[发明专利]用于调度全局信标在体域网中的传输的方法

说明书

本申请要求2008年8月11日提交的美国临时申请No.61/087,746的权益。

本发明总体涉及体域网（BAN）中所使用的媒体访问控制（MAC）协议。

体域网（BAN）主要被设计用于永久监视和记录生命体征。如图1所示的示范性BAN包括多个节点120，这些节点典型地是可以被人体穿戴或被植入到人体中的传感器。节点120监视生命体的参数和移动，并通过一无线媒介彼此通信。节点120可以将数据从身体传输到一个或多个节点130，从这些节点130所述数据可以通过局域网（LAN）、广域网（WAN）、蜂窝网络等等实时地被转发到医院、诊所或其他地方。

设计BAN的要求包括节点120和130的能效、可扩展性、集成、干扰抑制、共存性、高质量的服务（QoS）和安全。可以通过最优地控制接收器节点（即，接收数据的节点）在侦听状态与睡眠状态之间的占空比来实现高效的能耗。在睡眠状态中，关闭所述节点的收发器，由此节约能量。可以通过MAC协议来执行占空比调节，其目的是最小化空闲侦听、串音、冲突和控制开销。

在相关领域中，公开了用于短程无线网络的若干个MAC协议。例如，IEEE 802标准委员会已经开发了用于无线局域网和无线个人区域网络的标准族，比如设计用于无线局域网（WLAN）的IEEE 802.11标准和设计用于无线个人区域网络（WPAN）的IEEE 802.15.4标准。

BAN被预期用于生命垂危的医学应用。因此，除了能效之外，可靠性、容错性和QoS是基本要求。同一个BAN或多个BAN内的节点可以由于扭转、转身、步行和奔跑而在范围之内和之外移动。因此，为了达到所述基本要求，BAN对于频繁的拓扑结构和密度变化而言应当是灵活的。所提出的用于WLAN和WPAN的MAC协议不能有效地解决这些问题，从而使得它们不适合用于BAN。

特别地，与上面提及的无线网络形成对比，BAN是高度局部化的网络。典型地，BAN节点的传输范围是3米。考虑到身体上任意两个节点直接的距离小于3米这样的事实，身体上大多数节点将处于彼此直接通信的范围内。然而，在某些情况下，由于身体遮蔽，因而这些节点可能会相对于彼此被隐藏。例如，由于巨大的路径损耗，不能从身体后部的一节点到达身体前部的另一节点。因此，需要多跳通信以便在身体上的任意两个节点之间提供连通性。

由于身体上的各节点的邻近性，时分多址方案是避免消息冲突并提高可靠性的优选的方式。在该方案中，信道访问时间被分成固定的和重复的持续时间轮。因此，时间轮是重复的和固定的持续时间，在此期间节点可以访问介质。网络中的所有节点在全局信标消息的帮助下使它们的时钟每轮同步一次。周期性时钟同步是克服时钟偏移所必需的。轮时间被进一步分成固定持续时隙，其用作介质预留的基本单元。节点预留时隙，在这些时隙期间它们具有访问介质的专有权。为了实现无冲突时隙预留，时隙请求和分配对网络中所有节点而言必须是已知的。

在本发明的优选实施例中，全局信标也被用于交换预留请求，即用于预留节点可以访问介质的时隙。在当前轮的全局信标期间，所有节点交换它们对下一个轮的预留请求。基于在当前轮期间所接收的请求，导出用于下一个轮的无冲突时隙分配。为了确保全局地传播所述预留请求，全局信标的传输的适当顺序是至关重要的。例如，如图2所示，三个节点200-X、200-Y和200-Z被设置在线性拓扑结构中。节点200-X和200-Z相对于彼此被隐藏，但是都在200-Y的传输范围内。

在该拓扑结构中，假设节点200-X传输第一个全局信标，随后是节点200-Y传输的一全局信标，再随后是节点200-Z的全局信标。每个全局信标携带该节点已经在当前轮期间直接或间接接收的预留请求。节点侦听它们的邻居的全局信标以获悉它们的预留请求。在这种情况下，由节点200-X发送的全局信标先于节点200-Y的信标，因此使得节点200-Y能够了解节点200-X用于下一个轮的预留请求。因此，节点200-Y的全局信标也携带节点200-X的预留请求。相似地，由节点200-Z发送的全局信标携带节点200-X和200-Y的预留请求。在该全局信标序列结尾处，节点200-Y和200-Z知道所有这3个节点的预留请求。然而，节点200-X没有接收来自节点200-Z的预留请求。作为另一个示例，假设节点200-Y传输第一个全局信标，随后是节点200-Z，再随后是节点200-X。在这种情况下，节点200-X和200-Z没有接收彼此的预留请求。