[发明专利]用于解决身体域网络介质访问控制协议的串音问题的技术

说明书

本申请要求在2008年8月11日提交的美国临时专利申请No.61/087,744的权益。

本发明总的涉及在身体域网络(BAN)中利用的介质访问控制（MAC）协议，具体地，涉及用于解决在这样的协议中的串音（overhearing）问题的技术。

身体域网络（BAN）主要被设计用于持久地监视和记录生命指征。如图1所示的示范性BAN包括典型地为传感器的多个从设备120，它们可以是可佩戴的或可以被植入到人身体中。从设备120监视生命体参数和运动，并通过无线介质互相通信。从设备120可以把来自人体的数据传送到一个或更多个主设备130，数据可以从这里通过局域网（LAN）、广域网（WAN）、蜂窝网等等实时地转发到医院、诊所或其它地方。

在设计BAN时，重要因素之一是从设备120和/或主设备130的能量效率。通过使得接收者设备（即，接收数据的设备）在收听状态与睡眠状态之间最佳化地进行工作循环，可以达到高效率的能量消耗。当设备既不传送也不接收数据时，设备的无线电被关断，由此减少设备的能量消耗。工作循环是通过介质访问控制(MAC)协议而被执行的，目标是使得空闲收听和串音时间、过发射（over emitting）、数据传送的碰撞和控制开销最小化，这最终导致功率节省。

MAC工作循环技术包括同步和异步模式。在异步模式，发送者设备（即，在介质上传送数据的设备）和收听者设备（即，收听介质的设备）具有独立的睡眠和唤醒时间。因此不需要诸如信标那样的明显的同步机制。

前同步采样技术被广泛地使用于异步工作循环MAC协议，诸如WiseMAC、B-MAC和X-MAC等。WiseMAC在EI-Hoiydi等人的 “WiseMAC:An Ultra Low Power MAC Protocol for the Downlink of Infrastructure Wireless Sensor Networks” 中进一步描述, 该文发表在the Proceedings of the Ninth IEEE Symposium on Computers and Communication, ISCC, 第244-251页, Alexandria, 埃及, 2004年6月。B-MAC在Polastre等人的“Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks”,ACM SenSys，2004年11月中被描述，以及X-MAC协议发表在Buettner等人的“X-MAC:A Short Preamble MAC Protocol for Duty-Cycled Wireless Sensor Networks,” ACM SenSys， 2006。

如图2所例示的，在前同步采样技术中，所有的设备周期性地收听介质达时间“T_L”的短的持续时间,且如果介质是空闲的，则返回到睡眠状态达持续时间“T_CI”。在两个接连的收听时间T_L之间的时间T_CI是检验间隔。时间间隔T_CI和T_L的组合是唤醒时间间隔。当发送者设备有数据要递送时，它传送唤醒（WUP）消息(前同步)210，这个唤醒消息比接收者设备的检验时间间隔T_CI要长。在前同步采样技术中，WUP消息210仅仅承载前同步，而不承载任何其它信息。当接收者设备醒来时，它侦听介质和检测WUP消息210。这迫使接收者设备保持醒着，直至数据被完全接收和/或介质再次变为空闲为止。

前同步采样可以由匹配滤波器接收机完成，该匹配滤波器接收机在接收的信号中寻找已知的前同步序列。前同步采样获益于已知的码元序列的处理增益和重复，使得能进行可靠的信号检测。

WUP消息210的长度必须比检验间隔T_CI更长，以保证在传送实际数据时接收者设备是醒着的。如果接收者设备的检验间隔T_CI是非常长的，则WUP消息传送可占用介质达持续很长的时间，由此阻止其它设备访问介质。前同步采样技术的另一个缺点在于，非目标的邻居设备串音听到该WUP消息210并保持为醒着直至数据传送开始为止。结果，网络中的设备的功率消耗增加。