하나의 코디네이터에 연관된 장치들을 고려할 때, 수퍼프레임 내의 각각의 연속적인 타임 슬롯 동안, 한번에 단 하나의 장치만이 코디네이터와 통신할 수 있다. 첫번째로, 코디네이터에 의해 송신된 비컨 프레임(아래 참조)을 위한 슬롯(31)이 온다. 이것 다음에, CAP 내에 수개의 슬롯(32)이 제공되어, 알려진 CSMA-CA 알고리즘을 따라 경합 기반으로 장치들로 또는 장치들로부터 데이터가 송신되는 것을 허용한다. 간략하게는, CSMA-CA에서, 장치가 CAP 내에서 송신하기를 원할 때마다, 그 장치는 무작위의 기간 동안 기다린다. 무작위의 백오프에 후속하여 채널이 유휴 상태인 것으로 밝혀지면, 장치가 자신의 데이터를 송신한다. 무작위의 백오프에 후속하여 채널이 비지(busy) 상태인 것으로 밝혀지면, 장치는 채널에의 액세스를 다시 시도하기 전에 다른 무작위의 기간 동안 기다린다.

다음으로, CFP의 하나 이상의 보장된 타임 슬롯 GTS(33)가 후속하고, 도시된 바와 같이, 이들 각각은 하나보다 많은 기본 타임 슬롯에 걸쳐 연장될 수 있다. CFP라는 용어에 의해 암시되는 바와 같이, 이 GTS들은 네트워크 장치들에 의해 경합되지 않고, 오히려 각각 TDMA 기반으로 네트워크 장치에 의해 독점적으로 사용되도록 코디네이터에 의해 예약된다. 그러나, GTS의 할당은 수퍼프레임마다 변할 수 있다. 비활성 기간의 만료 후에, 다음 수퍼프레임은 다른 비컨 프레임(31)을 송신하는 코디네이터에 의해 마킹된다. 장치들은 수퍼프레임의 비활성 기간(34) 동안 슬립 상태로 갈 수 있다. 따라서, 비활성 기간(34)의 길이를 연장시킴으로써, 장치들의 배터리 전력이 가능한 한 많이 보존될 수 있다.

논-비컨 인에이블드 네트워크에서, 코디네이터는 (예를 들어, 네트워크 발견을 목적으로) 그렇게 하도록 요청받지 않은 한은 동기화를 위해 비컨을 송신할 필요가 없다. 채널 액세스는 수퍼프레임 구조에 의해 제한되지 않으며, 장치들은 비동기적이어서, CSMA-CA에 의해 모든 데이터 전송을 수행한다. 이들은 보낼 데이터를 가지고 있지 않은 장치들이 대부분의 시간 동안 유휴("슬립") 상태로 남아있을 수 있고, 코디네이터가 각 데이터 프레임 앞에 웨이크 업 프리앰블을 두어, 데이터 도달 시에 수신 장치가 활성일 것을 보장하는 센서-MAC(WiseMAC)과 같은 소정의 프로토콜에 따라 자기 자신의 슬립 패턴을 따를 수 있다.

MBAN 응용에 대하여, 코디네이터는 모니터링되고 있는 신체 또는 신체들의 외부에 있다. 그것은 PDA, 이동 전화기, 베드사이드 모니터 스테이션(bedside monitor station), 또는 심지어는 임시적으로 코디네이터로서 기능하는 충분한 능력의 센서일 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 비컨 인에이블드 네트워크 내의 코디네이터는 네트워크 장치들에 동기화 및 채널 액세스를 제공하는 것을 담당한다. 또한, 수퍼프레임의 시작과 끝은 코디네이터에 의해 정의된다. 코디네이터는 다른 네트워크들로의 잠재적인 통신, 및 예를 들어 충전된 배터리의 용이한 교체에 의한 충분한 전력 공급에의 액세스라는 2가지 주된 특징을 갖는다.

또한, 아마도 수개의 코디네이터를 포함하는 네트워크의 전체적인 감독을 위해, 중앙의 케어 및 모니터링 유닛(이하, "중앙 모니터")이 제공될 수 있다. 이것은 여러 명의 환자로부터의 응급상황 데이터의 연속적인 또는 간헐적인 스트림을 수신할 수 있는 모니터링 장비를 구비하는 방의 형태를 취할 수 있다. 전형적으로, 환자들의 데이터를 끊임없이 보고 모니터링하는 간호사 또는 의료 전문가가 중앙 유닛 내에 상주하고 있을 것이다. 이들은 환자의 상태 변화에 응답하여 액션을 취할 것이다. 중앙의 케어 및 모니터링 유닛은 그 코디네이터 또는 각각의 코디네이터에 무선으로 접속될 수 있거나(이 경우, 이것은 MBAN의 일부로서 고려될 수 있음), 또는 이것은 각 코디네이터로의 유선 접속을 가질 수 있다(이 경우, 이것은 통상의 그러한 MBAN의 외부에 있는 것으로 고려될 수 있음).

도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 네트워크에서의 장치와 코디네이터 간의 데이터 전송을 도시한 것이다. IEEE 802.15.4에서는 3가지의 기본적인 전송 타입이 정의된다.

(ⅰ) 장치(발신자)가 자신의 데이터를 송신하게 되는, 수신자로서의 코디네이터로의 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지 둘 다에서 이용됨 -,

(ⅱ) 장치가 데이터를 수신하게 되는, 발신자로서의 코디네이터로부터의 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지 둘 다에서 이용됨 -, 및

(ⅲ) 2개의 피어 간의 데이터 전송 - 피어-투-피어 네트워크에서만 이용됨 -.

도 5 및 도 6은 각각 비컨 인에이블드 및 논-비컨 인에이블드 경우 둘 다에 대해 장치(네트워크 장치(11)) 및 코디네이터(코디네이터(10))로부터의 전송을 도시하고 있다. 비컨 인에이블드의 경우에서는, 장치(1)가 CFP에서 CSMA-CA를 이용하여 또는 CAP에서 GTS를 이용하여 데이터(데이터 프레임(42))를 송신하기 전에 코디네이터로부터 비컨 프레임(41)을 수신하기를 기다려야만 하는 반면에, 논-비컨 인에이블드의 경우에서는, 통상적으로 비컨 프레임이 존재하지 않고, 장치(11)가 CSMA-CA를 이용하여 자유로이 데이터 프레임(42)을 송신한다는 차이점이 있다. 어느 경우에서든, 코디네이터는 선택적인 확인응답 프레임 즉 ACK(43)를 송신함으로써, 데이터의 성공적인 수신을 확인응답한다. 이러한 프레임의 상이한 타입들은 이하에 더 상세하게 설명된다.

수신자가 수신된 데이터 프레임을 어떠한 이유로 취급할 수 없는 경우, 메시지는 확인응답되지 않는다. 발신자가 소정 기간 이후에 확인응답을 수신하지 않는 경우, 그 발신자는 송신이 성공적이지 않았다고 가정하고, 프레임 송신을 재시도한다. 수회의 재시도 이후에도 확인응답이 여전히 수신되지 않는 경우, 발신자는 트랜잭션을 종료하기 아니면 재시도하기를 선택할 수 있다. 확인응답이 요구되지 않는 경우, 발신자는 송신이 성공적이었다고 가정한다.

도 7 및 도 8은 코디네이터(10)로부터 장치(11)로의 데이터 전송을 도시한 것이다. 비컨 인에이블드 WPAN에서 코디네이터가 장치에 데이터를 전송하기를 원할 때(도 7), 그 코디네이터는 데이터 메시지가 계류 중임을 비컨 프레임(41) 내에 나타낸다. 장치는 비컨 프레임을 주기적으로 청취하고, 메시지가 계류 중인 경우에는, CSMA-CA에 의해 데이터를 요청하는 데이터 요청(MAC 커맨드)(44)을 송신한다. 코디네이터(10)는 확인응답 프레임(43)을 송신함으로써 데이터 요청의 성공적인 수신을 확인응답한다. 그 다음, 계류 중인 데이터 프레임(42)은 슬롯 CSMA-CA를 이용하여, 또는 가능하다면 확인응답 직후에 송신된다. 장치(11)는 선택적인 확인응답 프레임(43)을 송신함으로써 데이터의 성공적인 수신을 확인응답할 수 있다. 이제, 트랜잭션이 완료된다. 데이터 트랜잭션의 성공적인 완료 시, 메시지는 비컨 내의 계류 중인 메시지들의 목록으로부터 제거된다.

논-비컨 인에이블드의 경우에서, 특정 장치(11)에 대해 준비된 데이터를 갖는 코디네이터(10)는 경합(contention) 기반으로 송신되는, 관계된 장치로부터의 데이터 요청(44)을 기다려야만 한다. 그러한 요청을 수신하면, 코디네이터는 확인응답 프레임(43)(이것은 데이터가 준비되지 않은 경우에 그러한 사실을 알리기 위해서도 이용될 수 있음)과 그에 후속하는 데이터 프레임(42)을 송신하고, 그에 응답하여 장치(11)는 답신으로 다른 확인응답 프레임(43)을 송신할 수 있다.

단순하게 하기 위해, 위의 절차들은 장치와 코디네이터 간의 데이터 전송의 상기 경우들 (ⅰ) 및 (ⅱ)만을 고려했지만, 이미 언급된 바와 같이, 피어-투-피어 네트워크에서는, 일반적으로 하나 이상의 중간 노드를 수반하는 메커니즘 (ⅲ)을 통해 데이터 전송이 발생할 것이고, 이것은 수반되는 지연 및 충돌의 위험을 증가시킨다.

도 5 내지 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, IEEE 802.15.4 네트워크에서의 통신은 4가지 상이한 타입의 프레임을 수반한다:

- 비컨을 송신하기 위해 코디네이터에 의해 이용되는 비컨 프레임(41),

- 모든 데이터 전송을 위해 이용되는 데이터 프레임(42),

- 성공적인 프레임 수신을 확인하기 위해 이용되는 확인응답 프레임(43),

- 데이터 요청과 같은 모든 MAC 피어 엔티티 제어 전송을 다루기 위해 이용되는 MAC 커맨드 프레임(44).

4개의 프레임 타입 각각의 구조는 상당히 유사하며, 예로서 데이터 프레임(42)에 대하여 도 9에 도시되어 있다. 도면에서, 2개의 수평 막대는 각각 MAC 서브층 및 PHY 층을 나타낸다. 시간은 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행하며, 프레임의 각각의 연속적인 필드의 시간 길이는 관련 필드 위에 (옥텟 단위로) 표시되어 있다. 모든 프레임은 특정 순서로 된 필드들의 시퀀스로 구성되며, 이들은 그들이 PHY에 의해 송신되는 순서로 왼쪽으로부터 오른쪽으로 도시되어 있고, 여기에서 가장 왼쪽의 비트가 시간상 가장 먼저 송신된다. 각 필드 내의 비트들은 0(가장 왼쪽의 최하위)으로부터 k-1(가장 오른쪽의 최상위)까지 번호가 매겨지며, 필드의 길이는 k 비트이다.

데이터 프레임(42)을 통해 송신될 데이터는 상위 층들로부터 발원된다. 데이터 페이로드는 MAC 서브층에 전달되고, MAC 서비스 데이터 유닛(MAC service data unit(MSDU))이라고 칭해진다. MAC 페이로드의 앞에는 MAC 헤더(MHR)가 있고, 뒤에는 MAC 풋터(MFR)가 있다. MHR은 프레임 컨트롤 필드(50)(이하 참조), 데이터 시퀀스 번호(DSN), 어드레싱 필드, 및 선택적인 보조 보안 헤더를 포함한다. MFR은 16비트 프레임 체크 시퀀스(FCS)로 구성된다. MHR, MAC 페이로드 및 MFR은 함께 모여 MAC 데이터 프레임(즉, MPDU)을 형성한다. MPDU는 PHY 서비스 데이터 유닛(PHY service data unit(PSDU))로서 PHY에 전송되고, 이것이 PHY 페이로드가 된다. PHY 페이로드 앞에는 프리앰블 시퀀스 및 프레임 시작 구획자(start-of-frame delimiter) SFD를 포함하는 동기화 헤더(synchronisation header(SHR)), 및 옥텟 단위의 PHY 페이로드의 길이를 포함하는 PHY 헤더(PHR)가 온다. 프리앰블 시퀀스 및 데이터 SFD는 수신기가 심볼 동기화를 달성하는 것을 가능하게 한다. SHR, PHR 및 PHY 페이로드는 함께 모여 PHY 패킷(PHY 프로토콜 데이터 유닛(PHY protocol data unit(PPDU)))을 형성한다.

비컨 프레임(41), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)은, 각 경우에서 MAC 페이로드가 상이한 기능을 가지며 확인응답 프레임이 MAC 페이로드를 갖지 않는다는 점을 제외하고는, 유사한 구조를 갖는다. 또한, 비컨 프레임(41), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)은 상위 층들의 관여 없이 MAC 서브층에서 발원한다.

각 프레임 타입에서 이용되는 프레임 컨트롤 필드(50)가 도 10a에 더 상세하게 도시되어 있다. 이것은 도시된 바와 같이 상이한 목적들을 위한 서브필드들에 할당된 16 비트로 구성된다. 구체적으로, 필드의 처음 세 비트는 프레임 타입(51), 즉 비컨 프레임(41), 데이터 프레임(42), 확인응답 프레임(43) 또는 MAC 커맨드 프레임(44)을 나타낸다. 프레임 타입이 나타내어지는 방식은 도 10b에 도시되어 있다. 프레임 타입 비트(51) 뒤에는, MAC 서브층에 의해 보안이 인에이블되는지를 나타내는 싱글-비트 보안 인에이블드 서브필드(52)가 온다. 그 다음에는, 발신자가 수신자를 위한 추가의 데이터를 가지고 있는지를 나타내는 프레임 계류 서브필드(53)가 온다. 다음은 수신자로부터 확인응답이 요청되는지를 나타내는 Ack. 요청 서브필드(54)이다. 그 다음으로, 현재의 IEEE 802.15.4 규격에서 예약되거나 어드레싱 목적으로 사용되는 소정의 추가의 서브필드들(55 내지 59)이 온다.

언급된 바와 같이, 도 10b는 프레임 타입 서브필드(51)를 위한 가능한 비트값들의 테이블로서, IEEE 802.15.4 규격에서는 값 100 및 101이 사용되지 않음을 보여주고 있다.

MAC 커맨드 프레임(44)은 도 11a에 도시된 바와 같이 구조면에서 매우 유사하다. 이 경우에서, 페이로드는 MAC 커맨드 프레임에 의해 나타내어지는 커맨드의 타입을 식별하기 위해 커맨드 프레임 식별자(440)를 포함한다. 장래의 사용을 위해 예약된 일부 값들과 함께 식별자(440)의 가능한 값들을 나타내는 도 11b의 테이블에 나타나 있는 바와 같이, 다양한 타입의 커맨드가 IEEE 802.15.4에서 정의된다.

본 발명의 배경이 개략적으로 설명되었고, 이하에서는 도 12 내지 도 21을 참조하여 일부 실시예들이 설명될 것이다.

본 발명은 예를 들어, 적어도 한명의 환자가 환자의 신체 위에 또는 그 부근에 배치되거나 거기에 이식된 센서들의 MBAN을 통해 모니터링되고 있는 상황을 다룬다. (맥락에 따라, "MBAN" 및 "네트워크"라는 용어는 단일 환자를 위해 제공된 그들의 코디네이터를 갖는 복수의 센서에 적용될 수도 있고, 아니면 집합적으로 복수명의 환자의 센서들/코디네이터들 전부에 집합적으로 적용될 수도 있다.) 센서들의 적어도 일부는, 환자에 대해 생명을 위협하는 상황을 나타낼 수 있는 심박동수와 같은 하나 이상의 매개변수를 감지하는 데에 관여된다고 가정된다. 본 발명의 실시예들은 그러한 생명을 위협하는 상황들 동안 환자를 지원하기 위해 응급상황 확인응답(즉, ACK/) 메커니즘을 포함하는 프로토콜을 제공함으로써, 응급 상태를 선언하고 응급 상태를 해제하기 위한 방법들을 제공한다. 감지된 데이터 또는 측정값을 처리 또는 분석하는 네트워크 장치들의 능력에 따라, 3가지의 상이한 프로토콜 또는 트리거 타입이 제안된다.

이하의 도면들에서, "응급상황에 있음"이라는 것은 소정의 감지된 매개변수(들)가 임계 레벨에 도달한 것으로 인해, 환자가 생명을 위협받는 상황에 있는 것을 칭하며, "ACK"는 상기에서 설명된 확인응답 프레임(43)에 대응하고, "응급상황 절차"는 응급상황이 선언된 것에 응답하여 취해질 수 있는 임의의 단계들을 칭한다. "응급 운영 상태"는 응급상황에 있는 네트워크 장치를 운영하는 소정의 방식인 반면에, "정상 운영 상태"는 네트워크 장치가 응급 상태에 있지 않을 때 적용되는 조건이다.

그 흐름도가 도 12 및 도 13에 도시되어 있는 제1 프로토콜에서는, 센서(네트워크 장치) 자체가 응급 상태를 선언할지 및 응급 상태를 해제할지의 여부를 결정한다. 첫번째로, 응급상황을 선언하기 위한 프로세스가 도 12를 참조하여 설명된다. 센서는 "정상"(비-응급) 상태로부터 시작한다고 가정된다. 이것은 전형적으로 센서가 환자에 관련된 특정 매개변수(이하, "생명 매개변수"라고 함)를 소정의 시간 간격으로 측정하는 것을 수반할 것이며, 이것은 센서에 의해 내부적으로 설정되거나, 코디네이터에 의해 또는 코디네이터를 통해 외부로부터 지시될 수 있다. 단순함을 위하여, "응급상황에 있는" 하나의 센서의 경우가 고려될 것이지만, 설명될 프로토콜은 센서들의 그룹(예를 들어, 동일한 환자를 모니터링하는 모든 센서들)에 적용될 수 있다.

응급 상태를 선언, 트리거 타입 1(도 12):

S11: 네트워크 장치 또는 센서(11)가 미리 결정된 시간 간격으로 생명 매개변수를 측정한다. 센서는 감지된 값을 코디네이터에 무선으로 송신할 수 있다 (스타 토폴로지에서는 직접적으로, 또는 피어-투-피어 네트워크의 경우에서는 1회 이상의 홉을 경유하여). 그러나, 비-응급 상태에서는, 모든(또는 임의의) 감지된 값이 송신되는 것이 필수가 아니다. 어느 경우에서든, 감지된 값은 센서 내에 적어도 일시적으로 저장될 것이다.

S12: 네트워크 장치 또는 센서는 그 자신의 능력을 이용하여 환자가 응급상황에 있는지의 여부를 알아낸다. 더 정확하게는, 상태가 비-응급상황으로부터 응급상황으로 변했는지가 결정된다. 예를 들어, 그것은 환자의 심박동수가 임계 박동수를 초과했는지를 체크한다. 따라서, 정상적으로는, 센서는 임계를 저장하기 위한 소정 형태의 메모리를 가질 것이다. 관여되는 생명 매개변수에 따라, 범위를 설정하기 위해 하나보다 많은 임계 레벨이 이용될 수 있다. 예를 들어, 혈압 센서는 감지된 값이 예를 들어 160/120 및 80/60(mmHg 단위의 수축기/확장기 혈압)인 상한 임계 및 하한 임계에 의해 범위가 정해지는 허용가능한 범위를 벗어날 때면 언제든지 응급상황을 결정할 수 있다.

S13: 네트워크 장치 또는 센서는 응급 상태의 표시자(indicator)를 코디네이터(10)에 보낸다. 이것이 나타내어지는 방식은 이하에 설명된다. 우선은, 네트워크 구성에 따라 직접 송신을 통해, 또는 릴레이로서 이용되는 다른 장치들을 경유하여 보내질 수 있는 특수한 종류의 프레임으로서 표시자가 보내짐에 유의해야 한다. 후자의 경우에서, 의도된 목적지를 보여주기 위해 표시자 내에 포함된 목적지 ID가 이용될 수 있다.

S14: 네트워크 장치 또는 센서(11)는 코디네이터(10)로부터의 확인응답(ACK)을 청취 또는 검출하기 시작한다. 센서가 응급 상태의 선언을 보낼 뿐만 아니라, 코디네이터 또는 더 높은 권한(authority)에 의해 적절한 액션이 취해질 수 있도록 그 선언이 수신되었음을 확실하게 하는 것이 중요하다.

S15: 코디네이터(10)는 네트워크 장치(11)에 ACK를 되돌려 보낸다. IEEE 802.15.4와 같은 프레임 기반 시스템에서, 확인응답 프레임은 통상적으로 이러한 목적을 위해 이용되며, 이러한 프레임 타입은 IEEE 802.15.6에서도 정의될 것으로 예상된다.

S16: 몇몇 응급상황 액션들이 후속할 것이다. 예를 들어, 센서(11)는 생명 매개변수의 측정 빈도 및/또는 코디네이터(10)에 메시지들을 보내는 빈도를 증가시킬 수 있고, 이것은 센서가 그 전에는 자신이 감지한 판독값을 코디네이터에 보내고 있지 않았더라도 그것을 보내기 시작하는 것을 포함할 수 있다. 그러면, 코디네이터는 예를 들어 대상 센서에 대해 GTS를 제공함으로써, 증가된 빈도를 허용한다. 즉, 코디네이터는 미리 결정된 서비스 품질을 센서에 제공하기를 시작할 수 있다. 코디네이터는 중앙 모니터링 스테이션(도시되지 않음)에 경고하는 것과 같은 추가의 액션을 취할 수 있고, 또는 (동일한 네트워크가 복수의 환자를 모니터링하고 있는 경우에서) 동일 환자 상의 다른 센서들에게 자원들을 전환시켜, 그 환자의 다른 생명 매개변수들의 더 면밀한 정밀 조사를 허용한다. 이것은 코디네이터가 MBAN 내의 모든 다른 센서들, 또는 대상 생명 매개변수에 관계된 관련 센서들의 그룹에 응급 상태를 통지하는 것을 포함할 수 있다. 다른 응급상황 액션들은, 코디네이터가 가청 경고(audible alarm) 또는 페이저 메시지와 같이, 시스템 외부에 소정 형태의 경고를 보내는 것을 포함할 것이다.

응급 액션들은 대상 센서의 전력 소비를 증가시키는 동시에, 코디네이터에 의해 할당되는 대역폭이 다른 센서들로부터 전환되게 할 것이므로, 응급 상태가 무기한으로 연장되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다 (아래 참조).

또한, 상기 프로토콜에서, 항상 센서가 감지된 값을 송신할 필요가 있는 것은 아닐 수 있고, 임계에 도달한 경우에만 센서가 정보(예를 들어, 감지된 값, 또는 아마도 응급 상태의 표시자만)를 송신하면 충분할 수 있다는 점에도 유의해야 한다. 대신에 또는 추가로, 센서는 다수의 센서 판독값을 한꺼번에 송신하기 위해 축적할 수 있다. 이러한 방식으로, 네트워크 내에서의 일상적인 센서 데이터의 아마도 불필요한 전력 소비 및 송신들이 최소한으로 감소될 수 있다.

감지된 생명 매개변수가 비-임계 레벨로 복귀했다고 가정하면, 센서는 이러한 사실을 이용하여 응급 상태를 해제하여, 코디네이터가 다른 센서들 및 태스크들에 더 높은 우선순위를 제공하는 것을 허용할 수 있다. 이를 위한 절차가 도 13에 도시되어 있다. 대상 센서는, 예를 들어 생명 매개변수를 비교적 짧은 시간 간격으로 감지하고 빈번한 메시지들을 코디네이터에 보내는 것을 포함하여, 현재 응급상황 조건에 있는 것으로 가정된다.

응급상황의 해제를 선언, 트리거 타입 1(도 13):

S21: 네트워크 장치 또는 센서(11)는 생명 매개변수를 측정한다. 감지된 값은 정상적으로는 이미 언급된 것과 같이 네트워크에 직접 송신될 것이고, 이것은 코디네이터 및 임의의 외부 엔티티가 환자의 응급 상황을 모니터링하는 것을 허용하기 위하여, 응급 상태에서 중요할 수 있다.

S22: 네트워크 장치 또는 센서는 자기 자신의 능력을 이용하여 환자가 여전히 응급상황에 있는지의 여부를 알아낸다. 더 정확하게는, 상태가 응급상황으로부터 비-응급상황(응급상황의 해제)으로 변했는지가 결정된다. 예를 들어, 감지된 매개변수가 임계 레벨 미만으로 떨어지거나 허용가능한 범위 내에 있으면, (적어도 그 감지된 매개변수에 관해서는) 환자가 더 이상 임계 상태에 있지 않은 것으로 가정될 수 있다. 예로써, 맥박 센서의 경우에서, 예를 들어 50-120(맥박수/분)의 범위 내에 있는 맥박값은 비-임계인 것으로 여겨질 수 있다. 따라서, 이전에는 이 범위 위에 있던 환자의 맥박이 최후의 센서 판독값에서 120 미만으로 떨어진 것으로 밝혀지면, 이것은 센서가 비-응급상황을 결정하게 할 것이다.

S23: 더 이상 응급상황에 있지 않으면, 네트워크 장치 또는 센서(11)는 응급 상태의 해제의 표시자를 코디네이터(10)에 보낸다. 물론, 이러한 "보내기"는 센서로부터 코디네이터로의 직접 송신일 필요는 없다. 피어-투-피어 토폴로지에서, 센서는 자신의 가장 가까운 이웃에만 송신하고, 메시지는 일련의 홉을 통해 코디네이터에 도달한다.

S24: 네트워크 장치 또는 센서는 코디네이터(10)로부터의 ACK를 청취하기 시작한다.

S25: 코디네이터는 ACK를 네트워크 장치에 되돌려 보낸다.

S26: 응급상황을 해제하기 위해 소정의 액션들이 후속할 것이다. 예를 들어, 센서는 자신의 센서 판독 및/또는 코디네이터와의 통신의 빈도를 감소시켜서, 아마도 더 많은 시간 동안 셧다운하여 전력을 보존할 수 있고, 센서는 또한 각각의 센서 판독값을 바로 보내는 것을 유예하여, 아마도 대신에 주기적인 송신을 위하여 그 판독값들을 축적할 수 있다. 일반적으로, 도 12의 흐름도의 시작에서 가정되었던 비-응급 상태로 복귀할 것이다. 한편, 코디네이터는 이전에 센서에게 할당되었던 GTS를 다른 목적들을 위해 재할당할 수 있다. 또한, 코디네이터는 응급상황이 지나갔음을 더 높은 권한(인간 또는 머신)에게 알리기 위해, 메시지를 외부적으로 보낼 수 있다.

제2 프로토콜 또는 트리거 타입에서, 센서 자체는 감지된 매개변수에 대하여 응급 상황이 존재하는지를 결정할 수 없는 것으로 가정된다. 이것은 센서가 그렇게 하기에는 불충분한 처리 능력을 갖기 때문인 경우가 많을 것이다. 대안적으로, 감지된 매개변수 단독으로는 응급상황을 선언하기에 충분하지 않고, 다른 인자들이 고려되어야만 할 수도 있다. 코디네이터(10)는 그것의 비교적 높은 처리 능력, 및 다른 소스들로부터 정보를 획득하는 능력으로 인해, 이것을 할 수 있다.

그러한 다른 인자들의 예는 시간일 수 있는데, 감지된 생명 매개변수가 단시간 동안 또는 단 하나의 판독값에 대해 임계를 넘는 것이 허용될 수 있지만, 아마도 소정의 기간 내에서의 다수의 그러한 판독값은 응급 상태를 나타낼 것이다. 예로서, 환자의 맥박수는 소정의 외부 자극으로 인해 임계 레벨까지 일시적으로 상승하지만 신속하게 다시 떨어질 수 있고, 이것은 응급상황을 나타내지 않을 것이다. 정상적으로, 코디네이터는 그러한 판단을 내리기 위한 저장 및 카운팅 능력을 가질 것이다.

다른 인자들의 다른 예는 동일 환자의 다른 생명 매개변수들을 검출하기 위해 이용되는 센서들로부터의 센서 데이터 또는 표시일 것이다. 한 매개변수 단독으로는 응급상황의 확실한 결정을 허용하지 않을 것이지만, 다른 센서들로부터의 정보와 조합될 때는 그렇게 할 수 있다.

프로세스는 지금 막 간략하게 설명된 것과 유사하지만, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 약간의 차이를 갖는다. 다시, 첫번째 경우(도 14)에서는 초기 상태가 비-응급상황이고, 두번째 경우(도 15)는 응급상황 조건에서 시작하는 것으로 가정된다.

응급상황을 선언, 트리거 타입 2(도 14):

S31: 네트워크 장치 또는 센서(11)는 앞에서와 같이 생명 매개변수를 측정한다.

S32: 네트워크 장치는 생명 매개변수의 하나 이상의 감지된 값을 코디네이터에 보낸다. 그런데, 설명된 프로세스들 중 임의의 것에서, 이것은 감지된 값의 명시적인 시그널링에 의해, 및/또는 값의 변화를 보냄으로써, 또는 그것이 포함되는 범위와 같은 값에 대한 소정의 표시를 보냄으로써 이루어질 수 있다. 또한, 언급된 바와 같이, 비-응급 상태에서, 모든 감지된 값을 보낼 필요는 없을 수도 있다.

S33: 코디네이터는 환자가 "응급상황에 있는지"를 알아내기 위해 정보를 분석한다. 이 단계는 감지된 값을 별개로 분석하는 것을 수반할 수 있고, 또는 언급된 바와 같이, 다른 인자들을 고려할 수 있다. 그러한 인자들은 동일한 환자 상의 다른 센서들에 의해 감지된 값들, 또는 감지된 매개변수가 임계로 된 이후의 시간을 포함할 수 있다.

S34: 응급상황이 존재하는 경우, 코디네이터(10)는 응급 상태 확인을 네트워크 장치에 보낸다. 이러한 액션은 S31에서의 특정 네트워크 장치에 보내지는 확인으로 한정될 필요는 없고, 네트워크 내의 모든 장치들, 또는 동일한 생명 매개변수를 담당하는 장치들의 그룹에 대해 행해질 수 있다.

S35: 코디네이터는 이러한 확인을 수신했다는 센서로부터의 ACK를 청취하거나 검출하기 시작한다.

S36: 네트워크 장치는 코디네이터에 ACK를 되돌려 보낸다.

S37: 앞에서와 같이, 소정의 응급상황 액션이 후속할 것이다. 예를 들어, 코디네이터는 센서에게 센서 판독값들을 취하고/취하거나 그러한 판독값의 표시를 비-응급 상태에서보다 더 빈번하게 보낼 것을 명령한다. 간단한 구성에서, 단계 S34에서의 센서에 의한 응급 상태의 수신은, 별도의 명령을 필요로 하지 않고서 센서에서 필요한 변경들을 개시하기에 충분할 수 있다. 그러나, 더 흔하게는, S34에서의 응급상황 표시는 아마도 센서에게 그것의 송신을 위한 새로운 자원 할당을 알리는 코디네이터로부터의 제어 메시지에 의해 단계 S37에서 후속 조치가 취해질 필요가 있을 것이다.

응급상황의 해제의 선언, 트리거 타입 2(도 15):

S41: 네트워크 장치 또는 센서가 생명 매개변수를 측정한다.

S42: 네트워크 장치가 코디네이터에 생명 매개변수를 보낸다.

S43: 코디네이터는 환자가 더 이상 응급상황에 있지 않은지(즉, 응급 상태가 종료되고 비-응급 상태가 시작되었는지)를 알아내기 위해 정보를 분석한다. 이것은 본질적으로는 단계 S33에서의 프로세스의 역이긴 하지만, 관여되는 임의의 임계 또는 기간들이 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 임계 상태가 진정으로 지나갔음을 확실히 하기 위해, 비-응급상황을 판단하기 위해 이용되는 기간은 응급상황을 선언하기 위한 것보다 훨씬 더 길게 설정될 수 있다.

S44: 그렇다면, 코디네이터는 네트워크 장치에 응급 상태 확인을 보낸다.

S45: 코디네이터는 ACK를 청취하거나 검출하기 시작한다.

S46: 네트워크 장치는 코디네이터에 ACK를 되돌려 보낸다.

S47: 응급상황을 해제하기 위해 일부 적절한 액션이 후속할 것이다. 예를 들어, 센서는 이 확인을, 에너지를 보존하기 위해 덜 활성인 슬립/웨이크 패턴으로 스위칭하라는 커맨드로서 받아들일 수 있다.

상기는 응급상황의 해제를 선언하기 위한 유일한 가능한 방식이 아니다. 예를 들어, 병원과 같은 동일한 위치 내에서 다수의 응급상황이 선언된 상황에서는, 응급 상태를 무기한으로 유지하는 것은, 네트워크를 정체시키는 것 및 의료진에게 과도한 부담을 주는 것 둘 다와 관련하여 도움이 되지 않을 수 있다. 그러므로, 미리 정해진 시간이 경과된 후에 응급상황을 해제하기 위한 대책이 만들어질 수 있다. 그러한 대책은 감지된 매개변수에 따라 선택적으로 적용될 수 있는데, 예를 들어 환자가 매우 높은 혈압으로는 거의 무기한으로 생존할 수 있어서, 필요에 따라서는 응급상황이 해제되는 것을 가능하게 할 수 있지만, 매우 낮은 혈압의 경우는 그렇지 않다.

상기의 2가지의 프로토콜은 센서 및 코디네이터만을 관여시킨다. 그러나, MBAN은 수개의 코디네이터가 이미 언급된 것과 같은 소정 형태의 중앙 모니터에 보고하는 방식으로 구현될 수 있는데, 이것은 자동적일 수도 있고, 아니면 사람의 감독 하에 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 그러한 중앙 모니터는 병원 내의 여러명의 환자를 감독하는 병실 담당 간호사의 데스크에 위치될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 중앙 모니터는 아래와 같이, 응급상황이 존재하는지의 여부의 결정을 내릴 수 있다.

응급 상태의 선언, 트리거 타입 3(도 16):

S51: 네트워크 장치 또는 센서(11)가 비-응급 상태에서 시작한다고 가정하고, 그것이 생명 매개변수를 측정한다.

S52: 네트워크 장치는 감지된 생명 매개변수 데이터를 소정 형태로 코디네이터(10)에 보낸다.

S53: 코디네이터(10)는 생명 매개변수를 소정 수단을 통해 중앙 모니터링 유닛(12)에 전달한다. 이 경우에서의 송신 수단은 MBAN 자체일 필요가 없음에 유의해야 한다. 그것은 이동 전화 네트워크와 같은 별도의 무선 통신 네트워크, 또는 병원 내의 유선 LAN과 같은 소정 형태의 유선 접속일 수 있다. 따라서, 중앙 모니터는 반드시 통상적으로 그러하듯이 MBAN의 일부인 것으로 고려되지는 않는다. 다시, 송신되는 데이터는 감지된 값의 직접 송신일 필요가 없고, 소정의 임계 또는 범위에 도달한 것의 통보일 수 있다. 코디네이터가 감지된 값들을 중앙 모니터에 알려주는 방식은 센서가 코디네이터에 송신하기 위해 이용하는 것과 동일할 필요는 없다.

S54: 중앙화된 모니터링 시스템(12)은 환자가 응급상황에 있는지(응급 상태에 들어갔는지)를 알아내기 위해 정보를 분석한다. 이 경우에서, 결정은 모니터링되고 있는 임의의 다른 환자들(훨씬 더 나쁜 상태에 있고, 따라서 더 관심을 받아야 할 수 있음)의 상황과 같은 환자 외부의 인자들을 수반할 수 있다. 최종 결정은 사람의 개입으로 이루어질 수도 있고, 자동으로 이루어질 수도 있다.

S55: 응급 상태가 결정되면, 중앙화된 모니터링 시스템(12)은 통상적으로 단계 S53에서와 동일한 송신 루트에 의해 코디네이터에 응급 상태 확인을 보낸다.

S56: S55에서의 확인에 응답하여, 코디네이터도 네트워크 장치에 응급 상태 확인을 보낸다.

S57: 코디네이터가 ACK를 청취 또는 검출하기 시작한다.

S58: 네트워크 장치가 코디네이터에 ACK를 되돌려 보낸다.

S59: 소정의 응급상황 액션들이 후속할 것이다 (단계 S56 및 S57의 완료를 기다릴 필요는 없음). 예를 들어, 의료 담당자의 워크스테이션에서 경고음이 울려서, 환자에게 주의를 기울일 것을 촉구할 수 있다. 중앙 모니터는 추가의 코디네이터들이 존재한다면 그러한 추가의 코디네이터들을 포함하는 다른 네트워크 장치들에게 응급상황 조건을 알리고/알리거나 그 다른 네트워크 장치들에서 액션들을 개시할 수 있다.

마찬가지로, 중앙 모니터는 코디네이터를 통해 릴레이 또는 필터링된 감지된 정보와, 자신이 알고 있는 임의의 다른 인자들에 기초하여, 응급상황을 해제하라는 결정을 내릴 수 있다.

응급 상태의 해제를 선언, 트리거 타입 3(도 17):

S61: 네트워크 장치 또는 센서(11)는 응급 상태에서 시작하여 생명 매개변수를 측정한다.

S62: 네트워크 장치는 생명 매개변수들을 코디네이터(10)에 보낸다.

S63: 코디네이터는 S53에서와 같이 소정의 네트워크를 통해 생명 매개변수를 중앙 모니터링 유닛에 전달한다.

S64: 중앙화된 모니터링 시스템(12)이 정보를 분석하여 환자가 응급상황에 있는지의 여부, 즉 기존의 응급 상태가 종료했는지의 여부를 알아낸다.

S65: 만일 그렇다면, 중앙화된 모니터링 시스템은 응급 상태 확인을 코디네이터에 보낸다.

S66: 그에 응답하여, 코디네이터도 응급 상태 확인을 네트워크 장치에 보낸다.

S67: 코디네이터는 ACK를 청취 또는 검출하기 시작한다.

S68: 네트워크 장치는 ACK를 코디네이터에 되돌려 보낸다.

S69: 소정의 액션들이 후속할 것이고, 네트워크 장치는 앞에서와 같이 자신의 송신 및/또는 슬립/웨이크 패턴을 변경할 것이며, 예를 들어, 코디네이터는 중앙 모니터(12)에게 네트워크 장치가 비-응급상황 조건으로 복귀했음을 확인해줄 수 있다.

단계들의 순서가 흐름도에 나타난 것을 엄격하게 따를 필요는 없음에 유의해야 한다. 예를 들어, 도 12에서, 코디네이터는 ACK를 보내는 것을, GTS(또는 증가된 GTS)를 할당하는 것 및 센서에게 이 사실을 통보하는 것과 결합할 수 있다. 마찬가지로, 센서(11) 또는 코디네이터(10)는 응급 상태의 변화를 알아차리자마자, 다른 측으로부터의 ACK를 기다리지 않고서 응급상황(또는 응급상황 해제)의 절차를 시작할 수 있다.

"응급 상황" 및 "비-응급 상황"이 반드시 유일한 2가지 가능한 조건은 아니다. 예를 들어, "비정상"과 같은 제3의 조건이 도입되어, 환자(또는 더 정확하게는, 소정의 감지된 생명 매개변수의 값)가 아직 응급상황 조건에 있지는 않더라도 우려 요인을 제공하고 있음을 나타낼 수 있다. 이것은 상기 설명된 절차들을 확장함으로써 명시적으로 선언될 수도 있고, 아니면 비-응급 상태로 곧바로 복귀하지 않고 감지된 값이 정상 판독값으로 복귀할 때까지 기다림으로써 암시적으로 정의될 수 있다. 즉, 응급 및 비-응급 상태를 각각 결정하기 위해 이용되는 임의의 임계값(들)이 동일할 필요는 없다. 대안적으로, 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 응급상황의 정도는 상황의 심각성에 따라 일련의 단계들로 상승 또는 하강될 수 있다.

도 12 내지 도 17의 흐름도들은 단순함을 위해 단일 센서를 고려하고 있다. 그러나, 관련된 생명 매개변수에 따라, 동일한 매개변수(예를 들어, 체온)를 모니터링하기 위해 복수의 센서가 동일한 환자에게 제공 또는 이식될 수 있다. 그러한 경우에서, 물론, 단일 센서에 관하여 설명된 단계들이 실제로는 그러한 복수의 센서들 전부를 수반할 것이다.

마찬가지로, 예를 들면 각각 자신의 코디네이터를 갖는 수개의 클러스터가 단일의 중앙 모니터링 유닛에 보고하는 피어-투-피어 세팅에서, 위에 설명된 절차들은 하나보다 많은 코디네이터를 수반할 수 있다. 이러한 경우에서, 주어진 코디네이터로부터 중앙 모니터로의 메시지들은 항상 직접 송신될 필요는 없고, 하나 이상의 다른 코디네이터에 의해 릴레이될 수 있다.

상기 설명이 무선 센서 시스템 내의 센서들 및 코디네이터들만을 참조하고 중앙 모니터를 포함하는 것이 가능한 것으로 하였지만, MBAN이 이러한 종류와는 다른 장치들을 포함하는 것이 가능하다. 잠재적으로는, 투약 메커니즘과 같이, 환자의 보살핌에 개입하는 소정의 수단이 코디네이터 및/또는 임의의 중앙 모니터의 무선 제어 하에 있는 네트워크 내에 배치될 수 있다. 따라서, "응급상황 절차"는 센서들의 제어 및 그들의 통신으로 한정될 필요가 없고, 예를 들어 응급 상태에서 생명 매개변수(예를 들어, 심박동수)를 안정화하기 위해 환자에게 약을 전달하는 것으로 확장될 수 있다.

상기 설명은 1명 이상의 환자의 의료적 응급상황 또는 비-응급상황을 결정하기 위한 기술에 관한 것이었는데, 왜냐하면 이것이 본 발명의 중요한 응용으로 보여지기 때문이다. 그러나, 이것이 유일한 가능한 응용은 아니다. 센서들은 비의료적 상황에 있는 생체를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 위험에 처한 어떠한 사람이라도(예를 들어, 노약자 또는 어린이, 또는 위험한 환경에 있는 사람들 등) 위에서 설명된 것과 동일한 기술을 이용하여 모니터링될 수 있다. 이러한 경우에서, 응급상황 조건은 사고와 같은 소정 형태의 물리적 위협을 나타낼 것이다. 맥박, 체온, 가속도 등과 같은 그러한 생명 매개변수를 위한 센서들은 이러한 상황에서 특히 유용할 것이다.

사람 또는 다른 생체의 BAN을 벗어나서 본 발명을 적용하기 위한 많은 가능성들이 존재한다. 한가지 가능성은 임무 수행에 필수적인 산업적 환경(예를 들어, 발전소)에서의 많은 잠재적인 시나리오들과 같은 산업적 응급상황들을 검출할 수 있는 WSN이다. 이것은 공장 환경 내의 다수의 제어 포인트에 적용할 수 있다. 예를 들면, 공장의 가열 설비 내의 온도 센서들, 또는 식료품 제조 라인의 압력 임계를 고려할 수 있다. 의료적 응급상황들에서와 마찬가지로, 즉각적인 ACK 프로토콜이 이러한 시스템들에서의 응급상황들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구항들에서의 "엔티티"라는 용어는 생물 이외의 임의의 그러한 산업적 환경을 커버하는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서는, 상기 프로토콜들이 IEEE 802.15.4로부터 나와서 현재 개발 중인 IEEE 802.15.6과 같은 통신 표준 내에 어떻게 수용될 수 있는지에 대한 일부 설명이 제공될 것이다.

도 18 및 도 19는 "응급상황"이라고 표기된 새로운 비트의 추가를 통해 응급 상황을 수용하고, 그것이 IEEE 802.15.6에 적합해지게 하기 위한, 본 발명의 일 실시예에서의 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 제1의 가능한 수정안을 도시한 것이다. 이러한 제1의 가능한 수정안에서, IEEE 802.15.4에서의 프레임 타입들에 대한 임의의 다른 변경은 행하지 않고서, 신규한 응급상황 프레임 타입에 대한 허용이 이루어진다.

이미 간략하게 설명된 바와 같이, IEEE 802.15.4는 비컨 프레임(41), 데이터 프레임(42), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)을 포함하는 다양한 프레임 타입들을 제공한다. IEEE 802.15.6에서, 상기 설명된 절차들을 구현하는 한 방식은, 정의된 MAC 프레임 타입들에 추가의 프레임 타입인 응급상황 프레임을 도입하는 것이다.

도 18은 IEEE 802.15.4에 대해 이미 제안되어 있는 도 10a의 프레임 컨트롤 필드(50)에 대응하는 프레임 컨트롤 필드(500)의 구조를 도시한 것이다. 도 18을 도 10a와 비교해보면 알 수 있는 바와 같이, 비트 0-2는 IEEE 802.15.4에서와 같이 프레임 타입(501)을 나타내지만, 가능한 프레임 타입 값들은 도 19에 나타낸 바와 같이 변화된다. 이전에 예약되었던 값들 100-111(도 10b 참조) 중에서, 비트값 "111"은 이제 신규한 응급상황 프레임 타입을 나타내기 위해 이용된다. 값 100, 101 및 110은 장래의 사용을 위해 예약된 값으로 남아있는다.

프레임 컨트롤 필드(500)의 남아있는 서브필드들에서, 비트 넘버 7이 응급 상태를 위한 플래그로서 새롭게 이용된다(예를 들어, "1"= 응급상황, "0"= 비 응급상황)는 점을 제외하고는, 도 10의 프레임 컨트롤 필드(50)에서와 기본적으로 동일한 컴포넌트들이 존재한다. 비트 8은 이제 (도 10a의 Ack 요청 서브필드에 대응하는) Ack 정책을 나타내기 위해 이용된다. 보안 인에이블드 비트(502), 프레임 계류 비트(503), PAN ID 압축(506), 목적지 어드레싱 모드(507), 프레임 버전(508) 및 소스 어드레싱 모드(509)를 위한 서브필드들은 IEEE 802.15.4의 프레임 컨트롤 필드(50)에서의 대응 부분들과 동일한 기능을 갖는다.

도 20 및 도 21은 응급 프레임 타입뿐만 아니라, 예를 들어 응급상황에서 이용되는 소위 즉각적인 ACK(immediate ACK)를 포함하는 보다 더 유연한 ACK 제공, 네트워크 장치의 배터리의 상태의 표시, 및 "긴급성" 표시를 포함하는 다른 신규한 특징들을 수용하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에서의 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 제2의 가능한 수정안을 도시한 것이다.

도 20의 프레임 컨트롤 필드(500')의 포맷은, 주로 Ack 정책을 위한 단일 비트(505)가 상이한 ACK 타입들을 정의하기 위한 2개의 비트로 대체된다는 점에서, 그리고 배터리 상태(즉, 남아있는 전하 또는 전압 레벨) 및 "긴급성"의 표시가 추가의 비트(도면에서 "확장 비트" 0-3으로 표기됨)를 요구하는 새로운 서브필드들(511 및 512)에 의해 표현된다는 점에서, 도 18의 필드(500)와는 다르다. 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 비트 각각은 각각에 대해 4개까지의 레벨이 정의되는 것을 허용하는 "긴급(Urgnt)" 및 "배터리 레벨(Batt Level)" 각각에 할당된다. 이러한 새로운 서브필드들의 의미 및 사용은 본 발명의 범위 밖에 있지만, 여기에서, 그들은 BAN의 장치들 간의 보다 더 유연한 시그널링을 제공하기 위해 본 발명에서 응급 상태와 함께 이용될 수 있다는 점이 주목된다.

이 경우에서의 IEEE 802.15.4의 수정된 프레임 타입 값들은 도 21에 도시된 것과 같은데, 이것은 도 10a/10b 및 도 19와 비교되어야 한다. 도 19의 실시예에 비교할 때, 차이는 이전에는 예약되던 값들 100 및 101이 이제는 2가지 타입의 ACK, 즉 즉각적인 ACK 및 지연된 ACK를 나타내기 위해 사용된다는 것인데, 즉각적인 ACK는 예를 들어 보다 더 신뢰할 수 있는 통신을 위해, 수신된 데이터의 각 개별 프레임을 확인응답하기 위해 응급상황에 있는 장치들에 대하여 이용된다. 즉각적인 ACK는 동일한 출원인에 의한 공동계류중인 출원의 주제이다.

본 발명의 신규한 특징들을 이미 제안되어 있는 프레임 구조에 통합하기 위한 추가의 기술로서, MAC 커맨드 프레임(도 11a 및 도 11b를 다시 참조)의 커맨드 프레임 식별자가 이용될 수 있다. 도 22a 및 도 22b는 새로운 커맨드 타입 "응급상황 통보"를 추가하는 것을 포함하는, MAC 커맨드 프레임(44')에 대해 요구되는 수정안을 도시한 것이다. 도 22a는 MAC 커맨드 프레임 포맷(44')의 일부를 나타낸 것이고, 도 22b는 커맨드 프레임 식별자(440')을 위한 가능한 값들의 테이블을 나타낸 것인데, 새로운 타입 "응급상황 통보"는 이전에는 사용되지 않던 값 0x0a를 사용한다(도 22b 참조). 새로운 커맨드 타입을 정의하는 것에 더하여, 커맨드에 대한 소정의 정보(컨텍스트)를 제공하기 위해 커맨드 프레임 식별자(440')에 후속하는 페이로드가 이용된다. 도 22a에 도시된 MAC 커맨드 프레임(44')의 경우에서, 페이로드의 예는 응급 상태의 선언 또는 응급 상태의 취소(해제)를 위한 1비트(예를 들어 "1"=응급상황, "0"=비-응급상황)와, 그에 후속하는 응급 상태를 상승/하강시킬 레벨의 수를 도입하기 위한 3비트일 것이다(8개 레벨의 응급상황을 허용하고 비-응급 상태를 포함하여 총 9개의 레벨). 예를 들어, 응급상황의 선언을 위한 지속기간을 상대적인 시간(ms 단위), 또는 절대적인 시간(현재의 기원(epoch)의 시작 이후의 ms)으로 나타내기 위해, 추가의 비트가 페이로드로서 제공될 수 있다.

요약하면, 본 발명의 실시예는 아래의 특징들 및 이점들을 제공할 수 있다.

＊ 의료적 응급 상황을 IEEE 802.15.6을 위한 새로운 응급상황 확인응답 시그널링에 연계시킴.

＊ 새로운 프레임 타입 "응급상황"을 정의함.

＊ 센서 또는 네트워크 장치가 응급상황이 존재하는지를 결정하는, 의료적 응급상황을 위한 트리거 타입 1의 가능성을 도입함.

＊ 트리거 타입 1에 연관된 응급상황 트리거 프로토콜을 제공함.

＊ 코디네이터가 상황을 평가하고 응급상황이 존재하는지를 결정하는, 의료적 응급상황을 위한 트리거 타입 2의 가능성을 도입함.

＊ 트리거 타입 2에 연관된 응급상황 트리거 프로토콜을 제공함.

＊ 코디네이터가 생명 매개변수를 중앙 케어 시스템에 전달하여 상황을 평가하고 응급상황이 존재하는지를 결정하는, 의료적 응급상황을 위한 트리거 타입 3의 가능성을 도입함.

＊ 트리거 타입 3에 연관된 응급상황 트리거 프로토콜을 제공함.

＊ IEEE 802.15.6을 위한 새로운 컨트롤 프레임 구조를 정의함.

＊ IEEE 802.15.6을 위한 응급 상황을 나타내는 컨트롤 프레임 내의 새로운 비트를 정의함.

본 발명의 실시예들은 MBAN을 이용함으로써 응급상황 관리를 용이하게 하는 데에 있어서 필수적인 역할을 할 수 있다. 이하의 시나리오들이 주목될 수 있다.

(ⅰ) 심장 및 가슴에 문제를 갖는 전세계의 수억명의 환자들은 그들의 신체 상에 MBAN을 형성하는 무선 센서들을 이용함으로써 병원에서 또는 가정에서 모니터링될 수 있다. MBAN은 그러한 환자들에 대해 추가의 이동성을 제공할 수 있다. 그러나, 비정상적인 심장 기능, 또는 심장 발작 등의 더 심각한 경우들과 같은 상황 하에 있는 이러한 환자들의 그룹에 대해서는, 어떠한 응급상황 또는 경고 신호도 상실되지 않을 것을 확실하게 하기 위한 신뢰할 수 있는 통신 채널을 보장하는 것이 필수적이다. 본 발명은 "응급상황 응답확인"을 송신함으로써, 관여된 모든 엔티티들이 응급상황에 대해 알아차리게 하기 위해, 안전한 응급상황 트리거 메커니즘을 제공한다.

(ⅱ) 전세계의 수억명의 사람들이 당뇨병으로 고통받고 있다. 혈당 측정을 위한 이식가능한 또는 비침습적인 방법들이 최근에 고려되고 있다. 환자의 혈당 레벨 정보를 24시간 모니터링하기 위해 MBAN이 이용될 수 있다. 환자의 혈당 레벨이 정상치를 벗어나고, 응급상황의 지리적 위치 확인(geolocation) 및 환자에 대한 다른 필요한 긴급 의료 절차들이 요구되는 상황들이 존재한다.

(ⅲ) MBAN은 데이터 손실이 생명을 위협할 수 있는 중환자실의 환자를 모니터링하는 동안, 감지된 데이터를 수집하기 위해 이용될 수 있다.

(ⅳ) 의료 시스템에서 응급상황 대응의 효율성 및 인건비를 개선한다.

(ⅴ) 의료용 MBAN 시스템에서 응급상황 인식을 개선한다.

(ⅵ) 응급상황 대응 프로세스를 자동화함으로써 인건비를 감소시킨다.

(ⅶ) 주로 낮은 데이터 레이트의 응용들에 대해 예상되긴 하지만, MBAN들은 개별 패킷의 상실이 결정적이고 품질에 영향을 주는 스트리밍 비디오/오디오 데이터의 전송에 적용될 수 있다. 에러가 있는 데이터는 응급상황의 경우들에서 질환의 진단에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

(ⅷ) 의료적 진단에 대하여, 의사가 환자를 적절하게 진단하기 위해서는 MMR 또는 X-레이 이미지가 매우 선명할 필요가 있다. 따라서, 마찬가지로, 신뢰할 수 있는 데이터 전송이 필수적이다.

요약하면, 본 발명은 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하도록 구성된 센서들(11)을 포함하는 복수의 장치(10, 11, 12)를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 응급상황 조건을 선언하는 방법을 제공할 수 있는데, 이 방법은, 센서들(11) 중 하나에 의해 엔티티에 관련된 매개변수의 값을 감지하는 단계; 센서에 의해 네트워크 내의 다른 장치(10)에 무선으로 정보를 송신하는 단계; 감지된 값 또는 송신된 정보를 이용함으로써 엔티티에 영향을 주는 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 결정하는 단계; 및 네트워크 내의 적어도 하나의 다른 장치(예를 들어, 10)에 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 선언하는 단계를 포함한다. 결정하는 단계는 무선 센서 네트워크의 코디네이터(10), 센서(11), 또는 코디네이터와 통신하고 있는 중앙 모니터(12) 중 임의의 것에 의해 수행될 수 있다. 선언하는 단계는 프레임 기반 무선 센서 네트워크의 프레임 컨트롤 필드를 응급상황 프레임을 나타내는 것으로서 미리 정의된 값으로 설정함으로써 수행될 수 있다. 확인응답 프레임은 응급상황 선언의 수신을 확인응답하기 위해 수신자에 의해 이용될 수 있는데, 이러한 확인응답 이후에는 응급상황 절차가 후속된다. 응급상황 절차는 예를 들어 센서로부터의 후속 정보의 신뢰도를 보장하도록 센서에 할당되는 대역폭을 증가시키는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 방법은 IEEE 802.15.6에 따라 동작하는 MBAN들을 이용하여 병원에서 환자들을 모니터링하는 것에 적용될 수 있다.

본 발명은 신규한 센서, 코디네이터, 또는 그것을 위한 하드웨어 모듈의 형태를 취할 수 있으며, 센서들 및/또는 코디네이터의 프로세서들에 의해 실행되는 소프트웨어를 대체 또는 수정함으로써 구현될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 하드웨어로, 또는 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 소프트웨어 모듈들로서, 또는 그들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 또한 여기에 설명된 기술들 중 임의의 것의 일부 또는 전부를 수행하기 위한 하나 이상의 장치 또는 장치 프로그램(apparatus programs)(예를 들어, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품)으로서 구현될 수 있다. 본 발명을 구현하는 그러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장될 수 있으며, 또는 예를 들어 하나 이상의 신호의 형태로 있을 수 있다. 그러한 신호들은 인터넷 웹사이트로부터 다운로드가능한 데이터 신호들일 수 있고, 또는 캐리어 신호 상에 제공될 수 있고, 또는 임의의 다른 형태일 수 있다.

상기의 설명이 IEEE 802.15.4 및 IEEE 802.15.6을 예로서 참조하였지만, 본 발명은 IEEE 802.15.6에 따라 동작하는지의 여부에 상관없이, 임의의 타입의 프레임 기반 무선 센서 네트워크 또는 MBAN에, 그리고 심지어는 의료적 신체 영역 네트워크가 아니더라도 응급 상황에서의 통신의 신뢰도의 개선을 요구하는 다른 타입의 BAN에도 적용될 수 있다.

Claims

엔티티를 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서를 포함하는 장치들의 무선 센서 네트워크로서,
상기 엔티티에 관련된 매개변수의 값을 검출하고, 상기 네트워크 내의 다른 장치에 무선으로 정보를 송신하도록 구성된 상기 센서;
상기 무선으로 송신된 정보를 수신하도록 구성된 코디네이터; 및
상기 검출된 값 또는 상기 송신된 정보에 응답하여 상기 엔티티의 응급상황 조건의 존재를 결정하는 결정 수단
을 포함하는 무선 센서 네트워크.
제1항에 있어서,
상기 결정 수단은 상기 센서 내에 위치되는 무선 센서 네트워크.
제1항에 있어서,
상기 결정 수단은 상기 코디네이터 내에 위치되는 무선 센서 네트워크.
제1항에 있어서,
상기 코디네이터와 통신하는 중앙 모니터가 제공되고, 상기 결정 수단은 상기 중앙 모니터에 의해 제공되는 무선 센서 네트워크.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정 수단은 상기 검출된 값 또는 상기 송신된 정보를 적어도 하나의 임계값과 비교함으로써 상기 결정을 행하는 무선 센서 네트워크.
제5항에 있어서,
상기 결정 수단은 상기 검출된 값 또는 상기 송신된 정보를 적어도 하나의 임계값과 비교함으로써 응급상황 조건의 부재를 결정하도록 더 동작할 수 있는 무선 센서 네트워크.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정 수단은 상기 무선 센서 네트워크 내의 적어도 하나의 다른 장치에 응급상황 조건의 선언을 송신하도록 구성되는 무선 센서 네트워크.
제7항에 있어서,
상기 다른 장치는 상기 선언에 응답하여 상기 결정 수단에 확인응답을 보내는 무선 센서 네트워크.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 네트워크 내에서, 각각 프레임 컨트롤 필드를 갖는 프레임들 내에서 정보가 무선으로 송신되고, 상기 응급상황 조건의 선언은 상기 프레임 컨트롤 필드 내의 값을 미리 정의된 값으로 설정함으로써 이루어지는 무선 센서 네트워크.
제9항에 있어서,
상기 프레임들은 상이한 타입들의 프레임들을 포함하고, 상기 미리 정의된 값은 응급상황 프레임 타입을 나타내는 무선 센서 네트워크.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프레임 타입들 중 하나는 확인응답 프레임이고, 상기 선언에 응답하여 보내지는 상기 확인응답은 확인응답 프레임의 형태로 되어 있는 무선 센서 네트워크.
제7항 또는 제8항에 있어서,
MAC 커맨드 프레임들을 통해 상기 네트워크 내에서 커맨드들이 송신되고, 상기 응급상황 조건의 선언은 MAC 커맨드 프레임의 커맨드 프레임 식별자를 응급 통보 커맨드 프레임 타입으로 설정함으로써 이루어지는 무선 센서 네트워크.
제2항의 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 것이고, 상기 결정 수단을 포함하는 센서.
제3항의 무선 센서 네트워크에서 사용하기 위한 것이고, 상기 결정 수단을 포함하는 코디네이터.
적어도 하나의 엔티티를 모니터링하도록 구성된 센서들을 포함하는 복수의 장치를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 응급상황 조건을 선언하는 방법으로서,
상기 센서들 중 하나에 의해 상기 엔티티에 관련된 매개변수의 값을 감지하는 단계;
상기 센서에 의해 상기 네트워크 내의 다른 장치에 정보를 무선으로 송신하는 단계;
상기 감지된 값 또는 상기 송신된 정보를 이용함으로써 상기 엔티티에 영향을 주는 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 결정하는 단계; 및
상기 네트워크 내의 적어도 하나의 다른 장치에 상기 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 선언하는 단계
를 포함하는 방법.