用于体上和离体通信的收发机设备的制作方法

文档序号:7909506阅读:156来源:国知局
专利名称:用于体上和离体通信的收发机设备的制作方法
技术领域
本发明涉及收发机设备,具体地说,本发明涉及具有收发机的收发机设备,其中所述收发机提供用于实现体上和/或离体收发机之间的优化的通信的天线系统。本发明特别适合于,虽然不是唯一地,依据下面标准来使用标题为“Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer (PHY)Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks (LR-ffPANs) ” 的 IEEE 802 第 15. 4 部分,或者标题为 “Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer (PHY)Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPANs) used in or around a body,,的 IEEE 802 第 15. 6 部分, 这些标准与利用低传送速率在短距离无线网络中的通信有关。
背景技术
长期以来已经知道用于获得诸如ECG、Sp02和血压之类的医学或生理的数据的硬连线传感器。在最近的时候,人们致力于通过无线通信网络的方式,在不使用导线或电缆的基础上,将这种类型的传感器彼此链接,或者链接到数据宿。在本领域普通技术人员的世界中,无线传感器网络以体域网(BAN)的名称公知。在该情况下发生的是由传感器获得与病人有关的生理数据,并通过短距离RF服务的方式,将上述数据发送至位于短距离之外的病人监控器或者安装在医院中的无线网络。在该情况下,有利的是,作为使用无线传感器的结果,对于病人来说,在他或她的身体上用于支持的电缆要少很多。在过去,常规的传感器通过各自的电缆,向病人监控器发送它们的数据。免除这些大量的电缆,使病人获得了更多行动的自由。例如,用此方式病人可以容易地从他或者她的病床上起来。但是,在该情况下, 不得不考虑即使在病人起床或者在医院中四处行走的情况下,网络也需要高可靠性地向病人信息系统提供数据的事实。IEEE 802. 15. 4标准针对体域网(BAN)提供了规范。该标准具体描述了这种类型的网络的物理层和媒体访问控制层。根据该标准,以信道形式指定了通信链路,其中该信道被分成超帧。这些超帧包括多个时隙。超帧以信标数据集开始,并通过信标数据集来进行同步。可以将这些超帧细分为活动部分和非活动部分,随后,收发机设备可以在非活动部分期间切换到节能模式。上面提及的标准描述了短距离RF技术,其是针对于收发机设备之间0. an和IOm 之间的典型距离来开发的。对于无线传感器领域中的多种应用来说,主要考虑的是收发机设备的低能耗。以此方式,例如,本申请的申请人开发了用于在多个生物医学传感器的帮助下,监控病人的健康状况的无线通信系统。多种生物医学传感器被链接到体上无线网络中。收发机设备彼此进行通信,并与它们周围的世界进行通信,以获得并发送关于病人的健康状况的数据。每一个收发机设备包括一个或多个传感器、和处理单元以及通信单元。在本文中,该通信单元还被称为收发机。需要确保在无需更换电池或者对电池进行充电的情况下通过尽可能小类型的电池的方式来对这种类型的网络的收发机设备提供能量达多个星期或者多个月。存储在电池中的有限数量的能量必须足够覆盖这些传感器的操作,即,获得测量值和通过收发机的通本发明的一个目的在于通过对发送和接收条件进行优化,指定在开始段中所详细描述的类型的布置和处理,减少将收发机操作在发送模式和接收模式所需的能量量。根据本发明,通过根据权利要求1的特征的在开始段中所提及的类型的设备来实现该目的。本发明包括对收发机的媒体访问控制(MAC)协议进行处理的收发机设备。所述收发机具有用于体上通信的第一天线系统,以及另外的用于离体通信的第二天线系统。用于体上通信的收发机设备还能够保留一个或多个数据有效载荷,并且在该时间,向所述收发机分配用于体上通信的第一天线系统。此外,该收发机设备还能够为离体通信保留一个或多个数据有效载荷,并在该时间间隔中,向所述收发机分配用于离体通信的第二天线系统。其有利结果在于,最佳适合的天线系统分别可用于接近身体的通信和远离身体的通信。通过分配体上数据有效载荷和离体数据有效载荷,减小网络中由天线系统的非最佳选择所造成的冲突是可能的。根据本发明,最佳天线极坐标图和使用该信道的权利之间的匹配,在该无线信道上有利地产生了优化的数据吞吐量。与此相一致,减少了由射频辐射所造成的对病人的压力。另一有利结果是由于在该优化的方式中在消息要发送至的目的地上对收发机设备的天线系统进行了训练,因此只需要较低的发射功率。也是有利结果的是由于对无线信道上的用户优化地授予使用的权利,因此各收发机可以有时操作在节能睡眠模式的事实。以此方式实现了更有效地使用能量,这提高了传感器的基于电池的持久性。天线系统所意味的是包括至少一个天线的布置。但是,在天线系统以及该天线中还可能存在的是,改变天线的极坐标图的设备,例如,开关、中继器、衰减器、移相器等。本发明还覆盖如上文所描述的设备,其中在该设备中,网络协调器在超帧中提供用于体上通信的时隙和用于离体通信的时隙。该方面的有利结果在于由于时隙的分配,对无线信道进行管理所必须做的工作变少。因此,该无线信道上的协议业务的数量下降,结果是数据吞吐量上升。此外,本发明还提供了如上文所描述的设备,其中在该设备中,通过由网络协调器生成的至少一个信标有效载荷来执行用于体上通信和/或离体通信的数据有效载荷的同

少ο在一个实施例中,网络上的每一个收发机设备可以根据具体情况从网络协商器请求用于与体上设备或者离体设备进行通信的时隙,其中网络协调器通过信标有效载荷授予网络用户使用时隙来进行发送和接收的权利。此外,网络协调器还可以在超帧中提供具有竞争接入期(CAP)形式的时隙或者具有保证时隙(GTS)形式的时隙,其中这些时隙中的每一个时隙用于体上通信或者离体通信。竞争接入所意味的是一种接入信道的方法,其中在该方法中,各用户将信道观测为接收机,并仅当发生静止的暂停时,即仅当来自另一个用户的信号不必被接收到该信道时,才改变为进行发送。同样,竞争接入期所意味的是在其中执行上面所提及的接入信道的方法的时间时段。保证时隙(GTS)的分配所意味的是一种接入信道的方法,其中在该方法中,在所谈及的时间段期间,至少一个用户被授予了使用该信道的专有权利。该方面的有利结果是由于该保证时隙,当寻求接入无线信道时,冲突较少。由于针对各个收发机之间的通信授予了使用的保证权利,因此增加了数据吞吐量。而且,不是所有收发机都需要在所有时间准备接收,而是这些接收机中的一些可以操作在节能睡眠模式,其结果是各个收发机的能耗大量减少。在本发明的另一个优选实施例中,布置在体上的网络协调器通过第一天线系统和第二天线系统,并行地发送信标有效载荷。该操作的有利结果在于网络上的任何设备都能够执行网络协调器的功能,即使布置在体上的设备也提供信标有效载荷的最佳发射。在另外的实施例中,本发明还提供了具有第一天线系统和至少一个另外的天线系统的转换器,,其中所述另外的天线系统或者一些系统旨在用于符合中等距离RF链路标准的通信链路。该方面的有利结果在于可以在任何时间建立或持续维持与病人的BAN的链路, 而不管该病人在哪,即,不关心该病人是在病床上还是在医院中四处行走。本发明还提供了用于在至少一个收发机设备之间的无线通信的系统,其包括布置在病人身体上的收发机设备,离体放置的收发单元。收发机设备所意味的是包括收发单元,还包括其它功能单元,例如,传感器单元、 显示器、处理器和存储器,而且还包括天线、开关、测量、控制和调整设备等。这种类型的收发机设备的示例是网络集线器、网关、协议转换器、病人监控器、传感器等。收发单元所意味的是生成、传导、处理或者转换射频信号的设备,例如,发射机、接收机、收发机、天线开关、电缆、波导、中继器、电子电路等等。本发明还提供了如上文所描述的系统,其中,根据本发明,所述系统具有执行转换器的功能的收发机设备。该转换器用于将在用于体上/离体通信的无线链路标准之间的数据改变成任何期望的其它无线链路标准,和/或其用于在用于体上或离体通信的协议和其它无线服务之间进行转换。如果同时存在短距离RF链路和中等距离RF系统链路,则这确保了将BAN冗余地链接到系统中。在该情况下,有利的是如果这两个链路中的任意一个失败或者遭受干扰或中断,另一个链路仍然可用。本发明还提供了如上文所描述的系统,其中在该系统中,网络上的任何收发机设备都能够承担网络协调器的功能,其中网络协调器的功能被分配给在网络上首先开启的收发机设备。本发明还提供了如上文所描述的、用于在病人身上布置的传感器和病人信息中心之间交换数据的系统,其包括经由病人监控器的离体通信链路,或者去往转换器的体上通信链路,并且通过述转换器(103)、在中等距离RF链路(111) 上的数据交换是经由第三天线系统(223)来进行的。该方面的有利结果在于由于天线系统的选择被优化为与RF链路无关,因此其保证了无论病人在哪,关于电磁环境兼容性、能量效率和数据吞吐量的行为都是最优的。此外,本发明还提供了 MAC协议处理,其中在该处理中,收发机设备将传输信道划分成在时间上一个接一个的超帧。超帧包括至少一个信标有效载荷、用于体上通信的数据有效载荷和用于离体通信的数据有效载荷。MAC协议处理所意味的是,对ISO-OSI层2中的媒体访问进行控制的处理。MAC层是从底层起的第二层,其包括用于调节多个处理器如何分配它们共享使用的物理传输介质的网络协议和组件。信标有效载荷由网络协调器生成。针对用于体上通信的数据有效载荷的传输距离是从0到20m,优选地为0到2m,在由用于体上通信的数据有效载荷所占用的时间段期间,使用用于体上通信的天线系统。针对用于离体通信的数据有效载荷的传输距离从0到 100m,优选地为0到15m,为了该目的,使用用于离体通信的天线系统。本发明还提供了如上文所描述的MAC协议处理,其中在该处理中,MAC协议处理将收发机设备设置为网络协调器,网络协调器通过信标有效载荷分配时隙来对体上和离体无线业务进行协调。本发明还提供了如上文所描述的MAC协议处理,其中在该处理中,每一个收发机设备将超帧分成如所期望的用于数据有效载荷的时间间隔一样多,但是优选的是分成16 个。在该超帧中,为体上通信保留一个或多个数据有效载荷,在该情况下,分配给收发机的天线系统是第一天线系统,和/或为离体通信保留一个或多个数据有效载荷,在该情况下,分配给收发机的天线系统是第二天线系统。该方面的有利结果在于由于时间间隔的分配和数据有效载荷长度的分配,在数据吞吐量的选择、要发送的数据量的选择和用于数据测量的时间的选择方面,具有很大的灵活性。本发明还提供了如上文所描述的MAC协议处理,其中在该处理中,根据具体情况, 收发机设备充当在体上或离体通信中使用的协议处理与某种其它协议处理之间的协议转换器,例如,以网络集线器、网桥或者网关的形式。除了具有上文提及的优点,协议转换器的提供还具有使得在无线服务上选择用于数据转换的最有利的协议处理成为可能的优点。


下面将参照附图来描述进一步的实施例。在附图中图1是BAN的两个版本即体上BAN和离体BAN的示意图。图加示出了一种收发机设备的系统架构的实施例。图2b示出了一种收发机设备的系统架构的替代实施例。图3示出了超帧的实施例。图4示出了超帧的另外实施例。图5示出了超帧的另外的替代性实施例。图6示出了超帧的替代性实施例。
图7是请求时隙的示意性表示。图8示出了超帧中的时隙的分配。图9示出了与超帧有关的信标有效载荷的实施例。图10示出了用于体上通信的极坐标图。图11示出了用于离体通信的极坐标图。图12示出了包括两个天线的天线阵列。图13示出了从如图12中所示出的天线阵列发射的可能辐射。
具体实施例方式在图1所描绘的内容中发现了本发明的典型应用,其中图1示出了体域网(BAN)。 安装在身体上或者例如使用粘合剂粘结到身体上的传感器101、103用于测量ECG、Sp02饱和度和血压,以建立去往病人信息中心107的无线链路和发送关于病人的数据。图1中示出了使用体域网的典型的两种场景。在图1的左手边示出了躺在床上的病人,在图1的右手边示出了站立且在医院中四处行走的病人。在病人躺在床上的情况下, 收发机设备配备有测量传感器和根据IEEE标准802. 15. 4操作的收发机。传感器101直接链接到布置在床边的病人监控器105。病人监控器105则直接链接到病人信息中心107,该病人信息中心107布置在例如充当医护人员的工作站的房间中。在图1的右手边,提供了收发机设备103,该收发机设备103同时充当用于从传感器接收数据的收集中心和协议转换器,例如网络集线器。在该实施例中,传感器首先通过短距离RF协议的方式,与协议转换器103通信,然后,协议转换器103以中等距离(mid range) RF协议,通过例如WLAN向接入点113发送数据,其中接入点113建立去往病人信息中心107的无线链路。对测量值的无线获得使得病人能够自由地四处移动,从而,需要将通信区分为面向体上的通信和面向离体的通信,以使得可以一直使用适当的传输协议。用于体上通信的典型协议是根据IEEE 802. 15. 4标准的短距离RF协议,其中IEEE 802. 15. 4标准通常被错误地称为紫蜂(ZigBee)。该标准指定了用于低速率无线个域网的物理层和MAC层。根据该标准,收发机设备承担网络协调器的角色。在本实施例中,在网络上开启的第一个设备是网络协调器。网络协调器负责对网络的各个用户之间的数据业务进行组织。在一方面,该任务包括将无线信道分成时隙,上述时隙是在其中在发送端和接收端处交换数据的短时间间隔,在该情况下,可以通过下列不同的规则来准许对该信道的访问,例如给予保证的或者非保证的访问权利的规则。网络协调器根据当前的802. 15. 4标准规定了将无线信道分成超帧结构。这意味着网络协调器将信标有效载荷发射为同步信号, 并以此方式,预先设置其基于时间的结构,优选地,为16个时隙。数据有效载荷指的是,在传输时,被作为一个单元来处理的多个比特。优选地,将数据有效载荷设计成使其持续时间具有与一个时隙的持续时间相同的长度。信标有效载荷同时是同步信号和针对无线信道的配置信息的载波。一个超帧包括16个时间间隔,其中这些时间间隔优选的全部具有相同的长度,并由数据有效载荷占用。在该情况下,可以将数据有效载荷标记为活动的数据有效载荷或者标记为非活动的或者不活动的数据有效载荷。活动的数据有效载荷或者活动的时间间隔意味着该数据有效载荷或者时间间隔组成在其中网络上的所有用户准备接收或者发送信号,并可以如由信标有效载荷中示出的命令所指示的,切换到发送或者接收的时段。术语非活动的数据有效载荷或者非活动的时隙意味着在该时间期间,网络上的设备被切换到节能睡眠模式,收发机设备的发射机和/或接收机被关闭。在图加中示出了根据本发明的收发机设备的一个实施例。该设备包括射频(RF) 收发机205,其中,可以通过开关213或者某种类似的适当设备的方式,向收发机205分配用于体上通信的第一天线系统201和用于离体通信的第二天线系统203。在本实施例中,该处理由收发机进行控制。但是,在其它实施例中,该分配也可以由某个其它单元例如处理器 209进行控制。收发机设备219还包括处理器209、存储器211和用于获得测量值的传感器 207。在一个实施例中,包括收发机205、开关设备213、第一天线系统201和第二天线系统 203的收发机设备219可以采用病人监控器105的形式或者网络集线器103的形式。在图 2b中所示出的替代实施例中,收发机设备219,当其为网络集线器或协议转换器103的形式时,还可以包括一个或多个收发机或者多于两个的天线系统201、203、221。基本思想是能够在用于体上通信的天线系统201和用于离体通信的天线系统203之间切换,因此,在多种情况下,能够使优化的接收或发射极坐标图可用于收发机205。图3示出了具有各个时隙309的超帧311,其中各个时隙309旨在用于体上通信 303和离体通信305。通过信标有效载荷301的方式,协调器通知网络用户超帧的结构是如何配置的,哪些时隙旨在成为非活动期307或者成为用于体上通信和离体通信的时段303、 305。在旨在用于体上通信303的时间期间,布置在身体上的网络上的所有收发机205都使用用于体上通信的第一天线系统201,无论在给定情况下其是哪一个天线系统;而在旨在用于离体通信305的时间期间,网络上的所有收发机205都借助于用于离体通信的第二天线系统203,无论在给定情况下其是哪一个天线系统。在标记为非活动期307的时间期间, 所有设备都进入睡眠模式,在该模式中,例如,对收发机205去激活,这意味着收发机设备 219当前的功耗非常低。图4示出了根据本发明的一种新型超帧结构311。在该结构中,分别规定了设计用于体上通信和离体通信的竞争接入期(CAP)401、403。在体上CAP 401期间,仅允许布置在体上的传感器进行竞争或争用,以为它们自身获得使用信道的权利,并且它们以此方式被允许彼此之间通信。为了防止无线信道上的冲突,人体传感器在其进行发送之前,检查介质,即无线信道,是否是空闲的(先听后说,CSMA/CA)。在离体CAP 403的情况下,执行类似的处理,在该情况下,使得体上布置的传感器可以与离体设备进行通信,并反过来,使得离体设备可以建立去往布置在体上的传感器的链路。在该后一情况下,也应用先听后说原则。由于与其它无线系统共享该无线信道,因此优选地将上述CAP设计为用于不规则的、孤立的或者间歇的通信,其中接入该信道的所有用户采用先听后说原则,以防止他们彼此之间相互干扰。在图5中,示出了按照时间将超帧分成保证时隙(GTS) 501、502、503、504、505、 506,507的实施例。这种分割的有利结果是当接入无线信道时,由于网络协调器的使用, 冲突的概率非常低。通过这种方式也增加了数据的吞吐量,就能耗减小而言,这是的公知效果。例如,在用于体上通信的保证时隙GTSl 501期间,人体传感器A与人体传感器B取得联系,在该情况下,设备A使用整个时隙GTS1501来进行到设备B的目标分组发射,而无需遵守先听后说规则。在该实施例中,针对在其中离体设备意图通过保证时隙(GTS) 505、保证时隙506、保证时隙507与另一个离体设备进行通信的类似可能性进行了设置。GTS旨在用于定期进行数据交换的用户之间的通信。GTS的分配旨在防止与数据业务交换不规则但操作在同一频率信道上的其它用户相冲突。图6示出了超帧结构311的实施例。该超帧结构开始于网络协调器的信标有效载荷301。信标有效载荷包括与分割超帧结构311的方式有关的命令。超帧结构311的活动期包括用于体上通信的CAP (竞争接入期)时隙601和用于离体通信的CAP时隙604,并且其还包括用于体上通信的GTS (保证时隙)时隙602、603和用于离体通信的GTS时隙605、 606,607ο图7中示出了保留时隙的方法。为了通过要分配的CAP和GTS来允许用于离体通信和体上通信的时隙,可以在网络协调器处保留时隙。为了此目的,设备以时隙请求(TS请求)701的形式向网络协议器发送用于通过保证时隙说明(GTS说明)703来指定通信需求的参数,例如,所需的时隙的数量、发送地址和接收地址705。图8示出了信标有效载荷传输的内容(超帧说明)801,该内容基于保证时隙请求 (GTS请求)803,通过CAP和GTS,被发送至网络协调器以用于离体通信和体上通信。网络协调器向网络用户通知当时应用的超帧结构。一个实施例包括信标有效载荷的传输,在该信标有效载荷中存储有列表807,其中列表807包括时隙发生的顺序、数据有效载荷的收件者和接收者的细节、体上或离体方向形式的方向、发送的权利是否由CAP或GTS给出、该时段是活动的还是非活动的以及其持续时间。图9示出了分成时隙的详细的、组合示例。给出超帧说明(超帧spec)的信标有效载荷801包括数据项807 时隙持续时间(以微秒为单位)、体上CAP时隙的数量、体上GTS 时隙的数量、各GTS时隙的说明、离体CAP时隙的数量、离体GTS时隙的数量、各离体GTS时隙的说明和非活动时隙的数量。向网络协调器发送的、通常在信标有效载荷801中表明的对保证时隙(GTS说明)的请求803包括与时隙的数量、发射机地址和接收机地址有关的数据805,并且在发送信标有效载荷901的情况下,其包括具有例如给出上述参数的数据和数字列903形式的超帧说明。与由信标有效载荷所预先设置的相一致,然后以在图9的底部所示出的形式将超帧放在一起。通过由网络协调器所发射的超帧,信标有效载荷的内容通过参照该信标有效载荷中给出的信息,向所有设备通知何时正在发生体上通信和离体通信。据此,收发机设备向收发机分配用于体上通信的天线系统,其特征在于,该天线系统具有特别地朝向人体的纵向方向的全向极坐标图,或者分配用于离体通信的天线系统,其特征在于,该天线系统具有指向远离人体的极坐标图。在由体上设备执行网络协调器的功能的优选实施例中,通过用于体上通信的第一天线系统以及还通过用于离体通信的第二天线系统来并行地发送信标有效载荷。图10描绘了用于体上通信的天线系统的优选的极坐标图。这种类型的天线系统优选地具有全向极坐标图1001。在一个实施例中,该极坐标图旨在被特别地朝向人体的纵向方向。例如,如果将单个偶极天线或者单个单极天线布置成使得其朝向其具有最长延伸的方向,在其所位于的与人体的表面垂直的点处,所述天线产生这种类型的全向极坐标图。 但是,具有适当极坐标图的、要被用作天线或者带状天线例如槽形天线或者印刷电路板天线的其它天线方向或者天线设备也是可行的。基本上,目的是对天线进行布置,与收发机一起或者与收发机相分离,以使得它们具有接近于图10中所示出的极坐标图1001的极坐标图。当存在优化的极坐标图,并假定发射机和接收机之间的距离通常较小时,可以将辐射功率减少至非常低的发射功率级别。此外,用于体上通信的发射功率可以低于用于离体通信的发射功率,从而对负面影响特别是对于人体的负面影响的减小进行了优化。图11示出了用于离体通信的天线图1101的实施例。在用于离体通信的收发机和天线系统的实施例中适合的是具体较低的人体穿透深度的高操作频率。具有比较高的人体穿透深度的低频率以及与其连接的强电容耦合物不适合中等距离或者长距离的通信链路。 通过将天线以适当确定的位置放置在在收发机上或者收发机设备101中、网络集线器103 或协议转换器103等上,其目的都是使极坐标图1101被定向为使得可以通过定向极坐标图到达离开病人离体布置的收发机,例如病人监控器105。当相对于其根点(foot point), 贴片天线的纵向延伸与人体的表面并行布置时,贴片天线能够发射离体朝向的定向极坐标图。由于与体上通信相比,较高的发射功率用于离体通信,因此优选地使用带状天线布置或者贴片天线。由于带状天线布置具有定向的极坐标图,所以这使得遮蔽人体防止高级别发射功率的辐射成为可能。图12是通过示例的方式,示出具有至少两个天线1201、1203的天线阵列的示意性视图。但是,使用更大数量的天线也是可行的。将辐射的射频功率分成至少两个同相天线信号。在该情况下,这两个天线信号的发射参数可以具有不同的权重。在一个实施例中,通过移相器1205可以使一个天线信号相对于另一个天线信号延迟。移相器1205自身由处理器或者用于通过微处理器来控制该射频系统的系统进行控制。通过移相的方式,移相器1205 将该天线的极坐标图的方向与存在例如体上通信或者离体通信的实际需求相匹配。在优选的实施例中,将被不同地极化的天线布置用于第一天线系统1201和第二天线系统1203。以此方式,用于体上通信的链路可以例如利用水平极化的天线来实现,而用于离体通信的链路可以通过垂直极化的天线来实现。在另外的实施例中,还可以使用给出右旋圆极化或者左旋圆极化的天线来替代垂直朝向和水平朝向的天线。在优选的实施例中,还可以将单个天线阵列用作第一天线系统和第二天线系统, 所发射的信号向第一组天线的馈给直接发生,所发射的信号向该天线阵列的第二组天线的馈给利用移相来发生。以此方式,可以利用单个天线阵列来产生用于体上通信和离体通信的不同极坐标图。为了此目的,收发机具有移相器1205。这种类型的实施例使得控制极坐标图朝向优选的方向是可能的。当病人在医院中四处行走,同时连接到他或者她的传感器正在与其周围的事物交换数据时,该实施例是优选的。图13示出了针对不同相移的不同极坐标图1301。或者,使用低频率天线系统例如用于体上链路的电容式RF天线系统来实现也是可能的。这种类型的布置使用人体作为电容式电导体。虽然通过说明书和附图已详细描述和描绘了本发明,但上述这些描述和附图只应被认为是示例性的,而非限制性的。本发明并不受到所公开的实施例的限制。当他或她在实践中实现所公开实施例,或者研究这些描述或附图或者所附的权利要求书时,本领域普通技术人员可以想到关于这些实施例的其它变型。对于权利要求书而言,“包括”一词并不排除其它更广范围的元素或步骤。不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”也不排除复数。单个处理器或者一个单元可以执行权利要求中所提及的单个功能或者多个功能。在各权利要求中或者在彼此独立给出的权利要求中出现的特征的事实并不排除还可以有利地使用这些特征的组合的可能性。计算机程序可以存储在数据携带介质例如光存储介质或者半导体存储介质上或者在该介质上出售,其中该介质作为单独的组件或者作为硬件的附属物被提供。还可以用不同的方式来分发计算机程序,例如,在互联网上或者通过硬连线或无线通信系统。权利要求书中的附图标记不应视作为对本发明的限制。附图标记列表101 传感器103:网络集线器105 病人监控器107 病人信息中心109 JEEE 802. 15. 4 短距离无线通信(short range radio)111 JEEE 802. 11 中等距离无线通信(mid range radio)201 用于体上通信的天线系统203 用于离体通信的天线系统205 收发机207 传感器209 处理器211 存储器213 开关215 用于体上通信的天线1217 用于离体通信的天线2219 收发机设备301 信标有效载荷或者信标303 体上通信305 离体通信307 非活动期309:时隙311 超帧313:时间401 体上竞争接入期(CAP)403 离体竞争接入期(CAP)501 体上 GTS 1502:体上 GTS 2503:体上 GTS 3504:体上 GTS 4505:离体 GTS 1506:离体 GTS 2507:离体 GTS 30117]601:体上 CAP
0118]602:体上 GTS 1
0119]603:体上 GTS 2
0120]604:离体 CAP
0121]605:离体 GTS 1
0122]606:离体 GTS 2
0123]607:离体 GTS 3
0124]701 时隙请求
0125]703:GTS 说明
0126]705:GTS的内容说明
0127]707:时隙请求的内容
0128]801 超帧请求
0129]803:GTS 说明
0130]805:GTS的内容说明
0131]807:超帧请求的内容
0132]901 信标有效载荷
0133]903 信标有效载荷的内容
0134]905 从用户2到用户3的体上无线业务
0135]907 从用户4到用户5的体上无线业务
0136]911 从用户2到用户1的离体无线业务
0137]913 从用户3到用户1的离体无线业务
0138]915 从用户5到用户1的离体无线业务
0139]1001 极坐标图
0140]1101 极坐标图
0141]1201:天线系统1
0142]1203:天线系统2
0143]1205 移相器(0 到 360° )
0144]1207 信号分割器
0145]1209 射频输入
0146]1301 极坐标图
1权利要求
1.一种用于处理由收发机使用的媒体访问控制协议或者简称为MAC协议的收发机设备019),所述收发机(具有用于体上通信的第一天线系统(201)和用于离体通信的第二天线系统003),其中所述收发机设备(219)被设计为为体上通信保留一个或多个数据有效载荷(303),并在由所述数据有效载荷占用的时间间隔期间,向所述收发机(205)分配所述第一天线系统001),和/或为离体通信保留一个或多个数据有效载荷(305),并在由所述数据有效载荷占用的时间间隔期间,向所述收发机(205)分配所述第二天线系统003)。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,网络协调器在超帧(311)中提供用于体上通信的时隙(303)和用于离体通信的时隙(305)。
3.根据权利要求1或2所述的设备,其中,通过由所述网络协调器生成的至少一个信标有效载荷(301)来执行用于体上通信(30 和/或离体通信(30 的数据有效载荷的同
4.根据权利要求2或3所述的设备,其中,每一个收发机设备(219)能够从所述网络协调器请求用于与体上设备和离体设备进行通信的时隙,其中所述网络协调器通过信标有效载荷(301)授予网络用户使用时隙进行发送和接收的权利。
5.根据权利要求2、3或4所述的设备,其中,网络协调器在超帧(311)中为体上通信提供具有竞争接入期形式的时隙(601)或者具有保证时隙形式的时隙(602、603),以及为离体通信提供具有竞争接入期形式的时隙(604)或者具有保证时隙形式的时隙(605、606、 607)。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的设备,其中,布置在体上的网络协调器通过所述第一天线系统(201)和所述第二天线系统O03)并行地发射所述信标有效载荷(301)。
7.根据权利要求2、3、4、5或6所述的设备,其中,转换器(103)具有所述第一天线系统 (215)和至少一个另外的天线系统021),所述另外的天线系统021)旨在用于符合中等距离RF链路标准的通信链路(111)。
8.用于至少一个如权利要求1所述的收发机设备(219)之间的无线通信的系统,包括布置在病人身体上的收发机设备(101), 离体放置的收发单元(105)。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述系统具有执行转换器(103)的功能的、如权利要求7所述的收发机设备019),其中所述转换器(103)在用于短距离体上/离体通信 (109)的无线链路标准和用于中等距离RF链路(111)的任何期望的其它标准之间,和/或在用于所述体上或离体(短距离通信(109)的协议和其它中等距离RF服务(111)之间改变数据。
10.根据权利要求8所述的系统,其中,所述网络上的任何收发机设备(219)能够执行所述网络协调器的功能,其中将所述网络协调器的功能分配给所述网络上首先开启的收发机设备019)。
11.根据权利要求8所述的用于在病人身上布置的传感器与病人信息中心之间交换数据的系统,包括经由病人监控器(10 的离体通信链路,或者去往所述转换器(10 的体上通信链路,并且通过所述转换器(103)、经由中等距离RF 链路(111)的数据交换是通过第三天线系统(223)来进行的。
12.—种MAC协议方法,其中,收发机设备(219)将传输信道划分成在时间上一个接一个的超帧(311),并且所述超帧包括至少一个信标有效载荷(301),用于在长达20m并且优选为长达an的距离上进行体上通信的至少一个数据有效载荷 (303),其中,用于体上通信的天线系统O01)在由所述用于体上通信的数据有效载荷所占用的时间间隔期间被使用,以及用于在长达IOOm并且优选为长达細的距离上进行离体通信的至少一个数据有效载荷 (305),其中,用于离体通信的天线系统(203)在由所述用于离体通信的数据有效载荷所占用的时间间隔期间被使用。
13.根据权利要求12所述的MAC协议方法,其中,所述MAC协议方法将收发机设备 (219)设置为所述网络协调器,所述网络协调器通过分配时隙来协调所述体上(30 无线业务和所述离体(305)无线业务。
14.根据权利要求12所述的MAC协议方法,其中,每一个收发机设备(219)将所述超帧 (311)细分为用于数据有效载荷的时间间隔,以用于为体上通信保留一个或多个数据有效载荷(303),在该情况下,在由这些数据有效载荷占用的时间间隔期间,分配给所述收发机O05)的天线系统是所述第一天线系统001),和 /或用于为离体通信保留一个或多个数据有效载荷(305),在该情况下,在由这些数据有效载荷占用的时间间隔期间,分配给所述收发机O05)的天线系统是所述第二天线系统003)。
15.根据权利要求12所述的MAC协议方法,其中,收发机设备(219)充当在用于体上或离体短距离RF通信(109)的协议方法与使用不同协议方法的中等距离RF通信(111)之间的协议转换器(103),例如,网络集线器、网桥或者网关。
全文摘要
本发明涉及用于处理由收发机使用的媒体访问控制(MAC)协议的收发机设备。该收发机具有用于体上通信的第一天线系统和用于离体通信的第二天线系统,该收发机设备被设计成为体上通信保留一个或多个数据有效载荷,并在由这些数据有效载荷所占用的时间间隔期间,向收发机分配第一天线系统,和/或为离体通信保留一个或多个数据有效载荷,并在由这些数据有效载荷所占用的时间间隔期间,向收发机分配第二天线系统。其有利结果在于,最佳匹配的天线系统可分别用于体上通信和离体通信,在网络中防止了无线信道上的数据有效载荷之间的冲突,并因此增加数据吞吐量,以及同时减小了该收发机的能耗。
文档编号H04W74/04GK102301814SQ201080006352
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月28日 优先权日2009年2月2日
发明者A·希尔格斯, J·埃斯皮纳佩雷斯, T·法尔克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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