[发明专利]对短程无线网络的改进

说明书

技术领域

本发明涉及无线个人局域网，尤其但不必然排它地涉及包括布置在人体或动物体上或者人体或动物体周围的无线通信传感器的人体局域网和无线传感器网络。

背景技术

所谓的人体局域网或者BAN是用于在相对短的距离上传输信息的无线个人局域网(WPAN)的示例。与无线局域网(WLAN)不同，经由WPAN实施的连接包含非常少的基础设施或者不包含基础设施。这种特征允许针对宽范围的设备实现小型、电源效率高、廉价的解决方案。使用传感器来监视患者的状态的医学BAN(MBAN)的可能性特别令人关注。主要利用用于将感测的数据馈送到数据接收器(data sink)(可能也作为网络协调器)的BAN是无线传感器网络(WSN)的示例；然而，也可能在充当MBAN的WSN中包括诸如致动器的更多有源设备。

另一令人关注的对短程无线网络的使用是在工业监视中。可以将这些无线网络设计为包括传感器和其它设备。例如，一种利用包括传感器，传感器被配置为测量诸如涡轮叶片或者其它要监视的工业部分上的各种不同的位置的温度的参数。此外，在这种无线网络中可以包括更多有源设备，而需要非常少的基础设施或者不需要基础设施。

虽然IEEE 802.15.4网络的覆盖范围可以延伸超出个人工作空间(POS)，POS一般定义WPAN，因此也适合于一定程度上更大规模的工业利用，但是标准IEEE 802.15.4针对低数据速率WPAN定义了物理层(PHY)和介质存取控制(MAC)子层规范。这种稍微更大规模的网络包括在用于本申请的目的的术语WSN、WPAN和BAN内。IEEE 802.15.4与用于自组织微微网(ad-hoc piconet)的标准IEEE 802.15.3具有一些相似性。人或者物体周围的这种微微网一般在所有方向上覆盖至少10m，并且包围不管是固定还是运动的人或物体。它们包括更高数据速率的WPAN。文档IEEEStd 802.15.4-2006和IEEE Std 802.15.3-2003的全部内容通过引用，包含于此。

在IEEE 802.15.4中设想的类型的WPAN适合于诸如工业监视的应用，但是不提供MBAN所需的种类的数据可靠性。

在医学应用中，需要在提高可靠性和处理自动化并且减少人为误差的同时，降低与人力相关联的成本。传感器可以提供所需的智能，并且已经在医学器械中得到广泛使用。这包括医院复健护理、家庭护理、重症监护单元和高级外科手术过程。在医学应用中使用许多不同类型的传感器，包括：针对脉搏、温度等的外部传感器，与体液接触的传感器，在导管中(通过切开术)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。

在医院或者医学区中的患者周围的传感器的WPAN可以提供多种临床好处，包括：患者机动性、监视灵活性、将监视扩展到当前未监视的护理区域、临床错误减少和总体监视成本降低。体戴式传感器(body worn sensor)可以包括单个患者身体上的各种传感器类型。它们需要能够应用或者从患者的身体快速去除的能力。

按照个体，这种传感器可能具有低至每个患者1-2kbps的位速率，而按照合计，它们可能需要10kbps的位速率。小至1米的范围可能就足够了。然而，在临床环境中，医学WSN应用是任务艰巨的应用。体戴式设备的针对有限的数据损失和有限的等待时间的鲁棒无线链路、患者的容量和传感器密度、与其它无线电的共存性、用于多天的连续操作的电池寿命和小形状因素，都在医学WSN或者MBAN的要求中。通过利用诸如时域和频域中的多样性和误差控制技术的技术，包括前向误差校正(FEC)和自适应重复请求(ARQ)、用于传感器信息速率的低占空因数TDMA和更高效的小型天线，可以满足这些要求。因此，正在做出努力来定义目的在于定义特别用于医学应用的人体局域网的属性的另一标准IEEE802.15.6。

与由电池对设备中的至少一部分供电的包括传感器的无线网络相关的IEEE 802.15.3、IEEE 802.15.4、IEEE802.15.6和其它标准的主要要求之一，是保存电池寿命。这对于患者的生命取决于医学WSN应用中的无线链接的可靠性的紧急情形或者对于监视诸如电站的任务关键的工业环境尤其重要。电池供电的设备通常需要实施占空比以减少电力消耗。占空比实施设备具有睡眠模式，并且在睡眠状态下度过它们的大多数工作寿命。这种设备周期性地“唤醒”以进行发送或者接收。