用于两个设备之间的安全感应配对的系统、装置和方法与流程
本发明涉及用于两个设备之间的安全感应配对的系统、方法和设备，尤其涉及最小化设备和非预期设备之间的配对。
背景技术：
对体载医疗设备(例如，可穿戴输液泵)和体域网(ban)医疗设备(例如，手持式血糖仪、具有糖尿病管理应用的智能电话和用于体上设备的无线控制器)的需求一直在随着患者和医疗服务提供者对于医疗情况(诸如糖尿病)的更好和更方便的患者管理的期望的增长而增长。
两个设备之间(例如在可穿戴医疗设备与单独专用控制器或具有与可穿戴医疗设备相关的app智能电话之间)的安全配对对于避免医疗设备的非预期操作或对医疗设备的操作的可能的恶意干扰是重要的。此外，特别是当在同一区域内存在医疗设备可以配对的多个潜在设备时，避免将医疗设备与另一个非预期设备配对也是重要的。
存在对于即使在多个设备位于用于配对操作的信号范围内时仍然确保医疗设备与预期设备的安全配对的需要。
技术实现要素：
通过本发明的示意性实施例克服了上述和其他问题，并实现了额外的优点。
本发明的示意性实施例的一个方面是提供一种将第一设备与第二设备配对以在其间进行无线通信的方法，包括：第一设备通过近场通信(nfc)天线发送感应脉冲，并且在选定持续时间的扫描窗口期间通过具有与nfc天线不同的操作范围的第一天线进行扫描；和第二设备在通过近场通信(nfc)天线检测到来自第一设备的感应脉冲之一时启动计时器，通过具有与第一天线类似的操作范围的第二天线间隔地发送广告信号，并使用计时器生成针对第二设备的每个广告信号的时间戳并用相应的广告信号发送相应的时间戳。第一设备使用时间戳将扫描窗口与相应的广告信号同步。
根据本发明的示意性实施例的方面，扫描窗口的选定持续时间被选择以避免在第一设备的扫描窗口之一期间检测来自第三设备的广告信号。
根据本发明的示意性实施例的方面，该方法还包括：第三设备通过近场通信(nfc)天线发送感应脉冲，并且在选定持续时间的扫描窗口期间通过具有与第一天线类似的操作范围的第三天线进行扫描；和第四设备在通过近场通信(nfc)天线检测到来自第三设备的感应脉冲之一时启动计时器，通过具有与第一天线类似的操作范围的第四天线间隔地发送广告信号，并使用计时器生成针对第四设备的每个广告信号的时间戳并用相应的广告信号发送相应的时间戳。第三设备使用第四设备的时间戳将第三设备的扫描窗口与来自第四设备的相应广告信号同步，第三设备的扫描窗口的选定持续时间被限制以避免在第三设备的扫描窗口之一期间接收第二设备的广告信号。第一设备根据从第二设备和第四设备接收的广告信号的时间戳确定与第二设备配对，而不与第四设备配对。
根据本发明的示意性实施例的方面，nfc天线是13.56兆赫(mhz)天线，并且具有与所述nfc天线不同的操作范围的第一天线在2.40-2.48千兆赫(ghz)的射频范围内操作。
根据本发明的示意性实施例的方面，该方法还包括：第一设备在第一设备的一个扫描窗口期间检测到来自第二设备的广告信号之后终止扫描；第一设备向第二设备发送配对命令；和第二设备响应于接收到配对命令，向第一设备发送配对响应。
根据本发明的示意性实施例的方面，该方法还包括：第一设备在第一设备的一个扫描窗口期间检测到来自第二设备的广告信号之后终止扫描；第一设备向第二设备发送配对命令；当没有从第二设备接收到响应于配对命令的配对响应时，第一设备恢复发送与第二设备的相应广告信号同步的扫描窗口；和第一设备将配对命令重新发送给第二设备。
本发明的附加和/或其它方面和优点将在下面的说明书中阐述，或者根据说明书而显而易见，或者可以通过本发明的实践来学习。本发明可以包括要配对的设备和用于操作该设备的方法，具有一个或多个上述方面和/或一个或多个特征及其组合。本发明可包括例如所附权利要求中所述的上述方面的一个或多个特征和/或组合。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更容易理解本发明实施例的上述和/或其他方面和优点，其中：
图1描绘了根据本发明的示意性实施例的医疗设备和控制器；
图2a和图2b是根据本发明的示意性实施例的医疗设备和控制器的框图；和
图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11是根据本发明实施例的从医疗设备和控制器发送的信号的示图。
在整个附图中，相似的附图标记将被理解为表示相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中示出的本发明的实施例。这里描述的实施例通过参考附图举例说明但不限制本发明。
参考图1、图2a和图2b，示出了示例性药物输送系统10，其具有医疗设备12和具有显示器24或其他用户界面的控制器14。
医疗设备12可以是可穿戴设备或患者携带设备。医疗设备12可以具有作为其控制器14的集成用户界面，或者医疗设备可以被配置为由诸如图1中所示的无线控制器14的单独控制器设备控制。在所示实施例中，医疗设备12由无线控制器14控制，但是应该理解，本发明的各方面适用于具有其自己的控制器的医疗设备12和与医疗设备12配对的另一设备14。
例如，医疗设备12可以是用于单个患者使用的一次性胰岛素输送设备(idd)，其被配置成以设定和可变的基础(24小时)速率和推注(按需)剂量连续皮下输送胰岛素，用于需要胰岛素治疗的ii型糖尿病(t2dm)的患者的管理。然而，应该理解，医疗设备12可以是任何体载医疗设备(例如，可穿戴输液泵、连续血糖仪)或体域网(ban)医疗设备(例如，手持式血糖仪、具有医疗状况管理应用程序的智能电话或用于体上设备的无线控制器)。
idd12是系统10的一部分，系统10是用于患有ii型糖尿病(t2dm)的患者的高级胰岛素递送系统。它配置为在目标用户通常居住的所有环境中每天24小时使用。它被配置为患者用户佩戴idd达三天(长达84小时)。它有四(4)个主要功能：提供用户设定的每日基础胰岛素率；提供用户设定的推注胰岛素量；提供手动推注胰岛素剂量；以及生成系统状态和通知。替代传统的复合胰岛素泵，该系统解决了许多ii型患者对于需要谨慎、简单且成本有效的胰岛素递送的多次每日注射(mdi)的未被满足的需求。然而，应该理解，医疗设备12可以用于输送任何类型的流体，并且不限于胰岛素输送或仅向ii型患者的胰岛素输送。
无线控制器(wc)14用于对身体佩戴的idd进行编程，以向患者提供每日基础胰岛素速率和进餐时间胰岛素量。wc14还提供idd12的状态信息以及对用户的通知。身体佩戴的idd12储存并在皮下向患者施用胰岛素。如果idd检测到问题(例如，储存器中的体积小、电池电量低)，则idd通过wc向患者发送反馈。系统10中的通信软件支持的重要功能是wc14和idd12之间的无线通信，其使得idd12能够向wc14提供反馈并且用户能够以简单和离散的方式通过wc14无线地控制由idd12进行的他们的胰岛素输送。
在图2a所示的所示实施例中，idd12具有微控制器60，其配置成控制泵送机构52、与wc14的无线通信(例如，通过具有匹配电路和天线的rf电路54)以及泵操作。除了程序化的药物输送之外，idd还具有用于手动输送药物的一个或多个推注按钮64。泵送机构52包括用于存储待通过套管68输送到佩戴idd的患者的流体药物(例如，胰岛素)的储存器76，以及用于通过套管可控地从储存器输送指定量的药物的泵72。可以使用注射器通过隔膜78填充储存器76。idd具有手动插入机构66，用于将插管68插入患者体内；然而，处理器60可以配置成操作可选的驱动电路以使插入机构66的操作自动化以将插管68在患者体内展开。此外，idd12可以可选地设置有流体传感器74或压力传感器70。led62可以由微控制器60操作以在一个或多个泵操作期间(例如在诸如储存器灌注期间)打开或闪烁。idd12由如58所示的电池和调节器供电。当初始化idd12时(例如，接通电源以开始与wc12配对时)，一个或多个推注按钮64可被配置为一个或多个唤醒按钮，其在由用户激活时，使idd12从节能搁置模式唤醒。
在图2b所示的所示实施例中，wc14被实施为双微处理器组件，其具有：1)wc主处理器(wcmp)30和wc通信处理器(wccp)32。wcmp30连接到用户界面(ui)组件，诸如具有触摸屏24的lcd显示器、一个或多个按钮28、led指示器26等。wccp32连接到射频(rf)组件38(例如，天线和匹配电路)，并且主要负责wc14与idd12的无线通信。两个处理器30、32通过串行外设接口(spi)相互通信。两个处理器30、32也可以通过两个中断引脚m_req_int和s_req_int相互中断。应该理解，wc14也可以配置为单个处理器设备。
继续参考图2b，除了用于供电的可更换的碱性电池34之外，wc14被设计成非现场可维修的(即，没有要由用户检查、调整、更换或维护的部件)。在wc中提供非易失性存储器(例如，闪存存储器)36以存储从idd12接收的传送和状态数据，例如传送日期和时间以及数量。
具有电容式触摸屏24的lcd通过向用户呈现视觉和图形输出(例如，系统信息、指令、视觉通知、用户配置、数据输出等)并通过提供用户键入输入的视觉界面(例如，设备操作输入，例如idd配对以及设置和给药，以及配置参数等)来充当用户的可视界面。具有电容式触摸屏24的wc显示器在其显示区域上检测(至少)单点触摸手势。例如，触摸屏被配置用于识别用户触觉输入(轻击、轻扫和按钮按压)，允许在ui屏幕和应用程序内导航。触摸屏24通过特定的用户交互有助于执行特定的系统功能(即，idd12设置和与wc14的配对、胰岛素给药、向用户提供给药历史以及idd停用和用另一idd替换等等)。wc14还可以包括按钮28，例如设备唤醒按钮，该按钮28在被用户激活时使wc14从节能睡眠模式中唤醒。wc14还可以具有led26以指示低电池状态(例如，当剩余使用为12小时以下时指示低电池状态)。
具有idd12的wc14射频(rf)接口例如基于低功耗
继续参考图2a和图2b，附加的感应rf电路80、82分别提供给idd12和wc14。如上所述，两个设备12和14通过低功耗蓝牙(ble)无线接口彼此通信。低功耗蓝牙协议工作在2.4ghz频段。在配对之前，设备12和14可以与该范围内的任何其他ble设备通信。考虑到天线在2.4ghz的物理特性，这些设备12和14中的每一个都具有大的rf通信范围。这在减小的发射功率下通常是几英尺，有时超过100英尺。因此，在设备12和14的配对模式期间，可能在设备12和14的范围内存在多个其他ble设备，这可能导致两个错误的设备配对。为了克服这个潜在的问题并且根据本发明的示意性实施例，idd12和wc14每个都设置有具有相应的13.56mhz天线的感应rf电路，分别如图2a和图2b中的80和82所示所示。因此，只有一个idd12足够靠近wc14来与其配对。该接近范围可以从几分之一英寸调整到几英寸。
通过本发明的该示意性实施例实现了许多优点。例如，wc和idd之间的干扰被最小化，因为天线仅在13.56mhz的窄范围内并且在非常短的距离内工作。另外，可以生成感应脉冲并用于使wc扫描窗口与idd广告同步。最后，本发明提供了解决设备之间意外配对问题的低成本解决方案，特别是当一个或两个设备是医疗设备并且意外配对由于医疗设备的操作受损而可能具有潜在危害时，该问题可能是一个重大问题。
如上面结合图2b所述，wc14具有两个微处理器：主微处理器(wcmp)30和通信微处理器(wccp)32。在wc14上，两个天线(即感应天线82和ble天线38)连接到通信处理器(wccp)32。在idd12上，感应天线80和ble天线54连接到idd处理器60。感应天线80、82优选地在idd12启动时仅用于发送和接收13.56mhz感应脉冲，以同步两个设备12和14的配对过程。ble天线38、54用于wc14和idd12之间的数据通信(例如，在设置期间、在每天使用以提供药物期间以及idd停用和更换期间)。
感应配对基本上是使用感应脉冲来同步wc14和idd12之间的ble配对的过程。对于以下描述，可以理解idd处理器60在感应配对时是醒着的并且不再处于搁置模式或节电睡眠模式(例如，idd12可以要求用户在首次设置设备时按下推注按钮64以从搁置模式唤醒设备)。
如图3所示，在idd12启动时，在从wcmp30接收到启动命令102之后，wccp32将启动计时器100并开始发送13.56mhz感应脉冲104(例如，每500ms)。在利用其天线80检测到感应脉冲104之一时，idd12将启动感应计时器110并发送具有相应的时间戳114的启动广告112(例如，每500ms)。一旦idd12开始进行广告(例如，每隔500毫秒发送广告信号112)，wccp32将扫描窗口106围绕idd12的广告事件112同步。
可以使得扫描窗口106非常小，以确保只有一个设备(例如，wc14周围的几个设备中的一个idd12)在时间窗口106内并且仅在该时间窗口106内正在寻求与wc14配对，如图4中的118所示。例如，第二组设备(例如，wccp232'和idd212')的扫描窗口106'的时间被确定为，使得它们将检测idd212'的广告数据112'而不是idd112的广告数据包112，反之亦然。与各个广告信号112一起发送的时间戳114指示在idd检测到感应脉冲与idd发送广告之间经过的时间，该时间用于区分idd12的广告信号112和可能从非预期的idd212'提供的那些广告信号112'。
图5示出了成功配对，其中wccp32接收启动命令102并开始发送感应脉冲104。idd12在108处检测脉冲并开始发送广告112。如图5所示，wccp32在其扫描窗口106期间检测到广告112并停止扫描，如120所示。wccp32验证检测到的广告112的时间戳，并将idd广告数据发送到wcmp。wccp32发送配对命令122。idd接收配对命令124并发送配对响应126。一旦wccp32接收到配对响应128，wccp32就发送配对确认130。idd接收wc配对确认132并且发送idd配对确认134。当wc接收到idd配对确认134时，在wc14和idd12之间配对完成126。
图6示出了错误情况1，其中idd12在开始时错过了感应脉冲104，如140所示，但是之后当wccp32重试发送感应脉冲104时能够捕获感应脉冲104。图7示出了错误情况2，其中wccp32在开始时如两个扫描窗口106'所示不检测idd广告108，但是在idd12重试之后能够稍后捕获idd广告112，如图7中的106所示。
图8示出了错误情况3，其中idd12如142所示最初错过配对命令122，但是能够在wccp32如122'所示重试发送之后稍后接收配对命令124。图9示出了错误情况4，其中wccp32如144所示最初错过idd配对响应126，但是能够通过重新发送配对命令122'并如128所示接收idd配对响应126'来恢复。
图10示出了错误情况5，其中idd12如146所示最初错过wccp配对确认130，但是当wccp32重新发送配对确认130'时能够如132所示恢复它。图11示出了错误情况6，其中wccp32最初错过了idd配对确认132，但是当idd12重新发送idd配对确认134'时，能够如130'所示恢复它。
本领域技术人员将理解，本公开不限于其应用于以下描述中阐述的或附图中示出的构造的细节和部件的布置。这里的实施例能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。而且，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有限制，否则本文中术语“连接”、“耦合”和“安装”及其变体被广泛使用并且包括直接和间接连接、耦合和安装。另外，术语“连接”和“耦合”及其变型不限于物理或机械连接或耦合。此外，诸如上、下、底部和顶部的术语是相对的，并且用于帮助说明，但不是限制性的。
根据本发明的所示实施例采用的示意性设备、系统和方法的组件可以至少部分地在数字电子电路、模拟电子电路中实施，或在计算机硬件、固件、软件中实施，或者在它们的组合中实施。例如，这些组件可以实施为计算机程序产品，例如有形地体现在信息载体中或机器可读存储设备中的计算机程序、程序代码或计算机指令，用于由数据处理设备(例如可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或控制其操作。计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以被部署以在一个计算机上或在一个站点的多个计算机上执行，或者分布在多个站点上并通过通信网络互连。而且，用于实施本发明的功能程序、代码和代码段可以由本发明所属领域的程序员容易地解释为在本发明的范围内。与本发明的示意性实施例相关联的方法步骤可以由执行计算机程序、代码或指令以执行功能的一个或多个可编程处理器执行(例如，通过对输入数据进行操作和/或生成输出)。方法步骤也可以由本发明的设备执行，并且本发明的设备可以实施为专用逻辑电路，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。
结合本文公开的实施例描述的各种示意性逻辑块、模块和电路可以用以下设备来实施或执行：通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立硬件组件或设计用于执行本文所述的功能的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可选地，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实施为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp内核或任何其他这样的配置。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从用于存储数据的一个或多个大容量存储设备接收数据或将数据传输到一个或多个大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘。适用于承载计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器设备，例如eprom、eeprom和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移除磁盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom磁盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
本领域技术人员将理解，可以使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示信息和信号。例如，在整个以上描述中可以参考的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或任何组合表示。
本领域技术人员将进一步了解到结合本文中所揭示的实施例而描述的各种示意性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在功能性方面对各种示意性的组件、块、模块、电路和步骤进行了总体描述。将此功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加到整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实施所描述的功能，但是这种实施决定不应被解释为导致脱离本发明的范围。
结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤可直接体现于硬件中，体现在由处理器执行的软件模块中或体现在两者的组合中。软件模块可以驻留在随机存取存储器(ram)、闪存、只读存储器(rom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、寄存器、硬盘、可移除磁盘、cd-rom或本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以结合到处理器中。处理器和存储介质可以驻留在asic中。asic可以驻留在远程站、电子医疗设备、服务器或其组合中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻留在用户终端中。
以上呈现的描述和附图仅旨在作为示例，并不旨在以任何方式限制本发明，除非在所附权利要求中阐述。特别要注意的是，本领域技术人员可以容易地以多种其他方式组合上面已经描述的各种示意性实施例的各种元件的各种技术方面，所有这些方面都被认为是在本发明的范围内。
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