[发明专利]用于身体区域网络中的高效数据传输的技术

说明书

技术领域

本申请要求2008年8月11日提交的美国临时申请No.61/087,747和美国临时申请No.61/087,749的权益。

背景技术

本发明总体上涉及诸如身体区域网络（BAN）之类的低功率无线传感器网络中利用的介质访问控制（MAC）协议。

身体区域网络（BAN）主要被设计用于永久地监视和记录生命体征。图1中示出的示例性BAN 100包括多个节点120，这些节点典型地为可佩戴或可植入人体内的传感器。节点120监视重要的身体参数和运动并且通过无线介质彼此通信。节点120可以将数据从身体传送到一个或多个设备130，数据可以通过局域网（LAN）、广域网（WAN）、蜂窝网络等等从所述设备实时地转发到医院、诊所或者别处。

设计BAN的要求包括节点120的能量效率、可扩缩性（scalability）、集成、干扰减轻、共存性、高服务质量（QoS）和安全性。高效的能耗可以通过最佳地在侦听状态与休眠状态之间分配接收器设备（即接收数据的设备）的占空比来实现。在休眠状态下，设备的无线电收发器关闭，从而节省能量。占空比分配由MAC协议执行，其目的是最小化空闲侦听、串音、冲突和控制开销。

IEEE 802标准委员会形成了一族用于无线局域网和个人区域网的标准，例如被设计用于无线局域网的IEEE 802.11以及被设计用于无线个人区域网（WPAN）的IEEE 802.15.4。这些协议中没有一个是用于无线BAN的适当候选。例如，IEEE 802.15.4标准定义了用于短距离传输的MAC协议，这受困于阻止该协议用于BAN中的若干限制。

特别地，IEEE 802.15.4标准信标发送模式支持星型和树状网络拓扑结构。网络协调器建立网络并且变成树的根。树中的节点具有父母-孩子关系。典型地，数据在父母与孩子之间传输。树中的叶节点典型地不发送信标。这种传输模式由于单点故障的风险而不适合于BAN应用。

信标发送设备的活动期是事先固定的并且对于属于网络的所有信标发送设备都相同。这可能导致超量供给和能量浪费或者欠量供给和有限的QoS。由于BAN设备的占空比要求因设备且因时而变化，因而IEEE 802.15.4的固定占空比分配方法不适合于BAN。

此外，在IEEE 802.15.4信标启用模式中，网络协调器可选地可以分配有限数量（例如7个）的保证时隙，这些时隙典型地不足以提供用于BAN应用的希望的QoS水平。

发明内容

至少出于上面描述的缺点，因此，有利的是提供一种为数据传输预留时隙并且在设备之间传输数据以便支持BAN应用的不同要求的解决方案。

本发明的特定实施例包括一种在身体区域网络（BAN）中的设备之间传输数据的方法。该方法包括将对于BAN的无线介质的访问时间划分成至少基于竞争的时段和无竞争的预留时段；允许设备在基于竞争的时段期间使用本地优先化竞争访问（LPCA）机制传输数据；以及仅仅允许具有预留的时隙的设备在无竞争的预留时段期间传输数据。

本发明的特定实施例还包括为身体区域网络（BAN）中的主设备调度时隙预留请求。该方法包括在当前时间轮期间从每个主设备接收预留请求，该预留请求至少包括要在下一时间轮的超帧中分配的时隙的数量，其中该预留请求通过全局信标；以及通过在每个超帧中连续地分配时隙来顺序地调度用于预留的请求。

在本说明书结尾的权利要求书中特别指出且清楚地声明了视为本发明的主题。本发明的前面的和其他的特征和优点根据以下结合附图进行的详细描述将是清楚明白的。

附图说明

图1为身体区域网络的示意图。

图2示出了用来描述本发明的各个实施例的身体区域网络的拓扑结构。

图3为时间轮的二维表示。

图4为通过顺序地调度预留请求而导出的时间轮的二维组织。

图5为依照本发明实施例的用于说明超帧中的时隙分配的示图。

图6A和图6B为用于说明依照本发明实施例实现的主设备之间基于竞争的和基于预留的数据传输的示图。

图7A和图7B为用于说明依照本发明实施例实现的从主设备到从设备的基于竞争的和基于预留的数据传输的示图。

图8A和图8B为用于说明依照本发明实施例实现的从从设备到主设备的基于竞争的和基于预留的数据传输的示图。

图9A和图9B为用于说明依照本发明实施例实现的从设备之间基于竞争的和基于预留的数据传输的示图。

具体实施方式