TWI426810B - 短距離無線網路之改進技術（一） - Google Patents

短距離無線網路之改進技術（一） Download PDF

Info

Publication number
TWI426810B
TWI426810B TW099102811A TW99102811A TWI426810B TW I426810 B TWI426810 B TW I426810B TW 099102811 A TW099102811 A TW 099102811A TW 99102811 A TW99102811 A TW 99102811A TW I426810 B TWI426810 B TW I426810B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sleep mode
sensor
coordinator
battery
sleep
Prior art date
Application number
TW099102811A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201129218A (en
Inventor
Saied Abedi
Hind Chebbo
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of TW201129218A publication Critical patent/TW201129218A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI426810B publication Critical patent/TWI426810B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0216—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave using a pre-established activity schedule, e.g. traffic indication frame
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0219—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave where the power saving management affects multiple terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

短距離無線網路之改進技術(一)
本發明係關於無線個人區域網路且特定地但不專指關於無線感測器網路及包括配置在人體或動物體上或其周圍之無線通訊感測器的人體區域網路。
所謂的人體區域網路或BAN是無線個人區域網路(WPAN)之一範例，其用以經過相對較短的距離傳送資訊。與無線區域網路(WLAN)不同，透過WPAN實現之連接很少涉及或者不涉及基礎架構。此特徵允許為各種裝置實施小型的、能量有效的、便宜的解決方案。特別受到關注的是醫療BAN(MBAN)的可行性，在MBAN中，感測器用以檢測患者之狀態。主要利用感測器來把感測到的資料饋入一資料槽(其也可以是一網路協調器)的一BAN是一無線感測器網路(WSN)之一範例；然而，諸如驅動器之更多的主動裝置也可包括於作為一MBAN發揮作用之一WSN中。
短距離無線網路之另一引起注意的用途是在工業監測中。這樣的無線網路可被設計用以包括感測器及其它裝置。例如，一部署可包括被安排用以測量一參數以進行監測的感測器，該參數諸如一渦輪葉片或其它工業部件上各個不同位置處之溫度。同樣，更多的主動裝置可被包括在這樣一無線網路中且幾乎不需要或完全不需要基礎架構。
IEEE 802.15.4標準定義了用於低資料率WPAN之實體層(PHY)及媒體存取控制(MAC)子層規格，然而一IEEE 802.15.4網路之涵蓋範圍可延伸到一個人作業空間(POS)之外，該POS典型地定義該WPAN且因而還適於稍大規模工業部署。這樣的稍大規模網路被包括在用語WSN、WPAN及BAN內已達到本申請案之目的。IEEE 802.15.4與用於一隨意式微網之一標準IEEE 802.15.3具有一些相似性。這樣的圍繞一人或物件的微網通常在各個方向上覆蓋至少10m且包圍該人或物件，無論該人或物件靜止還是在行動。它們包括較高資料率WPAN。IEEE 802.15.4-2006標準與IEEE 802.15.3-2003標準之文件的全部內容在此併入本文以為參考資料。
在IEEE 802.15.4中假設的此類WPAN適用於諸如工業監測之應用，但並不提供MBAN所需的這種資料可靠性。
在醫療應用中，需要降低與人力相關之成本而提高可靠性與過程自動化且減少人為失誤。感測器能夠提供所需的智能且已經廣泛使用在醫療器械中。此包括醫院恢復護理、居家護理、加護病房及先進外科手術。有很多種不同的感測器用於醫療應用，其包括用於感測脈搏、體溫等之外部感測器、與體液相接觸之感測器、(透過切口)用在導管中之感測器、用於外部應用之感測器、具有無線感測器之一次性皮膚貼片及植入式感測器。
醫院或內科病房中一患者周圍的感測器之一WPAN能夠提供多種臨床效益，包括患者可移動、監測較靈活、監測擴大到當前沒被監測之護理區、臨床錯誤降低及總監測成本降低。體佩感測器可包括用在單個患者身上之各種感測器類型。它們需要具備能快速應用在患者身體上或從患者身體上快速移除的能力。
就個別而言，這樣的感測器可具有低至每位患者1-2kbps之位元率且總體來說它們需要一10kbps之位元率。小到1m的範圍可能就足夠。然而，醫療WSN應用是臨床環境中之緊急任務應用。為得到有限資料丟失及有限等待時間之可靠無線鏈結、對患者及感測器密度之容納能力、與其它放射線之共存能力、持續數天操作之電池壽命及用於體佩裝置之小形狀因素都在對該醫療WSN或MBAN的要求之內。此等要求可透過利用諸如時域與頻域中之多樣性及差錯控制技術的技術來滿足，包括正向錯誤校正(FEC)及適應性重複請求(ARQ)、用於感測器資訊率之低工作週期TDMA及更有效率之小型天線。因此，正在作出努力來定義另一標準IEEE 802.15.6，其意在定義人體區域網路之屬性，尤其用於醫療應用之屬性。
IEEE 802.15.3、IEEE 802.15.4、IEEE 802.15.6與相關於包括感測器(其中該等裝置中之至少一些由電池供電)之無線網路的其它標準的關鍵要求中之一個是節省電池壽命。這對於其中患者之生命取決於醫療WSN應用中無線鏈結之可靠性的緊急情況或者對於監測緊急任務工業環境(諸如發電站)來說是尤其重要的。電池供電裝置通常需要工作週期控制(duty cycling)以降低功耗。工作週期控制裝置具有一休眠模式，該等裝置大部分操作時間處於休眠狀態。這樣的裝置週期性地被「喚醒」以傳輸或接收。
該休眠/喚醒模式(以下稱為休眠模式)是週期性的且決定一裝置在每一週期期間被喚醒之時間長度。在喚醒時間期間，該裝置(例如，一感測器)發送其已收集之測量結果或其它資料。如果該感測器在該喚醒時間結束之前完成發送該測量結果，則其返回休眠狀態且遵循為其設定之該休眠模式。如果該感測器在喚醒時間結束之前未完成資料傳輸，則其能夠繼續傳輸該測量結果且接著根據該休眠模式返回休眠狀態。因此，在該感測器之測量結果之取樣率與該測量結果之傳輸率(工作週期)之間有一差異。例如，可能出現這樣一情景：該測量動作本身很慢(例如，在一次測量嘗試中要收集大量資訊)且需要很多次傳輸嘗試以按照逐條方式發送該資訊。
我們可假設用於測量之一週期或一隨機模式。透過該(較快)喚醒模式較積極地傳輸，該等測量結果到達得更快。改變該休眠模式之主要原因是要具有關於生命參數之更多最新且較新鮮之資訊(即更快的測量)。該醫療或其它重要應用之性質將決定該休眠模式有多快。例如，對於心臟應用來說，其取決於我們處理之活體。對於人來說，此模式比對於動物而言慢(在極端情況下說，對於人來說是四分之一秒而對於一老鼠來說為十分之一秒)。
需要處理利用休眠模式來節省電池壽命同時確保該感測器資料以一及時且可靠方式發送到網路之問題。
根據本發明之一第一層面之實施例，提供了用在裝置之一無線感測器網路中之一感測器，其包含：可操作用以檢測一參數之值的感測裝置；可操作用以計入該等檢測到的值而決定該感測器之一恰當休眠模式的控制裝置及可操作用以把對該恰當休眠模式之一指示傳輸到該無線感測器網路中之另一裝置的一傳輸器。
本發明之實施例之感測器不僅能夠自動決定它們自身之休眠模式，還可操作用以把對一恰當休眠模式之一指示傳輸到一無線感測器網路中之另一裝置。該指示可被直接傳輸到該網路中之該協調器(例如，用於影響其功能)或者經由其它裝置來間接地被傳輸，如果恰當的話則也可使用該指示來進行。熟於此技藝的讀者將明白的是，該指示可透過其它資訊被提供或者傳輸。例如，關於一應急狀態之獨立資訊(可能以一應急位元之形式)可被提供。
較佳地該指示以一傳輸訊框中之一控制欄位來傳輸，例如，係利用在該MAC標頭中，諸如在該訊框控制欄位中設定為一預先定義之值的一個值。在一個較佳實施例中，該值可以是組合起來作用以指定一恰當預定義之休眠模式的一個或一個以上位元。該值可位於任一傳輸訊框之訊框控制欄位中。可選擇地，該值可以是一MAC訊框中之一裝置狀態描述(可能是一整個八位元組，包括該指示與諸如一警告/應急狀態之可能地其它資訊)。在此情況下，該MAC訊框控制能夠包括用來指示該裝置狀態描述是否應當被讀取或解譯之一裝置狀態位元。
在較佳實施例中，對該指示之傳輸比自該感測器之其它傳輸優先。例如，包括該指示之傳輸可經排程在不包括該指示之傳輸之前。可選擇地，該指示可不變地或者在一特定時間段在發自該裝置之所有傳輸訊框中被發送。
較佳地該感測器進一步包含可操作用以接收對該指示之一確認的一接收器。本文使用之用語“可操作的”包括定義為經安排執行有特定用途的功能之裝置之構想。如果失敗的話，該確認可被鏈接到對該指示之一重新發送。
藉由與一個或多個臨界值相比較、藉由檢測該參數之一改變或者藉由檢測一改變率或者以任一其它用於測量參數之恰當的方式，該等被檢測到的值可被計入來決定一恰當的休眠模式。在很多情況下，與一個或一個以上臨界值之一簡單比較是恰當的。
因此，根據本發明之實施例之一感測器可進一步包含可操作用以把該等檢測到的值與一已儲存的臨界值作比較之記憶體與處理裝置；其中該控制裝置可操作用以計入該比較之結果而決定該感測器之該恰當休眠模式。
該休眠模式可即時地被定義。例如，一個或一個以上不同臨界值、不同值或者不同改變及改變率可被用來根據喚醒時間百分比、傳輸之間的時間或其它恰當定義來計算一恰當休眠模式。在其他情況中，預先定義的休眠模式可儲存於該感測器中。
在較佳實施例中，有由多個臨界值決定之多個預先定義之休眠模式，每一臨界值定義一較低喚醒休眠模式與一較高喚醒休眠模式之間之一邊界。此處，一較低休眠喚醒模式可指示一較低工作週期或傳輸之間之較長時間而一較高喚醒休眠模式可指示一較高工作週期或者傳輸之間之較短時間。
在一電池(其可理解為為感測器提供電力之任何裝置，其可消耗且進而需要替換及/或再充電)存在之情況下，可有利的是調整該休眠模式來反映此情況。否則，該控制裝置只可實施計入該等檢測到之值而已被決定為恰當之該休眠模式。
較佳地，上述之一感測器進一步包含一電池，其中該控制裝置可操作用以計入該等檢測到之值與該感測器之一當前電池電量這兩者來控制該休眠模式。例如，該實際休眠模式可基於此等因素與其它可能因素之一組合而被選擇。
有利地，該傳輸器此外可操作用以傳輸與該當前電池電量相關之資訊，較佳地以對由該控制裝置選擇之該實際休眠模式之一指示之形式。此指示可以以與該恰當休眠模式指示及諸如該裝置之應急狀態之其它資訊相同的方式被發送/與該恰當休眠模式指示及諸如該裝置之應急狀態其它資訊一起被發送。
因而，例如，該控制裝置可根據可接受之電池電量之一預先定義之限制允許或拒絕恰當休眠模式。該控制裝置可被設計為用一較低喚醒休眠模式替換任一恰當休眠模式。較佳地，該較低喚醒休眠模式是最大喚醒模式為該電池所允許之預先定義之休眠模式。
如果在電池電量之不同等級之間有一個以上限制，則該控制裝置在低於每一限制下比高於每一限制上允許較少之休眠模式，所以較佳地限制之數目等於臨界值之數目。
在另一層面，本發明之實施例提供了包括一感測器與一協調器之裝置之一無線感測器網路：該感測器包含可操作用以檢測一參數之值之感測裝置、傳輸與接收裝置及可操作用以控制該感測器之該休眠模式之感測器控制裝置；及該協調器包含傳輸與接收裝置；其中該感測器可操作用以計入該等檢測到的值而決定其自身之恰當休眠模式及可操作用以藉由傳輸對其恰當休眠模式之一指示而影響該協調器操作。
較佳地，在這樣一無線感測器網路中，該感測器包含可操作用以把該等檢測到的值與一已儲存之臨界值做比較之記憶體及處理裝置；該感測器控制裝置可操作用以計入該比較之一結果而決定該感測器之一恰當休眠模式；該感測器傳輸裝置可操作用以傳輸對該恰當休眠模式之一指示；及該協調器可操作用以在其通道存取策略中反映此指示。
在又一些層面中，本發明之實施例提供了裝置之一無線感測器網路中之一協調器，該等包括感測器與該協調器，其中該協調器包含用於與該等感測器通訊之傳輸與接收裝置；及可操作用以依據對由該等感測器中之一特定的一個傳輸之一恰當休眠模式之一指示來影響該協調器之功能之協調器控制裝置。
較佳地該協調器控制裝置可操作用以計入該指示與關於該特定感測器之一當前電池電量等級之資訊這兩者而影響該協調器之功能。
有利地，該協調器可操作用以在其通道存取策略中反映此指示及/或關於該當前電池電量等級之資訊。
在一個方法層面中，本發明係關於裝置之一無線感測器網路中之一感測器之方法，其包含以下步驟：檢測一參數之值；計入檢測到之值而決定一恰當感測器休眠模式；及將對該恰當休眠模式之一指示傳輸到該無線感測器網路中之另一裝置。此方法層面之較佳特徵與以上提出之該感測器之該等較佳特徵相對應。
本發明之另一些層面提供了當其由一無線感測器網路中之一感測器或一協調器的一處理器執行時分別提供以上感測器或協調器之功能的軟體(或一電腦程式)及當其由一感測器或協調器執行時執行針對此等裝置描述之該等方法之軟體。這樣的軟體可被儲存在一電腦可讀媒體上。
此等層面中之任一層面之特徵及較佳特徵是可自由組合的。
圖式簡單說明
為了更好地理解本發明且為了更清楚地顯示其如何被實行，現在可僅透過舉例方式參考以下圖式，其中：第1圖說明了一IEEE 802.15.4 WPAN中之協定層；第2圖說明了該IEEE 802.15.4 WPAN之可能的PHY頻帶；第3圖說明了一WPAN之星型及點對點拓撲；第4圖說明了一有信標IEEE 802.15.4 WPAN中之一超訊框之結構；第5圖到第8圖說明了一IEEE 802.15.4 WPAN中之一網路裝置與一協調器之間之資料傳送之可能模式；第9圖顯示了用於一IEEE 802.15.4 WPAN中之一資料訊框之一訊框格式；第10圖顯示了第9圖中之該訊框格式中之一訊框控制欄位之結構；第11圖是第10圖中之該訊框控制欄位中之訊框類型位元之可能值之一表；第12圖是顯示一無線感測器之一示意圖；第13圖是顯示根據本發明之實施例之一感測器之一示意圖；第14圖是顯示在具有一變化參數值的情況下自一裝置到一協調器之信號流之流程圖；第15圖是顯示在具有一變化參數值與電池電量狀態的情況下自一裝置到一協調器之信號流之流程圖；第16圖是在不同電池電量等級下允許之休眠模式之說明；第17圖是顯示在具有一變化參數值的情況下自一裝置到一協調器之信號流之另一流程圖；第18圖是顯示在具有一變化參數值與電池電量狀態的情況下自一裝置到一協調器之信號流之另一流程圖；第19圖顯示了在本發明之一實施例中提出之訊框控制欄位之新結構；第20圖顯示了在本發明之一實施例中提出之該訊框控制欄位之新結構，其包括電池狀態考慮；第21圖顯示了在本發明之一實施例中提出之該訊框控制欄位之新結構，其包括電池狀態考慮及其它增強；第22圖說明了第21圖中之該訊框控制欄位中之可能的訊框類型位元；第23圖說明了併入第21圖中說明之該等新位元的該訊框控制欄位之另一新結構；第24圖顯示了關於第22圖但併入在第23圖中說明之該等新位元的該訊框控制欄位之另一新結構；第25圖說明了當前IEEE 802.15.4標準中之一MAC訊框之基本格式；及第26圖說明了IEEE 802.15.4標準之當前版本之命令訊框識別符列表。
在解釋本發明之該等實施例之前，將對IEEE 802.15.4中被認為與具有含一可變休眠模式之裝置的無線網路(諸如微網、WPAN與包括MBAN之BAN)之設計相關及/或可用作正在發展中之該IEEE 802.15.6標準之基礎的那些部分做一些背景說明。
第1圖顯示了依據OSI分層模型的一IEEE 802.15.4WPAN之一般架構，標記為100，其中實體媒體透過包含無線電收發機及其低階控制之一PHY層來被接取。如所示，PHY有兩個可選擇的頻帶101、102，其在第2圖中被說明。該較低頻帶101提供以868.3MHz為中心之一單一20kb/s通道及/或各自以915MHz為中心之十個40kb/s通道。該較高頻帶102提供了各自以一頻率2.44GHz為中心的16個250kb/s通道。使用該等頻帶中之哪個頻帶取決於局部調節請求。
對該PHY之存取由第1圖中的105所指示之一MAC(媒體存取控制)子層提供。在該MAC子層上面且在該WPAN 100自身外部提供了允許自其它網路存取該WPAN之一LLC(鏈路層控制)；這可依照IEEE 802.2標準或者另一類型之標準。最後，該LLC上面之上層109包括提供網路組配、操縱及訊息路由之一網路層及提供所想要的總體功能之一應用層。
該MAC子層之一個任務是控制網路拓撲。星型及點對點是通訊網路中兩種已知的拓撲，且兩者均在IEEE 802.15.4中提供。在這兩種情況下，該拓撲區分兩種基本類型之網路節點：裝置及協調器。如第3圖中所示，在星型形態中，多個裝置11直接與一中心協調器10通訊；而在該點對點組態中，由一裝置11A與該通訊器之通訊利用中間裝置11B與11C作為中繼沿著一個或多個中繼段(hop)而完成。該協調器作為對該等上層之存取點；在一WSN之情況下，其作為由該等感測器收集之資料的槽。假定每一裝置之通訊範圍相當有限(若干米)，該點對點拓撲允許覆蓋一更大的區域。該拓撲可以是動態的，其隨著裝置添加到或者離開該網路而改變。
在工業WSN之情況下，例如，一星型網路可能適合用以在具有移動部件之一單一靜止機械上監測來自感測器之讀數。另一方面，一點對點拓撲能夠用以監測一輸送帶上之物件。
在MBAN之情況下，例如，一星型網路適合用在一協調器提供在每一病人位置(諸如醫院病床)處與單個病人身上之裝置交換信號之情況下。在一個協調器被提供用以服務多個病人之情況下(該協調器可能位於一醫院病房中之一固定點)，點對點將是一更恰當的拓撲。因此，雖然該等裝置11通常是行動的，但是該協調器可以是行動或固定的。點對點網路也可能更適於需要快速建立或改變該網路或者允許自行組織及自行恢復該網路的快速變化的環境。自行恢復可包括，例如如果一現存的協調器發生故障或者離開該網路時，則建立一新協調器。
多個星型及/或點對點網路可建立於相同位置，諸如一醫院或工廠，每一星型及/或點對點網路具有其自己的協調器。在此情況下，將有必要使各自的協調器協作來避免相互干擾且允許共享或校對資料。在IEEE 802.15.4中，這樣的網路稱為叢集且對為該等叢集建立一總協調器以及劃分或合併叢集作出規定。
一WPAN中之節點可由具有變化能力之單元組成。一般而言，協調器之角色將需要具有某一處理能力的一相對有能力之裝置及能夠同時處理來自多個來源的傳輸的收發器。這相應地需要提供充足的電力(在某些情況下，其需要被主電源供電)。另一方面，在該網路中之其它裝置可能具有較有限的處理能力且只使用電池電源，且甚至還可能簡單得不能作為一中繼段。具有極低電力供應之裝置大部分時間可被關閉且只偶爾“喚醒”來例如傳輸感測器資料到另一節點。因此，IEEE 802.15.4標準區分“全功能”與“簡化功能”裝置。對於感測器可能植入一體內或裝置內因而不能具有一大的或可充電的電池之MBAN及其它WPAN來說，電力供應是一特定問題。
在IEEE 802.15.4中假定的兩種類型之WPAN是有信標與無信標的。
在一有信標網路中，該協調器週期性地傳輸一信標及裝置週期性地收聽此信標以與該網路同步且存取該通道。該通道存取遵循如第4圖中所示之一超訊框結構，其由該協調器定義。每一超框30由兩部分組成：活動與閒置部分。該活動部分被分成一競爭存取週期CAP 36，接著是用於具有服務品質要求之應用的保證存取的一可取捨的無競爭週期CFP 37。
如第4圖中之垂直分層所示，該超框被分成16個等間隔時槽，每一個時槽能夠攜帶來自該協調器或者來自該一裝置之一資料訊框。首先是用於由該協調器傳輸之一信標訊框(見下文)之一時槽31。這之後，若干時槽32提供在該CAP內，允許在一競爭基礎上傳輸資料到裝置或者自裝置傳輸資料，這遵循已知的CSMA-CA演算法。簡要來說，在CSMA-CA中，每次一裝置想要在該CAP內傳輸時，其等待一隨機週期。如果發現該通道是閒置的，則該裝置遵循隨機後移機制來傳輸其資料。如果發現該通道是忙碌，則該裝置遵循該隨機後移機制在再一次嘗試存取該通道之前等待另一隨機週期。
接下來是該CFP之保證時槽GTS 33，且如所示，該等保證時槽GTS 33之每一個可延續不止一個基本時槽。在該閒置週期屆滿後，下一超框藉由該協調器發送另一信標訊框31而被標記出。在該超框之閒置週期34期間，裝置可進入休眠狀態。因此，藉由延長該閒置週期34之長度，該裝置之電池電源可盡可能地被節省。
在該無信標網路中，除非經請求而為，該協調器不需要傳輸一信標用於同步(例如，出於網路搜尋之目的)。該通道存取不受該超框結構限制且裝置不同時執行藉由CSMA-CA方式進行的所有資料傳送。它們可根據諸如感測器-MAC之某一協定來遵循它們自己的休眠模式(或者工作週期)。
對於一MBAN應用而言，該協調器在正在被監測之(多個)身體外部。它可以是一PDA、一行動電話、一床邊監測台或者甚至是臨時作為一協調器的具有足夠能力之一感測器。在一工業WSN中，該協調器可以是一PDA、一感測器、一膝上型電腦或其它電腦或者甚至是一中央處理器或者區域處理器。如上所述，該有信標網路中之該協調器負責提供對網路裝置之同步及通道接取。一超框之開始及結束也由一協調器定義。該協調器具有能與其它網路通訊及例如藉由輕鬆更換該充電電池而使用一充足電源之兩個主要特徵。
第5圖到第8圖說明了在一IEEE 802.15.4網路中之一裝置與一協調器之間的資料傳送。在IEEE 802.15.4中定義了三種基本類型之傳送：
(i)到達作為接收器之一協調器的資料傳送，一裝置(發送器)傳輸資料到此-用在星型及點對點拓撲這兩者中；
(ii)來自作為發送器之一協調器的資料傳送，該裝置接收該資料-用在星型及點對點拓撲這兩者中；及
(iii)兩同級端之間的資料傳送-只用在點對點網路中。
第5圖與第6圖分別繪示了無信標與有信標情況之自裝置(網路裝置11)及自協調器(協調器10)之一傳送。不同之處在於，在該有信標情況下，該裝置1必須在該CFP中利用CSMA-CA方式或者在該CAP中利用一GTS發送該資料(資料訊框42)之前等待接收來自該協調器之一信標訊框41；而在該無信標情況下，通常沒有信標訊框且該裝置11可利用CSMA-CA方式隨意發送一資料訊框42。在任一情況下，該協調器透過傳輸一可取捨確認訊框43來確認成功接收到該資料。下面更詳細地說明這些不同類型之訊框。
如果該接收器出於任何原因而不能處理該接收到的資料訊框，則該訊息不被確認。如果某一時間段之後該發送器未接收到一確認，則假定該傳輸未成功且重試該訊框傳輸。如果若干次重試之後仍未接收到一確認，則該發送器可取捨結束該處理或者再試。當不需要該確認時，該發送器假定該傳輸是成功的。
第7圖與第8圖說明了自一協調器10到一裝置11之資料傳送。在有信標WPAN中(第7圖)，當該協調器想要把資料傳送到一裝置時，它在該信標訊框41中指示該資料訊息正擱置。該裝置週期性地收聽該信標訊框且如果一訊息正擱置，則藉由CSMA-CA方式傳輸一資料請求(MAC命令)44來請求該資料。該協調器10藉由傳輸一確認訊框43來確認成功接收該資料請求。該擱置資料訊框42接著被利用時槽式CSMA-CA方式來發送或者如果可能的話就在確認后立即被發送。該裝置11可藉由傳輸一可取捨確認訊框43來確認成功接收該資料。現在完成了該處理。在成功完成該資料處理之後，該訊息自該信標中之擱置訊息之列表中移出。
在該無信標之情況下，具有為一特定裝置11準備好之資料的該協調器10必須等待來自所涉及的該裝置的一資料請求44，該資料請求44在一競爭基礎上被發送。在接收到這樣一請求之後，該協調器發送一確認訊框43(若情況如此，這也可用來表示沒有資料準備好)，接著發送該資料訊框42，該裝置11可響應於此發送另一確認訊框43作為回覆。
為簡單起見，上述步驟只考慮了該裝置與協調器之間的資料傳送之上述情況(i)及(ii)，但如上所述，在一點對點網路中，資料傳送將通常透過包含一個或一個以上中間節點之機制(iii)發生，這增加了所包含之碰撞及延遲的風險。
如第5圖到第8圖中所示，一IEEE 802.15.4網路中之通訊包含四種不同類型之訊框：
─信標訊框41，由一協調器使用來傳輸信標
─資料訊框42，用於所有資料之傳送
─確認訊框43，用於證實成功接收訊框
─MAC命令訊框44，用於處理所有的MAC同級實體控制傳送，諸如資料請求。
該四種訊框類型中之每一個之結構相當類似，且在第9圖中透過舉例方式顯示出一資料訊框42。在該圖式中，兩個水平條分別表示該MAC子層與該PHY層。時間從左邊行進到右邊，且該訊框之每一連續欄位之時間長度(以八位元組(octet)為單位)顯示在該涉及到的該欄位之正上方。每一訊框由以一特定順序排列之一連串欄位組成，該等欄位從左到右按照它們由該PHY傳輸之順序來被繪示，其中最左邊之位元在時間上最先被傳輸。在每一欄目內之位元從0(最左邊且最低有效位)到k-1(最右邊且最高有效位)編號，其中該欄目之長度為k個位元。
要透過該資料訊框42發送之資料源自於該等上層。該資料酬載被傳送到該MAC子層且被稱為MAC服務資料單元(MSDU)。該MAC酬載被前置一MAC標頭MHR且後附一MAC註腳MFR。該MHR包含訊框控制欄位50(見下文)、資料序號(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組成。該MHR、MAC酬載及MFR共同形成該MAC資料訊框(即MPDU)。該MPDU傳送到該PHY作為PHY服務資料單元PSDU，其成為該PHY酬載。該PHY酬載被前置一同步標頭SHR及一PHY標頭PHR，該同步標頭SHR包含一前文序列及一訊框開始定界符SFD而該PHY標頭PHR包含以八位元組為單位之該PHY酬載之長度。該前文序列及該資料SFD使該接收器能夠實現符號同步。該SHR、PHR及PHY酬載共同形成該PHY封包(該PHY協定資料單元PPDU)。
該信標訊框41、確認訊框43及MAC命令訊框44具有一相似的結構，除了該MAC酬載在每一情況下具有一不同的功能，該確認訊框不具有MAC酬載外。而且，該信標訊框41、該確認訊框43及該MAC命令訊框44起源於該MAC子層而不涉及該等上層。
用在每一類型之訊框中的該訊框控制欄位50更詳細地顯示在第10圖中。其由被指定給子欄位以達到所說明之不同目的的16個位元組成。特定地，該欄位之前三個位元表示訊框類型51：信標訊框41、資料訊框42、確認訊框43或者MAC命令訊框44。該訊框類型被表示之方式顯示在第11圖中。該等訊框類型位元51之後是一單一位元啟用安全子欄位52，其表示該MAC子層是否啟用安全保護措施。此之後是一訊框擱置子欄位53，其用來指示該發送器是否具有更多給該接收器的資料。接下來是一確認請求子欄位54，其用來指示一確認是否被該接收器請求。此之後是另一些子欄位55到59，在當前IEEE 802.15.4規格中，它們用於定址之目的或者被保留。
如所述，第11圖是訊框類型子欄位51之可能位元值的一表格，其顯示出值100與101在該IEEE 802.15.4規格中沒有使用。
在已經概述了本發明之背景之後，現在要參考相關先前技藝。第12圖是表示一先前技藝感測器60之一示意圖，該先前技藝感測器60利用感測器節點61測量一參數且利用無線電電路62將其傳輸到另一裝置。
本發明之實施例提供了一感測器及包括這樣一感測器之一WSN，在該WSN中該感測器不但選擇其自己的休眠模式還將此休眠模式傳輸到該WSN中之另一裝置。
第13圖是能夠選擇其自己的休眠模式之一無線感測器之一示意圖。顯示的該無線感測器測量一參數。例如，第13圖中顯示的該感測器60可利用感測器節點61測量一生命參數，諸如一患者的葡萄糖水平。該葡萄糖水平或其它參數)可以與作為一查找表之感測器記憶體63中可得的多個預先定義的臨界值比較。此比較可允許一新的休眠模式被選擇且該無線電電路62被相應地微調。一旦該新的休眠模式已被選擇，該感測器傳輸該休眠模式之一指示到另一裝置，諸如一點對點網路中之另一感測器，或者直接傳輸到一星型網路中之一協調器。
在此種情景及下面的情景中，被發送的指示出休眠模式改變的訊息被認為它們本身具有高優先順序且進而優先於其它傳輸，例如來自該裝置之常規與維護傳輸或者由於某些原因而未包括對該休眠模式之指示的資料傳輸。
對該等實施例之描述沒有提及從該協調器到該感測器之任何確認，無論是直接的還是間接的且顯示在本申請案中之信號流動圖不包括它們。然而，由於該休眠模式訊息傳送具有比其它資料/資訊高的優先順序，所以該等休眠模式訊息較佳地被確認且理想上是在休眠模式發生任何改變之前。
下面的表1給出了以一WSN中裝置之不同緊急層級為基礎的不同的恰當的預先定義休眠模式之一範例。例如，在用於醫療應用途之一網路中，諸如一MBAN，一低工作週期休眠模式可用於非醫療裝置(例如，用於連接入該WSN的醫生的PDA、患者的手錶或行動電話)。可從表1中看到，這樣的非醫療裝置因而具有最長的休眠時間或休眠時間百分比。對此休眠模式之一指示可經由該WSN被發送，例如以一傳輸訊框之一訊框控制欄位中之緊急位元被發送。在此範例中，一非醫療裝置顯示為具有緊急位元00。表1顯示了在一正常情況下之一醫療裝置，其具有工作週期略高的一正常醫療休眠模式且由緊急位元01表示。在一輕度異常的情況下，在這樣一醫療裝置中該工作週期再次被略微增加且該等緊急位元為10。最後，對於在一應急情況中之一醫療裝置來說，工作週期顯著增加或該裝置持續喚醒。緊急位元11被用以表示此應急情況。在此關於一醫療裝置之範例中，該正常情況與輕度異常情況之間及該輕度異常情況與應急情況之間的轉變可由每一情況下超過每一臨界值的該等測定參數觸發。熟於此技藝的讀者將明白的是，如果該參數具有一可接受的值範圍，則增加的緊急性可能下降到降低或升高中(或兩者)的參數，漸增的不可接受值在由若干臨界值所界定的可接受範圍的任一側。
而且，如上文簡要提出的，在一些實施例中，該休眠模式之改變可被觸發係由參數值隨時間之一改變或者參數值在此時間內之一變化率或其它適當準則。例如，脈搏率之一很快變化可以是由一病理性心率不齊而不是生理狀況引起且因此適於計入一改變速率來觸發一改變的休眠模式。
表1中之該等位元值對於所有裝置而言都是固定的且它們的解釋為該協調器或控制器所知。此等位元及另一些指示可藉由該控制器使用來進行排程或其它資源管理。
例如，當考慮到通道存取時，該協調器可視該網路中之不同感測器的休眠模式及所傳輸的該休眠模式之指示而為它們分配一優先順序。因此，例如，在包括一非醫療裝置、在一正常情況下之一醫療裝置及在一應急情況下之一醫療裝置的一網路中，該協調器可利用該指示來分配低優先順序給該非醫療裝置、中等優先順序給一正常情況下之該醫療裝置及最高優先順序給該應急情況下之該醫療裝置。
第14圖是顯示假定在由測量到的該生命參數或其它參數定義之一逐漸異常的情況下，自一裝置到一協調器之信號流之一流程圖。首先該感測器在步驟S100測量諸如葡萄糖水平之一生命參數且在步驟S101將其與預先定義之臨界值做比較。依據此比較，在步驟S102它改變其自身之休眠模式且在步驟S103將對該比較結果(及該休眠模式)之一指示以緊急位元10發送到該協調器。儘管在此圖式及以下圖式中顯示為直接自該感測器傳輸到該協調器，但熟於此技藝的讀者將明白，在一點對點網路中，該傳輸可以經由其它節點而非直接進行。一旦該協調器接收到來自該感測器之對該休眠模式之該指示，在步驟S104，該協調器可在其通道存取策略及/或其它資源管理中反映此指示。隨後，在步驟S105，該患者進入按該葡萄糖水平與該等臨界值的比較而確定的一應急情況。在此階段，該感測器將其休眠模式改變為一較高頻率模式。在步驟S106，其還利用位元11發送對嚴重應急情況之一指示到該協調器且同樣在步驟S107該協調器在其資源管理中反映該新的休眠模式。儘管在此特意地提及資源管理，但在不同環境中該協調器之不同功能可被影響。例如，由於該休眠模式之一改變，該協調器可發送一訊息到一感測器監測單元或者到該網路中之其它裝置。
表1及第14圖係關於一自我微調休眠能力但並不計入一裝置之電池電量(battery level)。在此實施例中，該感測器只基於該等參數值來決定及實施一恰當的休眠模式。因此，該醫療情況是一主導因素且該情景尤其適於醫務助理存在時之重症監護狀態。
在其它實施例中，該休眠模式可由該感測器依賴於不僅該等參數值還有一電池檢測來自主改變。第15圖是顯示在具有一變化的參數值與變化的電池充電狀態情況下的自一裝置到一協調器之信號流之一流程圖。這樣的實施例在其中可能得不到緊急醫療救助之醫療遙測應用中是有用的。
在這樣的情況下，該電池電量可被包括在該休眠模式控制中以確保較高工作週期休眠模式不會引起該電池電量完全消耗。在此等發明實施例中，考慮到該等測量的參數值而為合適的一一較高工作週期模式只有在該電池電量合適時才可被選擇。否則，該當前休眠模式被保持。同樣，如果該電池電量下降，則與適合於該等測量之參數值的工作週期相比較低之一工作週期可能需要被選擇。
在此情景中，應急資料仍然被傳輸但是速度比理想的慢。當該裝置是例如植入片且該電池不能被立即更換時這是尤其有利的(因為接近電池必需有一操作)。當夜間護士或醫療助理不在周圍無法替換用於非植入應用之電池時，其對於遙測應急應用同樣有幫助。例如，在居家護理中，有利的是在該協調器處以一較高準確性及較高取樣率持續記錄任何珍稀藥物或者可能只在夜間發生幾分鐘的緊急情況。第15圖顯示了當諸如葡萄糖水平之一生命參數升高時，發展成一緊急狀態之進展。開始一醫療裝置處於一正常情況下，如表1中提出之緊急位元01可以在一個或一個以上當前傳輸訊框中被傳輸。在步驟S200，該參數被測量且在步驟S201其如前述被和臨界值做比較。如果相比於該等預先定義之臨界值，該生命參數指示出一輕度異常的情況，則下一步是在步驟S202檢查該電池電量是否允許更頻繁之喚醒(一較高位準工作週期)。如果不允許，則在步驟S203，該休眠模式未改變但一電池電量低信號被以電池位元00發送到該協調器，在此階段，在步驟S204該協調器可發送一警報到該護理中心。如果該電池電量的確允許該休眠模式改變，則在步驟S205該裝置改變其模式且在步驟S206將新的緊急位元在一個或一個以上傳輸訊框中發送到該協調器。在此階段，在步驟S207該協調器可在其通道存取策略及/或其它功能中反映該新的休眠模式。在下面的階段中，在步驟S208該患者進入由超過另一臨界值之生命參數定義的一應急情況。在此階段，在步驟S209該感測器再次檢查更頻繁之喚醒是否為該電池電量所允許。如果不允許，則在步驟S210一電池電量低警告被以電池位元00發送到該協調器且在步驟S211該協調器可對該電池採取行動，例如發送一警報或一信號來更換該電池。如果該電池電量的確允許更頻繁之喚醒，則在步驟S212該感測器可再次改變其休眠模式且在步驟S213利用位元11發送對嚴重應急情況之一指示到該協調器。在步驟S214，該協調器則再次在其功能上反映該休眠模式改變。
第16圖是說明將休眠模式與電池電量之等級關聯起來之一方式的一個表70。該電量百分率可被分成四個不同的等級，每一等級具有25%的一範圍。可選擇地，更少或更多之等級可被選擇且該比例不必線性劃分。例如，最高電量等級可以具有例如50%到100%的範圍而其它電量等級可以涵蓋一較小範圍。在第16圖中，顯示了電池位元。這些電池位元是向該協調器傳輸關於該當前電池電量之資訊的方法。關於緊急位元使用了兩個位元，這允許把該電池電量分成四個不同等級。此處顯示之該等休眠模式可能是針對於單一類型的裝置，因此顯示在該等先前圖式與表1中之分成醫療及非醫療裝置不再適用。無論該臨界值比較之結果如何，最低等級<1(0到25%)只允許一低喚醒休眠模式；此外第二等級L2允許一中間喚醒模式；同時第三等級L3(50%到75%)允許一較高喚醒模式而此外該最高等級L4(75%到100%)允許一持續喚醒模式，因此所有可能的喚醒模式均被允許。因此，如果有必要的話，該電池電量等級可使根據參數值而選定之一休眠模式無效。由於實用性之緣故，在該等等級L1到L4之間之限制與針對該等參數而定義之臨界值之間具有一一對應，因此在兩個等級之間跨越之每一限制按照一個預先定義之休眠模式移動該邊界，得到可接受之休眠模式。
第17圖顯示了在一裝置中選擇一休眠模式而不計入電池電量之另一方法之流程圖。這裡關於第16圖，只考慮了一種類型的裝置。該裝置發送具有根據下文所示表2設定之緊急位元的訊框。
在一正常情況下，該裝置發送緊急位元00(參數值最高達臨界值Th1)。在一輕度異常情況下(自Th1最高達該測量參數之臨界值Th2)，緊急位元01被發送。在最高達該測量參數之臨界值Th3之異常狀態下，該裝置發送緊急位元10。自測量參數值Th3以上，該裝置處於應急情況且發送緊急位元11。
在第17圖之開始，假定該感測器在一正常情況下以一正常休眠模式開始，在步驟S300該休眠模式指示以一00訊息被發送到該協調器。該感測器接著在步驟S301對比該等先前所述之臨界值來測量生命參數。如果該裝置在一正常情況下，則在步驟S302不改變該休眠模式。在定義在臨界值Th1與Th2之間之一輕度異常情況下，在步驟S303該感測器經歷該工作週期增大且在步驟S304對該新休眠模式之一指示被以位元01發送到該協調器。該協調器接著相應地作出回應，例如在步驟S305改變其通道存取策略。如果該參數降到第二臨界值Th2與第三臨界值Th3之間，則該裝置處於一異常狀態中且在步驟S306該休眠模式再次改變且在步驟S307具有緊急位元10之相應的訊息被發送到該協調器。接著在步驟S308中，該協調器再次在其資源管理中反映此新的休眠模式。最後，如果測量的參數在參數Th3之上，則該裝置處於一應急情況且在步驟S309再次將其工作週期改變到最高位準，在步驟S310發送具有緊急位元11之一訊息到該協調器，而該協調器在步驟S311再次改變其通道存取策略。
第18圖是與第17圖相對應之流程圖，現在計入該電池電量。在此實施例中，電池位元與緊急位元自該感測器被傳輸。該等緊急位元指示只計入該參數測量之一恰當休眠模式而該等電池位元顯示操作中之實際休眠模式，其是最大允許休眠模式。在針對高於Th1之任何參數值的程序之末尾，一旦電池位元及緊急位元已被傳輸，將有基於被傳輸之位元的一進一步電池電量檢查(在該協調器處)。如果電池電量低，則此被報告，不然通道存取被調整。為便於理解，此等步驟結合針對於每一參數位準之該等步驟被考慮。在該程序開始時，我們假定該感測器具有一正常休眠-喚醒模式及一滿電量電池，且在步驟S400，具有設定為00之緊急位元及設定為11之電池位元的一相應訊息被發送到該協調器。接著在步驟S401，該感測器測量該生命參數來查看其是落至Th1以下、Th1與Th2之間、Th2與Th3之間還是Th3以上。如果該參數低於Th1，則在步驟S402不需要改變休眠-喚醒模式且不需要新的訊息，除非該電池電量降到一低狀態。此情形未計入在該流程圖中。
如果該生命參數落在第一臨界值Th1與第二臨界值Th2之間，則步驟S403檢查電池電量。如果由此參數測量選擇之該休眠模式依據第16圖中之該表為該控制裝置所允許(即，在此情況下，如果該電池電量在L2、L3或者L4)，則在步驟S404該休眠模式被改變為輕度異常且在步驟S404具有被設定為01來反映此情況之該等緊急位元與被設定為01之該等電池位元的一訊息被發送到該協調器。在該協調器處，通道存取相應地被調整。如果該電池處於L1，則不需要改變休眠模式但一訊息被發送來指示該休眠模式01，考慮到參數之上升該休眠模式01是恰當的(針對一輕度異常情況)，且如果該電池電量等級為L1，該等電池位元被設定為00來反映該實際休眠模式。該協調器報告該電池電量低。否則該休眠模式被改變為該電池所允許之最高位準且具有被設定為01之該緊急位元與被設定為xx之該等電池位元的訊息被發送到該協調器，xx是最大允許之休眠-喚醒模式之電池電量等級。此步驟在此可能是多餘的，因為如果該電池電量等級適於一輕度異常情況中之裝置，那麼此將涵蓋電量等級L2、L3及L4。因而其他唯一的選擇是該電池電量等級為L1。然而詢問該電池電量等級是否是L1之該步驟可被包括在此，以便於實施起來與其它參數位準一致，或者其可以被省略。
如果該參數落在Th2與Th3之間且該裝置因而處於一異常情況中，則在步驟S409該電池電量再次被檢查來查看其是否是可接受的。如果其適於該要求的休眠模式改變(即處於L3或L4)，則在步驟S410，該裝置改變為一異常休眠模式且在步驟S411發送具有被設定為10之該等緊急位元及被設定為10之該等電池位元的一訊息到該協調器。在步驟S412，該通道存取被調整。另一方面如果該電池電量等級處於L1，則不能改變該休眠模式且在步驟S413具有反映出用於該被測量參數之該恰當休眠模式10的該等緊急位元的一訊息被發送到該協調器，然而該恰當休眠模式10無效。該等電池位元被設定為00。在步驟S414報告電池電量低。否則(如果該電池電量等級處於L2)，在步驟S415該休眠模式被改變成該電池允許之最大值(01)且在步驟S416具有被設定為10之該等緊急位元與被設定為是最大允許休眠模式之xx的該等電池位元的該訊息被發送。在步驟S417通道存取被調整。此處剩下的唯一可能性是等級L2(01)，因為在上述步驟中其它等級被說明。
最後，如果該參數高於臨界值Th3，則在步驟S418該電池電量等級被檢查。唯若其處於等級L4時才適合。在此情況下，在步驟S419，該裝置將其自身之休眠模式改變為應急情況，在步驟S420發送具有被設定為11之該等緊急位元與被設定為11之該等電池位元的一訊息。在步驟S421，通道存取被調整。另一方面，如果該電池電量等級處於L1，則具有被設定為11之該等緊急位元與被設定為00之該等電池位元的一訊息被發送。在步驟S423報告電池電量低。對於任意其它等級(在此為等級L2與L3)，在步驟S424該休眠模式改變為允許之最大模式且在步驟S425被發送之緊急位元被設定為11且電池位元被設定為xx，其是該最大允許休眠模式。在步驟S426，通道存取如以前那樣被調整。
可選擇地，該等電池位元可獨立於該參數測量而僅僅作為對電池電量等級之一指示被使用且該等緊急位元可被用以指示該參數值，且進而指示適用於該感測器之該休眠模式而不計入該電池電量等級。該協調器可接著計算選自此等值之組合的實際休眠模式。此可選擇方案給出了關於電池電量等級之更詳細資訊但需要提高該協調器處之處理能力。
下面之描述指出上述信令協定如何被收容於一通訊標準內，諸如基於IEEE 802.15.4之正在發展中之IEEE 802.15.6。第19圖說明了對IEEE 802.15.4訊框格式所作之用來指示訊息之緊急性的一改進，使得該緊急訊息被分配有比其它訊息高的優先順序。兩個緊急位元81與82被顯示且由該感測器用在傳輸訊框中，諸如資料訊框、確認訊框及MAC命令訊框中之一個或者所有，來向該協調器指示出該感測器之休眠模式改變。
此等緊急位元還可用來區分例如表1中顯示之非醫療及醫療裝置或者用在一工業應用中區分不同裝置類型之間的優先順序。可從與第10圖之比較看出，該訊框控制被擴展了一個位元組，其中兩個位元(緊急U1及緊急U2)被用來指示不同層級之緊急性，該等不同層級的緊急性與不同休眠模式相對應。
第20圖另外包括了與該電池電量等級相關之兩個位元83、84。該等位元顯示為電池電量等級1-L1與電量等級2-L2。如關於第18圖所說明，在此情況下該等緊急位元可能不會反映操作中之該實際休眠模式反而可能顯示一恰當之休眠模式，即使因為考慮到該電池電量等級而不允許其被實施。同樣該等電池位元可能需要與該等緊急位元一起被視為對所實施之該實際休眠模式的一指示，同時計入該電池電量等級。
上述實施例能夠被併入作為對IEEE 802.15.4之一增強或者作為需要該等提出之特徵的正在發展中之一新標準(諸如用於BAN之標準IEEE 802.15.6)的一組成部分。
此休眠模式增強可以是多個關聯增強中之一個。第21圖顯示了對IEEE 802.15.4訊框控制欄位之所需之增強來包括本文所提及之該等緊急位元及電池位元還有一應急位元及表明一確認類型之兩個位元。為了向後兼容，IEEE 802.15.4之該等保留位元(7-9)用於此等應急及確認類型。此外，該訊框控制已經被擴展了一個八位元組，其中兩個位元用來區分各種緊急層級且另外兩個為如前文所述之電池位元。該八位元組之剩餘兩個位元被保留。IEEE 802.15.4改進的訊框類型顯示在第22圖中。為了向後兼容，保留位元100-111用來指示該等ACK(確認)訊框之不同類型及一應急訊框，該應急訊框是針對於應急情況而產生之一新訊框類型。
從一“新的(green field)”方法開始一標準，在該訊框控制中該等增強可能包括以下：
★用於ACK類型之兩個位元
★用於緊急層級之兩個位元
★用於電池電量等級之兩個位元
★用來指示訊框類型之三個位元
此外，在該訊框控制中之該訊框類型可包括用來指示除了諸如資料訊框、MAC訊框及信標訊框之其它類型訊框之外的以下訊框之任一個：
★應急訊框
★ACK訊框
★立即ACK訊框
★延遲ACK訊框
第23圖說明了作為諸如IEEE 802.15.6之一新標準之一部分的增強。該圖式說明了在該MAC層處之該標頭訊框的被提出之部分。熟於此技藝的讀者將明白，該等緊急層級與電池電量等級與本申請案之該等實施例相關，其可與其它增強之任意組合結合在一起以形成一完整系統中之其它實施例。在一個實施例中，與緊急位元及可取捨之電池電量等級位元(恰當的休眠模式指示及可取捨之電池電量指示)一起使用的應急位元(或者其它應急指示)可補充及/或確認應急狀態。第24圖顯示了可能的訊框類型位元之一相對應之表。
第25圖說明了當前IEEE 802.15.4標準中之一MAC訊框之基本格式，其指示該等MAC命令八位元組之位置。第26圖說明了IEEE 802.15.4標準之當前版本中之命令訊框識別符列表。
上述本發明之該等訊框控制實施例使用該MAC訊框標頭之該MAC訊框控制中之至少四個位元(u1 u2 b1 b2)來識別一BAN裝置之狀態。此等狀態資訊位元可全部獨立地被設定且以多種方式組合用於BAN、BAN交通及BAN裝置管理，一般但不局限於用在應急狀態中。它們可以以第25圖中所示之一MAC命令訊框或者任何其它類型之傳輸訊框來發送。
在一可選擇解決方法中，透過一新命令訊框識別符添加到第26圖中之該列表，一新的MAC命令訊框可被添加。該酬載可被用以利用先前提及之該等位元或者某種其它方式區分裝置狀態。
適於任一傳輸訊框類型(包括MAC命令訊框)之一進一步的可選擇及較佳方法是，在訊框控制外但仍在MAC標頭內引入一具有先前提到之該等位元的一單一八位元組，或較佳地為如以下所示的裝置狀態的一列舉列表。此八位元組將提供總計256種可能的裝置狀態，例如，但不限於：狀態識別符-裝置狀態描述
0×01　-正常(即沒有應急，電池電量正常)
0×02　-沒有應急，電池電量中等
0×03　-沒有應急，電池電量低
0×04　-應急，電池電量正常
0×05　-應急，電池電量中等
0×06　-應急，電池電量低
為了使一接收裝置了解是否讀取或解譯此欄位，一單一“裝置狀態”(ds)位元可被引入到該MAC訊框控制來指示讀取及解譯裝置狀態(ds=1)或者忽視裝置狀態(ds=0)。
本發明之該等實施例可具有以下有利層面：
1.它們可引入能夠響應於該應急情況而改變其自身休眠喚醒模式之一新穎感測器電路。
2.該喚醒無線電路可具有直接出自諸如血壓或葡萄糖水平或一關鍵的工業參數之一輸入。
3.提供一自我調節休眠模式，同時計入電池狀態。
4.一新協定被引入用於自我調節一休眠/喚醒模式并通知該協調器。
5.另一新協定被引入用於自我調節一感測器中之一休眠/喚醒模式并通知該協調器及計入該等電池狀態。
本發明之實施例在利用MBAN來促進應急情況管理中起到一至關重要之作用。以下的情景可被指出：
1.世界範圍內幾億人口罹患糖尿病。最近已考慮將非植入或非侵入性方法用於葡萄糖測量。該WSN將有助於24小時提供患者之葡萄糖水平資訊。在某些情況下，該患者葡萄糖低於圖表且用於該等患者之緊急地理定位及其它必須的緊急醫療程序是必須的。世界範圍內患有心肌及心臟問題的幾億人口的情況藉由在他們身體上使用無線感測器及MBAN而可在醫院或在家被監測。該MBAN為此等患者提供了額外之移動能力。對於處在諸如心臟功能不正常之狀態或者諸如心臟病之更嚴重情況下的此患者群來說，確保在有生命危險之醫療應急情況期間不丟失或者延遲重要醫療資料至關重要。本發明之實施例提供了一種可能性，使一感測器能依據應急情況來自我調節其休眠/喚醒模式。這將確保在應急情況期間將得到較準確且最新的資料，這在應急醫療操作期間具有救生作用。
2.本發明之實施例可拯救數以千計當醫務人員未在周圍時正經歷應急情況之患者的生命。
3.本發明之實施例可提高一醫療系統中之應急響應之效率。
4.本發明之實施例可提高一醫療MBAN系統中之應急意識。
5.本發明之實施例可透過使該應急響應程序自動化來降低人工成本。
6.提高取自患者身體之應急資料之準確性。
7.透過使該感測器及協調器相協調，本發明之實施例能夠計入一當前電池電量等級而獲得最好之休眠模式。
本發明可採取一新穎感測器、協調器或者同樣的硬體模組之形式且可透過替換或修改由該(等)感測器及/或該協調器之處理器執行之軟體而被實施。
因而，本發明之實施例可以以硬體或者作為運行於一個或一個以上處理器上之軟體模組或者其組合來實施。本發明還可以以用於執行本文描述之任一技術之一部分或全部的一個或一個以上裝置或設備程式(例如，電腦程式或電腦程式產品)來實施。實施本發明之此等程式可儲存於一電腦可讀媒體上或者例如能夠是一個或一個以上信號之形式。此等信號可以是可自一網際網路網站下載或者提供在一載波信號上或者呈任一其它形式之資料信號。
儘管上述描述透過舉例方式參考IEEE 802.15.4及IEEE 802.15.6，但本發明可適用於任一類型之MBAN，無論其是否根據IEEE 802.15.6來操作，還適用於其它類型之BAN及其它短距離WSN，即使其不是醫療人體區域網路但在緊急情況中需要提高通訊可靠性。
10．．．中心協調器
11．．．網路裝置、特定裝置
11A．．．裝置
11B、11C．．．中間裝置
30．．．超框
31．．．時槽、信標訊框
32‧‧‧時槽
33‧‧‧保證時槽GTS
34‧‧‧閒置週期
36‧‧‧競爭存取週期CAP
37‧‧‧可取捨無競爭週期CFP
41‧‧‧信標訊框
42‧‧‧資料訊框、擱置資料訊框
43‧‧‧可取捨確認訊框
44‧‧‧資料請求(MAC命令)
50‧‧‧訊框控制欄位
51‧‧‧訊框類型
52‧‧‧單一位元啟用安全子欄位
53‧‧‧訊框擱置子欄位
54‧‧‧確認請求子欄位
55~59‧‧‧欄位
60‧‧‧感測器
61‧‧‧感測器節點
62‧‧‧無線電電路
63‧‧‧感測器記憶體
70‧‧‧表
81、82‧‧‧緊急位元
100‧‧‧一般架構、WPAN
101‧‧‧較低頻帶
102‧‧‧較高頻帶
105‧‧‧MAC(媒體進接控制)子層
109‧‧‧上層
S101~S107、S200~S214、S300~S311、S400~S426‧‧‧步驟
第1圖說明了一IEEE 802.15.4 WPAN中之協定層；
第2圖說明了該IEEE 802.15.4 WPAN之可能的PHY頻帶；
第3圖說明了一WPAN之星型及點對點拓撲；
第4圖說明了一有信標IEEE 802.15.4 WPAN中之一超框之結構；
第5圖到第8圖說明了一IEEE 802.15.4 WPAN中之一網路裝置與一協調器之間之資料傳送之可能模式；
第9圖顯示了用於一IEEE 802.15.4 WPAN中之一資料訊框之一訊框格式；
第10圖顯示了第9圖中之該訊框格式中之一訊框控制欄位之結構；
第11圖是第10圖中之該訊框控制欄位中之訊框類型位元之可能值之一表；
第12圖是顯示一無線感測器之一示意圖；
第13圖是顯示根據本發明之實施例之一感測器之一示意圖；
第14圖是顯示在具有一變化參數值的情況下自一裝置到一協調器之信號流之流程圖；
第15圖是顯示在具有一變化參數值與電池電量狀態的情況下自一裝置到一協調器之信號流之流程圖；
第16圖是在不同電池電量等級下允許之休眠模式之說明；
第17圖是顯示在具有一變化參數值的情況下自一裝置到一協調器之信號流之另一流程圖；
第18圖是顯示在具有一變化參數值與電池電量狀態的情況下自一裝置到一協調器之信號流之另一流程圖；
第19圖顯示了在本發明之一實施例中提出之訊框控制欄位之新結構；
第20圖顯示了在本發明之一實施例中提出之該訊框控制欄位之新結構，其包括電池狀態考慮；
第21圖顯示了在本發明之一實施例中提出之該訊框控制欄位之新結構，其包括電池狀態考慮及其它增強；
第22圖說明了第21圖中之該訊框控制欄位中之可能的訊框類型位元；
第23圖說明了併入第21圖中說明之該等新位元的該訊框控制欄位之另一新結構；
第24圖顯示了關於第22圖但併入在第23圖中說明之該等新位元的該訊框控制欄位之另一新結構；
第25圖說明了當前IEEE 802.15.4標準中之一MAC訊框之基本格式；及
第26圖說明了IEEE 802.15.4標準之當前版本之命令訊框識別符列表。
60．．．感測器
61．．．感測器節點
62．．．無線電電路
63．．．感測器記憶體

Claims (10)

  1. 一種用在裝置之一無線感測器網路中之感測器，其包含：感測裝置，其可操作用以檢測一參數之值；控制裝置，其可操作用以藉由比較該等檢測到的值與多個臨界值而決定該感測器之一休眠模式；及一傳輸器，其可操作用以把對該休眠模式之一指示傳輸到該無線感測器網路中之另一裝置；其中有由該等多個臨界值所決定之多個預先定義之休眠模式，每一臨界值定義在一較低喚醒休眠模式與一較高喚醒休眠模式之間的一邊界；以及其中該感測器進一步包含一電池，該控制裝置可操作用以考慮到該等檢測到的值與該感測器之一當前電池電量兩者而控制該休眠模式，藉由根據可接受電池電量的多個預先定義之限制來允許或拒絕恰當休眠模式，並且以一較低喚醒休眠模式替換任一被拒絕的恰當休眠模式，該等限制之數目等於該等臨界值之數目，以及該控制構件在低於每一限制下比高於該限制下允許少一個休眠模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器，其中該指示以一傳輸訊框中之至少一個控制欄位來傳輸，較佳地係以MAC標頭中，諸如該訊框控制欄位中之被設定為一預定值的一個值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之一感測器，其中該指示之傳輸優先於自該感測器之其它傳輸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之感測器，其中該感測器進一步包含可操作以接收對該指示之一確認的一接收器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之感測器，其進一步包含：可操作用以把該等檢測到的值與一已儲存的臨界值做比較之記憶體及處理裝置；其中該控制裝置可操作用以考量到該比較之一結果而決定該感測器之該休眠模式。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之感測器，其中有一個以上已儲存之臨界值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之感測器，其中該傳輸器另外可操作用以傳輸與該當前電池電量相關之資訊，較佳地係以對由該控制裝置選擇之實際休眠模式之一指示之形式。
  8. 一種包括一感測器與一協調器之裝置之無線感測器網路：該感測器包含可操作用以檢測一參數之值之感測裝置、傳輸與接收裝置及可操作用以控制該感測器之休眠模式之感測器控制裝置；及該協調器包含傳輸與接收裝置；其中該感測器可操作用以藉由比較該等檢測到的參數值與多個臨界值而決定該感測器之更恰當的休眠模式，其中有由該等多個臨界值所決定之多個預先定義之休眠模式，每一臨界值定義在一較低喚醒休眠模式與一較高喚醒休眠模式之間的一邊界；並且該感測器亦可操作用以藉由傳輸對其休眠模式之 一指示來影響協調器操作；其中該感測器進一步包含一電池，該控制裝置可操作用以考慮到該等檢測到的值與該感測器之一當前電池電量兩者而控制該休眠模式，藉由根據可接受電池電量的多個預先定義之限制來允許或拒絕休眠模式，並且以一較低喚醒休眠模式替換任一被拒絕的休眠模式，該等限制之數目等於該等臨界值之數目，以及該控制裝置在低於每一限制下比高於該限制下允許少一個休眠模式。
  9. 一種在包括多個感測器及協調器之裝置之一無線感測器網路中的協調器，其中該協調器包含：傳輸與接收裝置，其用以與該等感測器通訊；及協調器控制裝置，其可操作用以響應於由該等感測器中之一特定者所傳輸的一休眠模式之一指示來影響該協調器之功能；該特定感測器藉由比較所檢測到的值與多個臨界值而決定該休眠模式，該等休眠模式之數目係藉由該等臨界值之數目而被決定，每一臨界值定義在一較低喚醒休眠模式與一較高喚醒休眠模式之間的一邊界；該感測器根據可接受電池電量的多個預先定義之限制來允許或拒絕該等休眠模式，並且以一較低喚醒休眠模式替換任一被拒絕的休眠模式，該等限制之數目等於該等臨界值之數目，以及該控制裝置在低於每一限制下比高於該限制下允許少一個休眠模式；其中該協調器控制裝置可操作用以考慮到該指示作為 關於該特定感測器之一當前電池電量等級之資訊而影響該協調器之功能。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之協調器，其中該協調器可操作用以在該協調器的通道存取策略中反映關於該正確電池電量等級之該資訊。
TW099102811A 2009-03-04 2010-02-01 短距離無線網路之改進技術（一） TWI426810B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09154362.9A EP2227064B1 (en) 2009-03-04 2009-03-04 Improvements to short-range wireless networks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201129218A TW201129218A (en) 2011-08-16
TWI426810B true TWI426810B (zh) 2014-02-11

Family

ID=41066735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099102811A TWI426810B (zh) 2009-03-04 2010-02-01 短距離無線網路之改進技術（一）

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8825120B2 (zh)
EP (1) EP2227064B1 (zh)
JP (1) JP2012519439A (zh)
KR (1) KR101330844B1 (zh)
CN (1) CN102342169B (zh)
TW (1) TWI426810B (zh)
WO (1) WO2010100013A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5168192B2 (ja) * 2009-03-04 2013-03-21 カシオ計算機株式会社 無線通信システム及び無線通信方法
WO2011128796A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Medical body area network (mban) with key-based control of spectrum usage
BR112012025985A2 (pt) * 2010-04-13 2016-08-02 Koninkl Philips Electronics Nv método, sistema médico e aparelho
CN101982810B (zh) * 2010-09-10 2012-07-04 中国矿业大学 旋转机械多点无线应力采集方法与装置
KR101451539B1 (ko) * 2010-12-20 2014-10-15 알까뗄 루슨트 개인 영역 네트워크에서 통신하기 위한 방법 및 장치
JP5766503B2 (ja) * 2011-05-13 2015-08-19 富士通テレコムネットワークス株式会社 無線管理システム、無線端末装置および伝送管理方法
US9681440B2 (en) * 2011-05-27 2017-06-13 Lg Electronics Inc. Method and device for scheduling a wireless personal area network
RU2614391C2 (ru) * 2011-12-05 2017-03-27 Конинклейке Филипс Н.В. Решение для передачи электронных ключей для внутрибольничных систем на основе медицинской сети в пределах человеческого тела (mban)
US9186071B2 (en) 2012-01-27 2015-11-17 Qualcomm Incorporated Unlocking a body area network
CN102892193B (zh) * 2012-09-20 2016-03-30 华为技术有限公司 数据传输方法和设备
US9668297B2 (en) 2013-05-29 2017-05-30 Texas Instruments Incorporated BLE scatternet system and method
DE102013214005A1 (de) * 2013-07-17 2015-02-19 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zum Aussenden von Daten und Verfahren und Vorrichtung zum Aussenden eines Kennungssignals
US11051140B2 (en) * 2014-09-19 2021-06-29 Texas Instruments Incorporated Compression of internet protocol version 6 addresses in wireless sensor networks
CN104406403B (zh) * 2014-11-03 2016-08-24 中冶长天国际工程有限责任公司 一种测温装置的省电控制方法及控制装置
JP2018524080A (ja) * 2015-06-25 2018-08-30 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 被検者の生理学的状態を監視する装置及び方法
JP6707846B2 (ja) 2015-11-27 2020-06-10 カシオ計算機株式会社 フレーム生成装置、フレーム処理装置、電子時計、システム、フレーム生成方法、フレーム処理方法、通信方法、及びプログラム
US9770171B2 (en) 2015-12-17 2017-09-26 General Electric Company Systems and methods for transfer of on-body medical devices between networks
JP6631242B2 (ja) 2015-12-24 2020-01-15 カシオ計算機株式会社 通信装置、通信システム、通信方法、及びプログラム
SI3261357T1 (sl) 2016-06-23 2019-03-29 Roche Diabetes Care Gmbh Postopek za brezžično podatkovno komunikacijo med senzorskim sistemom in sprejemnikom, sistem za brezžično podatkovno komunikacijo in računalniški programski produkt
US20180063784A1 (en) * 2016-08-26 2018-03-01 Qualcomm Incorporated Devices and methods for an efficient wakeup protocol
US10342429B2 (en) * 2017-01-24 2019-07-09 Pacesetter, Inc. Mitigating excessive wakeups in leadless dual-chamber pacing systems and other IMD systems
US11239928B2 (en) 2019-06-21 2022-02-01 Pacesetter, Inc. Dynamic sensitivity and strength control of communication signals between implantable medical devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1473870A2 (en) * 2003-05-01 2004-11-03 Lucent Technologies Inc. Adaptive sleeping and awakening protocol for an energy efficient adhoc network
US20060092907A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Isao Shimokawa Communication method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101082922B1 (ko) * 2003-12-31 2011-11-11 삼성전자주식회사 무선 개인영역 네트워크에서 우선 순위를 적용한무선통신방법
WO2006002379A2 (en) * 2004-06-22 2006-01-05 Ntt Docomo Inc. Power mode aware packet communication method and apparatus
US7743151B2 (en) * 2004-08-05 2010-06-22 Cardiac Pacemakers, Inc. System and method for providing digital data communications over a wireless intra-body network
JP5068431B2 (ja) * 2005-05-10 2012-11-07 日本電気株式会社 ワイヤレスｌａｎシステム、中継端末装置および中継方法
JP2007067829A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Saxa Inc 電池駆動通信装置及び通信方法
JP2009086697A (ja) * 2006-01-18 2009-04-23 Osaka Univ 無線センサネットワークおよびその情報伝達方法
US8149748B2 (en) * 2006-11-14 2012-04-03 Raytheon Company Wireless data networking
CN101282335B (zh) * 2008-05-20 2012-09-05 浙江大学宁波理工学院 低负载无线传感器网络mac层监听休眠方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1473870A2 (en) * 2003-05-01 2004-11-03 Lucent Technologies Inc. Adaptive sleeping and awakening protocol for an energy efficient adhoc network
US20060092907A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Isao Shimokawa Communication method

Also Published As

Publication number Publication date
EP2227064B1 (en) 2014-01-15
US8825120B2 (en) 2014-09-02
KR20110134896A (ko) 2011-12-15
JP2012519439A (ja) 2012-08-23
KR101330844B1 (ko) 2013-11-18
TW201129218A (en) 2011-08-16
US20120071098A1 (en) 2012-03-22
CN102342169B (zh) 2014-12-10
EP2227064A1 (en) 2010-09-08
CN102342169A (zh) 2012-02-01
WO2010100013A1 (en) 2010-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI426810B (zh) 短距離無線網路之改進技術（一）
JP5545302B2 (ja) 近距離無線ネットワークの改善
TWI420950B (zh) 短距離無線網路之改進技術
EP2226002B1 (en) Improvements to body area networks
JP5418609B2 (ja) ボディエリアネットワークの改善
EP2226958A1 (en) Wireless sensor networks with data reception acknowledgement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees