(57)【要約】  無線ネットワークにおいてリソース制約のある送信器から受信器にデータを送信する方法は、以下のステップ、すなわち、前記リソース制約のある送信器２１ａ、２１ｂ、２１ｃが、前記受信器にチャネル要求メッセージを送信するステップと、前記要求に応答して、前記受信器２２が、検知ステップの結果に基づいて通信チャネル利用可能性を決定し、チャネル情報を放送するステップと、前記リソース制約のある送信器２１ａ、２１ｂ、２１ｃが、前記情報をリッスンし、対応するチャネル上でデータを送信するステップとを有し、前記検知ステップは、前記送信器からチャネル要求を受信する前又は後に前記受信器により実行される。本発明は、無線ネットワークにも関する。
2013502796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークにおいてリソース制約のある送信器から受信器にデータを送信する方法において、前記方法が、
前記リソース制約のある送信器が、前記受信器にチャネル要求メッセージを送信するステップと、
前記要求に応答して、前記受信器が、検知ステップの結果に基づいて通信チャネル利用可能性を決定し、チャネル情報を放送するステップと、
前記リソース制約のある送信器が、前記情報をリッスンし、対応するチャネル上でデータを送信するステップと、
を有し、前記検知ステップが、前記送信器からチャネル要求を受信する前又は後に前記受信器により実行される、方法。
【請求項２】
前記リソース制約のある送信器が、低電力センサノードである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ネットワークを検知するステップが、所定の検知スロット中に前記受信器により定期的に実行される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記チャネル要求を送信するステップが、検知スロットの後の短い遅延の終了の前に実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
チャネル要求が前記短い遅延の終了において受信されない場合に、前記受信器が、次の検知スロットまで電力節約モードに入るステップを有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ネットワークを検知するステップが、前記リソース制約のある送信器からチャネル要求を受信すると実行される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記チャネル要求を送信するステップが、前記受信器により知られた規則的な事前に割り当てられた時間スロットの１つの間に実行される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
要求が受信されない場合に、前記受信器が、事前に割り当てられた時間スロットの後に、次の事前に割り当てられた時間スロットまで、電力節約モードに入るステップを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記チャネル利用可能性の決定が、前記リソース制約のある送信器及び前記ネットワーク内の他の装置の送信特性を考慮に入れることにより実行される、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
測定し、データを受信器に送信する手段、及びデータが送信されなければならない場合に前記受信器にチャネル要求を送信する手段を有するリソース制約のある送信器と、
検知によりチャネル利用可能性を決定する手段、及びチャネル要求を受信するとリソース制約のある送信器にチャネル情報を送信する手段を有する受信器と、
を有する無線ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ネットワークにおいてデータを送信する方法に関する。より正確には、本発明は、このようなネットワークにおいてリソース制約のある送信器と受信器との間の通信リンクを確立する方法に関する。
【０００２】
本発明は、例えば、ボディセンサネットワーク又はパーソナルエリアネットワークに関する。
【背景技術】
【０００３】
無線センサネットワークは、ヘルスケアモニタリング、ビルディングオートメーション及び照明、又は無線接続性及び制御のような領域における応用を実現するのに使用されることが増えている。これは、無線アプリケーション及びサービスの爆発的な成長と平行して、割り当てに対する利用可能な認可スペクトルの不足を引き起こした。無線スペクトルの使用を向上させる必要性に対処するために、セカンダリスペクトル共有のような、より柔軟なスペクトル共有モデルが、検討されている。結果として、次世代無線ネットワークの増加している部分は、おそらく認可スペクトルにおいてセカンダリベースで動作する。このような動作は、セカンダリシステムが、認可システム（プライマリシステムとも称される）に割り当てられた同じ無線スペクトル上で動作することを可能にされる状況を参照する。前記セカンダリシステムは、送信が、ある特定の制限を超えるプライマリシステムに対する有害な干渉を生じない状況下で動作するように抑制される。この要件は、前記セカンダリシステムにより使用されることができる前にチャネルが空いているという決定を含むスペクトル検知により満たされることができる。
【０００４】
認可スペクトル上でセカンダリベースで動作するパーソナルエリアネットワーク又はボディセンサネットワークに含まれる装置は、検知フィーチャを実行する動作プロトコルを必要とする。
【０００５】
ボディセンサネットワークは、生理学的パラメータを測定し、それらをセンサハブ又はゲートウェイに送信するのに使用される多くのセンサノードを有する。センサノードは、エネルギ効率が高いことを必要とされるのに対し、前記センサハブ又はゲートウェイは、より大きなハードウェア及びソフトウェア性能とともにより複雑であることができるので、このようなネットワークのトポロジは、一般に非対称である。更に、これらのネットワークにおいて、データフローは、大部分は、前記センサノードから前記ハブ又はゲートウェイまでである。
【０００６】
複数の検知プロトコルが提案されており、通信リンクがセカンダリベースで送信器‐受信器の対の間で確立されるべきである場合、前記送信器は、第一に、認可システム信号が前記チャネル上でアクティブであるか否かを決定するように検知を実行する。前記チャネルが空いていると見出される場合、前記送信器は、前記受信器との通信を開始することができる。前記受信器が検知において役割を持たない、これらのプロトコルは、送信器中心と称されることができる。このようなプロトコルが一部の無線ネットワークにおいて高度に効率的である場合、これらは、ボディセンサネットワークの場合には問題があるように見えることに気付いた。
【０００７】
実際に、ボディセンサネットワークにおいて、センサハブ又はゲートウェイに情報を送信することを要求されるセンサノードは、これらのノードが一般に人体上に配置されることを意図され、したがって大きなバッテリを持つことができず、有線で電力供給されることもできないので、リソース容量と比較して長い寿命を持たなくてはならない。したがって、送信中心ネットワークにおいて要求されるように、各センサノードが定期的な検知を実行することは、センサノードにとって高度にエネルギを消費し、これらのノードの頻繁な交換又はロードを要求し、これは、ボディセンサネットワークの正しい動作とほとんど両立しない。
【０００８】
更に、医療用ボディエリアネットワークに対して提案されている２．３６ないし２．４ＧＨｚ帯域におけるセカンダリスペクトルアクセスを達成する解決法に関連して、ＩＥＥＥ８０２．１５．４物理／ＭＡＣ層に基づく無線器が適切なプロトコル修正で再使用されることができることに気づかれることができる。現在の標準仕様書において、散発的チャネル評価が、媒体を連続的に検知する代わりに採用される。一度空のチャネルが見つけられると、前記ネットワークは、当該チャネル上でセットアップされる。異なる無線器は、キャリア検知多重アクセスプロトコル又はその変形により当該チャネルに対して競争する。このようなメカニズムは、無認可スペクトルにおける共存に適している。しかしながら、認可システムに対する干渉回避に関する規制的制約のため、セカンダリスペクトルアクセスに使用される場合には問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、８０２．１５．４ＰＨＹと組み合わせて、無線器がセカンダリスペクトル使用の規制的制約を満たすように使用されることができるようにＭＡＣ修正として提案されるプロトコルを使用することである。
【００１０】
本発明の目的は、上述の主要な欠点を克服するリソース制約のある送信器と受信器との間の通信リンクを確立する方法を提案することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、低電力ボディセンサノードとともに使用するのに適した方法を提案することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、８０２．１５．４ＰＨＹと組み合わせて、無線器がセカンダリスペクトル使用の規制的制約を満たすように使用されることができるＭＡＣ修正として使用されることができる方法を提案することである。
【００１３】
本発明の他の態様は、本発明による方法を実行することができる少なくとも１つのリソース制約のある送信器及び１つの受信器を有する無線ネットワークに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明は、検知及び通信に対するチャネル利用可能性の決定におけるリソース制約のある送信器の役割を必要とせずに正しく動作されることができる、受信器中心プロトコルを提案する。
【００１５】
したがって、本発明は、無線ネットワークにおいてリソース制約のある送信器から受信器にデータを送信する方法を提案し、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
−前記リソース制約のある送信器が、前記受信器にチャネル要求メッセージを送信するステップと、
−前記要求に応答して、前記受信器が、検知ステップの結果に基づいて通信チャネル利用可能性を決定し、チャネル情報を放送するステップと、
−前記リソース制約のある送信器が、前記情報をリッスンし、対応するチャネル上でデータを送信するステップと、
を有し、前記検知ステップは、前記送信器からのチャネル要求を受信する前又は後に前記受信器により実行される。
【００１６】
前記無線ネットワークは、例えば、ヘルスモニタリングネットワークであり、前記リソース制約のある送信器は、ボディセンサノードであり、そのタスクは、患者バイタルサインをモニタし、センサハブ又はゲートウェイである受信器にこのデータを送信することである。
【００１７】
ボディセンサノードは、電力及びメモリに関して制約のあるリソースを提供することを特徴とする。本発明は、前記ネットワークが１つのノードのみを有する場合に限定されず、如何なる数のノードに対しても適している。
【００１８】
複数の実施例が、本発明による方法に対して提案される。これらの実施例は、図面と関連してより多くの詳細とともに後で記載される。
【００１９】
第１の実施例において、前記ネットワークを検知するステップは、所定の検知スロット中に前記受信器より定期的に実行される。
【００２０】
この実施例において、特定の構成において、チャネル要求を送信するステップは、検知スロットの後の短い遅延の終了の前に実行される。他の特定の構成において、前記方法は、チャネル要求が前記短い遅延の終了において受信されない場合に次の検知スロットまで前記受信器が電力節約モードに入るステップを有する。これら２つのフィーチャは、前記受信器が送信器からチャネル要求を受信すると想定される特定のスロットを設ける際に、前記受信器により費やされるエネルギの量を減少することを可能にする。これらのスロットから離れて、前記受信器は、メッセージを受信すると想定されず、前記通信チャネルをリッスンすることを停止することができ、したがってエネルギを節約する。
【００２１】
本発明の第２の実施例において、前記ネットワークを検知するステップは、前記リソース制約のある送信器からチャネル要求を受信すると実行される。この実施例は、検知アクションが必要である場合のみに実行されるので、エネルギ浪費を減少する利点を持つ。しかしながら、前記第１の実施例は、データが送信されなければならない場合に前記検知ステップが既に実行されるので、時間を節約することを可能にするので、前記送信器が規則的にデータを送信する場合に高度に有利である。
【００２２】
この第２の実施例においてエネルギを更に節約するために、特定の構成において、前記チャネル要求を送信するステップは、前記受信器により知られた規則的な事前に割り当てられた時間スロットの１つの間に実行され、これは、前記受信器が特定のスロットの間だけリッスンしなければならず、要求が受信されない場合に、次の事前に割り当てられた時間スロットまで、事前に割り当てられた時間スロットの後に電力節約モードに入ることができることを意味する。
【００２３】
全ての実施例において、前記受信器によるチャネル利用可能性の決定は、前記リソース制約のある送信器及び前記ネットワーク内の他の装置の送信特性を考慮に入れることにより実行される。
【００２４】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００２５】
本発明は、例として、添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による方法が実行される無線ネットワークを示す。
【図２】本発明による方法の第１の実施例のタイミング図である。
【図３】本発明による方法の第２の実施例のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、無線ネットワークにおいて、リソース制約のある送信器から受信器にデータを送信する方法に関する。この説明において、我々は、図１に描かれる患者モニタリング応用において典型的な無線センサネットワークトポロジを検討する。複数のボディセンサノード（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）は、患者バイタルサインをモニタし、短距離無線リンク上でセンサハブ／ゲートウェイ２２に対して測定された情報を通信する。センサハブ２２は、集められた結果を処理ユニット２３に送信する。
【００２８】
上述のリソース制約のある送信器に対応する前記ボディセンサノードは、電力及びメモリに関して制限された性能を持つ。実際に、このようなセンサは、一般に、人体に無線で配置されることを意図される小さい装置であり、したがって電力と独立でなければならず、小さいサイズを持たなければならない。
【００２９】
既存のネットワークにおいて、前記センサノードと前記センサハブとの間の通信は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠するプロトコルを使用することにより実行される。しかしながら、本発明の目的は、セカンダリスペクトル基準、例えば２．３６ないし２．４ＧＨｚで実行される検知プロトコルを提案することである。
【００３０】
センサハブ２２と遠隔の処理ユニット２３との間の通信は、無線リンクを介して、例えばテレメトリリンク又はＷＬＡＮを介して実行される。
【００３１】
ここで、本発明による方法の２つの特定の実施例を説明する。これらの実施例は、図２及び３の時間図を参照して説明される。
【００３２】
図２に示される第１の実施例において、前記センサハブは、前記ネットワークのボディセンサノードと前記受信器との間の通信に対して利用可能であることができるチャネルを決定するために、所定の"検知"スロット中に、近傍の検知を規則的に実行する。前記ボディセンサノードは、患者バイタルサインをモニタし、規則的にこのデータを送信し、又は患者状況の異常が気付かれる場合に即時の警告を要求するタスクを持つ。この場合、前記センサハブにデータを送信する必要がある場合（イベント"トリガ"）、チャネル要求（Ｃｈ＿Ｒｅｑ）ビーコンが、前記センサハブに送信される。この送信は、前記センサノードに事前に割り当てられたスロット４において時分割多重アクセスで行われることができる。
【００３３】
前記ボディセンサノードは、いつ前記検知スロットがスケジュールされているかを知っており、検知スロットの直後にのみ前記Ｃｈ＿Ｒｅｑを送信する。前記センサハブ側において、前記検知スロットの後に時間スロット１が続き、可能なＣｈ＿Ｒｅｑビーコンが、ボディセンサノードにより受信される。Ｃｈ＿Ｒｅｑが、スロット１中に前記センサハブにより実際に受信される場合、場合により送信に対する時間リソースを含む、要求するセンサノードに対する利用可能なチャネル情報割り当ては、スロット２中に、Ｃｈ＿Ａｌｌｏｃビーコンの形で放送される。前記センサハブによるチャネル利用可能性の決定は、前記プライマリシステム、すなわち同じ近傍で動作する認可装置、及びボディセンサノードのような他の無認可装置の送信特性を考慮に入れることができる。
【００３４】
前記Ｃｈ＿Ａｌｌｏｃビーコンは、スロット５中に前記センサノードによりリッスンされる。この情報を受信すると、前記センサノードは、前記センサハブに対するリスニングスロット３に対応する、割り当てられたリソースブロック６を使用してデータを送信する。
【００３５】
Ｃｈ＿Ｒｅｑがスロット１中に受信されない場合、前記センサハブは、次の検知スロットまでサイレント電力節約モードに入ることができる。
【００３６】
有利な実施例において、前記検知スロットは、前記ボディセンサノード送信のＱｏＳ待ち時間要件が満たされるような周期性でスケジュールされる。このような周期性を持つ検知は、Ｃｈ＿Ｒｅｑが存在しない場合でさえ、前記センサハブが検知を実行することをも意味する。これは、センサノードがめったにトリガされない場合に前記センサハブにおいて不要なエネルギ消費を生じる可能性がある。
【００３７】
この特定の場合に適した方法を提供するために、本発明による方法の第２の実施例が提案される。この第２の実施例は、図３に示される時間図に関連して説明される。
【００３８】
この第２の実施例において、前記センサハブは、検知を規則的に実行しない。この場合、ボディセンサノードがデータ送信することを必要とする場合（図のイベント"トリガ"）、チャネル要求（Ｃｈ＿Ｒｅｑ）が、前記ボディセンサノードから前記センサハブに送信される。この送信は、前記センサノードに事前に割り当てられたスロット１４において実行される。この事前に割り当てられたスロット１４は、前記センサハブが受信モードであるスロット１１に対応する。前記受信器、すなわち前記センサハブは、チャネル利用可能性を決定するように検知（"反応検知"）を実行することによりＣｈ＿Ｒｅｑに反応する。前記第１の実施例のように、前記チャネル利用可能性の決定は、前記プライマリシステム及び近傍の他のボディセンサネットワークの送信特性を考慮に入れることができる。前記検知ステップを実行した後に、前記センサハブは、要求しているセンサノードに対する利用可能チャネル情報割り当てを有するＣｈ＿Ａｌｌｏｃビーコンを放送する。この放送は、前記"反応検知"スロットの直後のスロット１２中に行われる。前記センサノードは、スロット１５上で前記Ｃｈ＿Ａｌｌｏｃビーコンをリッスンする。前記ビーコンを受信すると、前記センサノードは、割り当てられたリソースブロック１６を用いてデータを送信する。
【００３９】
Ｃｈ＿Ｒｅｑがスロット１１中に前記センサハブにより受信されない場合、前記センサハブは、ボディセンサノードにより送信される起こりうるＣｈ＿Ｒｅｑビーコンをリッスンしなければならない次のスロット１１までサイレント電力節約モードに入る。特定の実施例において、起こりうるＣｈ＿Ｒｅｑがボディセンサノードから受信されることができるスロット１１は、前記ボディセンサノード送信のＱｏＳ待ち時間要求が満たされるような周期性でスケジュールされる。
【００４０】
ここに記載される前記第２の実施例は、前記センサハブが、検知プロトコルにおいて要求されるように定期的に検知を実行する必要がなく、要求される場合にのみ検知を実行し、したがってリソースを節約するという利点を持つ。しかしながら、前記第１の実施例のプロトコルは、センサノードが規則的にデータを送信する構成において高度に有利である。
【００４１】
両方の実施例は、従来技術の方法と比較して、前記検知アクションが、前記センサノードによってではなく、前記センサハブにより実行されるという共通の利点を提示する。これは、前記センサノードのリソースを節約することを可能にし、前記センサノードは、このアクションに対して電力を浪費しなくてもよい。
【００４２】
本発明は、ヘルスモニタリング装置に対してより特別にささげられるが、ボディセンサネットワーク及びパーソナルエリアネットワークを含む様々な無線センサネットワークに適している。特に、提案された検知プロトコルは、２．３６ないし２．４ＧＨｚのような新しい医療用帯域において動作する、例えば８０２．１５．４無線器に対して使用する、ボディセンサネットワークに対するセカンダリベースで無線接続性を達成するのに適用されることができ、次世代無線患者モニタリングシステムにおいて応用を見つけるだろう。
【００４３】
本明細書及び請求項において、要素に先行する単語"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。更に、単語"有する"は、記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。
【００４４】
請求項内の括弧内の参照符号の包含は、理解を助けることを意図され、限定することを意図されていない。本開示を読むことにより、他の修正例が、当業者に明らかである。このような修正例は、無線通信の分野及び無線ネットワークの分野において既知であり、ここに既に記載されたフィーチャの代わりに又は加えて使用されることができる他のフィーチャを含みうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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