RU2507571C2 - Архитектура беспроводного сенсорного узла с автономной потоковой передачей данных - Google Patents

Архитектура беспроводного сенсорного узла с автономной потоковой передачей данных Download PDF

Info

Publication number
RU2507571C2
RU2507571C2 RU2010136052/08A RU2010136052A RU2507571C2 RU 2507571 C2 RU2507571 C2 RU 2507571C2 RU 2010136052/08 A RU2010136052/08 A RU 2010136052/08A RU 2010136052 A RU2010136052 A RU 2010136052A RU 2507571 C2 RU2507571 C2 RU 2507571C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
subsystem
component
sensor device
streaming
events
Prior art date
Application number
RU2010136052/08A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010136052A (ru
Inventor
МЕРБЕРГЕН Йозеф Л. ВАН
Антенех Алему АББО
Мартинус Т. БЕННЕБРУК
АРНАИС Октавио А. САНТАНА
Леннарт ИСЕБОДТ
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Publication of RU2010136052A publication Critical patent/RU2010136052A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2507571C2 publication Critical patent/RU2507571C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
    • A61B5/0024—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system for multiple sensor units attached to the patient, e.g. using a body or personal area network
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0204—Operational features of power management
    • A61B2560/0209—Operational features of power management adapted for power saving
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0008—Temperature signals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сенсорному устройству и способу для сбора сенсорных данных в сенсорных сетях. Технический результат - повышение надежности за счет устранения любой непредсказуемой передачи данных, повышение эффективности потребления мощности на системном уровне, повышение прогнозируемости функционирования на системном уровне, снижение сложности программирования. Сенсорное устройство содержит автономный потоковый модуль, имеющий компонент или подсистему, инкапсулированные в интеллектуальную оболочку, представляющую собой схему, которая обеспечивает развитой или интеллектуальный интерфейс между упакованными или заключенными компонентом или подсистемой и внешней схемой; и блок управления для обнаружения предварительно заданных внутренних событий упомянутого автономного потокового модуля или предварительно заданных внешних событий из потоковых данных в упомянутом интерфейсе с упомянутой интеллектуальной оболочкой и для управления рабочим режимом упомянутого компонента или подсистемы в ответ на обнаруженные события. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к сенсорному устройству и способу для сбора сенсорных данных в сенсорных сетях, например, но не ограничиваясь этим, нательных сенсорных сетях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Преимущества сбора медицинской информации с человека в течение продолжительного периода и ежедневно давно предсказаны. В последнее время многие исследовательские группы работали над нательными сенсорными сетями (BSN). Упомянутые сети являются сетями из нескольких датчиков или сенсорных устройств, или сенсорных узлов, размещенных на теле и даже внутри него и передающих свои данные по цифровому радиоканалу. Таким образом, каждый датчик должен быть, по мере возможности, дискретным и небольшим.
В настоящее время известен ряд протоколов, которые предназначены к работе в качестве протоколов «маломощных» сетей, и поэтому пригодны для BSN. Примеры упомянутых протоколов описаны в публикации «Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)», IEEE Std 802.15.4-2006, и статье Wei Ye et al. «S-MAC: An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks». По существу, BSN, является мобильной сетью и может быть, например, носимой на теле или имплантированной в него. Кроме того, можно обеспечить устройство доступа или «объединительное» устройство, которое собирает данные от сенсорных узлов и которое также может быть носимым на теле.
Потребление энергии является важной проблемой для большинства применений беспроводных сенсорных сетей. Например, при контроле за состоянием здоровья человека, носимые и имплантируемые сенсорные узлы оборудуют очень малыми батарейками и должны обеспечивать требование долговременного функционирования. Хотя характер применения может различаться в зависимости от способа эксплуатации сенсорных узлов, общим требованием является обеспечение энергосберегающего режима работы. Поскольку архитектура сенсорного узла очень сильно влияет на потребление энергии, то необходим правильный выбор для удовлетворения строгим требованиям. Другим требованием является надежность. Если узлы применяют при биомедицинском контроле, от них требуется надежная работа, даже в случае непредсказуемом характере работы оборудования.
В последнее время на рынке предложен ряд беспроводных сенсорных узлов для обслуживания растущих потребностей новых применений. Кроме инноваций, относящихся к компонентам (например, процессорам, радиосвязи, аналого-цифровому преобразователю (АЦП)), большинство беспроводных сенсорных узлов скомпонованы традиционным способом, по которому управляющий процессор (CPU) или устройство прямого доступа к памяти (DMA) осуществляет передачу данных в периферийное оборудование и из него. Например, в работе B. Calhoun, et al., «Design Considerations for Ultra-low Energy Wireless Microsensor nodes», IEEE Trans, on Computers, Vol. 54, N6, June 2005 предлагается сенсорный узел DMA, собранный из модулей с участками, изолированными по напряжению и частоте для улучшения общего энергосбережения. Событие, которое формируется, когда буфер заполнен, применяется для запуска работы соответствующего модуля. Хотя, применение DMA дает большее энергосбережение, чем применение CPU для перемещения данных, однако, с обоими подходами сопряжен ряд недостатков.
Во-первых, снижение предсказуемости, возникающее вследствие того, что CPU и устройство DMA являются совместно используемыми устройствами, которые работают в режиме с прерываниями, который делает их, по существу, непредсказуемыми в том смысле, что возможны пропуски запросов на обслуживание. Упомянутое снижение предсказуемости может даже приводить к реагированию не в реальном времени на критические события, что недопустимо при применении для предупреждения об опасности в реальном времени. В предлагаемом изобретении устраняется любая непредсказуемость передачи данных, что делает систему, в целом, более надежной.
Во-вторых, непроизводительные издержки пересылки, возникающие с точки зрения пересылки данных между компонентами, так как CPU или устройство DMA с сопутствующим рабочим протоколом вносит непроизводительные издержки, которые значительно снижают эффективность использования энергии.
В-третьих, недостаток расширяемости аппаратных средств, обусловленный тем, что устройство DMA является центральным совместно используемым ресурсом, который не допускает простого наращивания, когда сенсорный узел нуждается в изменении рабочего режима, с большим отличием требований к функционированию, и/или манипулирует несколькими потоками данных, исходящими из нескольких сенсорных блоков, в основном, по причине ограниченного числа каналов DMA.
В-четвертых, сложность программирования, следующая из того, что, с точки зрения прикладного программиста, (ре)конфигурация устройства DMA и/или периферийного оборудования является не простой задачей и может приводить к неоптимальным рабочим режимам. Кроме того, для энергосбережения может быть особенно выгодным выключение компонентов, в которых временно нет нужды. К сожалению, для этого часто требуется большой объем работ (и, потому, иногда даже совсем не выполняется) по программированию, так как активизация компонентов является нетривиальной задачей по причине характерных для них длительностей времени активизации (связанных, например, с включением и стабилизацией питания), которые каким-то образом требуется учитывать в прикладной программе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной сенсорной архитектуры и способа считывания, который ослабляет или устраняет упомянутые недостатки благодаря применению характеристик потока данных между компонентами в беспроводных сенсорных узлах.
Упомянутая задача решается с помощью сенсорного устройства по п.1 или с помощью способа по п.11.
В соответствии с вышеизложенным можно обеспечить «автономный» механизм передачи данных, который исключает применение CPU или устройства DMA, и поэтому предлагает минимальное потребление мощности. Кроме того, можно реализовать автономный механизм активизации и/или переключения в режим ожидания, в котором CPU совсем не участвует и, благодаря этому, также снижается сложность программирования. Благодаря введению автономных потоковых модулей, которые будут иметь простые и единообразные интерфейсы программиста (например, управление открыванием, закрыванием, считыванием, записью, вводом/выводом), облегчается переносимость программного обеспечения (драйверов), и возможно создание автоматических систем. Предлагаемая системная архитектура, которая основана на автономных потоковых модулях, обеспечивает, тем самым, интегрирование энергосберегающего беспроводного сенсорного узла. Автономные потоковые модули могут быть собраны из подсистем или компонентов, которые инкапсулируются в интеллектуальные оболочки, которые обнаруживают предварительно заданные внутренние события или события из потоковых данных и управляют активностью подсистемы или компонента. Потоковый принцип позволяет подсистемам осуществлять связь между собой с минимальными возможными непроизводительными издержками, что позволяет повысить эффективность потребления мощности на системном уровне. Кроме того, предлагаемое решение повышает прогнозируемость функционирования на системном уровне, снижает сложность программирования и обеспечивает совершенствование расширяемости аппаратных средств.
Блок управления может быть выполнен с возможностью управления рабочим режимом компонента или подсистемы на основании внутренних событий, формируемых таймером, чтобы можно было управлять в зависимости от времени рабочим режимом или рабочим состоянием подсистемой или компонентом.
Кроме того, можно обеспечить совместно используемую шину управления для конфигурации компонента или подсистемы и контроля над ними и потоковые каналы на основе соединений для передачи данных между компонентами или подсистемами, по меньшей мере, одного автономного потокового модуля. Тем самым, потоковую связь можно отделить от управляющей сигнализации.
Интеллектуальная оболочка может содержать блок управления, порт потоковой связи, выполненный с возможностью формирования упомянутых внешних событий на основе содержания потока, и локальный менеджер, выполненный с возможностью интерпретации сформированных внешних событий. Приведенная модульная и автономная топология допускает энергосберегающую работу сенсорного узла. В конкретном примере, локальный менеджер может содержать рабочий контроллер для управления рабочим режимом на основании, по меньшей мере, одного из обнаруженных событий и состояния упомянутого компонента или подсистемы.
Кроме того, в одном из, по меньшей мере, одного автономного потокового модуля можно обеспечить подсистему потоковой связи, при этом подсистема потоковой связи содержит переключающую схему и планировщик соединений, выполненный с возможностью управления переключающей схемой для обеспечения соединений на основании управляющей информации, подаваемой в планировщик соединений. Тем самым, потоковые соединения можно предварительно конфигурировать по шине управления и состояний.
Блок управления сенсорного узла может содержать, по меньшей мере, один порт связи для обеспечения линии связи с компонентом или подсистемой.
Кроме того, можно обеспечить модуль потокового интерфейса, который содержит входной регистр на стороне потокового канала, выходной регистр на стороне подсистемы или компонента и детектор событий для сигнализации о событии на основании содержимого, по меньшей мере, одного из входного и выходного регистров. Таким образом, сигнал о событии может формироваться на основании потоковых данных во входном и выходном регистрах.
По меньшей мере, один блок управления может быть выполнен с возможностью выбора рабочего режима из активного режима, дежурного режима и режима ожидания. Установка рабочего режима может выполняться, например, управлением подачей питания и тактового сигнала компонента или подсистемы.
Далее описаны дополнительные предпочтительные варианты осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже изобретение поясняется на примере варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичное изображение тела человека с сенсорной сетью и объединительными устройствами;
Фиг.2 - блок-схема беспроводной сенсорной архитектуры в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.3A-3D - примерные информационные потоки в беспроводной сенсорной архитектуре в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.4 - блок-схема архитектуры автономной подсистемы в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.5 - схематичная диаграмма сигналов потоковой обработки данных в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.6 - блок-схема архитектуры подсистемы потоковой связи в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.7 - блок-схема архитектуры контроллера подсистемы в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.8 - блок-схема модуля потокового интерфейса в соответствии с вариантом осуществления; и
Фиг.9 - блок-схема модуля потокового интерфейса в соответствии с вариантом осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже приведено описание различных вариантов осуществления настоящего изобретения на базе системы BSN в качестве примера беспроводной сенсорной сети.
На фиг.1 схематически представлена система BSN с несколькими местами на теле, в которых прикреплены сенсорные узлы или устройства 110. Кроме сенсорных узлов 110, размещенных на теле или имплантированных в него, система BSN может содержать, по меньшей мере, одно устройство доступа или объединительное устройство 120, 130, которое принимает сигналы или считываемые данные из сенсорных узлов 110, и которое может быть выполнено с возможностью загрузки принятой информации в центральный сервер (не показанный).
В примерной схеме расположения, показанной на фиг.1, мобильное устройство доступа или объединительное устройство 120 выполнено с возможностью ношения в каком-нибудь месте на теле (например, на ремне) и/или, в альтернативном варианте, может быть встроено в электронное устройство, например, мобильный телефон, который будут носить так или иначе. Кроме того, в конкретных помещениях (например, в домашних условиях, например, в гостиной и спальне) можно размещать стационарное устройство доступа или объединительное устройство 130, которое может получать питание от сети, и которое выполнено с возможностью сбора данных, когда пользователь находится вблизи упомянутого устройства.
В сенсорных узлах 110 можно обеспечивать датчики разных типов. Например, датчик для считывания температуры участка тела, на котором прикреплен датчик. Человек может носить, по меньшей мере, один из упомянутых датчиков для измерения температуры на/в теле как на туловище, так и на конечностях. Кроме того, может быть обеспечен датчик для считывания насыщения крови кислородом, которое обычно измеряют через кожу посредством определения насыщенности «красного цвета» крови. Датчик другого типа можно носить для определения перемещения и степени активности пользователя-носителя. Исследования показали, что упомянутый датчик может также допускать логические заключения о текущей активности (сидении, движении шагом, бегом и т.п.). Другой датчик можно обеспечить для измерения электрического сигнала, формируемого биением сердца, посредством считывания разности напряжений на коже в области сердца. Еще один датчик может регистрировать частоту дыхания и кашель, число сделанных шагов (педометр), артериальное давление, либо с использованием традиционного «манжетного» механизма, либо с использованием информации о времени между ударом сердца и временем прихода пульса в конечность.
В соответствии с вариантом осуществления предлагается архитектура системы, которая основана на автономных потоковых модулях (ASM) для интегрирования энергосберегающего беспроводного сенсорного узла (WSN). Модули ASM собраны из компонентов или подсистем, которые инкапсулированы в интеллектуальные оболочки, которые обнаруживают предварительно заданные события из потоковых данных и управляют активностью или рабочим режимом подсистемы. Каждая интеллектуальная оболочка управляет рабочим режимом предназначенного компонента или подсистемы. Упомянутое управление обеспечивается управляющим менеджером, который контролирует события «данных» на интерфейсах интеллектуальной оболочки и/или внутренние события, формируемые, например, локальным таймером или подобным элементом. Контроль состояния конфигурации интеллектуальной оболочки и встроенного в него компонента организуется с помощью блока управления (или настройки конфигурации). Типичные примеры компонентов представляют собой цифровые интерфейсы сенсорной системы, интерфейсы для сопряжения с аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразователями (АЦП и ЦАП соответственно), запоминающими устройства, процессорными ядрами и приемопередающими блоками.
На фиг.2 представлена блок-схема варианта осуществления предложенной архитектуры беспроводного сенсорного узла. Система состоит из центрального процессора (CPU) 20-1 для управления работой системы, цифрового сигнального процессора (DSP) 20-2 для обработки задач с большими затратами компьютерных ресурсов и ряда периферийных устройств, например, АЦП 40-1, системного пакетного интерфейса (SPI) 40-2, таймера 40-3, интерфейса 40-4 ввода/вывода (I/O), радиоблока 40-5 для сопряжения с внешним окружением. Радиоблок 40-5 обеспечивает соединение с радиоантенной 60, которая может излучать радиосигналы, сформированные в радиоблоке 40-5. Вышеописанные периферийные устройства CPU 20-1 и DSP 20-2 могут соединяться потоковыми каналами 30 для обмена данными и работают под управлением шины 10 управления и состояний (или системой шин).
Таким образом, автономные подсистемы собирают «упаковкой» подсистем или компонентов в интеллектуальные оболочки. Каждую интеллектуальную оболочку можно рассматривать как схему, которая обеспечивает развитой или интеллектуальный интерфейс между упакованными или заключенными подсистемой и компонентом и внешними схемами, например, шиной 10 управления и состояний и потоковыми каналами 30. Тем самым, можно добиться четкого разделения каналов связи, при этом внутри компонентов и подсистем обеспечивается непосредственная локальная связь (например, доступ к блокам памяти программ и данных в подсистемах CPU 20-1 и DSP 20-2). Кроме того, обеспечена совместно используемая шина 10 управления и состояний 10 для настройки конфигурации и контроля компонентов и подсистем, и обеспечены потоковые каналы 30 на основе соединений для передачи данных между компонентами или подсистемами. Тем самым, возможна обработка аппаратного события для гарантированной передачи данных с малыми непроизводительными издержками.
На фиг.3A-3D изображены примерные информационные потоки в беспроводной сенсорной архитектуре, представленной на фиг.2, чтобы указать, каким образом компоненты или подсистемы взаимодействуют в предлагаемой архитектуре сенсорного узла.
На фиг.3A показано, что CPU 20-1 инициализирует систему посредством конфигурации оболочек. В приведенном примере АЦП 40-1 выполнен с возможностью ввода отсчетов в DSP 20-2 с некоторой скоростью. Аналогично, радиоблок 40-5 и интерфейс SPI 40-2 выполнены с возможностью приема исходящих потоков данных.
На фиг.3B показано, что инициализация закончена и АЦП 40-1 начинает передавать поток входных отсчетов, которые собираются в оболочке DSP 20-2.
На фиг.3C показано, что предварительно заданное число отсчетов получено и оболочка DSP 20-2 активизирует DSP 20-2, который затем обрабатывает собранные отсчеты и передает в потоковом режиме результат в оболочку CPU 20-1. Оболочка CPU активизирует CPU 20-1, когда обнаруживается событие, например, когда получено некоторое число отсчетов из DSP 20-2. На основании результата анализа, выполненного в DSP, CPU 20-1 принимает решение, что делать.
При этом, как показано на фиг.3D, CPU 20-1 передает сообщение при посредстве радиоблока 40-5 и сохраняет резервную копию во флэш-памяти через интерфейс SPI 40-2.
На фиг.4 представлена блок-схема архитектуры варианта осуществления автономной подсистемы сенсорного узла. Интеллектуальная оболочка собрана из модулей, которые допускают энергосберегающее функционирование подсистемы 202. Интеллектуальная оболочка или монтажная ячейка содержит блок 201 управления, который используется CPU 20-1 для настройки регистров конфигурации в подсистеме 202 или монтажной ячейке и для осуществления связи информацией о состоянии. Кроме того, порт потоковой связи или модуль 205 потокового интерфейса, сформированный из FIFO (блоков памяти обратного магазинного типа или последовательных сдвиговых регистров), способен формировать события на основании содержимого потока. Кроме того, локальный менеджер 204 интерпретирует события, поступающие из модуля 205 потокового интерфейса и таймера 203, для управления рабочим напряжением (xV DD) и тактовым сигналом (xClk) по соответствующим входным сигналам (VDD, Clock). Таймер 203, который может быть дополнительным, формирует периодические события, которые могут потребоваться некоторым подсистемам (например, АЦ преобразователям 40-1, CPU 20-1, радиоблоку 40-5, …).
На фиг.5 схематично показана диаграмма сигналов потоковой обработки данных в соответствии с вариантом осуществления, представляющая базовый принцип выполнения задач потоковой передачи. Как показано на диаграмме обработки данных в правой части фиг.5, функция управления блока 201 управления проверяет события, поступающие из входного и выходного блоков FIFO (istate и ostate), и состояние процессора (pstate) перед выдачей команды (pstart) на запуск начала операции. Хотя, на временной диаграмме, сигналы istate и ostate проверяются на состояния empty (незаполненное) и full (заполненное), соответственно, более гибкий способ будет состоять в сопоставлении предварительно заданного числа отсчетов входных данных и выходных ячеек памяти в качестве событий.
На фиг.6 представлена блок-схема архитектуры подсистемы потоковой связи в соответствии с вариантом осуществления. Упомянутая подсистема функционально предназначена для установления линии связи между осуществляющими связь устройствами, например, передатчиками (S 0-S N) и приемниками (R 0-R N). Пары устройств, между которыми устанавливается линия связи, зависят от управления планировщиком 302 соединений, который может представлять собой цифровую схему, управляющую состояниями переключения переключающей схемы 303, посредством которой могут селективно устанавливаться соединения между передатчиками и приемниками. Конфигурация соединений предварительно настраивается посредством CPU 20-1 через интерфейс с шиной 10 управления и состояния 10 и блок 301 управления. В зависимости от динамических характеристик прикладной задачи, локальный менеджер 304 в оболочке или монтажной ячейке определяет оптимальное рабочее состояние путем управления питающим напряжением V DD и частотой тактового сигнала Clock. События из потоковых каналов применяются для запуска операций локального менеджера 304.
На фиг.7 представлена блок-схема архитектуры контроллера подсистемы, например, блока 201 управления, показанного на фиг.4, или блока 301 управления, показанного на фиг.6, в интеллектуальной оболочке, в соответствии с вариантом осуществления. Блок 2012 регистров с регистрами Reg[0…N] применяется для сохранения конфигурационных данных, передаваемых из CPU 20-1, и информации о состоянии, формируемой подсистемой 202. Управляющая логика 2011 отвечает за интерпретацию конфигурационных данных и выполняет операции, которые определяют режим работы управляемой подсистемы 202, модуля 205 потокового интерфейса и локального менеджера 204. Например, четыре порта, port0-port3, применяются для установления связи контроллера с соответствующими компонентами.
На фиг.8 представлена блок-схема модуля 205 потокового интерфейса, показанного на фиг.4. На стороне потокового канала, входной блок FIFO 2052 и выходной блок FIFO 2053 связаны сигналами данных sdata (di, do), достоверности (vi, vo) и приема (ai, ao). На стороне подсистемы показаны соответствующие дополнительные интерфейсные адаптеры 2051-1 и 2051-2, которые могут быть необходимы, когда интерфейсный протокол подсистемы отличается от протокола блоков FIFO 2052, 2053. Детектор 2054 событий формирует сигнал события event, который используется локальным менеджером 204 на основании входных сигналов Ni управления (по числу элементов данных блока iFIFO (входного)), No (по числу элементов данных блока oFIFO (выходного)) и roi (представляющих интерес диапазонов).
На фиг.9 представлена блок-схема модуля потокового интерфейса, который может быть обеспечен в локальном менеджере 204, показанном на фиг.4. На основании событий, поступающих из модуля 205 потокового интерфейса и/или таймера 203, и состояния подсистемы 202, блок 2043 рабочего контроллера принимает решение по рабочему режиму подсистемы 202, например, активному, дежурному режиму или режиму ожидания. Логические схемы управления питанием и тактовым сигналом запираются и отпираются соответствующими переключающими или вентильными схемами 2041-1 и 2041-2 на основании выбранного режима работы, например, в активном режиме (логическая схема управления питанием xV DD =ON и логическая схема управления тактовым сигналом xClk=ON), в дежурном режиме (логическая схема управления питанием xV DD =ON и логическая схема управления тактовым сигналом xClk=OFF) и в режиме ожидания (логическая схема управления питанием xV DD =OFF и логическая схема управления тактовым сигналом xClk=OFF).
В зависимости от оптимального рабочего состояния подсистемы 202, можно динамически регулировать питающее напряжение и частоту тактового сигнала. Настройку напряжения можно обеспечивать сигналом vddctrl управления, который посылается в регулятор напряжения (не показанный). Кроме того, обеспечен реконфигурируемый локальный менеджер 2042 тактовых сигналов для формирования соответствующего(их) тактового(ых) сигнала(ов) clk_timer в подсистему 2042 и компоненты оболочки на основании входных сигналов настройки конфигурации и входных тактовых сигналов.
В общих словах, описаны сенсорный узел и способ управления работой сенсорного узла, при этом сенсорный узел содержит, по меньшей мере, один автономный потоковый модуль, и в нем обнаруживаются предварительно заданные внутренние события автономного потокового модуля или предварительно заданные внешние события из потоковых данных в интерфейсе с интеллектуальной оболочкой автономного потокового модуля, и, в ответ на обнаружение, осуществляется управление рабочим режимом компонента или подсистемы внутри интеллектуальной оболочки автономного потокового модуля.
Предлагаемые архитектуру и обработку данных можно применять в сенсорных системах любого типа, в которых энергосбережение необходимо сочетать с предсказуемостью. Таким образом, предложенные принципы могут быть полезны для различных прикладных задач в расширяющейся области беспроводных или проводных сенсорных сетей. Например, в прикладных медицинских задачах непосредственный интерес представляют услуги дистанционного контроля (пациента и/или пожилого человека). Для таких прикладных задач потенциально большую ценность представляют очень надежные, удобные в применении, неразрушающие и дешевые беспроводные носимые нательные сенсорные узлы, которые способны непрерывно контролировать и регистрировать состояния пациента, и, в случае аномалий, посылать в реальном времени предупреждающие сообщения в соседние и/или удаленные центры обслуживания. В отличие от существующих архитектур WSN, предлагаемая архитектура дает энергосберегающее решение, удовлетворяющее многим вышеупомянутым требованиям. Предлагаемая архитектура может быть также полезной в перспективных медицинских устройствах для имплантации в тело, на которые распространяются аналогичные требования, однако, при более строгих требованиях к параметрам (например, емкости батарей). В альтернативном варианте, в областях применения, связанных с образом жизни и снижением веса, рассматриваются различные применения WSN, которые, в случае узлов с батарейным питанием, могут извлечь пользу из предлагаемой архитектуры.
Вышеописанные варианты осуществления можно также реализовать в системах, соединяемых с телом или располагаемых на теле, для различных областей применения или в других беспроводных или проводных сенсорных сетях.
Хотя изобретение подробно иллюстрируется и поясняется чертежами и вышеприведенным описанием, упомянутые иллюстрации и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничено предложенными вариантами осуществления. После изучения настоящего описания специалистам в данной области техники будут очевидны другие модификации. Упомянутые модификации могут содержать другие признаки, которые уже известны в данной области техники и которые можно применять вместо или в дополнение к признакам, уже описанным в настоящей заявке.
Специалистами в данной области техники, после изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, могут быть найдены и внесены изменения в предложенные варианты осуществления. В формуле изобретения выражение «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и неопределенный артикль не исключает множественного числа элементов или этапов. Хотя в прилагаемой формуле изобретения заявлены не все возможные подкомбинации заявляемых признаков, предполагается, что формула изобретения должна также содержать, в объеме охраны заявленного изобретения, любую комбинацию незаявленных подкомбинаций заявляемых признаков. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции блоков 201-205, показанных на фиг.4, блоков 301 - 304, показанных на фиг.6, блоков 2052-2054, показанных на фиг.8, и/или блоков 2042 и 2043, показанных на фиг.9, на базе соответствующих системных программ. Компьютерная программа может храниться/поставляться на подходящем носителе, например, оптическом информационном носителе или твердотельном носителе, поставляемом вместе с другой аппаратурой или в ее составе, но может также поставляться в других формах, например, по сети Internet или с помощью других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем. Простой факт, что некоторые меры перечислены в разных взаимозависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что нельзя воспользоваться комбинацией из упомянутых мер. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя истолковывать в смысле ограничения объема изобретения.

Claims (13)

1. Сенсорное устройство (110) для применения в сенсорной сети, при этом, упомянутое сенсорное устройство содержит:
a) по меньшей мере, один автономный потоковый модуль, каждый имеющий компонент или подсистему (202), инкапсулированные в интеллектуальную оболочку, указанная интеллектуальная оболочка представляет собой схему, которая обеспечивает развитой или интеллектуальный интерфейс между упакованными или заключенными компонентом или подсистемой и внешней схемой; и
b) по меньшей мере, один блок (201, 204; 301, 304) управления для обнаружения предварительно заданных внутренних событий упомянутого автономного потокового модуля или предварительно заданных внешних событий из потоковых данных в упомянутом интерфейсе с упомянутой интеллектуальной оболочкой и для управления рабочим режимом упомянутого компонента или подсистемы (202) в ответ на обнаруженные события.
2. Сенсорное устройство по п.1, в котором упомянутый блок (201) управления выполнен с возможностью управления упомянутым рабочим режимом упомянутого компонента или подсистемы (202) на основании внутренних событий, формируемых таймером (203).
3. Сенсорное устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее совместно используемую шину (10) управления для конфигурации и контроля упомянутого компонента или подсистемы (202) и потоковые каналы (30) на основе соединений для передачи данных между компонентами или подсистемами (202) упомянутого, по меньшей мере, одного автономного потокового модуля.
4. Сенсорное устройство по п.1 или 2, в котором упомянутая интеллектуальная оболочка содержит упомянутый блок (201; 301) управления, порт (205) потоковой связи, выполненный с возможностью формирования упомянутых внешних событий на основании содержимого потока, и локальный менеджер (204), выполненный с возможностью интерпретации упомянутых сформированных внешних событий.
5. Сенсорное устройство по п.4, в котором упомянутый локальный менеджер (204) содержит рабочий контроллер (2043) для управления упомянутым рабочим режимом на основании, по меньшей мере, одного из обнаруженных событий и состояний упомянутых компонента или подсистемы (202).
6. Сенсорное устройство по п.1 или 2, в котором подсистема потоковой связи обеспечена в одном из упомянутых, по меньшей мере, одном автономном потоковом модуле, при этом, упомянутая подсистема потоковой связи, содержащая переключающую схему (303) и планировщик (302) соединений, выполненный с возможностью управления упомянутой переключающей схемой (303) для обеспечения соединений на основании управляющей информации, подаваемой в упомянутый планировщик (302) соединений.
7. Сенсорное устройство по п.1 или 2, в котором упомянутый блок (201, 301) управления содержит, по меньшей мере, один порт (port0-port3) связи для обеспечения линии связи с упомянутыми компонентом или подсистемой (202).
8. Сенсорное устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее модуль потокового интерфейса, содержащий входной регистр (2052) на стороне потокового канала и выходной регистр (2053) на стороне упомянутой подсистемы или упомянутого компонента, и детектор (2054) событий для сигнализации о событии на основании содержимого, по меньшей мере, одного из упомянутых входного и выходного регистров (2052, 2053).
9. Сенсорное устройство по п.1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок (201, 204; 301, 304) управления выполнен с возможностью выбора упомянутого рабочего режима из активного режима, дежурного режима и режима ожидания.
10. Сенсорное устройство по п.1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок (201, 204; 301, 304) управления выполнен с возможностью установки упомянутого рабочего режима посредством управления подачей питания и тактового сигнала в упомянутые компонент или подсистему (202).
11. Способ управления работой сенсорного устройства или сенсорного узла, при этом, упомянутый способ содержит этапы, на которых:
a) обнаруживают предварительно заданные внутренние события автономного потокового модуля или предварительно заданные внешние события из потоковых данных в интерфейсе сопряжения с интеллектуальной оболочкой упомянутого автономного потокового модуля, указанная интеллектуальная оболочка представляет собой схему, которая обеспечивает развитой или интеллектуальный интерфейс между упакованными или заключенными компонентом или подсистемой и внешней схемой; и
b) управляют рабочим режимом компонента или подсистемы внутри упомянутой интеллектуальной оболочки упомянутого автономного потокового модуля в ответ на упомянутое обнаружение.
12. Машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу, которая при исполнении процессором побуждает его выполнять этапы способа по п.11.
13. Нательная сенсорная сеть, содержащая множество сенсорных устройств (110) по п.1 и, по меньшей мере, одно устройство доступа для сбора данных из упомянутых сенсорных устройств (110).
RU2010136052/08A 2008-01-28 2009-01-26 Архитектура беспроводного сенсорного узла с автономной потоковой передачей данных RU2507571C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08150716.2 2008-01-28
EP08150716 2008-01-28
PCT/IB2009/050296 WO2009095834A1 (en) 2008-01-28 2009-01-26 Wireless sensor node architecture with autonomous streaming

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010136052A RU2010136052A (ru) 2012-03-10
RU2507571C2 true RU2507571C2 (ru) 2014-02-20

Family

ID=40627212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010136052/08A RU2507571C2 (ru) 2008-01-28 2009-01-26 Архитектура беспроводного сенсорного узла с автономной потоковой передачей данных

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8312160B2 (ru)
EP (1) EP2237718B1 (ru)
JP (1) JP5670747B2 (ru)
CN (1) CN101925325B (ru)
RU (1) RU2507571C2 (ru)
WO (1) WO2009095834A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702079C1 (ru) * 2018-05-31 2019-10-03 Общество с ограниченной ответственностью "ТСТ" Способ снижения энергопотребления сенсорных узлов в беспроводной сенсорной сети

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9704393B2 (en) * 2011-01-11 2017-07-11 Videonetics Technology Private Limited Integrated intelligent server based system and method/systems adapted to facilitate fail-safe integration and/or optimized utilization of various sensory inputs
KR101159023B1 (ko) * 2011-01-17 2012-06-21 엘에스산전 주식회사 인버터간 입출력포트 공유 방법
US10212462B2 (en) * 2012-01-11 2019-02-19 Videonetics Technology Private Limited Integrated intelligent server based system for unified multiple sensory data mapped imagery analysis
US9729189B2 (en) 2012-08-30 2017-08-08 University Of Virginia Patent Foundation Ultra low power sensing platform with multimodal radios
WO2016064294A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-28 Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems" Universal multi-channel gnss signal receiver
CN104399183B (zh) * 2014-11-25 2016-06-08 西安交通大学 一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路
JP7304231B2 (ja) * 2019-07-30 2023-07-06 株式会社日立国際電気 計測端末装置及び遠隔監視システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050043894A1 (en) * 2003-08-22 2005-02-24 Fernandez Dennis S. Integrated biosensor and simulation system for diagnosis and therapy
WO2006100620A1 (en) * 2005-03-22 2006-09-28 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Addressing scheme for smart wireless medical sensor networks
US7171312B2 (en) * 2002-07-19 2007-01-30 Smiths Detection, Inc. Chemical and biological agent sensor array detectors
US20070027969A1 (en) * 2005-07-27 2007-02-01 Sharp Kabushiki Kaisha Sensor device, server node, sensor network system, and method of controlling sensor device
EP1839701A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-03 Cordis Corporation Embedded neural prosthesis
RU2314744C1 (ru) * 2006-03-15 2008-01-20 Михаил Евгеньевич Бочаров Устройство для диагностики и лечения организма пациента

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59109002D1 (de) * 1991-07-31 1998-07-09 Micronas Intermetall Gmbh Hallsensor mit Selbstkompensation
JP2004191139A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Akuasu Kk 漏水監視機能付水道メータ蓋および水道メータ
JP2004355165A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Nec Corp 監視端末装置
RU2363974C2 (ru) * 2004-03-02 2009-08-10 Роузмаунт Инк. Монтируемое в условиях эксплуатации устройство управления технологическим процессом с программируемым цифроаналоговым интерфейсом
WO2006087657A1 (en) * 2005-02-17 2006-08-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. A device and a method of operating a device
CN1832299A (zh) * 2005-03-10 2006-09-13 普拉塞特有限责任公司 带永磁体转子的旋转电机
JP2006312010A (ja) * 2005-04-08 2006-11-16 Hitachi Ltd センサノードの制御装置、生体情報の測定方法及びプログラム
JP4714025B2 (ja) * 2006-01-06 2011-06-29 株式会社日立製作所 センサノード、基地局、センサネット及びセンシングデータの送信方法
JP4685663B2 (ja) * 2006-03-03 2011-05-18 日本電信電話株式会社 自立駆動型テレメトリ観測装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7171312B2 (en) * 2002-07-19 2007-01-30 Smiths Detection, Inc. Chemical and biological agent sensor array detectors
US20050043894A1 (en) * 2003-08-22 2005-02-24 Fernandez Dennis S. Integrated biosensor and simulation system for diagnosis and therapy
WO2006100620A1 (en) * 2005-03-22 2006-09-28 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Addressing scheme for smart wireless medical sensor networks
US20070027969A1 (en) * 2005-07-27 2007-02-01 Sharp Kabushiki Kaisha Sensor device, server node, sensor network system, and method of controlling sensor device
RU2314744C1 (ru) * 2006-03-15 2008-01-20 Михаил Евгеньевич Бочаров Устройство для диагностики и лечения организма пациента
EP1839701A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-03 Cordis Corporation Embedded neural prosthesis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PAUL LETTIERI et al, «A QOS-AWARE, ENERGY-EFFICIENT WIRELESS NODE ARCHITECTURE», IEEE INTERNATIONAL WORKSHOP ON MOBILE MULTIMEDIA COMMUNICATIONS, 15-17 НОЯБРЯ, 1999. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702079C1 (ru) * 2018-05-31 2019-10-03 Общество с ограниченной ответственностью "ТСТ" Способ снижения энергопотребления сенсорных узлов в беспроводной сенсорной сети

Also Published As

Publication number Publication date
CN101925325B (zh) 2013-07-24
CN101925325A (zh) 2010-12-22
US20100293288A1 (en) 2010-11-18
EP2237718B1 (en) 2020-08-19
JP2011511655A (ja) 2011-04-14
EP2237718A1 (en) 2010-10-13
JP5670747B2 (ja) 2015-02-18
RU2010136052A (ru) 2012-03-10
WO2009095834A1 (en) 2009-08-06
US8312160B2 (en) 2012-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2507571C2 (ru) Архитектура беспроводного сенсорного узла с автономной потоковой передачей данных
US20180097538A1 (en) Ultra low power sensing platform with multimodal radios
US7908440B2 (en) Simultaneous personal sensing and data storage
He The zigbee wireless sensor network in medical care applications
Fariborzi et al. Architecture of a wireless sensor network for vital signs transmission in hospital setting
Kasundra et al. Raspberry-Pi based health monitoring system
Xuemei et al. Home healthcare platform based on wireless sensor networks
Sun et al. Design and implementation of an ultra low power health monitoring node for wireless body sensor network
Sirisha et al. Real-time multi-patient monitoring system using ARM and wireless sensor network
He et al. Design of a wireless medical monitoring system
Shakhsheer et al. A custom processor for node and power management of a battery-less body sensor node in 130nm CMOS
Coelho et al. A biomedical wearable device for remote monitoring of physiological signals
Kim et al. A study on power consumption and transmission rate in ECG signal processing in mobile environment
Lin et al. Wearable monitoring system with physiological parameter based on ZigBee
Zhang et al. Energy-aware Management in Wireless Body Area Network System.
Stoyanov et al. Using of mobile platforms for sensor nodes in Biomedical Wireless Sensor Networks
Szymczyk et al. Selected Energy Consumption Aspects of Sensor Data Transmission in Distributed Multi-Microcontroller Embedded Systems. Electronics 2022, 11, 848
Giannantonio et al. Performance analysis of an activity monitoring system using the SPINE framework
Minimol Real Time Health Monitoring For Palliative Patients through MSE-WBAN Architecture
Jovanov System architecture of wireless body sensor networks
Kalovrektis et al. 802.15. 4-based Efficient Wireless Sensor System Design for Monitoring Blood Oxygen and Heart Rate in IoT Medical Applications
Liu et al. The Remote Monitoring Platform Based on GSM/WCDMA
Ma et al. The Design of Communication System for Wearable Health Monitoring Equipment
Lee et al. Design and evaluation of query supported healthcare information system using wireless sensor ad-hoc network
Cóbreces et al. Multi-Device Information Management for Real-Time Processing of Biomedical Signals

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210127