[发明专利]对短距离无线网络的改进

说明书

本发明涉及无线个人局域网，且具体地但是并非排他地涉及无线传感器网络和身体局域网，这些身体局域网包括设置于人体或者动物体上或者周围的无线通信传感器。

所谓的身体局域网或者BAN是用来相对近距离地传送信息的无线个人局域网(WPAN)的例子。不同于无线局域网(WLAN)，经由WPAN实现的连接涉及很少或者无基础设施。这一特征允许针对广范围的设备实施小型的、功率高效且低成本解决方案。具体感兴趣的是如下医疗BAN(MBAN)的可能性，其中传感器用来监视患者的状态。主要将传感器用于向数据宿(data sink)(也可以是网络协调器)给送感测的数据的BAN是无线传感器网络(WSN)的例子；然而，除此之外或者取而代之，还可以在用作MBAN的WSN中包括更多有源设备、比如致动器。

短距离无线网络的另一令人感兴趣的用途是工业监视。这样的无线网络可以被设计成包括传感器和其它设备。例如，一种部署将包括如下传感器，这些传感器被布置成在涡轮叶片或者其它工业部件上的各种不同位置测量参数、比如温度用于监控。同样可以在这样的无线网络中包括更多有源设备并且几乎不或无需基础设施。

标准IEEE 802.15.4为低数据速率WPAN限定物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)子层规范，尽管IEEE 802.15.4网络的覆盖可以延伸超出如下个人操作空间(POS)，该POS通常限定WPAN并且因此也适合于规模更大一些的工业部署。出于本申请考虑，在术语WSN、WPAN和BAN内包括这样的规模略微更大的网络。IEEE 802.15.4具有与用于特别微微网(ad-hoc piconet)的标准IEEE 802.15.3的一些相似性。在个人或者物体周围的这样的微微网通常在所有方向上覆盖至少10米并且包围无论静止还是运动中的个人或者物体。它们包括较高数据速率的WPAN。文献IEEE Std 802.15.4-2006和IEEE Std 802.15.3-2003通过引用整体结合于此。

在IEEE 802.15.4中设想的类型的WPAN适合于比如工业监视这样的应用，但是并没有提供MBAN所需要种类的数据可靠性。

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误差之时减少与人力关联的成本。传感器可以提供所需智能，并且已经广泛运用于医疗设备中。这包括医院恢复护理、家庭护理、密集护理单元和高级外科手术。用于医疗应用的不同类型的传感器有很多，这些传感器包括用于脉冲、温度等的外部传感器、与身体流体接触的传感器、在导管(经过切口)中使用的传感器、用于外部应用的传感器、具有无线传感器的一次性皮肤贴片和可植入传感器。

在医院或者医疗病房中的患者周围的传感器的WPAN可以提供多个临床益处，这些益处包括患者可移动性、监视灵活性、将监视延伸到当前未监视的护理区中、减少临床误差和减少总监视成本。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应用于患者的身体或者从患者的身体移开。

在单个的基础上，这样的传感器可以具有每一患者低达1-2kbps的位速率，并且在合计基础上，它们可能需要10kbps位速率。低达1米的范围可能是足够的。然而，医疗WSN应用是临床环境中的任务关键应用。在针对医疗WSN或者MBAN的要求之中有用于有界数据损耗和有界延时的稳健无线链路、用于患者和传感器密度的容量、与其它无线电共存、用于多日连续操作的电池寿命和用于身体佩戴的设备的小型外形规格。可以通过利用比如时域和频域中的分集和误差控制技术这样的技术(包括前向纠错(FEC)和自适应重复请求(ARQ)、用于传感器信息速率的低占空比TDMA和较高效小型天线)来满足这些要求。因此正在致力于限定以具体用于医疗应用的身体局域网的性质为目的的又一标准IEEE802.15.6。

关键要求之一是IEEE802.15.3、IEEE802.15.4、IEEE802.15.6和与包括由电池供电的网络设备的无线网络有关的其它标准节约电池寿命。这对于危急情形(其中患者的生命依赖于无线链路在医疗应用中的易用性)或者对于监视任务关键工业环境(比如电站)而言尤其重要。然而，这一要求必须与需要在正常条件之下并且也在危急情形中提供充分网络吞吐量相平衡。一些信道接入方案被设计用于高数据吞吐量，而其它接入方案更适合于低吞吐量、低功率的情况。

发明内容