TWI420932B - 身體區域網路之改進技術（二） - Google Patents

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Description

身體區域網路之改進技術(二)
本發明係有關於包括個人區域網路之無線感測器網路且特別但非專指包括安置在人或動物身上或周圍或植入人或動物體內的無線通訊感測器之身體區域網路。
已經有各種不同類型的無線感測器網路被提出。在這些無線感測器網路當中，所謂的身體區域網路或BAN是無線個人區域網路(WPAN)的一範例，被用來在相對短的距離上傳送資訊。與無線區域網路(WLAN)不同，經由WPAN實現的連接包含極少或無基礎架構。此特徵允許小、低功耗、低廉的解決方案在大範圍的裝置中實施。特別受到關注的是醫療BAN(MBAN)的可行性，其中感測器被用來監測一或一個以上病人的狀態。主要使用感測器来饋送感測資料給一資料槽之一BAN是一無線感測器網路(WSN)的一範例；然而，更多主動元件，諸如致動器，也可被包括在一MBAN中。
標準的IEEE 802.15.4定義低資料速率WPAN的實體層(PHY)及媒體存取控制(MAC)子層規範。IEEE 802.15.4與一較高資料速率WPAN、IEEE 802.15.3之標準具有某些類似性。文件IEEE標準802.15.4-2006及IEEE標準802.15.3-2003全部併入文中以供參考。
IEEE 802.15.4中設想類型的WPAN適於諸如工業監測之應用，但不提供MBAN所需要的資料可靠性。
在醫療應用中，有對減小與人類勞動相關聯的成本而提高可靠性與過程自動化並減少人為誤差之一需求。感測器可提供需要的智慧，且已在醫療設備中廣泛使用。這包括醫院的恢復護理、家庭護理、加護病房及先進的外科程序。有許多不同類型的感測器被用於醫療應用中，包括針對脈搏、溫度等之外部感測器、與體液接觸之感測器、用於導管(通過切口)中之感測器、外部應用的感測器、有無線感測器的一次性皮膚貼布、及可植入的感測器。
一醫院或醫療病房內在一病人周圍之感測器的一WPAN可提供多個臨床效益，包括病人行動性、監測靈活性、延伸監測到當前未受監測之護理區域、減小的臨床誤差及減小的總的監測成本。身體穿戴感測器可包括單一病人身上的各不同感測器類型。它們需要能夠快速施加於病人的身體或移除。
在一個體的基礎上，此類感測器可能具有低至每一病人1-2 kbps的位元率而在總計基礎上它們可需要一10 kbps的位元率。少至幾米的一範圍可能是足夠的。然而，醫療WSN應用在臨床環境中是關鍵任務應用。有界資料損失及有界潛時的強健無線鏈接、病人及感測器密度的容量、與其它無線電的共存、數日連續操作的電池壽命及身體穿戴裝置之小的形狀因數都在醫療WSN或MBAN的需求當中。這些需求可透過利用技術來滿足，諸如時域與頻域中之分集及誤差控制技術，包括前向誤差改正(FEC)及適應性重送請求(ARQ)、感測器資訊速率之小工作週期TDMA、及更高效的小天線。
因而，正在努力定義一進一步的標準IEEE 802.15.6，其旨在定義身體區域網路特別是醫療應用上的特性。IEEE 802.15.6的一主要要求是高可靠性，以及當裝置參與一醫療應用於應急情況主動透過無線感測器網路發射資料時的改進服務品質(QoS)。因此流量擁塞管理及資料/鏈接優先在使得無線醫療BAN裝置適當地管理QoS來支援醫療應急通訊上是重要的。諸如IEEE 802.15.3與IEEE 802.15.4之目前IEEE標準不包括無線醫療BAN/WSN之適當流量擁塞管理機制。
依據本發明之一第一層面，本發明提供在一具有複數網路裝置的無線感測器網路中使用之一網路裝置，該複數網路裝置包括監測一或一個以上參數之感測器，以及一能夠以一低優先級鏈接或一高優先級鏈接與該等網路裝置進行通訊之協調器，其中該網路裝置包含：用以識別該網路裝置是否在一應急狀態之識別構件；及響應於該應急狀態的識別而與該協調器建立一高優先級鏈接之響應構件。
高優先級鏈接指與低優先級鏈接相比對於分配網路資源具有較高優先級之一鏈接。它可以是與低優先級不同的一模式或拓撲，例如可能的情況下一星型拓撲而非一點對點拓撲，及/或一信標模式鏈接而非一非信標模式。該高優先級鏈接在一基於TDMA的資源分配方案中可包含一保證時槽(GTS)，該低優先級鏈接通常沒有這一GTS。
一般而言，網路最初將僅具有低優先級鏈接且在應急狀態中與裝置建立高優先級鏈接將包含用一新的高優先級鏈接替換該裝置的一現有低優先級鏈接，不在應急中的該等其它裝置如以前一樣由低優先級鏈接來服務。然而，作為一選替方式，可能的是，該網路以高優先級鏈接開始並將不在應急中的裝置之鏈接降級到低優先級鏈接，留下該(等)高優先級鏈接在原處供應急中的該(等)裝置使用。
因此，依據對本發明之該第一層面的一修改，本發明提供在一具有複數網路裝置的無線感測器網路中使用之一網路裝置，該複數網路裝置包括監測一或一個以上參數之感測器，以及能夠以一低優先級鏈接或一高優先級鏈接與該等網路裝置進行通訊之一協調器，其中該網路裝置包含：用以識別另一網路裝置在一應急狀態而該網路裝置本身並不在一應急狀態之識別構件；及響應於這一識別而與該協調器建立一低優先級鏈接之響應構件。
該應急狀態的識別可基於，例如由該網路裝置或一些其它網路裝置的一感測器所感測之一參數的一值。在此情況中，「應急狀態」指受監測的某一實體(諸如一生命體)之一參數的一應急條件。該網路裝置可以是被分配係用以監測同一實體之複數網路裝置中之一者，在此情況中，該應急狀態可依據由該網路裝置或分配給同一實體之任一網路裝置所感測之一參數的層級來決定。該應急狀態的存在與否較佳地是基於該等網路裝置的感測器所感測之一或一個以上參數的一臨界程度而決定。亦即，舉例而言，檢測一 參數之一感測的值是否已超越該臨界程度。
以及配備有一感測器，每一網路裝置在至少一其它網路裝置之一高優先級鏈接或一低優先級鏈接上可充當點對點通訊的一中繼器。如果如此，則較佳地，該識別構件進一步操作以識別各該其它網路裝置是否也在應急狀態中，且該響應構件可進一步響應於對該網路裝置本身應急狀態的識別，以至少依賴於各其它網路裝置是否在應急狀態中而保持、修改或斷開點對點通訊。
這可包括響應構件進一步依賴於一QoS或高優先級鏈接的擁塞程度與該網路裝置電力可用性中之一者來保持、修改或斷開點對點通訊。
它可包括藉由減小其間的速率來修改在一低優先級鏈接上與不在應急狀態中之另一網路裝置的點對點通訊。取而代之或另外地，該響應構件可被安排成斷開一低優先級鏈接上與不在應急狀態中之另一網路裝置的點對點通訊。另一方面，較佳地，該響應構件被安排成保持一高優先級鏈接上與在應急狀態中之每一連接的網路裝置的點對點通訊。
該網路裝置可進一步包含一計數器來保存一些該網路裝置本身充當其中繼器的其它網路裝置的一計數，該響應構件進一步響應於該應急狀態的識別，依賴該計數的當前值拒絕充當一進一步網路裝置之中繼器的一請求。
依據本發明之一第二層面，本發明提供在一具有複數網路裝置之無線感測器網路中的一協調器，其中該協調器 被安排成透過一高優先級鏈接或一低優先級鏈接來與各該網路裝置通訊，在網路中該高優先級鏈接對資源具有比該低優先級鏈接為高的優先權，且該協調器包含響應於關於任一網路裝置之一應急狀態的宣告而建立一與該網路裝置高優先級鏈接之構件。
依據本發明之第三層面，本發明提供一具有複數網路裝置之無線感測器網路，該複數網路裝置包括用以監測複數參數之感測器，以及用於在一星型協定中與該等網路裝置直接通訊或在一點對點協定中與該等網路裝置間接通訊之一協調器，其中該協調器被安排成透過一低優先級鏈接與該等網路裝置的至少一子集通訊，且是響應於對一或一個以上該等網路裝置之一應急狀態的存在的一判定而與一或一個以上該等裝置建立一高優先級鏈接，該高優先級鏈接對網路資源具有比低優先級鏈接為高的優先級。
在上述任一層面中，當一網路裝置之一感測器所感測的一參數達到一臨界值時，該網路裝置的應急狀態可被識別。此可以多種方式來發生，且可完全在網路裝置自身中決定，或可在外部決定並通知網路裝置。
在本發明之上述各該層面的一較佳應用中，至少一些網路裝置被用於監測一生命體的醫療參數。在此應用中，「應急狀態」意味受監測的生命體(例如病人)之一醫療應急情況。
上述層面可被應用於頻分或時分(或此兩者)無線通訊系統。在時分無線通訊系統中，舉例而言，網路資源以一 時分方式被建構來定義每單位週期的一或一個以上時槽，且一或一個以上時槽被保留供高優先級鏈接使用。另外，網路資源可進一步被建構來定義每單位週期的一競爭存取週期以至少供低優先級鏈接使用。可選擇地，高優先級鏈接與低優先級鏈接可分別使用信標模式或非信標模式通訊可做高優先級鏈接與低優先級鏈接之間的一區分。
該無線感測器網路典型地將是資訊在網路中每一單位週期內以訊框的形式被無線發射之一網路，每一訊框具有一訊框控制欄位，在此情況中，藉由將訊框控制欄位中的一值設為一預定義值可形成應急狀態的宣告。
較佳地，該等訊框包括不同類型的訊框，且該預定義值表示一應急訊框類型。該訊框控制欄位可包括發送應急條件存在或不存在信號之至少一位元。
基於這一訊框的網路可包括一基於IEEE 802.15.6的MBAN。在一較佳應用中，上述實體是生命體，每一感測器是用以感測一病人生命體的一生命參數，及該應急狀態是一醫療應急。
依據本發明的一第四層面，本發明提供一種操作一具有複數網路裝置之無線感測器網路的方法，該複數網路裝置包括用以監測複數參數之感測器，及用以在一星型協定中與該等網路裝置直接通訊或在一點對點協定中與該等裝置間接通訊之一協調器，該方法包含：安排該協調器供透過一低優先級鏈接與該等網路裝置的至少一子集通訊； 用該等網路裝置之感測器收集感測器資料並將資料傳遞給該協調器；檢測至少一網路裝置之一應急狀態的存在；與應急狀態中的至少一裝置建立一高優先級鏈接，該高優先級鏈接對網路資源具有比低優先級鏈接為高的優先級；及當該裝置充當與其它裝置低優先級鏈接的一中繼器時，依賴於該等其它裝置是否處於應急、一擁塞程度或高優先級鏈接的QoS、及/或可用的電源而保持、修改或斷開這些低優先級鏈接。
本發明之更進一步層面提供當被一網路裝置的一處理器或一無線感測器網路的一協調器執行時分別提供上述網路裝置或協調器之軟體。這一軟體可被儲存在一電腦可讀取媒體中。
本發明實施例提供無線醫療BAN/WSN之鏈接優先權與流量擁塞管理機制(流量管理協定)。特別是，在此一傳輸資料至/自附於在一醫療應急條件中之病人的感測器/致動器裝置的一無線感測器網路中，協定可被提供用以保持高程度的QoS以及管理無線鏈接與流量擁塞。
圖式簡單說明
為了更佳地理解本發明及更清楚展示本發明如何可被付諸實施，現在將僅以範例方式參考下面圖示，其中：第1圖說明一IEEE 802.15.4 WPAN中的協定層；第2圖說明該IEEE 802.15.4 WPAN之可能的PHY頻帶； 第3圖說明一WPAN之星型與點對點拓撲；第4圖繪示一有信標IEEE 802.15.4WPAN中一超框的結構；第5-8圖說明一IEEE 802.15.4WPAN中一網路裝置與一協調器之間之可能的資料傳遞模式；第9圖繪示用於IEEE 802.15.4WPAN中的一資料訊框之一訊框格式；第10圖繪示在第9圖訊框格式中一訊框控制欄位的結構；第11圖是第10圖該訊框控制欄位中訊框類型位元的迄今定義值之一表格；第12到16圖是一具有依據本發明而定義的低優先級與高優先級鏈接之節點的示意圖；第17圖是體現管理高優先級鏈接與低優先級鏈接的本發明之一第一協定的一流程圖；第18圖是體現管理高優先級鏈接與低優先級鏈接的本發明之一第二協定的一流程圖；第19圖繪示用來指示本發明之一實施例中的一應急狀態之一訊框控制欄位；及第20圖是第19圖該訊框控制欄位中訊框類型位元的可能值之一表格。
在闡述本發明的實施例之前，首先對無線網路中使用的多重進階協定的一些背景作一解釋，接著對IEEE 802.15.4預期與當前正在開發中的IEEE 802.15.6，及/或與包括MBAN之身體區域網路有關的標準部分提出一摘要。
多重進階指一無線網路中多個網路裝置分享同一無線電通道之可能性。為了能夠多重進階，無線網路一般地基於頻分(其中各自的網路裝置之傳輸透過使用不同的頻率而被保持分離)或時分(其中傳輸透過在不同時間執行而被分離)而被組織。可能的是同時使用頻分及時分。對於本說明的其餘部分，將參考時分方案，雖然有經驗人士將認識到，類似於所描述的技術也可被應用於頻分情況中。
基於時分的網路典型地將時間劃分成相等的時間間隔，稱為「訊框」。依據為網路裝置可利用之資訊量來提供或多或少的通訊可靠性(意指一指定傳輸被成功接收的可能性)之各種協定已被設計。一種這樣的協定叫做ALOHA，也稱為「純ALOHA」，及它適用於網路裝置不知悉彼此或不知悉一預定時間參考之無線網路。
在使用純ALOHA協定之一網路中，任一網路裝置可在一時間訊框內的任一隨機時間啟動一資料傳輸。由於一網路裝置於此時可啟動一資料傳輸之隨機時間，兩或多個網路裝置可在重疊時間啟動一資料傳輸，導致一「碰撞」。此類碰撞中所涉及的傳輸以有錯誤到達一接收器。在沒有接收確認成功接收的確認之一適當延遲之後，發射器重試傳輸。相應地，這些傳輸也可遇到碰撞及因此也可能是不成功的。終端在傳輸之間以適當延遲來繼續發射，直至傳輸沒有錯誤的被接收且被確認。碰撞減小了網路的通量效率。
Aloha的一重要變體稱為「時槽式ALOHA」。使用一時槽式ALOHA之一通訊網路將每一訊框劃分成一系列時槽並(大體上)允許每一網路裝置使用任一時槽隨意發射。任何網路裝置的所有資料傳輸都必須在一時槽期內開始與結束。如果一網路裝置具有比一時槽期間長之一資料傳輸，則它必須將資料傳輸分解成兩或更多個各自適合一時槽期間的較短資料傳輸。將傳輸限制在固定時槽內減小了碰撞的可能性，因此使得網路裝置之間的通訊更加可靠，但無法完全避免碰撞。時槽式ALOHA的一缺陷是需要每一網路裝置同步於每一訊框的開始，以獲悉時槽時序。實際上，這藉由網路裝置在每一訊框的開始聆聽一廣播時序參考信號或「信標」來實現。
不必需要一時序參考之一可選擇的協定被稱為CSMA-CA(具避免碰撞的載波感測多重存取)。在CSMA-CA中，無論何時一裝置想要在CAP中發射，它等待一隨機的週期。如果該通道被發現是閒置的，在隨機後退之後，該裝置發射它的資料。如果該通道在該隨機後退之後被發現是忙碌的，該裝置在試圖再次存取該通道之前等待另一隨機週期。
稱為TDMA(時分多重進階)之一進一步的協定需要一網路控制器或協調器來分配時槽供網路裝置的互斥使用以便避免可能的碰撞。然而，這不僅需要提供一中心協調器而且需要所有的網路裝置聆聽一信標以及在開始傳輸之前被分配給它們之該(等)槽的通知。
不同的協定可用於同一網路中，例如，分別針對一上行鏈路(即，資料傳輸到諸如一協調器或基地台之一中心點)及下行鏈路(即，資料傳輸到諸如感測器之一網路裝置)。
在這方面，針對一WSN的下行鏈路之一提出的協定被稱為WiseMAC(無線感測器MAC)。這是一非信標方案，包含每一網路裝置以同一恒定週期聆聽無線電通道一短的時間。如果一網路裝置檢測到活動，它繼續聆聽直至一資料訊框被接收或直至該通道再次變成閒置。同時，發送器在每一資料訊框之前加入一喚醒前言，以確保該接收器在該訊框的資料部分到達時被喚醒。以此方式，當通道閒置時，網路裝置的電力消耗被保持很低。
在IEEE 802.15.4中，如下討論，有信標的及非信標的拓撲都被規定。有信標的拓撲使用一組合的協定，用一「超框」取代「訊框」的概念，該超框包含透過CSMA-CA基於競爭的存取之槽與在一TDMA基礎上供一網路裝置的互斥使用而被分配之保證時槽。雖然這藉由分配GTS規定了可靠的資料傳輸，但是缺陷在於該等網路裝置必須保持供電(「喚醒」)以聆聽協調器的時序及槽分配信息。
總之，雖然提供一時序參考及(超級)訊框結構之基於信標的通訊協定容許較少的碰撞及因而容許更多可靠的通訊，但是這是以網路裝置的電力消耗為代價。另一方面，非信標方案雖然電力消耗在閒置週期可被保持在極低程度，但是通量較之基於信標的方案較少受保證且潛時(延遲直到獲得通道存取)較高。
本發明提出IEEE802.15.6的一流量管理方案，其在應急中允許優先化到與來自網路裝置的通訊。在闡述此方案如何工作之前，一IEEE 802.15.4網路的大致組態之一些更多的資訊現在將被提出，因為類似的組態預期被用於IEEE 802.15.6。
第1圖依據層狀的OSI模型繪示一IEEE 802.15.4 WPAN的大體結構，標為100，其中實體媒體是透過一包含無線電收發器及對它的低級控制之PHY層而存取。如所示，有在第2圖中闡述之針對PHY的兩可選擇頻帶101、102。較低頻帶101提供以868.3MHz為中心的一單一20kb/s的通道，及/或十個各自為以915MHz為中心40kb/s通道。較高頻帶102提供16個各自為以2.44GHz的一頻率為中心的250kb/s通道。這些頻帶中的哪一個被使用視本地調整的需求而定。
對PHY的存取由第1圖中用105指示的一MAC(媒體存取控制)子層提供。在這之上，且本身在WPAN 100的外部，被提供一LLC(鏈路層控制)，其允許從其他網路存取WPAN；這可以依據IEEE 802.2標準、或另一類型的標準。最後，該LLC上面的上層109包括用以提供網路組態、操作、及訊息路由之一網路層及提供預期的全部功能之一應用層。
MAC子層的一任務是控制網路拓撲。星與點對點在通訊網路中是兩習知的拓撲，且都用於IEEE 802.15.4中。在兩種情況下，拓撲區分兩種基本的網路節點：裝置及協調器。如第3圖所示，在星型拓撲中，一些裝置11與一中心協 調器10直接通訊；而在點對點組態中，一裝置11A與通訊器的通訊以中間裝置11B及11C充當中繼器隨一或一個以上躍點(hops)而被完成。協調器充當上層的存取點；在一WSN的情況下，它充當供感測器收集資料的槽。假定，每一裝置的通訊範圍可能很有限(幾米)，該點對點拓撲允許一較大區域被涵蓋。因此，點對點典型地可被用於一些網路裝置在與協調器的直接無線通訊範圍之外的情況中。該拓撲可以是動態的、隨著裝置被加入或離開網路而改變。
舉例而言，在MBAN的情況下，一星型網路在其中一協調器在每一病人位置(諸如一病床)被提供的情況下將是合適的，與在一單個病人上的裝置交換信號。在一協調器被提供用以服務一些病人(該協調器可能位於一醫院病房的一固定點)的情況下，點對點將是一更加合適的拓撲。因此，雖然裝置11一般將是行動的，但該協調器可以是行動的或固定的。點對點網路在需要快速建立或改變網路、或網路的自我組織及自我修復的情況下也可更適合於快速變化環境。自我修復可包括，舉例而言，如果一現有協調器出現故障或離開網路就建立一新的協調器。
多個星型及/或點對點網路可在同一位置被建立，諸如一醫院，每一網路具有它們自己的協調器。在這種情況下，所需要的是各自的協調器相互協作以便避免相互間的干擾且允許分享或校對資料。在IEEE 802.15.4中，此類網路被稱為叢集，且針對叢集建立之一總協調器以及劃分與合併叢集作成規定。
在一WPAN中的節點可由不同能力的單元構成。一般地，協調器的作用將需要具有某一處理能力之一相對勝任的設備及能夠同時處理多源之傳輸的收發器。這相應地將使得提供足夠的電力(在一些情況下，可受電源供電)成為必需。另一方面，網路中的其它裝置可能具有較有限的處理能力且僅使用電池電力，及甚至可能過於簡單以致無法充當一中繼躍點。具有很低電力可用性的裝置在大部分時間可被關閉且只是偶爾「喚醒」，例如用以發射感測器資料給另一節點。因此，IEEE802.15.4標準區分了「完全功能」與「簡化功能」裝置。電力的可用性是MBAN與其它WPAN的一特定問題，其中感測器可被植入一人體或裝置中及因而無法有一大或可再充電的電池。
如所提及，IEEE802.15.4規定了有信標與非信標網路拓撲。
在一有信標的網路中，協調器週期性地發射一信標且裝置週期性地聆聽該信標以同步於網路並存取通道。該通道存取遵循如第4圖所示之一超框結構，該超框結構由該協調器定義。每一超框30由兩部分構成：活動與閒置部分。活動部分被劃分成一競爭存取週期CAP 36，之後是一可取捨無競爭週期CFP 37供具有服務品質要求之應用的保證存取。
如第4圖中垂直劃分所指示，該超框被劃分成16空間相等的時槽，每一時槽能夠攜帶協調器或一裝置的一資料訊框。因此，考慮與一協調器相關的裝置，在訊框內的每一 連續時槽中一次僅一裝置可與該協調器通訊。第一個是由協調器所發射的一信標訊框(見下面)之一槽31。在此之後，在CAP中提供幾個槽32，它們使用CSMA-CA在一競爭的基礎上允許資料傳輸至或來自裝置。
之後是CFP之保證的時槽GTS 33，在一基於信標的網路中允許到裝置的通道存取及如所示，這些時槽中的每一時槽延伸超過一基本的時槽。閒置週期屆滿之後，下一超框被發送另一信標訊框31的協調器標記。裝置在該超框的閒置週期34內可進入休眠。因而，藉由延伸閒置週期34的長度，裝置的電池電力可被保存得盡可能多。
在非信標的網路中，除非如此被請求(例如，為了發現網路的目的)，協調器並不要求發射一同步化信標。通道存取並不受超框結構限制且裝置是異步的，透過CSMA-CA執行所有的資料傳遞。它們依據諸如WiseMAC之一協定可遵循它們自己的休眠模式(或工作週期)。
對於一MBAN應用，協調器在身體或被監測體的外部。它可以是一PDA、一行動電話、一床邊監測站或甚至暫時充當一協調器之一足以勝任的感測器。如上所述，在有信標的網路中的協調器負責提供同步及通道存取給網路裝置。一超框的開始與結束也由一協調器來定義。該協調器具有到其它網路之可能通訊的兩主要特徵並例如透過簡單更換充電電池來存取一充足的電源。
一中央護理與監測單元也可被提供用來全面監督可能包含幾個協調器之一網路。這可為一具有監測設備的房間 的形式，該等監測設備能夠自多個病人接收連續或偶發的應急資料流。在中央單元典型地將駐有護士或醫學專家，他們不斷觀察與監測病人的資料。他們將響應於病人條件的改變而做出行動。該中央護理與監測單元可無線連接到該或每一協調器(在此情況中它被視作部分的MBAN)或它可具有對每一協調器的一有線連接(這樣在此情況中它被視作在MBAN之外)。
第5至8圖繪示在一IEEE 802.15.4網路中一裝置與一協調器之間的資料傳遞。三種基本類型的傳遞在IEEE 802.15.4中被定義：(i)資料傳遞給作為接收端之一協調器，一裝置(發送器)發射它的在星型與點對點拓撲中都使用的資料給該協調器；(ii)自作為發送器之一協調器的資料傳遞，其中該裝置接收在星型與點對點拓撲中都使用的資料；(iii)僅在點對點網路中使用之兩對等端之間的資料傳遞。
第5與6圖描繪分別針對有信標與非信標情況之自裝置(網路裝置11)與協調器(協調器10)的一傳遞。不同在於，在有信標情況中裝置1在CFP中使用CSMA-CA或在CAP中使用一GTS來發送資料(資料訊框42)之前必須等待接收一信標訊框41；而在非信標情況中正常的是非信標訊框及裝置11使用CSMA-CA來隨意發送一資料訊框42。在任一情況下，該協調器藉由發射一可取捨的確認訊框或ACK 43來確 認資料的成功接收。這些不同類型的訊框在下面被更加詳細的闡述。
如果接收端由於任一原因而無法處理接收到的資料訊框，訊息不被確認。如果發送器在某一週期之後沒有接收一確認，則假定，傳輸不成功而重試該訊框傳輸。如果一確認在幾個重試之後仍未收到，發送器可選擇終止事務或再試一次。當確認不被需要時，發送器假定傳輸是成功的。
第7與8圖闡述自一協調器10到一裝置11的資料傳遞。當該協調器希望在一有信標的WPAN(第7圖)中傳遞資料給一裝置時，它在信標訊框41中指示資料訊息正擱置。該裝置週期性地聆聽該信標訊框及，如果一訊息正擱置，發射透過CSMA-CA而請求資料之一資料請求(MAC命令)44。協調器10藉由發射一確認訊框43來確認資料請求的成功接收。擱置資料訊框42接著使用時槽式的CSMA-CA而被發送或如果可能在確認之後立即發送。裝置11可藉由發射一可取捨的確認訊框43來確認資料的成功接收。該事務現在被完成。在成功完成資料事務之後，訊息被從信標中的擱置訊息列表中移除。
在非信標的情況中，已為一特定裝置11準備資料之協調器10必須等待相關裝置的一資料請求44，在競爭的基礎上發送。在接收這一請求之後，該協調器立即發送一確認訊框43(這也可被用來表示無資料就緒，如果情況如此)，之後是資料訊框42，裝置11響應於此可發送另一確認訊框43作為回應。
為了簡單，上面程序僅考慮了裝置與協調器之間的資料傳遞之上面第(i)與(ii)種情況，但在一點對點網路中，如上已提及，資料傳遞一般透過機制(iii)而發生，涉及一或一個以上中間節點，這增加了所涉及的碰撞與中繼之風險。
如第5至8圖所示，在一IEEE 802.15.4網路中的通訊包含四種不同類型的訊框：
-信標訊框41，被一信標型協調器用來發射信標
-資料訊框42，用於所有的資料傳遞
-確認訊框43，用於確認成功的訊框接收
-MAC命令訊框44，用於處理所有的MAC對等實體控制傳遞，諸如資料請求。
各該四種訊框類型的結構十分相似，且針對作為範例的一資料訊框42而被繪示在第9圖中。在圖中，兩程度條分別表示MAC子層與PHY層。時間從左到右推進，及訊框的每一連續欄位之時間長度被繪示(按八位元組計)在相關欄位的上面。每一訊框由以一特定順序的一系列欄位構成，這些欄位從左到右以它們被PHY所發射的順序來被描繪，其中最左邊位元在時間上首先被發射。在每一欄位中的位元從0(最左邊且最少有效)到k-1(最右邊且最有效)被計數，其中欄位的長度是k位元。
透過資料訊框42而被發送之資料源自上層。該資料酬載被傳遞給MAC子層且被稱為MAC服務資料單元(MSDU)。該MAC酬載在前面被加一MAC標頭MHR同時後 附一MAC標腳MFR。該MHR包含訊框控制欄位50(見下面)、資料序列號(DSN)、定址欄位、及可取捨的輔助安全標頭。該MFR由一16位元訊框檢查序列FCS構成。該MHR、MAC酬載、及MFR一起形成該MAC資料訊框(即，MPDU)。該MPDU作為變成PHY酬載之PHY服務資料單元PSDU被傳遞給PHY。該PHY酬載前面被加一包含一前文序列及一訊框開始符號SFD之同步標頭SHR、及一包含該PHY酬載按八位元組計的長度之PHY標頭PHR。該前文序列及該資料SFD使得接收器能夠實現符號同步。該SHR、PHR、及PHY酬載一起形成該PHT封包(該PHY協定資料單元PPDU)。
信標訊框41、確認訊框43及MAC命令訊框44具有一相類似的結構，除了該MAC酬載在每一情況中具有一不同功能，該確認訊框沒有MAC酬載。再者，信標訊框41、確認訊框43及MAC命令訊框44源於MAC子層而不涉及上層。
在每一種訊框類型中所使用的訊框控制欄位50在第10圖中被更加詳細的繪示。它由如所闡述因為不同目的而被分配給子欄位之16位元構成。特別地，該欄位的首三位元表示訊框類型51：信標訊框41、資料訊框42、確認訊框43及MAC命令訊框44。該訊框類型被表示的方式在第11圖中被繪示。訊框類型位元51之後是一單一位元安全啟用子欄位52，表示安全是否由MAC層啟用。這之後是一訊框擱置子欄位53，用以指示發送器是否具有接收端的更多資料。後面是一Ack。請求子欄位54係指示是否一確認是被接收端請求。在這之後是一些進一步的子欄位55到59，它們用於 定址目的或被保留在目前IEEE 802.15.4規格中。
如所提及，第11圖是訊框類型子欄位51可能的位元值之一表格，繪示的是值100至111在IEEE 802.15.4規格中未被使用。
已概述本發明的背景，現在將參考第12至20圖來說明一些實施例，使用一醫療監測情形作為一範例。
本發明處理例如透過安置在每一病人體上或周圍或置入病人體內之感測器的一MBAN而監測病人之情況。附帶一提，在隨後的說明中，諸如「MBAN」或「網路」之名詞被用來指在一特定位置之無線裝置的總數，即使它可能定義總網路中的子網路。例如，在一醫院病房的情況中，儘管監測單個病人的感測器本身也可能被視為網路，感測器與協調器可被視為一單一網路。
第12至16圖示意繪示在一MBAN中的節點，它們為下面三種類型：如上所述的一協調器10，及如上所述之兩種類型的網路裝置，包括在對一病人的醫療監測中所涉及的裝置與非醫療應用的裝置。在用於醫療監測的裝置中，假定，至少一這樣的裝置11E「處於應急」；換言之，即涉及在一應急情況中感測一或一個以上病人被被監測之醫療參數且將資料傳遞自/至病人。
如第12圖所示，星型與點對點拓撲兩者皆被支援。一般地，星型拓撲在與協調器直接無線通訊的範圍內對於網路裝置是較佳的；而點對點將用於在直接通訊的範圍之外之裝置。
在此實施例中提供兩種類型的拓撲與兩種類型的連接鏈接：應急拓撲、及非應急拓撲。應急拓撲藉由兩區分特徵與非應急拓撲區分開來：1.裝置處於應急及2.高優先級通訊鏈接。對於通訊與所有即將到來的通道存取程序，應急拓撲具有比非應急拓撲較高的一優先級。應急拓撲較佳是基於信標的，因為如上所述，這提供一協調器分配GTS供特定通訊鏈接互斥使用的能力。
因此，第12圖闡述協調器10在應急中通過一星型拓撲經由高優先級鏈接14與裝置11E同時進行通訊；並經由低優先級(或「正常優先級」)鏈接15與其它裝置13(它們以是當前未涉及在一應急情況中之醫療裝置，或基於發明目的假定無應急狀態可能存在之非醫療裝置)進行通訊。
第13圖繪示一類似的安排，惟高優先級鏈接14現在經由點對點連接，表示星型與點對點拓撲在應急中都可用於裝置的高優先級、高QoS鏈接。與此同時，低優先級鏈接15由星型與點對點連接而形成。
最初，可假定，無一網路裝置處於應急(例如，在一醫療監測情形中，其中受監測之複數病人中無一病人處於一臨界條件中)。因此，所有鏈接如第14圖所示以低優先級模式開始。現在假定，裝置11E(也標為裝置A)中之一裝置進入應急。例如，該等裝置可以是感測在一可接收範圍外的一血壓值之一血壓感測器。應急狀態可被識別且能以某些方式(見後面的一範例)被發送信號給協調器。接著，如第15圖所示，協調器10為處於應急中的醫療裝置11E分配一高優 先級鏈接。例如，如果一保證時槽係使用TDMA而被分配給裝置，裝置11E將得到首次傳輸機會。
第16圖繪示在一點對點拓撲情況下所發生的情況，其中已充當一中繼躍點之一網路裝置進入應急。協定考慮到以下事實而被設計：處於應急的網路裝置11E(裝置A)應該被給予一機會：(a)具有較少的來自第二躍點非應急裝置擁塞；(b)確認其它裝置也處於應急，並透過裝置A要求一點對點路由，將得到一應急存取；及(c)被保證一高優先級應急鏈接。
因而，如第16圖範例所示，一高優先級鏈接14在協調器10與網路裝置11E之間被建立。在此範例中，與裝置11E點對點無線通訊之網路裝置中之無一自身處於應急，因此低優先級鏈接14在此情況中是足夠的。為了進一步改良流量管理，可能的是透過裝置1E轉移一些低優先級流量使得它由另一路由到達協調器10。這也將最小化裝置1E中不必要的電力消耗，該裝置由於應急狀態(被要求更經常的取感測器讀數)可能地比平常使用較多的電力。
第17圖繪示上述流量管理協定中的流程圖。在此圖(及第18圖)中，垂直行表示協定中所涉及之各該裝置：協調器10、網路裝置(要)處於應急，及其它裝置，諸如非醫療/非應急裝置13。垂直方向表示時間流程。此過程如下進行：S10：假定，所有裝置開始為非應急狀態且因而與協調器10具有低優先級(無論星型或點對點)連接。
S11：裝置11E宣告處於一應急狀態。這能以許多方式來發 生，該等方式超出本說明書的範圍但在同一申請人的一共同待決申請案中被予以描述。一典型的情形將是，網路裝置本身之一感測器所感測的一值達到某種臨界值。在任一情況中，假定的是，協調器10與裝置11E都識別並宣告裝置11E「處於應急」；例如，它參與感測在某一臨界程度而需要密集監測的一醫療參數。
S12：處於應急之協調器10與裝置11E響應於被宣告的應急狀態(此宣告實際上可來自協調器自身)而合作建立一應急鏈接(高優先級鏈接)。例如，協調器可通知裝置11E哪一GTS用於它的傳輸。
S13：如果其他裝置尚未意識到這一點，裝置11E對當前通訊路由通過裝置11E(裝置A)的其它裝置宣告該應急狀態，給之其它裝置。此宣告實際上可源於協調器用以透過裝置11E而傳遞到其它點對點連接的裝置。
S14：網路裝置11E當前處於如第16圖所示支援它點對點連接的其它裝置之通訊鏈接的情況中。如果這些其它裝置中的任一裝置本身處於應急，裝置11E繼續如此。
S15：另一方面，裝置11E檢查它是否具有足夠的資源來保持現有與其它點對點裝置的低優先級鏈接。可選擇地，或另外地，裝置11E根據應急鏈接上之擁塞程度或QoS檢查保持低優先級流量有何影響。
S16：如果在步驟S15的回答為是(足夠資源可用)，裝置11E繼續支援低優先級鏈接，雖然以一減小的速率，但假定足夠的無線電與裝置資源是可用的。例如，裝置11E之應急的 宣告可指裝置11E必須較頻繁地發送感測器資料給協調器10，這都佔用上行鏈路上部分的可用空間且使用電池電力。
S17：如果在步驟S15的回答為否(沒有足夠資源可用)，裝置11E斷開與其它裝置13之一些現存低優先級點對點鏈接，較佳地藉由將它們傳遞到另一協調器來避免資料損失。視實施而定，一些或所有其它網路裝置13來充當一第二協調器是可能的。可選擇地，裝置11E例如藉由降低每一鏈接的資料速率可減少貢獻給低優先級鏈接的資源。
S18：與此同時，其它裝置13可自身檢測由於裝置11E與協調器10的流量優先級而引起之一降低的QoS。在此事件中，其它裝置13本身可藉由嘗試找出避開裝置11E之點對點通訊的一可選擇路由而開始一拓撲的改變。
視網路裝置的能力而定，處於應急的裝置11E可能無法採取步驟S15-S17所需要的決策，或其它裝置13採用步驟S18的行動。在此情況中，協調器10可接辦這些步驟並在必要時將結果通知給網路裝置。可選擇地或另外地，協定可被簡化如下。
第18圖繪示一簡化的協定，其可選擇地用於上述裝置11E進入應急之情況。在此協定中，裝置11E並不通知其它相鄰裝置它的應急狀態。它不允許任何高優先級點對點鏈接，意思是僅一低優先級鏈接將被授予給其它想要透過處於應急的任一裝置而通訊之裝置。裝置11E控制請求鏈接數。程序如下：
S20：如前裝置11E可能被協調器10宣告處於應急。
S21：因此，協調器10及裝置11E在它們之間建立一高優先級鏈接。
S22：假定現在一請求是自一低優先級鏈接之一些其它裝置13而被接收。
S23：裝置11E檢查它的與其它裝置的現有鏈接數是否超過(或已達到)一預定限制。甚至一相對簡單的網路裝置應該能夠例如藉由在一計數器中保存一計數而探知。
S24：如果對S23的回答為是，亦即，限制已被超過，裝置11E拒絕對一鏈接的請求，並繼續依據當前拓撲來運作，這將有助於減少經過醫療應急裝置的流量流，及減少處於應急之醫療裝置應該處理、引起避免醫療應急裝置內的一碰撞與擁塞之中繼傳輸或重傳的數目。
S25：另一方面，如果對S23的回答為否，裝置11E授予請求的低優先級鏈接。
S26至S30：步驟S23至S25的流程可重複任一次數直至鏈接數目上的預定限制已被達到。
現在將提出上述協定如何適應於一像當前開發中借鑒IEEE802.15.4的IEEE 802.15.6之通訊標準中的一些說明。
第19與20圖闡述在本發明之一實施例中對IEEE 802.15.4訊框格式之一可能的修改，以藉由加入標為「應急」的一新位元並使其適於IEEE 802.15.6來適應應急情況。在此修改中，容許一新穎應急訊框類型但不許對IEEE 802.15.4中訊框類型之任一其它改變。
如已概述，IEEE 802.15.4提供各不同訊框類型，包括 信標訊框41、資料訊框42、確認訊框43與MAC命令訊框44。在IEEE 802.15.6中，實施上述程序的一方式是引入一進一步的訊框類型：應急訊框以便將應急狀態(非應急狀態)宣告給目的地裝置。
第19圖繪示一訊框控制欄位500的格式，其對應於已針對IEEE 802.15.4而提出之第10圖的訊框控制欄位50。如由比較第19圖與第10圖將可見，與IEEE 802.15.4一樣位元0-2表示訊框類型501，但如第20圖所示改變了可能的訊框類型值。在前面保留的值100-111(見第10圖)中，位元值「111」現在被用來表示新穎的應急訊框類型。值100至110繼續作為保留值供以後使用。
在訊框控制欄位500的剩餘子欄位中，除了位元第7號新近被用作應急狀態的一旗標(例如，「1」=應急及「0」=非應急)外，基本上與第10A圖訊框控制欄位50的元素相同。位元8現在被用來表示一Ack政策(對應於第10圖Ack請求子欄位)。安全啟用位元502、訊框擱置位元503、PAN ID壓縮506、目的地定址模式507、訊框版本508及源定址模式509之子欄位具有與IEEE 802.15.4訊框控制欄位50中它們的對應項相同的功能。
總而言之，本發明之一實施例可提供下面的特徵與優點：
*透過MAC訊框控制標頭中的一「應急」狀態位元使用鏈接優先級分配來決定鏈接優先級。
*拓撲的管理方式是：一星型拓撲中在範圍內且處於 應急並無到其它裝置的活動連接之醫療裝置在一信標模式(例如TDMA-ALOHA)通道存取模式中自動地得到一高優先級應急鏈接及第一GTS(初期GTS之一)。
*一轉向協定，該協定讓低優先級裝置避免包含一高優先級醫療應急裝置作為其路由內的一中繼器。
*一擁塞及碰撞避免機制/協定，該協定使充當相鄰感測器裝置之一中間跳躍節點之應急醫療裝置減少其低/一般優先級流量的流量負載，且在嚴重情況中甚至斷開低或一般優先級鏈接。
*提出的協定使得能夠進一步支援處理醫療應急情況。
本發明之實施例透過使用MBAN在幫助應急管理上具有一重要作用。下面的情形可被指出：
(i)全球數億有心臟問題的病人藉由使用在他們的身體上形成一MBAN之無線感測器可在醫院或在家受監測。MBAN可為此類病人提供額外的行動性。然而，對於處在諸如不正常心臟作用或更嚴重情況諸如心臟病發作情形之下的此組病人而言，獲取一可靠的通訊通道來確保將不會失去應急或報警信號是至關重要的。本發明提供一安全應急觸發機制以藉由發送一「應急確認」來使得所涉及的所有實體意識到一應急。
(ii)全球數億人遭受糖尿病。最近已考慮葡萄糖量測的可植入或不開刀方法。一MBAN可用來24小時監測一病人的葡萄糖程度資訊。存在病人的葡萄糖程度在圖表下而需 要病人的應急地理位置與其它必需的緊急醫療程序之情況。
(iii)MBAN可用來收集在監測一特別護理病人時所感測的資料，其中資料的損失可威脅生命。
(iv)改進勞動成本與一醫療系統中應急響應的效率。
(v)提高一醫療MBAN系統中之應急意識。
(vi)藉由自動化應急響應過程來減小勞動成本。
(vii)雖然主要是針對低資料速率應用來設想，但是MBAN可有傳遞流視訊/音訊資料的應用，其中個別封包的損失是重要的且影響品質。錯誤資料可對應急情況中疾病的診斷具有一負面影響。
(viii)對於醫療診斷，NMR或X射線影像需要非常清晰以便醫生正確地診斷病人。因此，可靠的資料傳遞再度是必不可少的。
總之，本發明可提供一操作一具有複數網路裝置之無線感測器網路的技術，該複數網路裝置包括用以監測複數參數之感測器，及用以在一星型協定中與網路裝置直接通訊或在一點對點協定中與網路裝置間接通訊之一協調器，包含：安排該協調器與網路裝置的至少一子集透過一低優先級鏈接通訊；由網路裝置之感測器收集感測器資料並將該資料傳遞給該協調器；檢測至少一網路裝置之一應急狀態的存在； 與處於應急狀態之至少一裝置建立一高優先級鏈接，該高優先級鏈接對網路資源具有比低優先級鏈接為高的優先級；及在該一裝置充當與其它裝置的低優先級鏈接之一中繼跳躍節點的情況下，依賴於其它裝置是否處於應急、高優先級鏈接的一擁塞程度或QoS、及/或該等裝置中之一裝置可用的電源以保持、修改或斷開這些低優先級鏈接。
該技術可被應用於，例如使用依據IEEE 802.15.6而運作之MBAN監測一醫院中的病人。
本發明可採取一新穎網路裝置(感測器)、協調器、或上述硬體模組的形式，且可藉由更換或修改網路裝置的處理器及/或每一協調器所執行之軟體來實施。
因此，本發明的實施例可在硬體中實施、或實施為運行在一或一個以上處理器上的軟體模組、或實施在此兩者之一組合上。發明也可被體現為用以執行部分或全部本文所予以描述的任何技術之一或一個以上裝置或設備程式(例如，電腦程式及電腦程式產品)。體現本發明的此類程式可儲存在電腦可讀取媒體上，或例如可以是一或一個以上信號的形式。此類信號可以是能自一網際網路網站下載或提供在一載體信號上或以任一其它形式提供之資料信號。
雖然上述說明僅涉及一無線感測器網路中的感測器與協調器，但一MBAN可能包括這些種類裝置以外的其它裝置。可能地，一些介入病人護理的構件，諸如一藥物分發機制，在協調器的無線控制之下可被安排在網路中。因此， 高優先級鏈接不需要被限定為控制感測器及它們的通訊，而可能例如在一應急狀態中被用來命令將一藥物傳送給病人以建立一生命參數(例如，心臟速率)。
在上述實施例中，假定網路起初將僅具有低優先級鏈接且在應急狀態與裝置建立高優先級鏈接將包含用一新的高優先級鏈接來取代與該裝置的一現有低優先級鏈接，其它不在應急中的裝置由低優先級鏈接來服務。然而，可能有這樣的實施：在「一般」操作條件下，頻寬與電力相對充裕，允許高優先級鏈接為有關網路裝置與協調器通訊的預設模式。在此情況中，網路可能對所有網路裝置以高優先級鏈接開始並將不處於應急之裝置的鏈接降級為低優先級鏈接，原處留下處於應急的每一裝置之高優先級鏈接。這可包含自身不處於一應急狀態之一網路裝置識別出一些其它網路裝置處於應急，而將其與協調器的鏈接降級以將優先權讓給應急裝置。
如上已述，在與協調器的通訊(未必經由MBAN本身)中一MBAN也可提供有一些形式的中央控制與監測單元。這一中央控制例如可參與宣告應急狀態。
上述說明有關用以判定一病人的一醫療應急之技術，因為這被視作本發明的一重要應用。然而，它不是唯一可能的應用。感測器在非醫療情況中可被用來監測一生命體。例如，使用上面描述的相同技術可監測任何處於危險的人(實例：老年或虛弱者、或兒童；處於危險環境中的人，等)。在此情況中，應急情況可代表某一形式的實體威脅諸 如一事故。諸如脈搏、溫度、加速等之此類生命參數的感測器將在此情況中特別有用。在應急狀態中，期望的是盡可能提供正如在醫療情形中一樣之一高優先級鏈接。
在一人或其它生命體的BAN之外應用本發明有許多可能性。一可能性是一WSN，其能夠檢測工業應急，諸如一關鍵任務工業環境(例如，一發電站)中之許多可能的情形。這可應用於一工廠環境中的多個控制點。例如，我們可考慮一工廠的加熱設備中的溫度感測器或食品生產線的壓力門檻值。在這一WSN中低(一般)與高優先級鏈接的雙重使用可正如醫療應急一般被應用在這些系統中的應急。因此，在申請專利範圍中「實體」一詞係被解釋為涵蓋除一生命體之外之任一此類的工業環境。
雖然上面說明以範例方式已參考IEEE 802.15.4與IEEE 802.15.6，但是本發明可應用於無論是否依據IEEE 802.15.6而運作之任一類型基於訊框的無線感測器網路或MBAN，以及即使不是醫療身體區域網路卻具有對在應急情況中通訊之改進可靠性的一需求之其它類型的BAN。
10‧‧‧協調器
11、11A、11E、13‧‧‧網路裝置
11B、11C‧‧‧中間裝置
14‧‧‧高優先級鏈接
15‧‧‧低優先級鏈接
30‧‧‧超框
31‧‧‧信標訊框
32‧‧‧槽
33‧‧‧受保證的時槽
34‧‧‧閒置週期
36‧‧‧競爭存取週期
37‧‧‧無競爭週期
41‧‧‧信標訊框
42‧‧‧資料訊框
43‧‧‧確認訊框
44‧‧‧資料請求、MAC命令訊框
50、500‧‧‧訊框控制欄位
51、501‧‧‧訊框類型位元
52、502‧‧‧啟用安全子欄位
53、503‧‧‧訊框擱置子欄位
54‧‧‧請求子欄位
55~59‧‧‧子欄位
100‧‧‧WPAN
101、102‧‧‧頻帶
105‧‧‧MAC子層
S10~S30‧‧‧步驟
506‧‧‧PAN ID壓縮
507‧‧‧目的地定址模式
508‧‧‧訊框版本
509‧‧‧源定址模式
第1圖說明一IEEE 802.15.4 WPAN中的協定層；第2圖說明該IEEE 802.15.4 WPAN之可能的PHY頻帶；第3圖說明一WPAN之星型與點對點拓撲；第4圖繪示一有信標IEEE 802.15.4WPAN中一超框的.結構；第5-8圖說明一IEEE 802.15.4WPAN中一網路裝置與一 協調器之間之可能的資料傳遞模式；第9圖繪示用於IEEE 802.15.4WPAN中的一資料訊框之一訊框格式；第10圖繪示在第9圖訊框格式中一訊框控制欄位的結構；第11圖是第10圖該訊框控制欄位中訊框類型位元的迄今定義值之一表格；第12到16圖是一具有依據本發明而定義的低優先級與高優先級鏈接之節點的示意圖；第17圖是體現管理高優先級鏈接與低優先級鏈接的本發明之一第一協定的一流程圖；第18圖是體現管理高優先級鏈接與低優先級鏈接的本發明之一第二協定的一流程圖；第19圖繪示用來指示本發明之一實施例中的一應急狀態之一訊框控制欄位；及第20圖是第19圖該訊框控制欄位中訊框類型位元的可能值之一表格。
10‧‧‧協調器
11E‧‧‧醫療裝置
13‧‧‧裝置
S10~S18‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種包括有用於監測一或多個參數的感測器的網路裝置，供用於具有多個此種網路裝置及能夠在低優先級鏈接或高優先級鏈接上與此等網路裝置進行通訊的一協調器的無線感測器網路中，其中該網路裝置被安排成可充當在至少一其它此種網路裝置之高優先級鏈接或低優先級鏈接上之點對點通訊的中繼器，該網路裝置包含：識別構件，用以識別該網路裝置本身是否處於一應急狀態；以及響應構件，其響應於識別出該應急狀態而建立與該協調器的一高優先級鏈接；其中該識別構件進一步可運作來識別各個其他此種網路裝置是否亦處於該應急狀態中；並且其中該響應構件進一步響應於針對該網路裝置本身識別出該應急狀態而至少視各個其他此種網路裝置是否處於該應急狀態而定地保持、修改或斷開所述點對點通訊。
  2. 如申請專利範圍第1項之網路裝置，其中該響應構件被安排成會進一步視所述高優先級鏈接之一QoS或擁塞程度及到該網路裝置之電力的可用性中之至少一者而定地保持、修改或斷開所述點對點通訊。
  3. 如申請專利範圍第1項之網路裝置，其中該響應構件被安排成會藉由減小一低優先級鏈接之速率來修改在一 低優先級鏈接上之與不處於該應急狀態的另一此種網路裝置之點對點通訊。
  4. 如申請專利範圍第1項之網路裝置，其中該響應構件被安排成會斷開在一低優先級鏈接上之與不處於該應急狀態的另一此種網路裝置之點對點通訊。
  5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項之網路裝置，其中該響應構件被安排成會保持在一高優先級鏈接上之與處於該應急狀態的另一此種網路裝置之點對點通訊。
  6. 如申請專利範圍第1項之網路裝置，其進一步包含：計數構件，用以保持該網路裝置本身所為之充當中繼器的其它此種網路裝置之數量的一計數，並且其中該響應構件進一步響應於識別出該應急狀態而視該計數之當前值而定地拒絕要為又一個網路裝置充當中繼器的一請求。
  7. 一種無線感測器網路，其具有：多個網路裝置，其各係如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項之網路裝置，以及一協調器，用以在一星型協定中與該等網路裝置直接通訊或在一點對點協定中與該等網路裝置間接通訊，其中該協調器被安排成可在一低優先級鏈接上與該等網路裝置之至少一子集通訊，並響應於判定出該等網路裝置中之一或多者的一應急狀態之存在而建立與該等裝置中之該一或多者的一高優先級鏈接，該高優先級鏈接具有比該低優先級鏈接更高的對網路資源之優先 權。
  8. 如申請專利範圍第7項之無線感測器網路，其中係在當該網路裝置之一感測器所感測到的一參數達到一臨界值時識別出針對一網路裝置的該應急狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項之無線感測器網路，其被應用來監測一生命體的醫療參數。
  10. 如申請專利範圍第7、8或9項之無線感測器網路，其中該等網路資源係以一時分方式所建構以定義每單位週期的一或多個時槽，並且其中該等時槽中之一或多者被保留以供用於該高優先級鏈接。
  11. 如申請專利範圍第10項之無線感測器網路，其中該等網路資源進一步係被建構來定義每單位週期的一競爭存取週期以至少供該低優先級鏈接使用。
  12. 一種操作無線感測器網路的方法，該無線感測器網路具有包括用於監測多個參數的感測器的多個網路裝置、及用於在一星型協定中與該等網路裝置直接通訊或在一點對點協定中與該等網路裝置間接通訊的一協調器，該方法包含下列步驟：安排該協調器以在一低優先級鏈接上與該等網路裝置之至少一子集通訊；藉由該等網路裝置之感測器收集感測器資料，並將該等資料傳遞給該協調器；針對該等網路裝置中之至少一者檢測出一應急狀態之存在；以及 建立與處於該應急狀態中的該等裝置中之該至少一者的一高優先級鏈接，該高優先級鏈接具有比該低優先級鏈接更高的對網路資源之優先權；其特徵在於：當該裝置正針對與其他裝置之低優先級鏈接充當一中繼器時，視該等其它裝置是否處於應急中、該高優先級鏈接的擁塞程度或QoS、及/或可用的電源而保持、修改或斷開該等低優先級鏈接。
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