[发明专利]对无线传感器网络的改进

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络，具体地但非排他地，涉及包括设置在人或动物身体上或其周围或者植入其中的无线通信传感器的体域网(body area networks)。

背景技术

近来已提出了各种无线传感器网络。特别地，所谓的体域网或BAN是用于相对近距离输送信息的无线个人局域网(WPAN)的示例。

不同于无线局域网(WLAN)，经由WPAN实现的连接牵涉很少或者不牵涉基础设施。这一特征允许针对范围广泛的设备实现小型的、功率高效的、廉价的解决方案。特别感兴趣的是如下医疗BAN(MBAN)的可能性，其中使用传感器监控患者的状态。主要使用传感器用于向数据接收装置(data sink)馈送感测数据的BAN是无线传感器网络(WSN)的示例；然而，MBAN中也可以包括更多的活跃设备，诸如致动器。

标准IEEE 802.15.4限定了关于低数据速率WPAN的物理层(PHY)和介质接入控制(MAC)子层规范。IEEE 802.15.4具有与关于高数据速率WPAN的标准IEEE 802.15.3的一些相似性。文献IEEE Std 802.15.4-2006和IEEE Std 802.15.3-2003的整体内容通过引用合并于此。

IEEE 802.15.4中设想的类型的WPAN适合于诸如工业监控的应用，但是并未提供MBAN所需的某种数据可靠性，也未提供用于可靠地流式传输数据的任何机制。

在医疗应用中，需要在增加可靠性和工艺自动化并且减少人为错误的同时减少与人力相关联的成本。传感器可以提供所需的智能，并且已广泛地用在医疗设备中。这包括医院康复护理、家庭护理、加护病房和高级外科手术。许多不同类型的传感器用于医疗应用，包括用于脉搏、体温等的外部传感器、与体液接触的传感器、在导管(经过切口)中使用的传感器、用于外部药膏的传感器、具有无线传感器的一次性皮肤贴以及可植入传感器。

医院或内科病房中的患者周围的传感器的WPAN可以提供多个临床益处，包括患者移动性、监控灵活性、将监控延伸到当前未监控的护理区域中、减少临床失误以及减少总监控成本。身体佩戴的传感器可以包括单个患者身体上的各种传感器类型。它们需要有能力快速施加到患者的身体或者从患者的身体移除。

对于个体，这些传感器可以具有每个患者低至1-2kbps的位速率，而对于总体，它们可能需要10kbps的位速率。小至几米的范围可能是充足的。然而，医疗WSN应用是临床环境中的任务关键应用。在对WSN或MBAN的要求中有如下要求：关于有限制的数据损失和有限制的延时的牢固的无线链路、关于患者和传感器密度的容量、与其他无线电装置共存、关于连续操作天数的电池寿命以及关于身体佩戴的设备的小外形。可以通过利用诸如时域和频域中的分集和错误控制技术的技术来满足这些要求，这些技术包括前向纠错(FEC)和自适应重复请求(ARQ)、关于传感器信息速率的低占空周期TDMA以及更高效的小型天线。

因此正在致力于限定另一标准IEEE802.15.6，其旨在限定特别用于医疗应用的体域网的性质。IEEE802.15.6的关键要求之一是关于医疗应用的高可靠性，其一个方面涉及诸如传感器数据的数据的流式传输，其具有特定的QoS保证以确保可靠的接收。这对于紧急情况更加重要，其中患者的生命取决于医疗WSN应用中的无线链路的可靠性。诸如IEEE802.15.4的现有标准已被设计用于不考虑这些紧急救生情形的商业应用。

因此，需要提供一种特别用于医疗应用的用于BAN的流式传输机制并且确保BAN中的流式传输数据的服务质量(QoS)。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于与无线传感器网络中的其他网络设备一起使用的协调器，包括：

收发器部件，被布置为接收由至少一个网络设备发起的对流式传输的请求；以及

调度部件，被布置为通过根据网络中的条件确定的程度分配网络资源来批准请求，这些条件包括发起请求的网络设备是否处于紧急条件。

这样，在可能有许多网络设备竞相对可用资源提出需求的网络中，协调器能够在流式传输请求的批准中向处于紧急条件的网络设备提供优先。

这里，“紧急条件”通常指的是无线传感器网络监控的实体的某个参数。例如，在无线传感器网络(部分地或专用地)用于医疗监控的情况下，

“紧急”可能意味着正被监控的患者的生命参数(医疗参数)的某些危急条件。