[发明专利]组合身体耦合通信和射频通信

说明书

技术领域

本发明总的涉及用于通过组合身体耦合通信和射频通信来提供可靠的在体（on-body）和离体（off-body）无线连接（connectivity）的设备、系统、方法和计算机程序。

背景技术

身体耦合通信（BCC）允许在位于或紧密靠近人体或动物体的设备之间进行信息交换。BCC信号通过身体而不是通过空气（air）来传送（convey）。身体（以及身体周围几厘米的空间）用作通信信道，从而允许基于触摸的交互和数据交换。1995年9月Thomas Guthrie Zimmerman的“Personal Area Networks(PAN): Near-Field IntraBody Communication”, MASTER OF SCIENCE IN MEDIA ARTS AND SCIENCES at the Massachusetts Institute of Technology中给出了基本的底层通信原理的详细描述。在该论文中，当描述身体耦合或基于身体的通信时使用了术语“近场体内通信”。

基于BCC信号的通信被限制在靠近身体的区域。这与射频（RF）通信相反，在射频通信中覆盖了大得多的区域。因此，当使用BCC信号时，仅可能在位于同一身体上、连接到同一身体或靠近同一身体放置的设备之间通信。

另一方面，使用高频的RF通信技术（比如例如在2.4GHz工业、科技和医疗（ISM）频带中操作的低功率短距离RF技术，例如IEEE802.15.4(“ZigBee”)技术）很适合于在视线条件下的离体通信。然而，它们不是很适合于在人体附近操作。它们遭受导致不可靠通信的高的身体遮蔽（shadowing）或衰减。这频繁地发生在两个身体传感器想要彼此对话或者人体或动物体阻挡了在体传感器和离体设备之间的直接视线的场景中。例如，用户胸部上的节点无法与用户背部上的另一节点通信。由于RF系统使用拥挤的免费频带，因此它们遭受干扰。这又降低了通信的可靠性。此外，RF系统表现出很高的功率损耗，从而导致系统寿命短以及昂贵且棘手的电池管理。

提供可靠的无线连接有利于保健应用和依赖于联网的在体传感器和/或激励器以及离体设备的其他应用。这样的应用的一个实例是借助于体域网（BAN）的老人房间内的自动跌倒检测（AFD）。每个老人戴着传感器如加速度计以检测此人是否跌倒。在那种情况下，经由基于例如WiFi或Zigbee技术的无线基础设施发送警告。在某些场景中，例如，如果老人跌倒在一个或多个传感器上，则传感器的至少一部分无法再与无线基础设施通信。因此，可能阻止发送任何警告。

图18至21图示了AFD应用中RF通信的身体遮蔽。图18图示了RF通信的正常情况。背部节点和前面节点BN，FN（如附接到老人背部和前面的传感器）可以与离体目标d（如安装到例如房间天花板的设备的形式的接入点（AP））通信。图19图示了RF通信的前面的情况。仅前面节点FN能够与目标d通信。图20图示了RF通信的背部情况。仅背部节点BN可以与目标d通信。图21图示了RF通信的跌倒情况。仅背部节点BN能够与目标d通信。

另一实例是医院里通过使用体戴式医疗传感器（如心电图（ECG）、脉搏血氧仪（SpO2）和血压传感器）进行的患者监测。这些传感器可以无线地将它们的测量结果经由短距离无线电设备传送至附近的患者监测器（在患者正躺在他的床上的情况下）[“离体通信”]或者传送至体戴式集线器（hub）[“在体通信”]，其再将数据经由基于无线局域网（WLAN）技术的基础设施转发至中央护士站（在患者在医院中漫步的情况下）。针对医院里的患者监测需要医疗级无线连接。

图22和23图示了医院里患者监测的实例。图22图示了床边患者监测的实例。在这种情况下，第一和第二传感器1，2可以直接与床边监测器3通信，床边监测器经由网络5连接到患者信息中心4。没有使用集线器0。图23显示了患者一边行走一边被监测的实例。在这种情况下，第一和第二传感器1，2可以与集线器0通信，集线器0又与AP 7（如安装到例如房间天花板并经由网络5连接到患者信息中心4的离体设备）通信。

到离体设备的无线链路质量根据用于传送传感器测量结果的患者身体上的短距离无线电设备（radio）的位置而变化。此外，RF条件由于患者的移动而动态变化。