УСТРОЙСТВО ТЕРМИНАЛА, КООРДИНАТОР И СПОСОБ АДМИНИСТРИРОВАНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНОГО ПОЛОЖЕНИЯ
TERMINAL DEVICE, COORDINATOR AND EMERGENCY SITUATION ADMINISTRATION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение, в общем, относится к системе связи в сети области тела (BAN) и, в частности, к системе и способу для одиночного протокола управления доступом к среде (MAC) для системы связи в BAN, обладающими аспектами механизма восстановления после ошибок, низкого потребления энергии, обработки сообщения о чрезвычайном положении и интеграции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В сети радиодоступа, устройства связи в сети обычно связываются (друг с другом, и/или с другими устройствами связи), используя радиопередачу, в которой совместно используется одна и та же среда передачи (как правило, окружающая атмосфера). Хотя такие радиопередачи обычно конфигурируются так, чтобы они занимали выделенные или назначенные частотные полосы (также называемые подканалами, и которые могут быть разделены по времени для формирования "участков данных"), спектр радиочастоты, однако, совместно используются при таких передачах.
Термин сеть радиодоступа охватывает беспроводную сеть датчиков (WSN), в которой узлы представляют собой датчики определенного вида, выполненные так, что они, по меньшей мере, действуют, как передатчики (и иногда также действуют, как приемники). Одна специальная форма сети беспроводных датчиков представляет собой, так называемую, сеть области тела или BAN, в которой датчики размещены в одном или больше положениях на или в живых телах с целью мониторинга медицинских параметров или активности организма. Две формы BAN представляют собой MBAN или медицинскую BAN, предназначенную для использования в больницах и в других вариантах применения, имеющих отношение к здоровью, и беспроводную BAN или WBAN, более общее назначение которой также охватывает, например, вопросы безопасности.
Существует необходимость в эффективном по потребляемой энергии и надежном механизме управления доступом к среде (MAC) для сети области тела (BAN) с устройствами, генерирующими трафик множества классов, в котором MAC действует как интерфейс с системой связи, в состав которой входит множество радиоустройств.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
В настоящем изобретении предусмотрено интегрированное управление доступом к среде для обработки разных наборов несвязанных сценариев трафика.
Другая цель изобретения состоит в оптимизации потребления энергии во время операции на основе опроса для механизма управления доступом к среде.
Еще одна цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить механизм восстановления после ошибки на основе опроса, для достижения требуемой надежности приложения с эффективным потреблением энергии и эффективным использованием затрат.
Кроме этого, другая цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ внутриполосной активизации для медицинских устройств имплантатов в сети области тела.
Еще одна дополнительная цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ обработки медицинского чрезвычайного положения и медицинских событий для устройств-имплантатов по приоритету в сети области тела.
Еще одна, другая цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ доступа к каналу с очень малой мощностью на основании опроса, при одновременной работе множества BAN при связи с медицинскими имплантатами.
Еще одна, другая цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить систему одиночного протокола управления доступом к среде с низким потреблением энергии для системы связи, содержащей множество радиоустройств, и способ для этого.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
В соответствии с аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ для администрирования чрезвычайного события в конечном устройстве (=устройстве терминала). Способ включает в себя этапы, на которых определяют, возникло ли чрезвычайное событие; выбирают канал для передачи сообщения тревоги, указывающего возникновение чрезвычайного события, если возникло чрезвычайное событие; передают сообщение тревоги координатору, используя выбранный канал; определяют, было ли принято ответное сообщение на сообщение тревоги в течение заданного времени; и выполняют операцию, ассоциированную с чрезвычайным событием, если ответное сообщение было принято.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложен способ для администрирования чрезвычайного события в координаторе. Способ включает в себя этапы, на которых передают в устройство сообщение опроса, побуждающее устройство передавать данные координатору; повторно передают сообщение опроса, в случае неудачного приема данных для сообщения опроса; определяют, превышает ли количество повторных передач сообщения опроса заранее заданное максимальное количество повторных передач; переходят в состояние ожидания для приема сообщения тревоги, указывающего возникновение чрезвычайного события, если количество повторных передач сообщения опроса превышает максимальное количество повторных передач; после приема сообщения тревоги, передают сообщение подтверждения в устройство, которое передало сообщение тревоги; и выполняют операцию, ассоциированную с чрезвычайным событием.
В соответствии с дополнительным другим аспектом настоящего изобретения, предложен способ для администрирования чрезвычайного события в координаторе. Способ включает в себя этапы, на которых определяют, была ли детектирована энергия больше или равная заранее заданному порогу, в состоянии ожидания; выбирают канал, путем сканирования каналов после детектирования энергии большей или равной заранее заданному порогу; после детектирования сообщения тревоги, указывающего возникновение чрезвычайного события, передают сообщение подтверждения в устройство, которое передало сообщение тревоги; и обрабатывают чрезвычайное событие.
В соответствии с еще одним, другим аспектом настоящего изобретения, предложен координатор для администрирования чрезвычайного события. Координатор включает в себя детектор энергии для определения, была ли детектирована энергия, большая чем или равная заранее заданному порогу, и инициирует процессор, который находится в состоянии ожидания, после детектирования энергии, большей или равной заранее заданному порогу; и процессор для перехода во включенное состояние, если он был инициирован детектором энергии, и после приема сообщения тревоги, указывающего возникновение чрезвычайного события, передачи сообщение подтверждения в устройство, которое передало сообщение тревоги, и обработки чрезвычайного события.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, обеспечивается координатор для управления чрезвычайным положением. Координатор включает в себя передатчик для передачи в устройство сообщения опроса, побуждающего устройство передавать данные координатору; контроллер для повторной передачи сообщения опроса после неудачного приема данных для сообщения опроса, определяющий, не превышает ли количество повторных передач сообщения опроса заранее заданное максимальное количество повторных передач, и переходящий в состояние ожидания для приема сообщения тревоги, указывающего возникновение чрезвычайного события, если количество повторных передач сообщения опроса превышает максимальное количество повторных передач; и приемник для приема сообщения тревоги. После приема сообщения тревоги контроллер передает сообщение подтверждения в устройство, которое передало сообщение тревоги, посредством передатчика; и выполняет операцию, ассоциированную с чрезвычайным событием.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Настоящее изобретение обеспечивает способ для получения доступа к каналу с очень малой мощностью на основании опроса и одновременного управления множеством BAN при связи с медицинскими имплантатами.
Настоящее изобретение обеспечивает интегрированный механизм доступа к каналу, который работает с несвязанными физическими уровнями, которые могут работать в несвязанных полосах частот.
Настоящее изобретение обеспечивает эффективное MAC на основе опроса, которое уменьшает требования к мощности, в частности, для устройств с ограничением по мощности.
Настоящее изобретение обеспечивает способ для обработки чрезвычайных операций, в которых узлы или сетевые узлы могут находиться в режиме экономии энергии, таком, как режим ожидания.
Настоящее изобретение направлено на способ активизации устройств, находящихся в режиме ожидания, для лучшего управления подачей энергии питания.
Настоящее изобретение обеспечивает механизм, который уменьшает ошибки при передаче с помощью эффективного механизма исправления ошибок.
В настоящем изобретении обеспечивается случай, в котором устройства допускаются, на основе договоренностей об уровне обслуживания, в сеть области тела и, дополнительно, к формированию сети.
Настоящее изобретение обеспечивает механизм для одновременной работы множества сетей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показано схематическое представление топологии BAN типа звезда в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 показана схема высокоуровневой архитектуры устройства WBAN в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 показан обобщенный формат суперкадра в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 показан формат суперкадра фиксированной длины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 показан формат суперкадра переменной длины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 показан примерный формат сообщения EoP в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 показан примерный формат сообщения POLL в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.8 показано схематическое представление схемы запланированного опроса с периодом опроса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.9 показано схематическое представление схемы задержанного опроса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10 показаны другие схемы опроса ассоциированные с разными устройствами WBAN в топологии BAN типа звезда в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.11 показано схематическое представление синхронизации состояния ожидания и плана активизации устройства WBAN координатором в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.12 показан примерный процесс повторной передачи данных, иллюстрирующий опрос и конфликт данных в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.13 показана блок-схема последовательности операций механизма восстановления после ошибки для приложений с высокой скоростью передачи данных в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.14 показано схематическое представление процесса восстановления после ошибки на основании опроса для одиночной передачи данных в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.15 показано схематическое представление процесса восстановления после ошибки на основании опроса для блочной передачи данных в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.16 показано схематическое представление топологии BAN типа звезда в чрезвычайном сценарии в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.17 показана схема на системном уровне, иллюстрирующая передатчик и приемник, во время работы координатора, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.18 показана схема на системном уровне, иллюстрирующая передатчик и приемник, когда координатор не работает, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.19 показана блок-схема последовательности операций, представляющая операции на стороне устройства для обработки чрезвычайного положения, когда координатор находится в активном состоянии, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.20 показана блок-схема последовательности операций, представляющая операции на стороне координатора для детектирования чрезвычайного положения, когда координатор находится в состоянии ожидания, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.21 показана блок-схема последовательности операций, представляющая операции на стороне координатора для детектирования чрезвычайного положения, когда координатор находится в состоянии ожидания, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.22 показана блок-схема последовательности операций, представляющая операции на стороне координатора в случае неудачи максимальное количество раз, когда координатор находится в активном состоянии, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.23 показан процесс обработки чрезвычайного положения во время режима ожидания координатора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.24 показан процесс обработки чрезвычайного положения во время режима работы и режима бездействия координатора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.25 показан процесс обработки чрезвычайного положения во время работы и занятого режима координатора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.26 показана блок-схема процесса связи с медицинским имплантатом в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.27 показано схематическое представление топологии BAN типа звезда для связи с медицинским имплантатом в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.28 показана схема перехода состояний устройства WBAN в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.29 показана схема рабочего цикла устройства имплантата в разных каналах в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.30 показана примерная процедура одиночной активизации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.31 показано схематическое представление сеанса передачи данных, представляющее предотвращение взаимной помехи так, что устройство имплантат не активизируется во время сеанса передачи данных, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.32 показана фаза блокировки и активизации в процедуре активизации множества устройств в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.33 показана примерная процедура множественной активизации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.34 показано схематическое представление полезной нагрузки формата кадра сообщения активизации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.35 показано схематическое представление полезной нагрузки кадра сообщения блокировки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.36 представлена примерная иллюстрация сети с одиночным уровнем MAC и двумя физическими уровнями в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.37 показано примерное представление одиночной структуры кадра MAC с циклом опроса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.38 показан доступ к каналу с дифференциальной скоростью опроса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.39 показано примерное представление структуры кадра опроса для связи в теле в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.40 показан доступ к каналу с одной скоростью опроса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.41 показан протокол MAC с множеством экземпляров в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.42 показан протокол MAC с одним экземпляром в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.43 показана одиночная архитектура MAC для имплантата и двойного PHY на теле в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.44 показана блок-схема последовательности операций, представляющая одновременное существование множества сетей имплантатов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.45 показано схематическое представление, представляющее примерные варианты сохранения энергии в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.46 показана блок-схема последовательности операций примерного способа для микроскопического сохранения энергии, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следует понимать, что этапы способа и компоненты системы были представлены с использованием обычных символов на чертежах, которые представляют только специфичные детали, которые подходят для понимания настоящего раскрытия. Кроме того, детали, которые могут быть очевидными для специалиста в данной области техники, могут здесь не раскрываться. В настоящем раскрытии относительные термины, такие как первый и второй, и т.п., могут использоваться для отличия объекта от другого объекта, без необходимости выражения какой-либо фактической взаимосвязи или порядка между такими объектами.
Настоящее изобретение направлено на способ обработки схемы механизма доступа к каналу, в котором существуют разные схемы трафика канала, такие как приложения с постоянной скоростью битов и низкой скоростью передачи данных, приложения с постоянной скоростью битов и высокой скоростью передачи данных и приложения с высокой скоростью битов и переменной скоростью передачи данных. Схема доступа к каналу помогает обеспечивать совместное использование беспроводного канала для применения с сетях области тела, например, в медицинских вариантах применения и немедицинских сферах применения одновременно. Требования для каждого из этих изменяющихся вариантов применения достаточно различны, и, следовательно, трудно разработать один механизм доступа к каналу в то время, как раскрытая идея обеспечивает интегрированный подход для такой схемы доступа к каналу.
Кроме описанного выше случая, некоторые из медицинских вариантов применения могут иметь высокое требования к надежности, следовательно, механизм доступа к каналу также должен помогать при восстановлении после возникновения ошибок во время беспроводной передачи данных, в случае возникновения какой-либо ошибки, из-за потери принимаемых данных и т.д.
Другое идентифицированное требование к такой категории устройств также направлено на поддержку медицинских сценариев чрезвычайного положения для медицинской сферы применения. Также известен случай внедрения эффективных и более быстрых схем активизации, которые обеспечивают более быстрый отклик для уменьшения потребления энергии, а также для уменьшения времени на отклик.
Настоящее раскрытие направлено на конструкцию механизма доступа к каналу с низкой энергией потребления в беспроводной персональной сети. При управлении доступом к среде, уникально представлены следующие конструкции.
Во-первых, представлен интегрированный механизм управления доступом к среде, который обрабатывает отличающийся набор несвязанных сценариев трафика. Во-вторых, представлена работа механизма управления доступом к среде на основе низкого потребления энергии, что эффективно уменьшает использование батареи. В-третьих, представлен механизм передачи идентифицированных чрезвычайных данных для более быстрой передачи чрезвычайных данных из устройства в устройство-диспетчер или координатор. В-четвертых, представлено более быстрое повторное включение в работу устройства, когда устройство находится в режиме сохранения энергии и находится в состоянии ожидания. В-пятых, представлен механизм одновременного присутствия, когда работают множество пикосетей и совместно используют, во взаимодействии, доступные физические каналы.
В варианте осуществления настоящего изобретения ресурсы, такие как полоса пропускания, не резервируются для службы, работающей в чрезвычайных обстоятельствах, в этом устройстве неизвестно выделение радиочастоты приемника для передачи чрезвычайных данных, и не зарезервирован ресурс для передачи чрезвычайного сообщения. Кроме того, в варианте осуществления настоящего изобретения предложен механизм активизации, и предложен механизм для достижения фиксированного времени опроса.
Настоящее раскрытие, в частности, разработано с учетом специфичных требований компактного и эффективного по потреблению энергии управления доступом к среде для приложений, связанных с построением сетей области тела (BAN).
Перед описанием настоящего раскрытия, будет кратко описана BAN используемая в настоящем раскрытии.
BAN представляет собой относительно новую концепцию, которая проходит стандартизацию. Была проведена работа для формирования стандартов BAN в пределах Bluetooth SIG, Zigbee Alians, но эти стандарты хорошо установлены и применяются в достаточно большом количестве устройств. Существующие стандарты, такие как Bluetooth SIG и Zigbee Alians направлены на аспекты, связанные с одной моделью использования узлов BAN, которые можно носить на теле. В настоящее время рабочая группа 802.15 IEEE призвала к созданию нового механизма, который обеспечивал бы стандартизацию формирования сети области тела. Новая стандартизация не фокусируется на развитии физического уровня (PHY) и уровня управления доступом к среде, которые будут работать непосредственно с условиями канала, которые являются специфичными для тела человека.
Таким образом, раскрытая идея для MAC, в частности, разработана с учетом таких аспектов, как потребление энергии, более быстрое выполнение чрезвычайной операции, эффективный по потреблению энергии механизм активизации, механизм восстановления после возникновения ошибки, не говоря уже о независимости от какой-либо специфичной конструкции физического уровня и также об уникальности идеи, которая заложена в аспекте решения способа интегрирования механизма доступа к каналу, где физический уровень может быть несвязным.
Уменьшение потребления энергии на уровне MAC также представляет собой конструктивный критерий, учитывающий соотношение размеров, а также резервную батарею, доступную в устройствах. Диапазон применения BAN от медицинских до немедицинских и развлекательных приложений, и их конструкция учитывают распространенный способ решения таких приложений на основе интегрированного подхода. Также бывают случаи, когда чрезвычайные данные требуется обрабатывать, учитывая жизненно важные аспекты приложений создания сетей на теле, и обработка таких чрезвычайных данных также обеспечивается в данном раскрытии.
Из-за частого возникновения ошибок в беспроводных каналах, они являются ненадежными. Важно разработать лучшие способы обработки или уменьшения ошибок, в частности, для BAN, учитывая медицинские сценарии. Обработка и уменьшение ошибок также уникальным образом спроектированы и представлены в настоящем раскрытии.
MAC на основе опроса был предложен в других стандартах, таких как 802.11 режим PCF и 802.16. Однако первичное требование будущего стандарта 802.15.6 состоит в сохранении энергии и обеспечении требований по задержке и надежности. Конструктивная парадигма для сети с ограничением мощности является другой. Первичная задача конструкции состоит в уменьшении потребления энергии при одновременном удовлетворении требований по качеству обслуживания (QoS) для разных трафиков. Оптимизированный по мощности механизм опроса предложен в настоящем раскрытии для сетей с ограничением энергии, таких как 802.15 TG6. Предложенные в настоящем раскрытии способы отличаются от предшествующего уровня техники следующим.
Во-первых, они отличаются одиночной архитектурой MAC, в которой множество приемопередатчиков одновременно совместно используют механизм доступа к каналу, и механизм доступа к каналу представляет собой механизм опроса. Во-вторых, В отличие от устройств по стандартам 802.11 и 802.16, устройство 802.15 TG6 - BAN генерирует трафик, специфичный для одного конкретного приложения. Специализированные для приложения устройства 802.15 TG6 могут переходить в режим ожидания непосредственно после окончания операции передачи данных и становиться активными перед моментом времени следующей передачи данных. Такая особенность позволяет устройствам 802.15 TG6 сохранять энергию и одновременно удовлетворять требованиям QoS. В-третьих, в существующих механизмах автоматического запроса на повторную передачу (ARQ) или восстановление после ошибки, устройство может немедленно повторно передать данные с сообщением опроса после потери данных, без необходимости выполнения процесса обеспечения ресурса и уведомления с определенным временем задержки, как и в предшествующем уровне техники, для повторной передачи потерянных данных.
Новый механизм ARQ, управляемый приемником, должен применяться для сетей со следующими ограничениями: ограничение, состоящее в том, что конкуренция не является предпочтительной, из-за потребления энергии и асимметричных установок канала, и ограничение, состоящее в том, что устройство не может инициировать передачу данных из-за правил Федеральной комиссии по связи (FCC, ФКС) и постановлений по конкретному использованию полосы, таких как MICS.
В-четвертых, настоящее раскрытие позволяет удовлетворить специфичные требования QoS для чрезвычайных данных, когда приемник находится в режиме ожидания, и рабочие циклы в канале неизвестны отправителю, и когда приемник находится в активном режиме, и отправитель не имеет информации о рабочем канале приемника.
В-пятых, существующие решения могут не решать проблему множественной активизаций в системе связи имплантата. Существующий механизм активизации для одиночного устройства имплантата может повторяться множество раз для активизации множества устройств имплантатов. Однако это может привести к недопустимой задержке активизации для устройств имплантатов и большой доли служебных сигналов. Предложен способ для активизации множества устройств имплантатов для системы, содержащей множество устройств имплантатов и внешний координатор, для уменьшения, таким образом, задержки при активизации в наихудшем случае. Решение активизации внутри полосы также имеет дополнительное преимущество, состоящее в использовании одного радиоустройства и низкой стоимости.
В-шестых, механизм одновременного существования предложен для одновременной работы множества пикосетей. В механизме одновременного существования пикосети представляют собой вторичных пользователей, для организации собственного канала требуется Listen Before Talk (LBT, прослушивание перед обменом информацией) или Adaptive Frequency Agility (AFA, Адаптивная быстрая перестройка частоты) + LBT для обладания каналом, конечные устройства не могут инициировать передачу данных, мощность передачи ограничена, и определение канала является асимметричным.
В-седьмых, предложен способ эффективного по мощности механизма опроса, для удовлетворения разных наборов требований QoS для разных классов трафика, где один класс устройств имеет следующие ограничения. LBT или AFA + LBT требуется для собственного канала, и конечные устройства не могут инициировать передачу данных, передача энергии ограничена, и определение канала является асимметричным. Другой класс устройств имеет следующие свойства: низкая и постоянная скорость прибытия. Еще один класс устройств имеет следующие свойства: высокая и постоянная скорость прибытия и высокая, и переменная скорость прибытия.
Настоящее изобретение обеспечивает интегрированное управление доступом к среде для обработки разных наборов несвязанных сценариев трафика. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ и систему для оптимизации потребления энергии во время операции на основе опроса механизма управления доступом к среде. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает механизм восстановления после ошибки на основе опроса, для достижения требуемой надежности приложения с эффективным использованием энергии и при эффективных затратах.
Настоящее изобретение обеспечивает способ внутриполосной активизации для медицинских устройств имплантатов в сети области тела. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ для обработки медицинского чрезвычайного положения и медицинских событий для устройств имплантатов, на основе приоритета, в сети области тела. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ для оценки основанного на опросе канала с очень низким потреблением энергии и одновременной работы множества BAN при связи с медицинскими имплантатами.
СПОСОБ 1
Настоящее изобретение направлено на способ, который выполняет схему механизма доступа к каналу, где существуют разные типы трафика, такие как приложения с постоянной скоростью передачи битов и низкой скоростью передачи данных, приложения с постоянной скоростью передачи битов и высокой скоростью передачи данных, и приложения с высокой скоростью передачи битов и переменной скоростью передачи данных. Такой механизм доступа к каналу помогает при обеспечении совместного использования беспроводного канала для приложений, формирующих сети области тела, таких, как медицинские и немедицинские приложения, одновременно. Требования для каждого из этих изменяющихся приложений достаточно разнородны, и, следовательно, трудно разработать единственный механизм доступа к каналу.
Для удовлетворения требований к приложению, вычислительная сеть на теле (BAN) в соответствии с IEEE 802.15 TG6 может работать в топологии типа звезда или в топологии типа расширенная звезда. Изобретение основано на топологии типа звезда; однако, предложенное решение имеет объем, который расширяется до топологии типа расширенная звезда в будущем.
Как показано на фиг.1, в топологии типа звезда в соответствии с настоящим изобретением, сеанс связи устанавливается между конечным устройством и координатором BAN. BAN рассматривается как случай использования для поддержки вариантов осуществления настоящего раскрытия. Направленность BAN может быть в широком смысле разделена на два типа категорий, то есть, связь с имплантатом и связь по телу. Связь с имплантатом поддерживает обслуживание медицинских приложений, а связь по телу поддерживает обслуживание, как медицинских, так и немедицинских приложений.
Для связи по телу, как координатор, так и устройство, могут инициировать или прекращать связь. Кроме того, координатор может направлять данные от одного устройства в другое устройство. В трафике BAN, в основном, доминирует трафик по восходящей линии связи, когда устройство (датчик, закрепленный на теле) генерирует и передает данные координатору. Однако координатор может передавать любые данные, специфичные для приложения, в устройство тогда и когда это требуется.
В настоящем изобретении предполагается, что как на фиг.1, топология выполнена в виде звезды или расширенной звезды для относительно простых и надежных стандартов. Сеанс связи устанавливается между конечным устройством и координатором BAN.
Согласно фиг.1, в настоящем изобретении предложена рабочая схема для персональных услуг связи, называемая сетью области тела (BAN) для медицинских услуг или услуг развлечения. Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ доступа к ресурсу на основе опроса для оптимизации потребления энергии. Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ коррекции ошибки на основе опроса, эффективный по затратам энергии и стоимости. Кроме того, учитывая способ доступа к ресурсу, в настоящем изобретении обеспечивается способ внутриполосной активизации, способ для обработки чрезвычайных сигналов и способ для обеспечения работы множества пикосетей BAN одновременно, для медицинского оборудования, имплантированного в теле.
На фиг.2 иллюстрируется архитектура устройства WBAN. Устройство IEEE 802.15 TG6 может содержать PHY1 20 или PHY2 22 или одновременно PHY1 20 и PHY2 22, которые содержат приемопередатчик для передачи и приема сигналов. Приемопередатчик PHY1 работает в полосе частот, пригодной для связи с имплантатом, и приемопередатчик PHY2 работает в полосе частот, пригодной для связи по телу. Устройство IEEE 802.15 TG6 также содержит уровень 24 MAC и уровень 26 LLC для доступа к каналу выбранной частотной полосы для всех видов передачи данных.
BAN может поддерживать один или множество PHY. Возможные PHY могут включать в себя MICS, ISM, UWB и т.д. Когда используется множество PHY, обычно они используют разные полосы, но может потребоваться обеспечить работу в одной полосе в соответствии с требованиями приложений.
Требуется разработать одиночный MAC, для которого требуется поддержка передачи данных в полосе связи имплантата и в полосе связи по телу, и требуется удовлетворить функциональные требования, предъявляемые как к связи с имплантатом, так и к связи по телу. Одна архитектура MAC устройства с двумя разными физическими структурами приемопередатчиков показана на фиг.2.
Сеть генерирует пять разных типов трафика с разным набором требований QoS, как отмечено в Таблице 1.
Таблица 1
Класс
Описание
Требования к рабочим характеристикам
Пример приложения
Физический уровень
T0
Трафик с очень низкой скоростью передачи данных при CBR
Очень низкое потребление энергииНадежность
Кардио-стимулятор
PHY 1
T1
Трафик с низкой скоростью передачи данных при CBR
Низкое потребление энергииЗадержка пакета, требуемого приложением, например на 125 мс для мониторинга пациентаПоддержка большого количества устройств
ECGПрименение для занятий фитнесом
PHY 2
T2
Трафик с высокой скоростью передачи данных при CBR
Низкое потребление энергииЗадержка пакета
EMG
PHY 2
T3
Трафик с VBR
Задержка и нарушение синхронизацииМаксимизация степени использования полосы пропусканияЭффективность потребления энергии является не обязательной
Передача мультимедий-ных данных в режиме реального времени
PHY 2
T4
Наилучший из возможных трафик
Использование полосы пропускания
Передача файла журнала регистрации
PHY 2
Функциональное описание MAC представляет собой следующее. Предложенный MAC для сети области тела представляет собой смесь механизмов свободного доступа к каналам на основе конкуренции и без конкуренции, для использования преимущества их обоих одновременно. Временная шкала разделена на множество суперкадров, причем каждый суперкадр состоит из участка для механизмов доступа на основе конкуренции и без конкуренции. Изобретение, в частности, относиться к каналу доступа без конкуренции на основе опроса. Детали доступа на основе конкуренции предусмотрены ради полноты протокола MAC.
Структура суперкадра показана на фиг.3-5. В суперкадре временной интервал, установленный координатором, разделяют на множество частей, для того, чтобы способствовать выполнению различных способов доступа к каналу для сетевых устройств. Длительность суперкадра (SD, ДС) определяет координатор, для удовлетворения требований к связи всех подключенных к сети устройств. Суперкадр разделяют на четыре основные части, как показано на фиг.3, представляющей структуру обобщенного суперкадра, содержащего все части.
Основанный на опросе способ доступа к ресурсу и коррекции ошибок будет описан ниже со ссылкой на фиг.3-5.
Принимая, что способ доступа к ресурсу на основе конкуренции и способ доступа к ресурсу без конкуренции, оба находятся в одном суперкадре, настоящее изобретение, в основном, предлагает порядок этих двух способов и способа на основе опроса в период отсутствия конкуренции.
Как показано на фиг.3, период опроса (PP) используется координатором для обеспечения доступа к каналу на основе опроса к сетевым устройствам, путем опроса каждого устройства в соответствии с механизмом опроса и схемой опроса, используемыми для этого устройства. Этот период, в основном, используется для передачи кадров данных в и из координатора. Размер PP в суперкадре зависит от количества устройств и выделенного интервала времени (интервала выделения) для каждого устройства. Размер может изменяться или может не изменяться на протяженности суперкадров, в зависимости от используемого механизма опроса. Другими словами, PP представляет собой период для доступа к ресурсу на основе опроса, и его длина может быть определена координатором, в зависимости от количества подключенных устройств или требуемой скорости передачи данных.
Расширенный период опроса (EPP) используют для обработки дополнительной передачи данных и повторной передачи данных, требуемой устройством/координатором, в результате отбрасывания пакетов, изменения частоты поступления пакета и трафика по требованию. Другими словами, EPP используют для дополнительной передачи, если возникает повторная передача данных для поддержки данных или нерегулярные данные возникают в случае, когда ошибка передачи возникает в PP.
Интервалы выделения в EPP не являются предварительно запланированными, и их планируют в ходе работы в течение периода опроса суперкадра для устройства, для дополнительной передачи данных и/или повторной передачи кадров. Фактическая длина EPP в суперкадре не фиксирована по всем суперкадрам; она зависит от динамических требований к устройствам и условий канала. Размер EPP в суперкадре может изменяться от 0 до (SD-PP-minCAP-IP).
Период доступа в условиях конкуренции (CAP) используется для передачи данных/кадров управления/кадров администрирования в/из координатора. Механизм доступа к каналу, применяемый на этом участке, основан на конкуренции, при которой устройства вначале конкурируют при получении канала перед передачей данных. CAP может отсутствовать, если он не требуется. Длина CAP является динамической в суперкадрах. Когда он присутствует длительность CAP (если он присутствует) может изменяться от minCAP до (SD- период опроса-EPP-IP).
CAP представляет собой то же, что и обобщенный период присутствия конкуренции, и используется для передачи кадров управления/администрирования, в дополнение к передаче данных. В настоящем раскрытии длительность CAP известна от координатора до конечного устройства, благодаря использованию сообщения End of Poll (EOP - конец опроса), и она может быть уменьшена в зависимости от изменений EPP, но не может быть уменьшена ниже по меньшей мере, minCAP. Поэтому, длительность CAP может изменяться от minCAP до [SD-PP-EPP-IP] в каждом суперкадре.
Неактивный Период (IP) представляет собой необязательный неактивный участок, который может иметь суперкадр. Во время неактивного участка координатор может либо перейти в режим низкого потребления энергии или использовать неактивный период для совместного использования полосы пропускания канала с другими одновременно существующими сетями.
Каждый из PP, EPP и CAP одновременно принадлежит активному периоду (AP), и они представляют собой периоды, в которые координатор выполняет операцию доступа к ресурсу. В отличие от этого, IP представляет собой период, в который координатор находится только в состоянии приема или в состоянии перехода к состоянию ожидания для низкого потребления энергии. Этот период также может использоваться для предотвращения взаимных помех, возникающих из-за одновременно существующих пикосетей.
Сообщение конец опроса (EoP) представляет собой специальный маркер кадра, являющийся таким, как показано на фиг. 6. Координатор передает сообщение EoP после окончания PP, для объявления длительности EPP, CAP и IP.
Сообщение EOP передают в во время, когда заканчивается PP. Это сообщение, в основном, обозначает длительность CAP и IP, и обозначает даже длительность EPP, если это требуется. Положения CAP, EPP и IP могут быть представлены в "спецификации кадра".
Концепция суперкадра с фиксированной длиной, с переменной длиной, и концепция структуры без суперкадра будут описаны ниже со ссылкой на фиг.4 и 5.
После доступа к конечному устройству, координатор принимает требуемую скорость связи и тип трафика конечного устройства, и оперирует суперкадрами. Координатор может изменять способ работы PP и EPP, учитывая информацию о конечном устройстве. На фиг.4 и 5 показаны способы работы с устройством с ограничением мощности и устройством, задающим требования QoS, с разными способами работы, соответственно.
На фиг. 4 и 5 показаны структуры суперкадра с фиксированной и переменной длительностью суперкадра, соответственно. Размер суперкадра может быть фиксированным или переменным. Фиксированный суперкадр является полезным для устройств с ограничением мощности, с детерминистическим или периодическим генерированием пакетов. Фиксированный суперкадр на фиг.4 обеспечивает детерминистический план режима ожидания и активизации для устройства.
На фиг.4 конечное устройство, в котором используется PP, периодически выполняет активизацию/переход в режим ожидания и выполняет доступ в интервале выделения опроса. Хотя каждый суперкадр является постоянным, от времени передачи сообщения EOP до окончания CAP, поскольку в конечном устройстве требуется выполнять обработку ошибок или требуется дополнительная передача в PP во время EPP после сообщения EOP, EPP и CAP могут изменяться в зависимости от степени изменения. В этом способе работы, поскольку интервал выделения для конкретного конечного устройства обладает периодичностью, если конечное устройство точно активизируется по опросу, может быть достигнут эффект снижения потребляемой энергии.
С другой стороны, переменный суперкадр на фиг.5 является полезным для поддержки передачи данных из устройств с недетерминистическим и неравномерным поступлением пакетов. Как правило, немедицинские варианты применения имеют строгие требования к QoS (задержка и нарушение синхронизации). В случае переменного суперкадра, EPP не требуется, поскольку переменную длину и повторную передачу обрабатывают путем изменения размера суперкадра. На фиг.5, поскольку конечное устройство, имеющее ошибку в PP, мгновенно обрабатывается до поступления сообщения EOP, время передачи сообщения EOP не может изменяться в зависимости от степени изменчивости PP, и, таким образом, длина SD всего периода суперкадра также может изменяться. Поэтому, в этом способе операции, повторная передача, из-за ошибки, немедленно выполняется в каждом конечном устройстве, что позволяет предотвратить задержку передачи или нарушение синхронизации, и обеспечить надежность.
Также возможно, чтобы только переменный PP присутствовал в суперкадре без CAP и неактивного периода. При выполнении операции, показанной на фиг.5, если EOP не будет передан, CAP также не используется, и при этом структура суперкадра, операции в которой выполняются только в период PP, также не доступна. Передача/прием между координатором и конечным устройством полностью достигается по опросу, и участок, связанный с управлением/администрированием, обозначен, как CAP, о чем координатор иногда информирует путем передачи EOP.
В этом конкретном случае отсутствует структура суперкадра, как таковая, определенная координатором. На фиг.5 показана переменная PP без структуры суперкадра. Координатор может определить не передавать периодически EOP, и он может передавать эквивалентное сообщение широковещательной передачи по случаю, для того, чтобы способствовать определенным сетевым операциям.
В случае механизма доступа к каналу на основе опроса, для предоставления доступа канала к устройствам, координатор передает сообщение POLL, направляемое в определенное устройство. Примерный формат сообщения POLL в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения показан на фиг.7. Как показано на фиг.7, поле 70 "время включения" представляет собой 1-битное поле, которое полезно для синхронизации часов устройства с конечным устройством в фиксированном суперкадре. Поле 72 "размер окна" представляет собой поле, которое представляет пропускную способность для данных, разрешенную для конечного устройства в множестве кадров данных.
Устройство может не передавать пакет данных, может передавать одиночный пакет данных или множество пакетов данных при приеме одного сообщения POLL. Количество пакетов, которое устройство может передавать после приема сообщения POLL, координатор передает через само сообщение. Если устройство не имеет данные для передачи, устройство может передавать NULLDATA обратно координатору, в ответ на сообщение POLL. Три типа механизмов опроса используются, в соответствии с требованиями приложения устройства: запланированный доступ с опросом, задержанный доступ с опросом и незапланированный доступ с опросом.
Механизм опроса запланированного доступа по опросу представляет собой следующий. Этот механизм является особенно полезным для устройства с высокими ограничениями по мощности, для которого также требуется детерминистическое качество обслуживания. Большинство медицинских приложений в сети области тела (BAN) попадает в эту категорию. Этот механизм способствует переходу устройства в режим ожидания детерминистическим и запланированным способом, для экономии электроэнергии и одновременно обеспечивает высокую пропускную способность в случае состояний с высокой нагрузкой.
Устройство и координатор должны использовать запланированный доступ к опросу, как описано ниже.
При запланированном доступе к опросу, передача/прием возможны только в опрашиваемом интервале выделения, как показано на фиг.8, и возможна передача по восходящей линии связи, нисходящей линии связи и двунаправленной линии связи. Конечное устройство активизируется и выполняет синхронизацию в начале интервала выделения опроса, что повторяется в каждом периоде.
Координатор выделяет для каждого устройства временной интервал "интервал выделения". Устройство и координатор могут осуществлять связь только внутри интервала выделения. Интервал выделения может быть дополнительно подразделен на сегменты, и может иметь только целочисленное количество сегментов. Интервал выделения опроса может использоваться либо, как восходящую линию связи, нисходящую линию связи или двустороннюю линию связи. Устройство может иметь один или больше запланированных интервалов выделения опроса, которые охватывают те же сегменты выделения в каждый период маякового сигнала, или в каждое множество периодов маяковых сигналов. Устройство должно активизироваться в начале интервала выделения для передачи кадров координатору или для приема кадров из координатора. Устройства с запланированным доступом по опросу не обязаны прослушивать кадр маяка для синхронизации. Информация о синхронизации предоставляют в устройство через кадр опроса.
Как показано на фиг.8, координатор должен передавать сообщение 80 опроса с битом 70 "время включения", установленным для устройства в начале интервала выделения устройства, указывающего количество кадров, для которых разрешена передача опрашиваемого устройства. Устройство должно активизироваться перед его выделенным интервалом, для правильного приема сообщения опроса. После успешного приема сообщения опроса, устройство может передать максимум, вплоть до определенного количества кадров 82, 84 и 86 данных координатору. На фиг.8 иллюстрируется случай, в котором количество разрешенных кадров равно 3, и устройство передает 3 кадра данных после приема сообщения опроса, в котором количество кадров данных установлено, как 3. Передача кадра из устройства или в устройство должна начинаться за пределами выделенного интервала. Когда транзакция кадров между координатором и устройством будет закончена в течение интервала выделения, координатор может выбрать передачу сообщения опроса размером 72 окна, имеющим значение 0 на фиг.7, для того, чтобы способствовать немедленному переходу устройства в режим ожидания.
Координатор должен повторно передать сообщение опроса со значением смещения, если ни один кадр не будет принят из опрашиваемого устройства, где значение смещения обозначает задержку от начала выделенного интервала устройства. После приема кадра опроса устройство может выбрать любую политику ACK (отсутствие Ack, немедленное Ack, позднее Ack или блок Ack) для подтверждения кадров данных. Дополнительная передача данных из устройства возможна после приема нового сообщения опроса или сообщение опроса + Ack в один и тот же интервал выделения или в следующий интервал выделения устройства. Координатор должен начать транзакцию с кадром в следующем запланированном устройстве после окончания интервала выделения текущего устройства.
В течение его запланированного интервала выделения доступа к опросу, если устройство имеет больше данных для передачи, устройство может индицировать ее для координатора через "больше битов" кадра данных/управления/администрирования. Координатор может немедленно или позже в суперкадре передать сообщение опроса для предоставления выделения для дополнительной передачи кадра, со смещенным значением времени в сообщении опроса, где смещение времени представляет время для предоставления интервала выделения, для передачи дополнительного кадра.
После приема сообщения опроса, конечное устройство вначале начинает передачу по восходящей линии связи, путем определения возможного количества кадров передачи на основе значения "размера окна". В случае, когда передача одного сообщения опроса закончена, интервал выделения еще не закончен, и конечное устройство определяет, что бит "больше данных" установлен в кадре данных, координатор информирует о возможном количестве дополнительных кадров передачи, используя поле "размер окна", передавая сообщение Ack для кадра данных, вместе с сообщением опроса.
Если конечное устройство больше не содержит данных, предназначенных для передачи по восходящей линии связи, это конечное устройство передает последний кадр данных по восходящей линии связи без установки бита "еще данные". После приема этого, если координатор имеет трафик для передачи по нисходящей линии связи, координатор передает сообщение Ack, и последовательно предает кадры данных по нисходящей линии связи в конечное устройство. Конечное устройство ожидает, после передачи сообщения Ack, не будет ли установлен "размер окна" равным "0", и переходит в состояние ожидания после передачи сообщения Ack, если "размер окна" равен "0".
В случае начала запланированного выделения опроса, для получения одного или больше новых запланированных выделений опроса, устройство должно передать кадр запроса на соединение координатору, путем установления для приложения частоте поступления, задержки доступа и коэффициента надежности.
Для предоставления запланированных выделений опроса в ответ на запрос на соединение из одного устройства, координатор должен ответить кадром назначения соединения в устройство, и этот кадр имеет разные значения в поле начала интервала и в поле окончания интервала таким образом, что интервалы выделения для устройств не должны накладываться друг на друга.
Для запросов на соединение из множества устройств, координатор может предоставлять запланированное выделения опроса для множества устройств через кадр назначения группы, в кадре с разными значениями, назначенными для полей начало интервала и конец интервала каждого устройства.
Использование запланированного выделения опроса будет описано ниже. После последовательной передачи кадра назначения соединения, координатор может начать передачу опроса в устройство для инициирования устройством одной или больше транзакций с кадром, или координатор может начать инициирование транзакций с кадром с устройством, в соответствующих опрошенных интервалах выделения, предоставленных для устройства. Устройство не должно инициировать транзакцию с кадром, пока оно не получит кадр опроса.
Получатель, устройство или координатор, должен быть готов принять кадры, передаваемые отправителем, и возвращать соответствующие кадры во время интервалов выделения. Устройство или координатор должны передавать следующий кадр через pTIFS после окончания текущего кадра. Время pTIFS между двумя кадрами представляет собой время, требуемое для устройства для обработки кадра и плюс некоторое дополнительное время на переключение режимов. Устройство и координатор должны обеспечить, чтобы транзакции с кадром (включая в себя кадры подтверждения, если это требуется) находились в пределах их запланированных интервалов выделения, с учетом соответствующего времени на переключение режимов.
В случае модификации запланированного выделения опроса, устройство может модифицировать существующее запланированное выделение по опросу, передавая другой кадр запроса на соединение, устанавливающий новые требования. Координатор должен рассматривать этот запрос, как новый запрос, за исключением того, что он должен установить поле индикации изменения в его соответствующий кадр назначения соединения со ссылкой на последний кадр назначения соединения, который он переслал в устройство. В частности, если координатор отклоняет модификации, но поддерживает существующее выделение, он должен ответить кадром назначения соединения с полем индикации изменения, установленным в 0, и в других полях поддерживает соответствующие значения, содержащиеся в последнем кадре назначения соединения, переданном в устройство.
Координатор может модифицировать запланированное выделение по опросу устройства по своему усмотрению, путем передачи в устройство незатребованного кадра назначения соединения, устанавливающего новые назначения для выделения, и путем установки поля обозначения изменения в кадре со ссылкой на последний кадр назначения соединения, который он передал в это же устройство.
Координатор может модифицировать запланированное выделение по опросу множества устройств по своему усмотрению, путем передачи незатребованного кадра назначения группового соединения, устанавливающего новые соединения для этих выделений устройств, и путем установки поля индикации изменения в кадре со ссылкой на последний кадр назначения группового соединения, который он передал в тот же набор устройств.
В случае отмены запланированного выделения опроса устройство или координатор должен рассматривать существующее запланированное выделение по опросу, как отмененное после невозможности приема какого-либо кадра в последнем конечном количестве интервалов выделения для выделения. Впоследствии, координатор может повторно заявить отмененное запланированное выделение по опросу.
Устройство и координатор могут начать новую процедуру запланированного выделения опроса, как установлено в разделе (начиная запланированное выделение по опросу), для восстановления своих потерянных запланированных выделений для опроса или получения их замены.
Устройство или координатор должны рассматривать свои соединения, как отмененные, после отмены всех запланированных выделений опроса устройства с координатором.
В случае окончания запланированных выделений опроса, устройство может в любой момент времени закончить запланированное выделение по опросу путем передачи модифицированного кадра запроса на соединение, который содержит поле запроса на выделение с полями ID выделения, которые идентифицируют эти выделения, и в которых поля минимальная длина интервала и минимальная длина выделения установлены равными 0.
Координатор может, но не должен там, где это возможно, в любой момент времени закончить любое запланированное выделение по опросу устройства, путем передачи в устройство модифицированного кадра назначения соединения, который содержит поля назначения выделения с полями ID выделения, которые идентифицируют эти выделения, и с полями начала интервала и конец интервала, установленными в 0.
Способ для определения свойств конкретного сообщения, путем установки значения поля в 0, не обязательно ограничен одной конкретной схемой.
Устройство или координатор могут передать кадр разъединения, для окончания их соединения, то есть, для высвобождения ID адреса устройства, подготовки к активизации, и запланированным выделениям опроса с помощью координатора.
Механизм опроса в задержанном доступе с опросом состоит в следующем. Этот механизм, в частности, полезен для устройств, не имеющих значительных ограничений по мощности, для которых требуется очень строгое соблюдение качества услуги. Некоторые из не медицинских вариантов применения в BAN, такие, как детектирование осанки, и игровые приложения попадают в эту категорию. Однако, медицинские устройства, которые не обладают очень серьезными ограничениями по мощности и не требуют высокого качества услуги в смысле задержки и надежности, могут использовать этот механизм. Этот механизм способствует переключению этих устройств в режим ожидания менее детерминированным и запланированным способом и, поэтому, расходует немного больше энергии, чем при запланированном доступе, но поскольку он позволяет быстро обрабатывать повторные передачи отдельных устройств, из-за потери кадра, он может достичь лучших характеристик задержки, чем при запланированном доступе.
Устройство и координатор должны использовать задержанный доступ с опросом, как описано ниже.
На фиг.9 иллюстрируется задержанный доступ с опросом. Такой способ доступа пригоден для конечного устройства, требования QoS которого более высокие, чем для конечного устройства, имеющего высокие требования к питанию. Другими словами, способ доступа состоит в том, чтобы получить пользу в смысле задержки или надежности. В случае доступа с запланированным опросом, если возникает ошибка при передаче, отсутствует возможность в этом суперкадре, и конечное устройство должно ожидать, пока не поступит следующий суперкадр. Однако, в случае доступа с задержанным опросом, когда координатор передает следующее сообщение опроса, из-за ошибки при передаче кадров данных, координатор информирует свои возможности передачи путем непрерывной передачи сообщения опроса в конечное устройство, независимо от первого установленного интервала выделения. Другими словами, координатор передает сообщение опроса с размером окна, установленным больше чем или равным 1.
На фиг.9 показан сценарий, в котором, по мере того, как его повторная передача немедленно выполняется, i-ое конечное устройство последовательно выполняет повторную передачу, используя исходный интервал выделения j-ого конечного устройства, и последовательно передает сообщение опроса в j-ое конечное устройство после ожидания, продолжая, таким образом, процесс передачи.
Если i-ое конечное устройство уже испытало определенную задержку, j-ое конечное устройство должно ожидать в состоянии приема, даже, несмотря на то, что сообщение опроса не было принято в активизированном состоянии. j-ое конечное устройство ожидает максимум период D от начала интервала выделения. Поскольку координатор также знает этот период, он передает опрос в непосредственно следующее конечное устройство, без передачи дополнительного опроса, если закончился период D. Период D определяют в соответствии с процессом обработки кадра запроса/назначения.
Интервал доступа с задержанным опросом должен следовать после интервала доступа с запланированным опросом в суперкадре. Устройство может иметь один или больше интервалов выделения задержанного опроса, которые продолжаются по тем же сегментам выделения в каждый период маяка или в каждом из множества периодов передачи маяка. Устройство должно активизироваться в начале интервала выделения, для передачи кадров данных. Устройства с доступом с задержанным опросом не должны прослушивать кадр маяка для синхронизации, аналогично запланированным устройствам.
В отличие от доступа с запланированным опросом, передача кадра из/в устройство должна начинаться за пределами выделенного интервала для устройства. Для связи по восходящей линии связи, координатор может передать кадр опроса в устройство, в пределах длительности D после начала интервала выделения устройства, указывающего количество кадров, которые разрешено передать опрошенному устройству. Устройство должно активизироваться в начале выделенного интервала для приема сообщения опроса из концентратора. После успешного приема кадр опроса, устройство может передать максимум установленное количество кадров данных в концентратор.
Координатор не должен опрашивать устройство за пределами длительности D после начала интервала выделения устройства. Устройство может перейти в режим ожидания, если сообщение опроса не будет принято в пределах интервала D после начала интервала выделения. Координатор последовательно планирует устройство с задержанным доступом, и интервал задержанного доступа по опросу в суперкадре может изменяться от одного периода маяка до другого периода маяка.
В суперкадре после интервала с задержанным доступом следует сообщение EoP и период доступа в условиях конкуренции, в котором появление сообщения EoP в суперкадре зависит от фактического интервала задержанного доступа, возникшего в этом суперкадре. Длительность периода доступа в условиях конкуренции в суперкадре немедленно после интервала задержанного доступа зависит от длительности фактического интервала задержанного доступа по опросу в этом суперкадре, что ограничивает длительность периода доступа в условиях конкуренции, так, чтобы он всегда был равен или больше, чем minCAP.
В случае начала задержанных выделений по опросу, для получения одного или больше новых задержанных выделений по опросу, устройство должно передать кадр запроса на соединение координатору, когда разрешено это выполнить, таким образом, что выделение, полученное по опросу, путем установления требований кчастоте поступления, задержке доступа и коэффициенту надежности. Для предоставления задержанных выделений по опросу, координатор должен ответить, передавая кадр назначения соединения в устройство.
Для запросов соединения из множества устройств, координатор может предоставить задержанное выделение по опросу в множество устройств через кадр назначения группы, в кадре с разными значениями, назначенными для полей начало интервала и конец интервала каждого устройства, таким образом, что интервалы выделения для отдельных устройств не могут накладываться друг на друга.
В случае использования задержанных выделений по опросу, после успешной передачи кадра назначения соединения, координатор может начать, как на фиг. 9, передачу сообщения опроса в устройство для того, чтобы устройство инициировало одну или больше транзакций с кадром, или координатор может начать инициирование транзакций с кадром с устройством, в соответствующие интервалы выделения по опросу, предоставленными для устройства. Устройство не должно инициировать транзакции с кадром, пока оно не примет кадр опроса.
Получатель, устройство или концентратор, должны быть готовы к приему кадров, передаваемых отправителем и возвращать соответствующие кадры в течение интервалов выделения.
В случае модификации задержанных выделений по опросу, устройство может модифицировать существующие задержанные выделения по опросу, путем передачи другого кадра запроса на соединение, устанавливающего новые требования. Координатор должен обработать этот запрос, как новый запрос, за исключением того, что он должен установить поле индикации изменения в его соответствующем кадре назначения соединения со ссылкой на последний кадр назначения соединения, который он переслал в устройство. В частности, если координатор отклоняет модификации, но сохраняет существующее выделение, он должен ответить кадром назначения соединения с полем индикации изменения, установленным в 0, и другими полями, в которых поддерживаются соответствующие значения, содержащиеся в последнем кадре назначения соединения, переданном в устройство.
Координатор может самостоятельно модифицировать задержанное выделение по опросу устройства, путем передачи в устройство незапланированного кадра назначения соединения, который устанавливает новые назначения для этих выделений, и путем установки поля индикации изменения в кадре, со ссылкой на последний кадр назначения соединения, который он переслал в то же устройство.
Координатор может модифицировать задержанное выделение по опросу для множества устройств, по своему усмотрению, путем передачи незапланированного кадра назначения соединения группы, который устанавливает новые назначения для этих выделений устройств, и путем установки поля индикации изменения в кадре со ссылкой на последний кадр назначения соединения в группе, который он передал в тот же набор устройств.
В случае отмены задержанных выделений по опросу, устройство или координатор должны обрабатывать существующее задержанное выделение по опросу, которое было прервано после неудачного приема любого кадра в последних интервалах выделения mDelayedPollAllocationAborted при выделении. Впоследствии, координатор может повторно заявить отменные задержанные выделения по опросу.
Устройство и координатор могут начать новую процедуру задержанного выделения по опросу, как установлено в разделе (Начало задержанных выделений по опросу), для повторного установления своих потерянных выделений или получения их замен. Устройство или координатор должны обрабатывать свое соединение, как отмененное после всех задержанных выделений по опросу устройства, которое отменил координатор.
В случае окончания задержанных выделений по опросу, устройство может в любое время закончить задержанные выделения по опросу, путем передачи модифицированного кадра запроса на соединение, которое содержит поля запроса на выделение с полями ID выделения, которые идентифицируют эти выделения, и с полями длительность минимального интервала и длительность минимального выделения, установленными в 0.
Координатор может, но не должен, когда это возможно, в любое время закончить любые задержанные выделения по опросу устройства, путем передачи в устройство модифицированного кадра назначения соединения, который содержит поля назначения выделения с полями ID выделения, которые идентифицируют эти выделения, и с полями начало интервала и конец интервала, установленными в 0.
Устройство или координатор могут передавать кадр разъединения для окончания их соединения, то есть, для удаления ID адреса устройства, подготовки к активизации, и задержанных выделений по опросу с концентратором.
В случае незапланированного доступа по опросу устройство и координатор могут использовать незапланированный доступ по опросу, как описано ниже.
Для незапланированного доступа по опросу координатор не назначает интервал выделения заранее. Координатор может запросить передачу, путем обозначения количества кадров данных, которые должны быть выделены, на основе значения "размер окна", или может запросить передачу всех кадров, которые он содержит в буфере конечного устройства, используя наибольшее значение среди значений "размер окна". Предполагается, что конечное устройство всегда находится в активном состоянии при незапланированном доступе по опросу.
Координатор не назначает какие-либо предварительно выделенные интервалы для устройств с незапланированным доступом по опросу. Координатор должен передавать кадр опроса в устройство, со значением размера 72 окна в кадре опроса, где размер 72 окна позволяет устройству передавать одиночный или множество кадров данных, вплоть до значения размера 72 окна. Конкретное значение, например, OxFF, среди значений размера окна позволяет устройству передавать кадры, содержащиеся в буфере или до тех пор, пока буфер не будет опустошен.
Устройство должно оставаться в активном состоянии, для приема сообщения опроса, предназначенного для этого устройства. Координатор определяет порядок устройств для опроса с незапланированным доступом по опросу.
Координатор должен начать транзакцию с кадром со следующим устройством в списке порядка после завершения транзакции с текущим устройством. Устройство должно передать кадр запроса на соединение координатору для незапланированного доступа по опросу путем установления скорости прибытия, задержки доступа и коэффициента надежности. Для предоставления соединения, координатор должен ответить, передавая кадр назначения соединения в устройство.
После успешной передачи кадра назначения соединения, координатор может начать передачу опроса в устройство для устройства, для инициирования одной или более транзакций с кадром, или координатор может начать инициирование транзакции с кадром с устройством. Устройство не должно инициировать транзакции с кадром, до тех пор, пока оно не получит кадр опроса. Получатель, устройство или концентратор должен быть готов к приему кадров, передаваемых отправителем, и возвращать соответствующие кадры во время незапланированного доступа по опросу. Устройство или координатор должны передавать pTIFS следующего кадра после окончания текущего кадра. Координатор должен обрабатывать соединение, как отклоненное после неудачного приема любого кадра за последнее конечное количество циклов опроса. Устройство или координатор могут передать кадр разъединения для окончания своего соединения.
Схемы опроса будут описаны ниже. Различные схемы опроса или планирования MAC будут подробно описаны ниже. Координатор заканчивает активность транзакции данных с каждым устройством одно за другим циклическим образом, определенным, как цикл опроса. Сеанс определен между координатором и устройством в течение длительности, когда координатор передает первое сообщение POLL в устройство и переключается на следующее устройство. Во время сеанса координатор может передать одиночное или множество сообщений POLL для сбора данных из устройства, и переходит к следующему устройству. На основе разных состояний, координатор может перемещаться к следующему устройству. Различные состояния включают в себя, когда у устройства больше нет данных для передачи, или когда выделенный интервал заканчивается, или когда устройство уже передало свое максимально разрешенное количество кадров данных, которое установлено схемой опроса, или когда закончилось максимальное количество повторных попыток опроса, или когда возникло чрезвычайное положение в другом устройстве.
В случае структуры суперкадра устройство может выбрать выполнение его запроса в каждом i-ом (i>0) суперкадре, и координатор не должен выполнять опрос устройства в каждом суперкадре.
Координатор может собирать требуемые пакеты данных из устройства, либо путем передачи одиночного сообщения POLL, или множества сообщений POLL. Количество пакетов, которые устройство может передавать при приеме сообщения POLL, передают через само сообщение POLL. Количество пакетов, которые устройство может передавать в сеансе, определяется схемой опроса, используемой для устройства. Ниже представлены поддерживаемые схемы опроса. На фиг.10 показана передача данных на основе опроса с другими схемами, и представлены операции одиночного опроса, ограниченного опроса, и исчерпанного опроса при опросе конечного устройства координатором.
В случае одиночного опроса данных на фиг.10, один опрос передают в конечное устройство в течение периода опроса, и конечное устройство передает один кадр данных в ответ на это. Кадр данных содержит значение, которое помогает распознать порядок пакетов кадра, такой как pktSeqnumber. Это значение может использоваться для определения, является ли пакет кадров повторно передаваемым пакетом или вновь передаваемым пакетом.
В этой схеме опроса координатор должен собирать отдельные данные в сеансе с устройством. Для сбора данных из устройства, координатор передает сообщение POLL в устройство. Устройство может передавать только один кадр данных при приеме этого сообщения. pktSeqnumber 74 в сообщении POLL на фиг.7 обозначает, что все предыдущие кадры данных, включающие в себя кадр с этим номером последовательности, были успешно приняты в координаторе. Передаваемый кадр данных может представлять собой повторную передачу ранее переданного пакета, или новую передачу пакетов, в зависимости от pktSeqNumber 74, указанного в сообщении POLL. Механизм восстановления после ошибки, ассоциированный с доступом к каналу на основе опроса, детально описан в следующем разделе. Эта схема опроса, в частности, пригодна для устройств с детерминированным генерированием пакета и имеет низкие требования к задержке. Поскольку требуется собрать только одиночные данные, такая схема опроса, в основном, пригодна для способов запланированного доступа и задержанного доступа по опросу, с фиксированными структурами суперкадра.
В случае ограниченного опроса данных по фиг. 10, при приеме POLL и передаче кадров данных, можно передавать только до возможного количества кадров данных, которые определил координатор.
В этой схеме опроса координатор должен собирать множество, но ограниченное количество данных за сеанс с устройством. Для сбора данных из устройства, координатор передает сообщение POLL в устройство. Устройство может передавать кадры данных до количества пакетов, сохраненных в буфере после приема этого сообщения, когда их количество меньше, чем количество кадров данных, предоставленных координатором. pktSeqNumber 74 в сообщении POLL на фиг.7 обозначает, что все предыдущие кадры данных, включая кадр с этим номером последовательности, были приняты успешно в координаторе. Переданный кадр данных может представлять собой повторную передачу ранее переданного пакета, или новую передачу пакетов, в зависимости от pktSeqNumber 74, указанного в сообщении. Поскольку должно быть собрано детерминистическое количество множества данных, такая схема опроса, в основном, пригодна для запланированных и задержанных способов доступа по опросу с фиксированными структурами суперкадра.
В случае исчерпанного опроса данных по фиг. 10, все кадры в буфере конечного устройства должны быть переданы. Одиночный опрос и ограниченный опрос соответствующим образом выполняются при обслуживании для детерминистического трафика с запланированным доступом по опросу или задержанным доступом по опросу в фиксированном суперкадре. Исчерпанный опрос соответствующим образом обрабатывают при обслуживании для переменного трафика в структуре переменного суперкадра или в структуре с отсутствием суперкадра. Его также правильно использовать, даже когда детерминированный трафик и переменный трафик одновременно существуют в фиксированном суперкадре.
В этой схеме опроса координатор может собирать неограниченные данные в сеансе с устройством. Для сбора данных из устройства, координатор передает сообщение POLL в устройство. Устройство может передавать множество кадров данных, которое определено в поле "размер окна" сообщения POLL. pktSeqNumber 74 в сообщении POLL на фиг. 7 обозначает, что все предыдущие кадры данных, включая кадр с этим номером последовательности, были приняты успешно в координаторе. Переданный кадр данных может представлять собой повторную передачу ранее переданного пакета, или новую передачу пакетов, в зависимости от pktSeqNumber 74, установленного в сообщении. Такая схема опроса, в частности, пригодна для трафика с недетерминированным и неравномерным поступлением пакетов. Поскольку количество пакетов, которое устройство может передавать в сеансе, не является детерминированным, такая схема опроса, в основном, пригодна для незапланированных способов доступа с переменными структурами суперкадра или при их отсутствии. Схема опроса также применима с фиксированной структурой суперкадра, когда устройства с детерминированными и недетерминированными характеристиками трафика существуют одновременно.
Механизм случайного доступа должен работать в период доступа с конкуренцией (CAP) структуры суперкадра, определенной координатором. Он, в основном, используется для обмена сообщения протокола, относящегося к управлению сетью между устройством и координатором и для приложений, в которых не используется QoS. Поскольку определение несущей не является надежным во всех моделях канала и PHY, любой вариант разрешения конфликту, кроме определения несущей, может быть принят.
В случае разделения времени канала, модуль времени канала характеризуется длительностью символа. Абсолютное значение длительности символа зависит от PHY. Все механизмы доступа, подробно описанные выше, могут быть воплощены с использованием, как разделенной на сегменты, так и не разделенной на сегменты системы. В разделенной на сегменты системе время разделяют на равное количество сегментов (кратное длительности символов), и каждая передача кадра должна начинаться в начале границы сегмента. С другой стороны, в системе без разделения на сегменты, время канала не помечено, и передача кадра разрешена в любой момент времени канала.
Синхронизация часов устройства будет описана ниже со ссылкой на фиг.11.
Устройства с ограниченной мощностью, в частности, медицинские устройства, пытаются перейти в режим ожидания большую часть времени, для экономии энергии, когда не происходят транзакции с данными с координатором. Такие устройства должны синхронизировать свои режимы ожидания и планы по активизации с координатором, для приема сообщения POLL, передаваемого координатором. Поскольку устройство может только передавать данные, когда выполняется его опрос при доступе на основе опроса, синхронизация для передачи данных не требуется. Кроме того, устройства, в которых не требуется экономить электроэнергию, не имеют требований по синхронизации вообще. Требование по синхронизации применимо только для фиксированного суперкадра. В случае переменного суперкадра следующий момент времени опроса не фиксирован, и устройство должно быть активизировано все время. Частота опроса для устройства может представлять собой кратное цикла опроса, установленного координатором.
В фиксированном суперкадре конечное устройство прослушивает сообщение POLL в соответствии с циклом опроса, определенным координатором, и выполняет передачу/прием данных. Конечное устройство может непрерывно принимать множество сообщений POLL в последовательности, в пределах одного интервала выделения, когда оно однажды активизируется. Бит "время включения" установлен в первом переданном сообщении POLL из множества сообщений POLL. Только в этом случае, информация синхронизации, такая как временной штамп, включенная в принимаемое сообщение POLL, используется для коррекции синхронизации, и когда принимают другие сообщения POLL, бит "время включения" в которых не установлен, они не отражаются. В случае трафика по нисходящей линии связи координатор может передавать сообщение NULL POLL перед фактическими данными с установленным битом "время включения". Например, быть "установленным" означает, что значение бита "время включения" равно 1, и быть "не установленным" означает, что его значение равно 0.
Бит 70 "время включения" в сообщении POLL на фиг.7 используется для информирования устройства о начале интервала выделения. Кроме того, сообщение POLL может содержать значение временного штампа, если его не передают по времени. Устройство может рассчитывать следующее время POLL для синхронизации с координатором, для правильного приема следующего сообщения POLL. Устройства не используют принимаемое сообщение POLL для синхронизации, если бит "время включения" не был установлен. Устройство должно активизироваться до его следующего запланированного времени опроса, для приема следующего сообщения опроса. Длительность перед запланированным временем POLL, то есть, защитное время, через которое устройство должно активизироваться, зависит от максимального фазового сдвига синхронизации, который может возникнуть в устройстве в отношении координатора после приема последнего сообщения POLL с битом "время включения" установленным для синхронизации. Длительность между двумя сообщениями 110 и 112 POLL "время включения" называется длительностью синхронизации. В случае трафика по нисходящей линии связи координатор может передать сообщение NULL POLL перед фактическими данными с установленным битом "время включения", для синхронизации устройства. На фиг.11 поясняется синхронизация устройства при доступе на основе опроса с фиксированной структурой суперкадра.
Восстановление после ошибки будет описано ниже со ссылкой на фиг. 12.
Для обеспечения надежной передачи пакета, стандарт поддерживает два вида механизмов восстановления после ошибки: восстановление после ошибки на основе опроса (под управлением координатора), которое применимо только в трафике по восходящей линии связи с доступом к каналу на основе опроса и автоматический запрос на повторение (управляемый передатчиком), который применим как для восходящего, так и для нисходящего трафика. ARQ представляет собой обобщенный способ коррекции ошибки, и применим, как для восходящего, так и для нисходящего трафика. Однако, поскольку восстановление после ошибки на основе ARQ, не является эффективным по затратам энергии полосы пропускания, из-за дополнительной передачи пакета подтверждения, восстановление после ошибки на основе опроса обеспечивается для устройств с высокими ограничениями по мощности. Способ восстановления после ошибки на основе опроса, предложенный в настоящем изобретении, применяется только для трафика восходящего канала, который передают из конечного устройства координатору.
Кроме того, как показано на фиг.12, механизм ARQ требует повторной передачи пакета данных после того, как пакет данных или подтверждение (Ack) будет потеряно. Доступ на основе опроса не позволяет выполнять повторную передачу пакета без какого-либо отклика, принятого из координатора, в противном случае, это может привести к конфликту повторно передаваемого пакета с сообщением опроса. Ситуация, показанная на фиг.12, на которой представлена блок-схема последовательности операций, представляющая потребность в процедуре восстановления после ошибки, пригодна для доступа по опросу. Если устройство пытается выполнить повторную передачу в пределах интервалов выделения, когда ACK для кадра данных восходящего канала передачи не был принят, может возникнуть коллизия с сообщением POLL для следующего устройства 3.
На фиг.12 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая операцию механизма восстановления после ошибки для приложения с низкой скоростью передачи данных.
Большая часть приложений с низкой скоростью передачи данных включает в себя один пакет для передачи, в то время, как приложения с высокой скоростью передачи данных могут включать в себя множество пакетов для передачи во время опроса. В обычном механизме восстановления после ошибки, если сообщение Ack не было принято в пределах установленного времени, устройство выполняет повторную передачу данных. Однако, такой подход может быть невозможным в механизме доступа к каналу на основе опроса, который может передавать данные только после того, как устройство примет сообщение POLL, поскольку коллизия может возникнуть между сообщением POLL и сообщением c данными.
Как показано на фиг.12 и 13, если прием всех пакетов данных будет успешным, координатор передает сообщение Ack.
Если все пакеты данных или сообщения POLL потеряны, координатор повторно передает сообщение POLL для исключения конфликту между данными и сообщением POLL.
Если сообщение Ack будет потеряно, координатор переходит в режим ожидания после того, как следующее устройство примет сообщение POLL или через определенное время ожидания.
На фиг.13 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая операцию механизма восстановления после ошибки для приложения с высокой скоростью передачи данных. Как показано на фиг.13, если некоторые данные будут потеряны, некоторые из потерянных данных могут быть приняты путем повторной передачи сообщения POLL обратно в устройство.
Сообщение Ack и следующее сообщение POLL не могут быть объединены, и если передают меньшее количество пакетов и/или определенное количество меньших пакетов, отдельные сообщения Ack способствуют напрасному расходованию потребляемой энергии.
Восстановление после ошибки на основе опроса будет описано ниже со ссылкой на фиг.14 и 15.
Механизм восстановления после ошибки на основе опроса представляет собой интегрированную часть опроса механизма доступа к каналу на основе опроса и не требует отдельного подтверждения для передачи координатором в ответ на прием пакета из устройства. Такое восстановление после ошибки управляется координатором, и применимо только для восходящего трафика. Следующая секция относится к восстановлению после ошибки на основе опроса, в случае одиночной и блочной передачи данных, соответственно. Далее представлено подробное описание восстановления после возникновения ошибки для обработки разных типов потерь пакетов при одиночной передаче данных. На фиг. 14 и 15 демонстрируется восстановление после ошибки на основе опроса для одиночной и блочной передачи данных.
В настоящем изобретении, для трафика по восходящей линии связи, с использованием доступа по опросу, процедура восстановления после ошибки определена следующим образом. Этот способ позволяет получать эффект более эффективного использования энергии по сравнению со способом ARQ, поскольку дополнительная передача/прием сообщений ACK не требуется. Процедура восстановления после ошибки на основе опроса включает в себя одиночное восстановление после ошибки на основе опроса, блочное восстановление после ошибки на основе опроса и восстановление после ошибки на основе опроса двоичных данных. Одиночное восстановление после ошибки на основе опроса выполняют, как показано на фиг.14.
Передача, прием и повторная передача сообщения SINGLE_POLL будут описаны вначале со ссылкой на фиг. 14.
Координатор передает сообщение 130 SINGLE_POLL в устройство с номером "pktSeqNum" 74 на фиг.7, передавая запрос в устройство для передачи пакета с последовательным номером, следующим для "pktSeqNum" 74. При приеме сообщения 130 SINGLE_POLL, устройство передает одиночные данные 132 с номером последовательности, следующим после указанного "pktSeqNumber" 74, определенного в сообщении 130 SINGLE_POLL. Устройство передает кадр данных, соответствующий следующему номеру "pktSeqNum". Данные вплоть до "pktSeqNum", которые были сохранены в буфере, отбрасывают при повторной передаче.
Устройство может отбрасывать все переданные пакеты из своего буфера вплоть до номера последовательности, указанного в сообщении 130 SINGLE_POLL. В случае, когда координатор не детектирует какую-либо передачу из запрашиваемого устройства, или в случае повреждения принимаемых данных, координатор повторно передает сообщение 134 SINGLE_POLL со следующими исключениями.
В этих исключениях, транзакция с данными может быть закончена в пределах оставшегося выделенного интервала в случае запланированного доступа, в противном случае, SINGLE_POLL с тем же самым "pktSeqNum" 74 будет передан в следующем цикле опроса. Повторная передача сообщений 134 SINGLE_POLL не достигает значения maxPollreTransmission. Период опроса не удлиняется внутри суперкадра, таким образом, что остается только minCAP.
Другими словами, в случае, когда повторно передают сообщение POLL, в случае запланированного доступа POLL, если повторная передача возможна в пределах заданного интервала выделения, повторная передача сообщения POLL возможна, когда оставшийся возможный период POLL, за исключением ожидаемого периода повторной передачи, больше не уменьшает minCAP. В противном случае, попытки повторной передачи выполняют путем передачи текущего pktSeqNum в следующем периоде опроса. Повторная передача ограничена максимальным значением повторных передач, таким как maxPollreTransmission.
Передача, прием и повторная передача BLOCK_POLL будут описаны ниже со ссылкой на фиг.15. Способ восстановления после ошибки BLOCK_POLL аналогичен одиночному способу восстановления после ошибки опроса, за исключением того, что возможное количество множества кадров данных обозначено значением "размер окна" в сообщении POLL, как на фиг. 15.
Координатор передает сообщение 140 BLOCK_POLL в устройство с номером 74 "pktSeqNum" и "размером окна" 72, которое запрашивает устройство передать множество пакетов данных, установленное размером окна, с начальным номером последовательности, следующим после "pktSeqNum" 74.
При приеме сообщения 140 BLOCK_POLL устройство передает номера 142 и 144 данных, как установлено в поле 74 размер окна сообщения с номером последовательности, следующим после установленного "pktSeqNum" 74.
Устройство может сбросить все переданные пакеты из своего буфера, вплоть до номера последовательности, установленного в сообщении 140 BLOCK_POLL.
В случае, когда координатор не детектирует какую-либо передачу из опрашиваемого устройства после передачи сообщения 145 BLOCK_POLL, координатор передает сообщение 146 BLOCK_POLL с тем же или уменьшенным размером окна, только если:
- Транзакция с данными для множества пакетов может быть закончена в пределах оставшегося выделенного интервала, в случае запланированного доступа. В противном случае, сообщение 147 BLOCK_POLL с тем же номером "pktSeqNum" будет передано в устройство в следующем цикле опроса;
Повторная передача сообщений POLL не достигает значения maxPollreTransmission; и
- Период POLL не продолжается внутри суперкадра, поэтому остается только minCAP. Передача BITMAP_POLL и повторная передача будут теперь описаны со ссылкой на фиг. 15. Данный способ восстановления после ошибки блочного опроса представляет собой способ, в котором, если частичные ошибки возникают в множестве кадров данных, когда передают сообщение BLOCK_POLL, информацию о частичных ошибках передают с помощью сообщения POLL в двоичной форме.
Координатор передает сообщение 148 BITMAP_POLL в устройство, только если оно принимает частичное количество пакетов из устройства, в ответ на сообщение BLOCK_POLL, и последний пакет, принятый из устройства, не будет принят со сбросом "больше битов". Сообщение BITMAP_POLL устанавливает "pktSeqNum" 74, "window_ size" 72 и двоичные данные пакетов, которые должны быть повторно переданы.
В случае, когда координатор не детектирует какую-либо передачу из опрашиваемого устройства, координатор повторно передает сообщение BITMAP_POLL с тем же или уменьшенным размером окна, только если:
- Транзакция с данными для множества пакетов может быть закончена в пределах оставшегося выделенного интервала, в случае запланированного доступа. В противном случае, сообщение BITMAP_POLL с тем же номером "pktSeqNum" будет передано в устройство в следующем цикле опроса.
- Повторная передача сообщений POLL не достигает значения maxPollreTransmission; и
- Период опроса не расширяют внутри суперкадра, таким образом, остается только minCAP.
Восстановление после ошибки на основе автоматического запроса на повторную передачу (ARQ) также будет описано.
Восстановление после ошибки на основе ARQ пригодно, как для трафика по восходящей, так и по нисходящей линиям связи. Механизм остановки и ожидания ARQ требуется использовать для одиночной передачи данных с немедленным подтверждением, и избирательный повтор ARQ требуется использовать для передачи данных с задержанным подтверждением, которое устанавливает двоичные данные последующей передачи.
СПОСОБ 2
Уровень управления доступом к среде (MAC) отвечает за предоставление механизма доступа к каналу среди устройств, которые могут связываться друг с другом, используя совместную среду связи, без каких-либо коллизий. Разные типы трафиков данных (аудиоданные, видеоданные, передача файлов и т.д.) требуют разные типы QoS из находящегося в их основе механизма доступа к каналу. Беспроводная передача данных открыла новую эру в системах телемедицины, где медицинская информация пациента, захватываемая различными медицинскими датчиками, может быть передана через среду беспроводной связи. Это исключает громоздкие провода, повышает возможность движения пациента и способствует дистанционному мониторингу состояния пациента. Задача предоставления надежной передачи медицинских данных становится более трудной в случае беспроводной среды, поскольку системы беспроводной связи в большей степени подвержены ошибкам, чем кабельная среда.
Обработка чрезвычайных данных представляет собой одно из наиболее критических требований в любых системах телемедицины. Большая часть выполненных ранее исследовательских работ рассматривает трафик чрезвычайных данных аналогично традиционным приложениям QoS. Однако, чрезвычайные сообщения имеют сильно изменчивые свойства по сравнению с периодическими традиционными приложениями QoS, такими как потоковая передача голоса и мультимедийный трафик. Прежде всего, чрезвычайные события являются очень редкими и могут возникать один раз в несколько месяцев/лет. Поэтому, предварительное резервирование ресурсов для чрезвычайного трафика может привести к напрасному использованию сетевых ресурсов. Во-вторых, хотя чрезвычайные события возникают редко, данные такого рода являются очень нетерпимыми к задержкам. Их следует передать как можно быстрее. Следовательно, чрезвычайные данные не должны быть задержаны или отклонены, из-за динамической доступности сетевых ресурсов. В-третьих, когда возникает чрезвычайное событие, сеть (координатор), может быть не работающей.
Предложенный механизм рассматривает сеть в топологии звезды с конечными устройствами (узлами медицинского датчика) и одиночным координатором, ответственным за сбор измеряемых данных из устройств. На фиг.16 показана примерная схема начальной топологии и возникновение чрезвычайного события в узле медицинского датчика. Узел может детектировать чрезвычайную ситуацию в любой момент времени (например, ненормальную частоту биений сердца, повышенный уровень глюкозы), независимо от того, работает ли координатор или нет (занят сбором запланированных периодических медицинских данных) или нет. Чрезвычайные данные должны быть переданы координатору своевременно и надежно.
Следующие проблемы решаются с помощью предложенного способа.
Чрезвычайное событие может возникнуть раз в неделю, раз в месяц или раз в год, и в этом случае, невозможно предположить синхронизацию между устройством (узлом датчика) и координатором (сборщиком данных).
Координатор может быть в нерабочем состоянии, когда возникает чрезвычайное положение в устройстве. Кроме того, могут работать другие совместно существующие сети, и их сообщения данных/управления могут мешать чрезвычайному трафику.
Поскольку множество сетей должны одновременно сосуществовать друг с другом, канал не может фиксироваться на чрезвычайном трафике. На фиксированный канал могут воздействовать взаимные помехи, во время возникновения чрезвычайного события.
Чрезвычайные события являются чрезвычайно редкими и могут возникать только один раз в несколько месяцев/лет. Поэтому, предварительное резервирование ресурсов может привести к существенной потере ресурсов, и может снизить рабочие характеристики регулярного медицинского трафика, в случае отсутствия чрезвычайного события.
Трафик чрезвычайного события не может быть отклонен из-за ограниченных ресурсов или в случае, когда большая часть ресурсов используется.
Чрезвычайные данные должны быть переданы в пределах задержки, установленной требованиями чрезвычайного приложения.
Ниже будет представлено описание способа обработки чрезвычайного сообщения в конечных устройствах, в частности, в конечных устройствах типа имплантатов в системе BAN, как показано на фиг. 16. Чрезвычайные сообщения представляют собой такие типы трафика, которые происходят очень редко. Поэтому, предварительное выделение ресурсов для чрезвычайного сообщения может привести к существенной потере ресурсов. Однако, если чрезвычайные сообщения передавать без предварительного выделения ресурсов, неизбежно может возникнуть задержка.
Следующие проблемы решаются с помощью предложенного способа.
Предложенное изобретение не резервирует какие-либо ресурсы (временной интервал или частотный канал) для чрезвычайного трафика. Тревога в случае чрезвычайного события может быть принята/детектирована, даже когда координатор не работает, или работают другие, одновременно существующие сети. Надежная и быстрая доставка чрезвычайных данных требуется, даже когда большая часть полосы пропускания уже используется остальными узлами. Надежное детектирование чрезвычайного события требуется даже в случае, когда одновременно существуют несколько сетей.
В соответствии с предложенным способом, для обработки чрезвычайного события, ресурсы обеспечиваются заранее, но ресурсы используются для других конечных устройств, передающих общие данные, что предотвращает потерю ресурсов, и даже когда координатор обрабатывает обычные конечные устройства, чрезвычайные события могут быть обработаны без задержки. Конечно, чрезвычайные события могут быть обработаны, когда координатор находится просто в состоянии приема.
Если услуга чрезвычайного состояния требуется в случае, когда координатор должен перейти в состояние ожидания, устройство активизации должно быть установлено отдельно.
Чрезвычайные события могут возникнуть в определенных конечных устройствах в сети по фиг. 16. Например, устройство регулирования частоты сердечных сокращений может быть предназначено для передачи нерегулярности частоты сердечных сокращений во внешний координатор. Протокол MAC должен поддерживать механизм обработки чрезвычайного сообщения, для удовлетворения требований чрезвычайной услуги. Механизм обработки чрезвычайного сообщения должен иметь устройство предварительного доступа, которое обеспечивает быструю и надежную подачу чрезвычайных данных и уменьшает потребление энергии не только в координаторе, но также и в конечных устройствах.
В обычном решении были предложены способы для обработки подачи чрезвычайного сообщения. В этом случае, однако, предполагается, что приемник активирован во все моменты времени для приема некоторых возможных чрезвычайных сообщений, и отправитель и получатель работают в одном и том же канале.
Такое предположение может быть не эффективным для сети, имеющей устройства с ограниченной мощностью и низким рабочим циклом (относительной длительностью включения). В этом случае, после окончания сеанса данных, устройство переходит в режим ожидания, для сохранения энергии. Кроме того, в некоторых частотных диапазонах (например, MICS), контроллер сети выполняет LBT для выбора канала, для работы сети. Контроллер может выбирать другой канал для каждой операции в сети. Поэтому, вариант осуществления настоящего изобретения относится к доставке чрезвычайных данных в представленном выше сценарии.
Когда возникают чрезвычайные события, возможны два случая, которые включают в себя случай, когда пикосети работают (то есть, координатор находится в активном состоянии), и случай, когда пикосети не работают (то есть, координатор находится в состоянии ожидания). Их описание будет выполнено со ссылкой на фиг.17 и 18.
На фиг.17 и 18 представлена схемы передачи и приема чрезвычайных сообщений из медицинского датчика (то есть, конечного устройства 160) в координатор 162, когда координатор работает и не работает, соответственно. После приема сообщения 164 тревоги в чрезвычайном положении координатор 162 передает сообщение 166 подтверждения обратно в конечное устройство 160, в случае, если оно работает. Таким образом, конечное устройство 160, для которого не были выделены ресурсы, переходит к процессу обработки чрезвычайного положения после приема сообщения Ack, после передачи сообщения тревоги в чрезвычайном положении координатору.
С другой стороны, как на фиг.18, когда координатор 162 не работает, только модуль 170 детектора энергии поддерживают во включенном состоянии (подробности описаны ниже). Когда координатор 162 находится в состоянии ожидания, детектор 170 энергии используется, как устройство активизации.
Детектор 170 энергии находится в состоянии рабочего цикла, и процессор 174 находится в состоянии выключено. При детектировании энергии, при приходе сообщения 164 тревоги в чрезвычайном положении, детектор 170 энергии инициирует процессор 174 приемника 172, и затем координатор 162 передает сообщение 166 подтверждения обратно в конечное устройство 160. Процессор 174 включается после приема сообщения тревоги в чрезвычайном положении. Идея поддержания только детектора 170 энергии в состоянии включено (вместо всей схемы приема), когда координатор 162 не работает, экономит значительное количество потребляемой энергии в координаторе 162.
Работа стороны датчика или конечного устройства будет описана ниже со ссылкой на фиг. 19.
Когда возникает чрезвычайная ситуация, конечное устройство 160 может находиться либо в активизированном состоянии или в состоянии ожидания, независимо от состояния (рабочее или не рабочее) координатора 162. Предложенное изобретение охватывает последний случай. Обработка чрезвычайного положения для первого случая (устройство активизировано) может быть выполнена с помощью лежащего в основе механизма доступа к каналу и не находится в пределах объема настоящего изобретения. На фиг.19 представлена блок-схема последовательности операций, выполняемых конечным устройством, когда возникает чрезвычайное положение. Конечное устройство работает в схеме POLL передаваемых данных в интервале выделения после приема сообщения POLL из координатора. Однако, поскольку конечное устройство должно активно передавать чрезвычайные данные после детектирования чрезвычайного события, предпочтительно оно работает следующим образом.
Далее выполняются следующие этапы.
После детектирования чрезвычайного события на этапе 180, конечное устройство 160 устанавливает канал для передачи сообщения тревоги для чрезвычайного события на этапе 181. В частности, конечное устройство 160 выбирает частотный канал с наивысшим приоритетом. Способ выбора канала может включать в себя способ выбора любого или оптимального одного из каналов, которые устройство может поддерживать, или среди каналов, информация о которых была передана координатором, и способ выбора канала не ограничивается этим. Установка приоритетов для каналов описана ниже. Далее, на этапе 182, конечное устройство 160 передает сообщения, указывающие возникновение чрезвычайного события, координатору 162 в выбранном канале.
На этапе 183, конечное устройство 160 ожидает сообщения подтверждения (Ack) из координатора 162 в течение заданного времени, после передачи сообщений тревоги.
В случае приема Ack на этапе 184, конечное устройство 160 выполняет действие в соответствии с чрезвычайным событием на этапе 187. Другими словами, конечное устройство 160 выполняет чрезвычайные действия, то есть, действия в соответствии с инструкцией, переданной координатором 162 в сообщении Ack. В соответствии с этим, конечное устройство 160 ожидает следующего сообщения из координатора 162, или немедленно передают одни из множества чрезвычайных данных, ассоциированных с чрезвычайным событием.
Если сообщение Ack не будет принято в течение заданного времени на этапе 184, конечное устройство 160 определяет на этапе 185, достигла ли его повторная попытка максимального количество повторных попыток (Максимум повторных попыток). Если количество его повторных попыток не достигло максимального количества повторных попыток, конечное устройство 160 возвращается на этап 182 и повторяет передачу сообщений тревоги, до тех пор, пока оно не получит сообщение Ack из координатора 162 в выбранном канале.
На этапе 186, после того, как количество его повторных попыток, достигнет максимального количества повторных попыток, конечное устройство 160 выбирает другой канал для передачи сообщения тревоги, если сообщение подтверждения не будет принято из координатора 162 в предыдущем канале. В соответствии с этим, конечное устройство 160 выбирает новый канал для установки приоритета из установленного канала, и повторяет передачу сообщений тревоги, до тех пор, пока не будет принято сообщение подтверждения из координатора 162. Другими словами, конечное устройство 160 находит канал, используемый координатором 162.
Если все каналы будут исчерпаны, конечное устройство 160 выполняет всю описанные выше операции конечное количество раз, до тех пор, пока сообщение Ack не будет принято из координатора 162.
Если отклик от координатора 162 отсутствует, конечное устройство 160 объявляет ошибку и останавливает работу.
Как описано выше, если сообщение Ack не принято, конечное устройство 160 повторяет процесс повторной отправки сообщения тревоги и повторного ожидания сообщения Ack на сообщение тревоги. Если его повторная попытка превышает максимальное количество Max повторных попыток в этом процессе, конечное устройство 160 выбирает один канал из оставшихся возможных каналов, за исключением этого канала точно так же, и повторяет описанную выше операцию.
Операции на стороне координатора будут описаны ниже со ссылкой на фиг.20-22.
Когда возникает чрезвычайное событие, координатор 162 может либо работать (занят с другими узлами при связи), или может не работать. Когда координатор 162 работает, детектируют чрезвычайное событие, когда истекает время для максимального количества повторных попыток в результате принудительному конфликту. Это будет подробно описано ниже. Когда координатор 162 не работает, его детектор 170 энергии поддерживается в состоянии включено, вместо всей схемы приемника. Для дополнительной оптимизации потребления энергии, рабочие циклы детектора 170 энергии также разрешены при условии, что обеспечивается возможность детектирования чрезвычайных сообщений с требуемой надежностью. Как отмечалось выше, координатор 162 не может выполнять рабочий цикл для фиксированного канала, поскольку множество сетей должны одновременно присутствовать в пределах доступных каналов, и также сети с другими технологиями должны одновременно присутствовать в той же полосе частот. При этом возможно, что при возникновении чрезвычайного события, на некоторые из каналов воздействуют взаимные помехи от других технологий. В этом случае, чрезвычайные данные нельзя надежно передавать в этих каналах. Поэтому, отдельный канал для чрезвычайного события не может быть фиксированным. Координатор 162 всегда пытается установить рабочий цикл для канала с наивысшим приоритетом (установление приоритетов каналов, описано ниже). Эта технология значительно снижает эффективное время для детектирования чрезвычайного события.
На фиг. 20 показана блок-схема последовательности операций для последовательности действий, выполняемых координатором 162 при детектировании энергии, превышающей пороговое значение, во время рабочего цикла.
На фиг.20 иллюстрируется чрезвычайная операция, выполняемая, когда координатор 162 находится в состоянии ожидания, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На этапе 190, координатор 162 определяет, детектирован ли сигнал или энергия, или истекло ли время внутреннего таймера.
Если энергия детектируется, из-за взаимных помех (первичных или вторичных) на этапах 191 и 194, координатор 162 выполняет сканирование каналов и выбирает другой канал высокого приоритета, свободный от взаимных помех, на этапах 192-196. После детектирования энергии на определенном уровне или выше, с помощью детектора 170 энергии, координатор 162 находит канал с самым низким уровнем взаимных помех, в результате сканирования каналов, для исключения первичных или вторичных взаимных помех.
Если сообщение тревоги в случае чрезвычайного события будет принято в данном состоянии на этапе 197, координатор 162 передает сообщение подтверждения в конечное устройство 160 на этапе 198, и обрабатывает чрезвычайное событие на этапе 199.
Если время внутреннего таймера истекло, координатор 162 выполняет поиск канала с более высоким приоритетом, в котором не содержатся взаимные помехи, чем у текущего канала, и начинает установку рабочего цикла в нем. В противном случае, если он доступен, координатор 162 продолжает работу с текущим каналом.
На фиг.21 иллюстрируется чрезвычайная операция, выполняемая, когда координатор 162 находится в состоянии ожидания, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.21, после детектирования сигнала на этапе 191a, координатор 162 определяет на этапе 192a, было ли принято сообщение об тревоги в чрезвычайном положении. Если детектированный сигнал не является сообщением тревоги в чрезвычайном положении, координатор 162 определяет на этапе 193a, истекло ли время внутреннего таймера. Если время внутреннего таймера не истекло, координатор 162 повторяет описанную выше операцию. В противном случае, координатор 162 определяет на этапе 194a, является или нет детектированная энергия большей или равной порогу.
Если детектированная энергия больше или равна порогу, координатор 162 выполняет сканирование канала, такое, как выполнение LBT, и затем выбирает другой канал на этапах 195a и 196a. Если сообщение тревоге в чрезвычайном положении было принято на этапе 192a, операция на этапах 197a и 198a является той же, что и операция на этапах 197 и 198 по фиг.20.
Процесс обработки чрезвычайного положения, когда координатор не работает, описан ниже со ссылкой на фиг.23.
Устройство уведомляет о возникновении чрезвычайного события, путем передачи сообщения тревоги координатору. Устройство передает сообщения тревоги в канале, и затем ожидает сообщения Ack из координатора. Если сообщение Ack не будет получено из координатора в предыдущем канале, устройство выбирает новый канал из набора каналов, и передает сообщения тревоги. Устройство повторяет передачу сообщений о тревоге до тех пор, пока не будет получено сообщение Ack от координатора.
Со ссылкой на фиг.23 представлено описание всего набора операций, выполняемых вместе устройством имплантатом (ниже, узел датчика) и координатором для быстрой и надежной обработки чрезвычайного события в узле датчика, когда координатор не работает. На фиг.23 показана последовательность операций для примерного сценария, когда координатор не работает, и установления рабочего цикла в некоторых каналах, не содержащих помехи (не обязательно канал с наивысшим приоритетом, из-за взаимных помех), когда возникает чрезвычайное событие в устройстве имплантате (ниже, узел датчика) 212. Узел 212 датчика начинает передачу сообщения тревоги в случае чрезвычайного события в канале с наивысшим приоритетом, по предварительной договоренности между узлом 212 датчика и координатором. После передачи каждого сообщения тревоги в случае чрезвычайного события узел 212 датчика ожидает сообщения Ack. Если сообщение Ack не будет принято в пределах конечной длительности, узел 212 датчика передает сообщение тревоги для чрезвычайного события.
Узел 212 датчика, в котором возникло чрезвычайное событие, выбирает каналы по порядку качества на основе заданного списка канала между обоими концами, и передает последующие сообщения тревоги в чрезвычайном положении. Интервал между последовательными сообщениями тревоги в чрезвычайном положении определяют таким образом, чтобы узел 212 датчика мог принять сообщение ACK из координатора. Если координатор активизируется и принимает сообщение тревоги в определенный момент времени, координатор переходит к процессу администрирования чрезвычайного события, поскольку он выполняет рабочий цикл. В этом процессе, узел 212 датчика может вначале передать данные или ожидать команды из координатора.
Как только узел 212 датчика достигнет канала точно в момент, когда координатор выполняет рабочий цикл, если он передал сообщение 214 тревоги в чрезвычайном положении, координатор 210 активизируется и принимает сообщение тревоги в чрезвычайном положении и отвечает сообщением 216 Ack. Максимальное количество сообщений тревоги в чрезвычайном положении, передаваемое узлом 212 датчика, на канал, зависит от процентного соотношения рабочего цикла координатора, требований по надежности и задержке для чрезвычайного события. После приема сообщения Ack узлом 212 датчика, либо узел 212 датчика ожидает следующей команды из координатора 210, или он немедленно передает чрезвычайная операция, в соответствии с инструкцией сообщения Ack, или в зависимости от профиля чрезвычайного события, известного, как узлу 212 датчика, так и координатору 210. Следующие действия при обработке чрезвычайного события после детектирования сообщения тревоги для чрезвычайного события, представляют собой действия, зависимые от приложения, и находятся вне пределов объема данного изобретения.
Как описано выше, координатор находится в состоянии ожидания, и координатор выполняет рабочие циклы в канале, свободном от взаимных помех в состоянии ожидания. Координатор выполняет рабочие циклы таким образом, что он принимает, по меньшей мере, одно сообщение тревоги из устройства. После детектирования сообщения тревоги, координатор переключается из состояния ожидания в активное состояние (состояние чрезвычайного события), и передает сообщение Ack, для обработки чрезвычайных данных.
Обработка чрезвычайного события, когда координатор работает, используя принудительный конфликт, описана ниже со ссылкой на фиг.24 и 25.
Далее описан полный набор операций, выполняемых узлом датчика и координатором совместно для быстрой и надежной обработки чрезвычайного события в узле датчика, когда координатор работает в некотором канале, не содержащем взаимные помехи, или в канале, имеющем меньший уровень взаимных помех, когда в узле датчика возникает чрезвычайное событие. На фиг.24 и 25 показана последовательность операций для примерного сценария, когда координатор выполняет операции и находится либо в режиме бездействия, либо в занятом режиме, соответственно. На примерных чертежах представлена обработка чрезвычайного события, когда координатор работает и управляет доступом к каналу беспроводной связи, используя механизм базы опроса. Однако этот же способ принудительного конфликта применим для любого механизма доступа к каналу.
Последовательность операций, выполняемая узлом датчика, является той же, что и в предыдущих условиях, когда координатор не работает. Это связано с тем, что узлам датчика не нужно вначале определять, работает координатор или нет. Узел датчика начинает передачу сообщения тревоги в чрезвычайном положении, в канале с наивысшим приоритетом, после предварительного согласования между узлом датчика и координатором. В этом случае могут возникнуть две ситуации.
Сообщение 222 тревоги в чрезвычайном положении может быть принято координатором 210 правильно, когда координатор 210 находится на участке 220 бездействия, как показано на фиг.24. В отличие от этого, как показано на фиг.25, когда координатор 210 находится на участке 230 бездействия, если сообщение тревоги в чрезвычайном положении будет принято, это сообщение тревоги в чрезвычайном положении вступает в конфликт с другими пакетами данных/управления работающей сети, например, устройством-имплантатом 213. Когда координатор 210 находится на участке 232 бездействия и принял сообщение 234 тревоги в чрезвычайном положении, он передает сообщение 236 подтверждения в узел 212 датчика, как описано выше. С другой стороны, когда координатор 210 находится на участке 237 занятости, сообщения тревоги в чрезвычайном положении вступают в конфликт с другими пакетами управления или данных. Поэтому, координатор 210 не принимает сообщение 239 тревоги в чрезвычайном положении, успешно переданное узлами 212 датчика.
Как описано выше, когда координатор находится в активном состоянии, множество сообщений тревоги из устройств приводят к принудительному конфликту с данными координатора, вынуждая координатора прослушивать канал и принимать сообщения тревоги из устройств. После приема сообщения тревоги, после принудительного конфликта, приемник обрабатывает чрезвычайные сообщения, генерируемые в устройствах.
Далее со ссылкой на фиг.22 описана работа координатора. В этом случае в предложенном изобретении используется комбинация принудительного конфликта и истечения времени максимального количества повторных попыток, для детектирования возможных чрезвычайных событий в узле датчика.
Вначале координатор 210 может правильно принять сообщение тревоги в чрезвычайном положении на этапе 200, если он находится на участке 220 бездействия, как показано на фиг.24. В отличие от этого, как показано на фиг.23, если непрерывная передача 239 сообщений тревоги в чрезвычайном положении из узлов 212 датчика вступает в конфликт с множеством пакетов опросов или пакетов данных (принудительная коллизия), событие истечения времени максимального количества повторных передач инициируется на стороне 210 координатора на этапе 201. После детектирования конфликта, координатор 210 ожидает сообщений тревоги в чрезвычайном положении, определяя сообщения тревоги в чрезвычайном положении, как переданные из узла 212 датчика.
После истечения времени максимального количества повторных передач на этапе 201, координатор 210 приостанавливает свою нормальную работу и ожидает возможное сообщение тревоги в чрезвычайном положении из узла датчика на этапе 202. Другими словами, координатор 210 устанавливает максимальное количество повторных передач и ожидает поступления сообщения тревоги для чрезвычайного события, если данные не будут переданы вплоть до максимального количества повторных передач, в результате непрерывной ошибки передачи данных.
Если координатор 210 принимает какое-либо сообщение тревоги в чрезвычайном положении в пределах определенного периода времени на этапе 203, он передает сообщение подтверждения обратно в узел 212 датчика на этапе 205 после сохранения состояния MAC до настоящего времени на этапе 204. После этого, координатор 210 обрабатывает чрезвычайное событие на этапе 206 и возобновляет состояние MAC на этапе 207. В противном случае, координатор 210 выполняет необходимые действия (например, находит причину и выбирает новый канал) для обработки истекшего времени максимального количества повторных событий, как установлено протоколом MAC. Идея принудительного конфликта также работает, когда координатор не осуществляет работу, но другие одновременно существующие сети работают. В этом случае, сообщение тревоги в чрезвычайном положении вступает в конфликт с пакетами управления или пакетами данных других сетей и вынуждает их приостановить свою работу в результате принудительного конфликта, таким образом, что сообщения тревоги в чрезвычайном положении могут быть правильно приняты координатором предназначенной сети.
Установление приоритетов канала в координаторе будет описано ниже.
Как описано со ссылкой на фиг. 20, узел датчика передает сообщения тревоги в чрезвычайном положении, в заданном порядке каналов. При отсутствии работы, координатор всегда пытается установить рабочий цикл для свободного от взаимных помех канала с наивысшим приоритетом. При установке рабочего цикла для канала, координатор периодически выполняет поиск канала, свободного от взаимных помех с наивысшим приоритетом с помощью внутреннего таймера. Большую часть времени координатор выполняет прослушивание каналов с наивысшим приоритетом. Поэтому, когда возникает чрезвычайное событие, сообщение тревоги о чрезвычайном положении детектируется с самой малой задержкой. Порядок приоритета канала не является фиксированным. Координатор может выбрать любой порядок приоритета канала случайно и передать его в узлы датчика. Установка случайного порядка приоритета в разных сетях позволяет исключить конфликт между одновременно передаваемыми сообщениями тревоги в чрезвычайном положении в одновременно существующей сети.
СПОСОБ 3
Данный способ относится с беспроводной связи с медицинским имплантатом между имплантируемыми медицинскими устройствами, такими как датчик глюкозы, и установленном на теле внешнем программаторе/коллекторе (координаторе) данных. Предложенный способ обеспечивает возможность активизации устройства имплантата с помощью внешнего программатора. Координатор должен активизировать устройство имплантат для начала сеанса передачи данных с устройством имплантатом. Предложенный механизм внутриполосной активизации является эффективным по потребляемой энергии, надежным и быстрым, в соответствии с правилами MICS для связи с медицинскими имплантатами, определенными FCC. Имплантируемые медицинские устройства, такие как кардиостимуляторы, обычно имеют возможность передавать данные с устройством, называемым внешним программатором или коллектором данных, через радиочастотный канал телеметрии. Один вариант использования такого внешнего программатора или коллектора данных состоит в программировании рабочих параметров имплантируемого медицинского устройства и сборе медицинских данных от датчиков из имплантируемого устройства.
Имплантируемые устройства ограничены по ресурсам, в частности, в том, что касается энергии питания. Они могут использовать технологию сбора энергии, в качестве их источника энергии, или очень тонкую пленочную батарею с ограниченным запасом энергии. Кроме того, после того, как устройство будет имплантировано, батарея не может быть заряжена в течение ее срока службы. Срок службы имплантируемого устройства может составлять от нескольких часов до нескольких лет. Имплантируемые устройства нельзя содержать все время во включенном состоянии, из-за ограничения энергии. Такое ограничение требует, чтобы имплантируемое устройство находилось в режиме ожидания большую часть времени, когда передача данных не требуется между устройством и внешним программатором.
В этом случае, всякий раз, когда внешний программатор/коллектор данных желает установить некоторые параметры устройства имплантата или собрать некоторые данные датчиков из устройств имплантатов, оно должно вначале активизировать устройство и затем установить сеанс передачи данных. Одиночный внешний программатор/коллектор данных может присутствовать для обмена данными с множеством устройств-имплантатов с использованием топологии типа звезда. Здесь определение активизации означает, удостоверение в том, что устройство имплантат слушает на том же канале, выбранном координатором, для начала сеанса обмена данными. В соответствии с правилами MICS, координатор должен выполнить LBT (прослушивание перед обменом информацией) перед получением канала, для инициирования сеанса передачи данных. Координатор может получить любой канал из всех доступных каналов, независимо от канала, используемого для предыдущей передачи данных для достаточно большого расстояния между последовательными сеансами передачи данных. Вероятность получения определенного канала принята равновеликой.
Использование индуктивной связи (не радиочастотный способ) между антеннами имплантируемого устройства и внешним программатором, в качестве механизма активизации, очень ограничено, из-за его малой дальности действие (например, несколько дюймов). Настоящее изобретение пытается решить эту проблему, предлагая механизм внутриполосной активизации (той же RF (РЧ, радиочастоты) для активизации и передачи данных) таким образом, что снижаются требования к электропитанию имплантированного устройства, уменьшается задержка на активизацию и повышается надежность процедуры активизации.
Следующие проблемы решаются с помощью этого способа.
Для исключения прослушивания в состоянии бездействия и прослушивания чужих передач, которое отбирает значительное количество энергии, устройства имплантаты должны находиться в режиме ожидания так долго, насколько это возможно, для увеличения срока службы устройства. Для начала сеанса обмена данными с находящимся в режиме ожидания имплантированным устройством, требуется эффективный по энергии, менее сложный и быстрый механизм активизации. Внеполосные решения активизации требуют дополнительной схемы приемопередатчика, что увеличивает сложность и стоимость системы, и не пригодны для устройств имплантата с ограничением ресурсов. Поэтому требуется механизм внутриполосной активизации.
Нерадиочастотные механизмы активизации ограничены дальностью (несколько дюймов).
В случае множества устройств имплантатов последовательная активизация один за другим может привести к неприемлемой задержке и высокому потреблению энергии. Поэтому, требуется механизм множественной активизации (одновременной активизации множества устройств).
Отдельный канал для активизации не может обеспечиваться фиксированным образом ни для какой операции, выполняемой любым объектом в соответствии с наставлениями FCC.
В течение рабочего цикла, устройство имплантат может принимать взаимные помехи из-за передачи данных из другого устройства в сеансе передачи данных. Это может привести к дополнительному нежелательному потреблению энергии устройством.
Поэтому, настоящее изобретение направлено на то, чтобы представить способ для осуществления внутриполосной активизации MICS. Передача данных для имплантируемых медицинских устройств, с использованием полосы MICS имеет ограничения MICS и ограничения по воплощению. В соответствии с ограничениями MICS, координатор должен всегда выполнять процедуру прослушивания перед обменом информацией (LBT), перед выделением канала для начала сеанса обмена данными. Использование одной и той же радиочастоты в одном и том же диапазоне, является простым в таких средах, как датчики, из-за низкой технической и стоимостной нагрузки.
На фиг.26 показана общая последовательность операций, выполняемых координатором для выполнения задачи обмена данными с устройством(ами) имплантатом. Для начала сеанса обмена данными с устройством(ами) имплантатом, координатор должен вначале выбрать канал, свободный от взаимных помех, выполняя прослушивание перед обменом информацией (LBT) и обеспечивая то, что никакая сеть другого имплантата или первичного пользователя (лицензированного пользователя выделенного спектра) уже не присутствует в канале.
Если отсутствует свободный доступный канал, то он пытается совместно существовать с другими сетями, используя соответствующий механизм (242) совместного существования. Исходные два этапа (выбор канала и совместное существование) находятся за пределами объема настоящего изобретения. После успешного выбора (244) канала координатор должен активизировать устройство(а), с которыми он желает начать сеанс (246) передачи данных. После этого, координатор выполняет обмен данными (248) в сеансе и затем заканчивает сеанс (250). Предложенный механизм учитывает сеть с топологией типа звезда с конечными узлами (имплантированными устройствами) и одним координатором, который отвечает за сбор данных датчиков из устройств и/или установку параметров в устройствах.
На фиг.27 показана примерная схема топологии звезда и медицинские имплантированные узлы датчиков в разных состояниях.
Как показано на фиг.27, устройство имплантат может находиться в одном из трех состояний:
Активное, ожидание или отключение (глубокий сон).
В случае активного состояния устройство уже активизировано и вовлечено в связь с координатором. Режимы ожидания и активизации на макроскопическом уровне внутри блока связи отвечают за механизм доступа к каналу и находятся за пределами объема настоящего изобретения. В этом раскрытии активное состояние означает, что устройство уже активизировалось, и нет необходимости его активизации координатором.
В случае состояния ожидания, устройство выполняет рабочий цикл в режиме низкого потребления энергии (большая часть схемы приемника выключена, за исключением детектора активизации) для приема сигнала активизации.
В случае отключенного состояния, приемопередатчик устройства имплантата полностью выключен, и только внутренний таймер в устройстве работает для того, чтобы способствовать самостоятельной активизации.
На фиг.28 показана схема перехода между всеми тремя состояниями.
В случае отключенного режима, большую часть времени координатор может определять периодический план сеанса обмена данными или следующее ожидаемое время сеанса обмена данными с устройством имплантатом. Например, можно получать данные об уровне глюкозы каждый день в некоторое установленное время. В этом случае, координатор может передавать инструкции в устройство-имплантат перейти в отключенное состояние (состояние, в котором цепь приемопередатчика полностью выключена) и начинать рабочий цикл непосредственно перед следующим ожидаемым/запланированным сеансом передачи данных. Отключенный режим всегда является предпочтительным для имплантированных устройств датчиков. Однако для приложений такого типа должен обеспечиваться вариант, применение которого требует частого вмешательства внешнего программатора/ сборщика данных (координатора).
В случае механизма активизации, как уже описано выше, канал для активизации не может быть фиксированным. Для правильного приема сигнала активизации в режиме ожидания, детектор энергии устройства имплантата выполняет рабочие циклы на всех доступных частотных каналах, один за другим, периодическим образом, как показано на фиг.29. Устройство-имплантат с детектором энергии выполняет рабочие циклы, поочередно включая и выключая состояние приема от канала f1 до канала fn в соответствии с определенным периодом.
Фактическое отношение времени RxON и RxOFF, во время дежурных циклов, зависит от задержки, надежности и требований потребления энергии системой. Увеличение отношения RxON к RxOFF уменьшает задержку активизации и увеличивает надежность, и потребление энергии.
Как показано на фиг.30, координатор передает последовательные сигналы активизации в определенном канале, и если конечное устройство, которое выполняло рабочий цикл с изменением каналов, принимает сигнал активизации, начинается сеанс обмена данными. При передаче сигнала активизации, координатор передает в подключенное конечное устройство сигнал активизации с известным адресом, и передает в неподключенное конечное устройство сигнал активизации с адресом устройства. Обычно, адрес IEEE представляет собой репрезентативный адрес устройства.
В случае механизма активизации одиночного устройства, координатор должен использовать этот механизм для активизации устройства имплантата, как описано ниже.
Одноадресный механизм активизации следует использовать для активизации устройства имплантата, адрес которого известен координатору. Это может быть MAC адрес устройства или сравнительно малый логичный адрес, назначенный координатором для устройства.
Когда начинается процедура активизации, координатор должен передать сообщение активизации в устройство имплантат, которое запрашивает немедленное подтверждение, адрес узла имплантата, как адрес назначения, время начала сеанса, и приблизительную длительность сеанса, и затем ожидает подтверждения из устройства имплантата. Поле "тип" размером один бит в сообщении активизации можно использовать для различия между одним и множеством сообщений активизации (блокировки).
Если бит "тип" сброшен, считается, что сообщение представляет собой сообщение одиночной активизации. Концептуально, любой бит, доступный в заголовке, также можно использовать, как бит "тип", для экономии дополнительных требований к битам. Например, поскольку бит "больше данных", присутствующий в заголовке, является единственным применимым для кадров данных, его можно использовать, как поле "тип", для сообщения активизации, с тем, чтобы различать между сообщениями активизации и многоадресными сообщениями активизации (блокировки).
Для того чтобы активизировать неподключенное устройство с известным адресом IEEE, координатор должен передать кадр активизации в узел с политикой ACK, установленной на немедленное ACK, адресом IEEE в качестве адреса приемника в полезной нагрузке кадра активизации, длительностью сеанса и временем начала сеанса в полезной нагрузке кадра, и затем ожидать кадр ACK из узла.
Для того чтобы активизировать подключенное устройство, координатор должен передать кадр активизации в узел политики ACK, установленной на немедленное ACK, с подключенным ID, как ID получателя, и длительностью сеанса и временем начала сеанса в полезной нагрузке кадра, и затем ожидать кадр ACK из узла. Содержание полезной нагрузки сообщения активизации показано на фиг.34.
Как показано на фиг.34, сообщение активизации включает в себя адрес назначения, исходный адрес, смещение времени начала сеанса, и длительность сеанса.
В случае неудачи при детектировании подтверждения в течение конечной длительности (время, требуемое устройством имплантатом для обработки сообщения активизации и ответа с ACK), затем требуется передать другой кадр активизации в устройство. Координатор должен передавать кадры активизации, пока он не получит кадр ACK из узла, с максимальным количеством последовательных кадров активизации. Максимальное значение должно зависеть от рабочего цикла устройства имплантата в состоянии вне сеанса. Передача множества кадров активизации обеспечивает то, что устройство принимает, по меньшей мере, один кадр активизации, во время рабочего цикла. Рабочий цикл устройства имплантата не находится в состоянии сеанса в зависимости от требований к задержке активизации, надежности и потребления энергии устройством имплантатом.
Устройство-имплантат, если оно не находится в состоянии сеанса, должно выполнять рабочий цикл по всем доступным каналам, один за другим, периодически. После успешного приема сообщения активизации, устройство-имплантат должно передать подтверждение координатору. После передачи сообщения ACK устройство-имплантат должно возвратиться в состояние ожидания и должно активизироваться во время, определенное временем начала сеанса в сообщении активизации. Это значительно экономит электроэнергию устройства-имплантата, поскольку оно не ожидает длительное время свои сообщения опроса. После окончания процедуры активизации координатор может передать сообщение опроса, предоставляющее распределение по опросу для устройства-имплантата, чтобы инициировать его собственные транзакций с кадром данных.
При нахождении рабочих циклов в состоянии вне сеанса, после приема кадра активизации в канале, непредназначенное устройство-имплантат исключает этот канал для рабочего цикла, в течение длительности сеанса, установленной в кадре активизации. Устройство должно возобновить рабочий цикл в канале, после того, как истечет время сеанса. В случае, когда координатор не желает, чтобы непредназначенные устройства исключали канал из рабочего цикла, координатор может установить значение длительности сеанса, равное "0". Это, в частности, полезно, когда координатор пытается активизировать множество устройств, одно за другим, используя один механизм активизации устройства. Хотя задержка в такой процедуре выше, чем при активизации множества устройств, разница не является существенной в случае, когда количество устройств очень мало. Кроме того, при нахождении рабочего цикла в состоянии вне сеанса, после приема взаимных помех в канале, непредназначенное устройство имплантат исключает канал из рабочего цикла на фиксированное время. Устройство должно возобновить рабочий цикл в канале после истечения этого времени.
Пример показан на фиг. 31. Во время рабочего цикла в канале "2" устройство принимает сигнал активизации, который не предназначен для него и останавливает рабочий цикл в канале "2". Таким образом, когда координатор начинает сеанс передачи данных с устройством(ами)-имплантатом, все другие устройства, которые не составляют часть активного сеанса, останавливают рабочий цикл на этом канале, в котором установлен сеанс передачи данных и исключают избыточный период прослушивания чужих передач из-за регулярной передачи данных. Аналогично, если устройство принимает взаимную помеху в результате передачи данных в его собственной пикосети, в то время как оно не находится в состоянии "вне сеанса" (не часть сеанса), оно останавливает рабочий цикл в этом канале на фиксированной длительности.
На фиг. 31 иллюстрируется случай, в котором, после приема сигнала активизации, который не предназначен для него, устройство способствует выполнению операции сеанса данных между фактически обозначенным устройством и координатором, не выполняя рабочий цикл в этой полосе в течение определенного времени.
Иногда, возможно, чтобы уже проходящий сеанс передачи данных был активным с другими узлами-имплантатами, когда координатор желает активизировать устройство-имплантат. Как описано выше, для исключения прослушивания чужих передач, из-за взаимных помех, устройства останавливают рабочий цикл в канале, в котором выполняется активный сеанс. В этом случае, координатор не может передать сигнал активизации в том же канале для активизации устройства. Кроме того, если координатор будет использовать тот же канал, в котором работает активный сеанс для активизации, это приведет к чрезмерному прослушиванию чужих сигналов активизации для устройств, которые составляют часть активного сеанса. Для исключения этой проблемы, координатор выбирает новый, квалифицированный (в соответствии с инструкцией FCC) канал, не содержащий взаимные помехи, и выполняет активизацию во вновь выбранном канале. Таким образом, устройства, которые уже составляют часть активного сеанса, не принимают сигнал активизации, переданный координатором, исключая, таким образом, излишнее прослушивание чужих передач. На фиг. 30 представлен пример механизма активизации одного устройства с тремя устройствами, где координатор активизирует каждое устройство индивидуально, одно за другим.
В случае механизма активизации устройства многоадресной передачи, координатор должен использовать этот механизм для активизации множества устройств имплантатов, как описано ниже.
Предложенный способ активизации для множества конечных устройств-имплантатов описан ниже со ссылкой на фиг. 32. После выполнения рабочего цикла при изменении каналов, как на фиг. 29, конечное устройство должно принять сигнал блокировки, который координатор передает по специфичному каналу в фазе блокировки. После приема сигнала блокировки, интерпретируя значение смещения времени начала сеанса, включенное в сигнал блокировки в формате кадра активизации, как на фиг.35, в свое время начала активизации, устройство включает свой режим приема в это время, ожидая в текущем канале в состоянии "выключено", и ожидает сигнала активизации. Сигнал активизации на этапе активизации является тем же, что и сообщение при одиночной активизации.
Координатор должен был выбрать канал MICS в соответствии с инструкциями MICS и должен передать сообщения активизации в выбранном канале для активизации подключенных устройств. Подключенные устройства представляют собой те устройства, которым координатор уже назначил уникальный и групповой адрес. Многоадресная активизация имеет две фазы: блокировка и активизация или подтверждение.
Когда начинается фаза блокировки, координатор должен передать кадр блокировки (кадр многоадресной активизации) во множество подключенных узлов с политикой Ack, установленной на режим без ACK, и типом битов, установленным в 1, длительностью сеанса и временем начала сеанса в полезной нагрузке кадра. Адрес назначения кадра блокировки может либо содержать список адресов отдельных устройств или ID многоадресной передачи для группы узлов, если назначен. Содержание множества полезных нагрузок кадра активизации показано на фиг.35. Одиночная полезная нагрузка кадра активизации выполнена так, как показано на фиг.34.
Координатор должен непрерывно передавать конечное количество номеров кадров блокировки, не ожидая подтверждения (Ack) из любого подключенного устройства. Количество кадров блокировки должно обеспечить то, что каждое подключенное устройство должно принять, по меньшей мере, один кадр активизации.
Для активизации устройств, принадлежащих одной группе, координатор должен передать кадр блокировки с многоадресным ID или BroadcastID, в качестве адреса назначения.
После успешного приема кадра блокировки, предназначенное подключенное устройство должно синхронизироваться с каналом, в котором оно приняло кадр блокировки, и ожидать кадр активизации на фазе подтверждения в том же канале. Предназначенное подключенное устройство должно интерпретировать время для запуска информации поля начала сеанса как время запуска его фазы подтверждения и может стать активным только в этот момент времени, после блокировки.
На фазе "подтверждения" или "активизации", координатор должен передать кадр активизации в отдельные подключенные устройства, одно за другим, в любом желательном порядке. Следует отметить, что такие кадры активизации, представленные на фазе подтверждения, являются теми же, что используются при активизации одного устройства. Координатор должен передать один кадр активизации в подключенное устройство, с политикой Ack, установленной, как немедленный ACK, и битом типа, установленным в 1, и адресом подключенных узлов. После успешного приема кадра активизации, устройство должно передать кадр ACK координатору. После приема ACK из устройства или после истечения времени на прием ACK из устройства, координатор должен передать кадр активизации в следующее устройство по порядку. После окончания одного раунда поиска и фазы активизации, координатор должен передать кадр блокировки в устройства, которые не прислали подтверждение на фазе подтверждения. На фиг.31 показана концепция фазы блокировки и активизации (или подтверждения).
Во время рабочего цикла, в состоянии вне сеанса, после приема кадра активизации в канале, непредназначенное подключенное устройство исключает этот канал из рабочего цикла на время длительности сеанса, указанное в кадре активизации. Устройство должно возобновить рабочий цикл в канале, после того как время сеанса истечет.
На фиг.33 показан пример активизации множества устройств, когда координатор активизирует вплоть до трех устройств одновременно.
СПОСОБ 4
Данный способ относится к доступу к каналу с очень малой мощностью на основе опроса и обеспечению одновременной работы множества BAN при связи с медицинским имплантатом. Услуга связи с медицинским имплантатом (MICS) представляет собой нелицензированную услугу мобильной радиопередачи с очень малой мощностью, для передачи данных в поддержку диагностики или терапевтических функций, ассоциированных с имплантированными медицинскими устройствами. MICS позволяет отдельным лицам и медицинским работникам использовать медицинские устройства-имплантаты с очень малой мощностью, такие как электрокардиостимуляторы и дефибрилляторы, без создания помех для других пользователей электромагнитного радиоспектра. При связи с медицинским имплантатом, базовая станция (внешний программатор или коллектор данных) расположена либо на теле, или за пределами тела (в пределах ограниченного диапазона, составляющего 2-3 метра), и одно или больше медицинских имплантированных устройств формируют односкачковую сеть по схеме звезда.
IEEE уже работает над стандартом сети области тела (BAN, IEEE 802.15.6), для стандартизации всех беспроводных медицинских и немедицинских приложений, работающих внутри и вокруг тела человека. Полоса MICS (402-405 МГц) была выделена FCC для связи с медицинским имплантатом с определенными нормами для использования полосы, для исключения взаимных для первичных пользователей (пользователи метрологического спутника) в том же диапазоне. Эти правила и нормативные постановления делают конструкцию механизма доступа к каналу для связи с медицинским имплантатом отличной от традиционной конструкции MAC.
На фиг.36 показана примерная иллюстрация сети с одним уровнем MAC и двумя физическими уровнями в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Определенная сеть связи может включать в себя множество скоростей передачи данных в соответствии с разными схемами трафика, например, трафик с постоянной скоростью передачи битов, трафик с переменной скоростью передачи битов, наилучший возможный трафик и трафик для каждой схемы. Комбинации схем трафика и скоростей передачи данных могут привести к получению трафика уникального класса. Трафик каждого класса может иметь разное требование QoS. Предпочтительно разработать протокол MAC, удовлетворяющий различным наборам требований QoS. Обычное решение может быть направлено на MAC, выполненный с возможностью получения различных наборов требований QoS для трафика разных классов. Однако предполагается, что весь трафик генерируют в устройствах или системах, имеющих один и тот же физический уровень.
С другой стороны, как показано на фиг.36, настоящее изобретение относится к трафику множества классов, генерируемому из устройств (устройств имплантатов или устройств BAN) с разными физическими уровнями. Разные физические уровни означают, что приемопередатчики работают в разных частотных диапазонах (например, частота UWB (от 3,1 до 10,6 ГГц) для BAN, и медицинская частота от 401 до 406 МГц для имплантата). В настоящем изобретении предложен протокол MAC, выполненный с возможностью удовлетворения различных наборов требований QoS в сети со сценарием, показанным на фиг.36.
На фиг.37 показано примерное представление структуры одного кадра MAC с циклом опроса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
В устройстве с одним MAC и двумя PHY, MAC совместно использует время с PHY1 и PHY2. Такая конструкция гарантирует, что отдельный PHY1 и PHY2 не будут заняты одновременно, и одна из структур (PHY1 и PHY2) передачи используется MAC в определенный момент времени. Занятый период PHY1 и PHY2 обрабатывается эффективным по энергопотреблению механизмом опроса.
Ниже представлены проблемы, на решение которых направлено изобретение.
Требуется, чтобы протокол управления доступом в среде (MAC) обеспечивал возможность использования MICS для связи с медицинским имплантатом. Существующие протоколы MAC для беспроводной связи не пригодны для связи с медицинским имплантатом из-за разных требований QoS и нормативных требований FCC для использования полосы MICS.
Срок службы устройства-имплантата может находиться в диапазоне от нескольких часов до 2-3 лет, и на устройство накладываются чрезвычайно строгие ограничения по ресурсу, в частности в отношении энергии. В отличие от традиционных беспроводных сетей, трудно заряжать/заменять севшую батарею. Поэтому, максимизация срока работы устройств имплантатов становится основной задачей, оставляя количественные показатели других характеристик (например, использование полосы пропускания) вторичными. В изобретении предложен простой, основанный на отсутствии конкуренции, и с чрезвычайно низким потреблением энергии протокол управлении доступом к среде для сети имплантата с топологией типа звезда, который минимизирует напрасные затраты энергии из-за прослушивания в режиме бездействия, случайного прослушивания чужих передач, коллизий пакетов и служебных данных для управления пакетом.
Связь с медицинским имплантатом можно сравнить с сетями беспроводных датчиков, где один или больше датчиков (устройство имплантата) собирает и передает данные в узел базовой станции (внешний программатор или коллектор данных). Сущность шаблона связи, в основном, представляет собой сведение в одну точку (множества в одну) процесса сбора данных из всех или набора узлов датчиков в сети в направлении к базовой станции. Большинство протоколов MAC для беспроводной сети датчиков разработано для топологии сети с множеством скачков и не оптимизировано для односкачковой сети типа звезда, которая представляет собой первоочередную задачу медицинской связи. Конструкция, предложенная протоколом MAC, специально разработана в соответствии с топологическими требованиями передачи медицинских данных имплантатами, что делает ее простой и эффективной по потребляемой энергии.
Надежность медицинской связи является более высокой, чем в традиционных беспроводных сетях датчиков. Поэтому критически важно, чтобы требования надежности удовлетворялись любым протоколом MAC, разработанным для передачи медицинских данных. Использование текущих механизмов FEC и ARQ увеличивает сложность и требования к энергии питания устройств. Предложенный механизм доступа к каналу, не содержащему конкуренции, на основе опроса, обеспечивает встроенный механизм надежности для поддержки более высоких требований к надежности при конфликте медицинского имплантата.
Медицинские чрезвычайные события представляют собой одни из отличающихся элементов связи с имплантатом по сравнению с другими беспроводными сетями. Обработка чрезвычайных данных является критической, и они должны быть обработаны очень быстро с высокой надежностью. Предложенный MAC обеспечивает быстрый и надежный механизм доступа к каналу для обработки медицинских чрезвычайных событий.
Иногда, медицинские приложения имплантатов могут одновременно существовать с приложениями, работающим на теле человека. Другими словами, один внешний программатор с двойным интерфейсом может присутствовать для обмена данными с имплантатом, а также с устройствами, установленными на теле. В этом случае, прозрачный одиночный MAC требуется для одновременной поддержки имплантата и для связи по телу. Обычно передача медицинских данных имплантата требует более строгого обеспечения QoS, чем передача данных по телу. MAC должно обеспечивать приоритет для связи с имплантатом по сравнению со связью по телу.
FCC устанавливает некоторые ограничения по использованию канала MICS для передачи медицинских данных имплантата. Предложенное MAC соответствует нормативным законодательствам, накладываемым FCC на связь с имплантатом.
В соответствии с предстоящим стандартом IEEE для сети области тела (IEEE 802.15.6), по меньшей мере, 10 одновременно существующих сетей имплантатов должны эффективно поддерживаться протоколом MAC. Иногда может потребоваться, чтобы две или больше сетей одновременно существовали в одном канале и совместно использовали полосу пропускания, когда доступны менее чем 10 каналов. Предложенный механизм одновременного существования для связи с имплантатом также обеспечивает способ совместного использования канала между множеством одновременно существующих сетей имплантата.
Требование к связи с имплантатом является очень простым. Координатор должен собирать данные медицинских датчиков из медицинского устройства-имплантата периодически или по требованию. Как только сеанс передачи данных между координатором и устройством-имплантата является активным, длительность типичных сеансов составляет в диапазоне от нескольких миллисекунд до секунд. Координатор может выбрать множество устройств-имплантатов, как часть одного сеанса передачи данных, если данные из множества устройств должны быть собраны одновременно. Поддержка топологии типа звезда требуется для того, чтобы способствовать сеансу передачи данных с множеством устройств-имплантатов. На фиг.27 показана примерная топология типа звезда для связи с имплантатом. Устройство-имплантат находится в режиме ожидания, если оно не составляет часть активного сеанса передачи данных, пока оно не будет активизировано координатором, за исключением случая чрезвычайного события. На фиг. 26 показана предложенная последовательность операций, выполняемых координатором для установления сеанса передачи данных с устройством-имплантатом, для получения данных датчиков.
Первый этап для начала сеанса передачи данных состоит в выполнении прослушивания перед обменом информацией (LBT) по всем доступным каналам и выборе канала, не содержащего взаимные помехи для операций с данными. Если свободный от взаимных помех канал не доступен, тогда координатор должен попытаться одновременно работать с другими сетями имплантатов (пикосетью) и совместно использовать полосу пропускания с ними. Механизм одновременного присутствия для совместного использования канала будет описан ниже. После успешного выбора канала координатор должен активизировать устройство (устройства) имплантат. После установления сеанса механизм доступа к основному каналу принимает на себя и обрабатывает сбор данных из различных устройств имплантатов. После завершения операции с данными координатор прекращает сеанс, и устройства переходят обратно в режим ожидания.
Как описано выше, механизмы доступа к каналу на основе конкуренции, не пригодны для связи с имплантатом, поскольку они не являются эффективными по потреблению электроэнергии и не соответствуют правилам FCC для получения доступа к диапазону MICS. Кроме того, механизмы доступа к каналу, не содержащие конкуренции, которые основаны на периодической передаче сигналов маяка для поддержания синхронизации между устройством-имплантатом и внешним контроллером, также не соответствуют правилам FCC.
Некоторые из правил FCC для использования диапазона MICS представляют собой следующие.
Медицинское устройство-имплантат не должно передавать, за исключением в ответ на передачу из контроллера медицинского имплантата (то есть, когда возникает риск для здоровья пациента), нерадиочастотный сигнал активации по событию медицинского имплантата, генерируемый внешним устройством.
Каналы, авторизованные операцией MICS, доступны только на основе совместного использования и не будут назначены для исключительного использования любым объектом.
В течение 5 секунд перед инициированием сеанса передачи данных контроллер медицинского имплантата должен отслеживать канал или каналы, которые устройства системы MICS намереваются занять минимум по 10 миллисекунд в каждом канале (LBT или LBT+AFA)
Механизм доступа к каналу для имплантата представляет собой следующее.
Предложенный механизм доступа к каналу для связи с имплантатом является эффективным по потреблению электроэнергии, имеет малый вес и соответствует правилам MICS для связи с имплантатом. Внешний контроллер определяет статический план опроса для каждого устройства имплантата на основе потребляемой им энергии и требований QoS, и характеристик трафика. Фиксированный план опроса способствует возможности перевода в режим ожидания устройства-имплантата между последовательной длительностью опроса для дополнительной экономии потребляемой энергии. Координатор передает сообщение POLL в устройство в его запланированный момент времени. После приема сообщения опроса устройство-имплантат передает данные координатору. Координатор подтверждает прием данных, передавая сообщение ACK обратно в устройство. Эта последовательность операций заканчивает одиночную транзакцию с данными. После успешного окончания одиночной транзакции устройство имплантат возвращается в режим ожидания и активизируется непосредственно перед запланированным моментом времени опроса для приема следующего сообщения опроса. Период времени, за который устройство должно активизироваться перед его запланированным временем опроса, зависит от периода опроса и отклонения показаний часов устройства.
В случае, если множеств устройств составляют части активного сеанса передачи данных, эти устройства опрашиваются циклически. Цикл кадра для выполнения циклического опроса является фиксированным, и состоит из двух частей: период опроса и период бездействия, как показано на фиг.40. Период бездействия используется для обработки ошибки и одновременного существования с другими сетями имплантатов. Устройства могут быть опрошены, используя одну из двух следующих схем.
Схема 1: Одна частота опроса.
В этом случае, все устройства опрашивают с одинаковой частотой, определенной координатором в соответствии с максимальной скоростью прибытия пакетов среди всех устройств. В этом способе каждое устройство опрашивают в каждом цикле кадра. Этот способ является особенно полезным, когда большая часть устройств имеет однородную частоту поступления пакетов. В противном случае, устройства с низким дежурным циклом (низкая частота поступления пакетов) страдают из-за избыточного опроса, даже когда у них нет данных для передачи. Это приводит к увеличенному потреблению энергии устройств с низким дежурным циклом из-за приема дополнительных сообщений опроса.
Схема 2: Дифференциальная частота опроса.
В этом случае, устройства опрашивают в соответствии с их частотой поступления пакетов. Частота опроса для конкретного устройства всегда составляет кратное цикла кадра в степени 2. Например, если длина цикла кадра составляет Fc, частота опроса может представлять собой только Fc, 2Fc, 4Fc, 8Fc ....... Устройства с более высокой частотой опроса всегда опрашивают раньше, чем те, у которых низкая частота опроса. Такой механизм способствует простому воплощению и исключает зазор между двумя устройствами в цикле кадра, максимизируя, таким образом, период бездействия. Следует помнить, что период бездействия используется для того, чтобы способствовать одновременному существованию других сетей имплантатов в том же канале. Ближайшую частоту опроса выбирают для устройства в соответствии с его частотой поступления пакетов.
На фиг.37 показан механизм доступа к каналу с дифференциальной частотой опроса. Устройства с частотой Fc опроса опрашивают через цикл каждого кадра и устройства с частотой 2Fc опроса, опрашивают через каждые два цикла, и так далее. Этот способ полезен, когда устройства с разными частотами поступления пакетов представлены в активном сеансе данных, для сохранения электроэнергии устройств с низким дежурным циклом, из-за прослушивания чужих передач, дополнительных сообщений опроса. На фиг.38 показано примерное представление структуры кадра опроса для связи с имплантатом, в котором показан цикл опроса для PHY 1. Каждый цикл опроса включает в себя занятый период и период бездействия. Устройства опрашивают во время цикла опроса. Устройства имеют разные частоты опроса на основе частоты поступления данных устройств. Например, устройство 1 опрашивают с частотой в два раза большей, чем устройство 2 и устройство 3. Устройство с более высокой частотой опроса опрашивают раньше, чем устройства с более низкой частотой опроса, для исключения формирования времени бездействия в цикле опроса. Это помогает лучше управлять планом ожидания и активизации для устройств, что помогает обеспечивать низкое потребление электроэнергии устройствами.
На фиг.39 показано примерное представление структуры кадра опроса для связи по телу, в которой показан цикл опроса для PHY 2. Цикл опроса включает в себя период опроса, период конкуренции и период бездействия. Устройства опрашивают во время цикла опроса. Устройство, генерирующее данные с постоянной скоростью передачи битов (CBR), имеет фиксированное время опроса в период опроса, и устройство, генерирующее трафик с переменной скоростью передачи битов (VBR), может иметь переменное время опроса в период опроса. Фиксированное время опроса помогает обеспечить более низкое потребление электроэнергии в устройствах. Устройствам выделяют длительность передачи на основе скоростей прибытия. После опроса, устройство может передавать данные в течение выделенной длительности. Такое выделение помогает обеспечить низкое потребление энергии и удовлетворяет требованиям QoS приложения.
-2
Некоторые из приложений имеют высокие требования к надежности. Такие приложения могут допускать частоту ошибок в пакете не выше 10. Протокол MAC требуется для обеспечения механизма восстановления после ошибки, для достижения требуемой надежности.
Что касается управления электропитанием, переход в режим ожидания и активизация в течение суперкадра(ов) описаны ниже.
Механизмы доступа к каналу с запланированным и задержанным опросом способствуют переходу устройства в режим ожидания между его последовательными опросами. Длительность времени, которую устройство может находиться в режиме ожидания, зависит от скорости его опроса. Устройство не должно активизироваться в каждом суперкадре, если его опрашивают через множество суперкадров. После того, как устройство активизируется в период опроса, оно может вернуться обратно в режим ожидания как можно раньше с другими установками экономии энергии.
Поток планирования состояния ожидания устройства, основанный на бите "ожидания" в принимаемом сообщении POLL, описан ниже со ссылкой на фиг.46.
После приема сообщения POLL на этапе 451, после активизации на этапе 450, устройство передает данные на этапе 452.
Варианты выбора сохранения энергии обеспечивают гибкость для устройства при сохранении электроэнергии. Другой уровень вариантов выбора сохранения энергии способствует тому, что устройство, как можно скорее, возвращается обратно в режим ожидания после окончания транзакции с данными с координатором. Как показано на фиг.45, существуют четыре разных уровня, и каждый уровень определяет, насколько рано устройство может вернуться обратно в режим ожидания после передачи данных, запрашиваемой координатором через сообщение опроса.
В случае Уровня 1 на фиг.45, устройство может непосредственно перейти в режим ожидания после передачи запрашиваемого количества пакетов данных координатором на этапе 454, если бит "ожидания" в принятом сообщении POLL установлен на этапе 453.
В случае Уровня 2 на фиг. 45, если бит "ожидания" не установлен в принятом сообщении POLL на этапе 453, устройство может ожидать сообщения NULL_POLL из координатора, для перехода обратно в режим ожидания после передачи запрашиваемого количества пакетов данных координатором. Если сообщение NULL_POLL будет принято на этапе 455, устройство может вернуться обратно в режим ожидания.
В случае Уровня 3 на фиг.45, устройство ожидает до тех пор, пока не будет закончен интервал выделения, если сообщение NULL_POLL не будет принято, в случае запланированного доступа. После этого, устройство определяет на этапе 456, закончен ли интервал выделения, выполняя запланированный опрос. Таким образом, устройство может перейти обратно в режим ожидания после окончания интервала запланированного доступа.
В случае Уровня 4 на фиг.45, устройство ожидает сообщения POLL следующего устройства, если интервал выделения не будет закончен на этапе 456. В случае доступа с задержанным опросом устройство может вернуться обратно в режим ожидания на этапе 454, после получения сообщение POLL для следующего устройства на этапе 457.
В одиночном MAC, иногда, приложения медицинских имплантатов могут сосуществовать с медицинскими приложениями для установки на теле. Другими словами, один внешний программатор может быть выполнен с возможностью обмена данными с имплантатом, а также с устройствами, установленными на теле, через двойные PHY интерфейсы. В этом случае, требуется прозрачный одиночный MAC для одновременной поддержки имплантата и связи по телу. Большая часть современных MAC, хотя и поддерживают множество PHY, но не в одно и то же время. Это уникальное требование одновременного выполнения передачи медицинских данных, как для имплантата, так и для работы на теле, накладывает требование к одиночному прозрачному MAC, работающему по двум PHY. К сожалению, не всегда возможно разработать один PHY, как для имплантата, так и для приложения на теле, из-за разницы между моделями канала внутри тела и на теле.
Один из способов достижения этого состоит в том, чтобы два экземпляра MAC работали независимо по отдельному PHY в одном модуле обработки. Такая концепция показана на фиг. 41. Такой вид воплощения требует использовать высокопроизводительный процессор для поддержки множества экземпляров MAC, работающих одновременно, что увеличивает сложность и стоимость системы. Кроме того, наиболее вероятно, MAC и PHY совместно устанавливаются в одной аппаратной микросхеме; в этом случае очень трудно воплотить два состояния MAC в аппаратном средстве. Программные решения являются медленными и требуют использования дополнительного менеджера задач для переключения между двумя состояниями MAC, что приводит к дополнительному увеличению служебных команд в контексте переключения.
Предложенная схема одиночного MAC для работы с одновременным выполнением операций по множеству PHY использует совместное использование времени между двумя PHY. Как показано на фиг.42, существует только один экземпляр MAC, который работает с обоими PHY с разделением времени. Этот подход является простым и не требует использования высокопроизводительного процессора для обеспечения работы протокола MAC. Данный способ представляет собой всего лишь применение к сети с топологией типа звезды, где один узел (внешний контроллер) управляет выделением ресурса для имплантата и устройств на теле.
В предложенной конструкции с одним MAC устройство-имплантат получает более высокий приоритет, чем устройство на теле. Устройство на теле будет использовать период бездействия цикла кадра имплантата, как показано на фиг. 43. Хотя этот подход не является очень эффективным с точки зрения использования полосы пропускания, он позволяет обеспечить одновременную работу имплантата и устройства на теле одновременно простым и эффективным для экономии энергии способом.
На фиг.43 показан пример структуры кадра с одним MAC.
Механизм доступа к каналу на основе опроса предложен для T0, T1, T2 и T3, и механизм доступа к каналу на основе конкуренции предложен для T4. Архитектура с одним MAC предложена для T0, T1, T2, T3 и T4.
В варианте осуществления настоящее раскрытие относится к архитектуре с одним MAC для T0, T1, T2, T3 и T4. В одном варианте осуществления настоящее раскрытие относится к механизму опроса, эффективному по потребляемой энергии для T0, T1, T2 и T3. В одном варианте осуществления настоящее раскрытие относится к механизму восстановления после ошибки пакета для T0, T1, T2 и T3. В одном варианте осуществления настоящее раскрытие относится к обработке чрезвычайных сообщений в сети с трафиками T0 и T1. В одном варианте осуществления настоящее раскрытие относится к активизации одиночного и множества устройств в сети с трафиками T0 и T1. В одном варианте осуществления настоящее раскрытие относится к одновременному существованию множества пикосетей, генерирующих трафик типа T0. В одном варианте осуществления настоящее раскрытие относится к выполнению различного набора требований QoS классов T0, T1, T2, T3 и T4 трафика с помощью предложенного механизма доступа к каналу на основе опроса.
При работе координатора с одним MAC, в присутствии имплантата и устройств на теле одновременно, координатор устанавливает одиночную сеть с топологией типа звезда для всех устройств (имплантата и установленных на теле). Цикл опроса определяют для завершения операции транзакции данных с устройствами, на основе требований QoS, как для имплантата, так и устройств на теле, количества устройств имплантатов и устройств на теле и скорости передачи данных PHY для каждого интерфейса.
Устройства-имплантаты опрашиваются первыми для установки более высокого приоритета, чем для приложений на теле. Период опроса для устройств на теле зависит от динамических требований приложений имплантатов. Повторная передача устройств-имплантатов из-за потери пакета обрабатывается до того, как будет выполнен переход к опросу устройств на теле. После окончания периода опроса имплантатов координатор сохраняет информацию контекста для устройств-имплантатов и повторно загружает контекст устройств на теле для продолжения опроса устройств на теле, и наоборот.
В случае одновременного присутствия пикосетей в соответствии с техническими требованиями IEEE для сети области тела (BAN), по меньшей мере, 10 пикосетей имплантатов должны иметь возможность одновременного существования в пределах ограниченного пространства размером 6×6×6 кубических метров. Иногда бывает, что все 10 каналов диапазона MICS (402-405 МГц) не доступны из-за присутствия первичных пользователей или других источников шумов. В этом случае становится необходимым одновременное существование двух или больше сетей имплантатов (пикосетей) в одном канале на основе разделения времени.
Предложенное изобретение обеспечивает механизм для поддержки одновременного существования множества пикосетей в одном канале. Эффективность предложенного механизма зависит от топологических изменений и от нагрузки на пикосеть. Ниже представлены операции, выполняемые внешним контроллером для запуска пикосети и попытки одновременного присутствия с другими сетями. Блок-схема последовательности операций предложенного протокола показана на фиг.44.
Внешний контроллер выбирает канал на этапе 430.
После этого, на этапе 431, внешний контроллер выполняет прослушивание перед обменом информацией (LBT) в течение времени, определенного правилами FCC. На этапе 432, внешний контроллер определяет, является ли канал свободным. Если канал не свободен, внешний контроллер определяет на этапе 436, были ли исчерпаны все каналы. Если не все каналы были исчерпаны, то есть, если канал будет занят, внешний контроллер выбирает другой канал на этапе 430, и повторяет операцию. Если этот канал свободен, внешний контроллер передает сообщение запроса на подтверждение присутствия другой пикосети на этапе 433.
Если ответ на сообщение запроса не будет получен на этапе 434, внешний контроллер запускает пикосеть по выбранному каналу на этапе 439. Если ответ будет получен, внешний контроллер выбирает новый канал путем сбора статистики пикосети на этапе 435.
Если все каналы исчерпаны, и свободный канал не доступен, делается попытка одновременного существования с другими существующими пикосетями. Если все каналы исчерпаны и отсутствует свободный канал, на этапе 436, внешний контроллер делает попытку сосуществования с другими существующими пикосетями. Соответственно, на этапе 437, внешний контроллер определяет, может ли он разделять время с другими пикосетями. Если разделение по времени с другими пикосетями невозможно, внешний контроллер выбирает канал, имеющий самый низкий уровень мощности на этапе 440. В противном случае, если разделение времени с другими пикосетями возможно, внешний контроллер выполняет обмен сообщениями с пикосетью для совместного использования канала на этапе 438.
На фиг. 45 показан план ожидания и активизации с разными уровнями вариантов выбора экономии энергии. На фиг. 46 показана блок-схем последовательности операций для планирования состояния ожидания в устройстве на основе бита "ожидания" в принятом сообщении POLL.
Варианты осуществления настоящего раскрытия относятся к использованию встроенной системы для воплощения описанных здесь технологий. В одном варианте осуществления эти технологии выполняют с помощью процессора, используя информацию, включенную в запоминающее устройство.
Такая информация может быть считана в оперативное запоминающее устройство с другого машиночитаемого носителя информации, такого, как устройство сохранения информации. Информация, включенная в запоминающее устройство, обеспечивает выполнение процессором способа, описанного здесь.
Термин "машиночитаемый носитель информации", используемый здесь, относится к любому носителю, который участвует при предоставлении данных, которые обеспечивают работу устройства определенным образом. В одном варианте осуществления, который выполняют с использованием компьютерной системы, используются различные считываемые устройством носители информации, например, при предоставлении информации для процессора, для выполнения. Машиночитаемый носитель информации может представлять собой носители информации. Носители информации включают в себя, как энергонезависимый носитель, так и энергозависимый носитель информации. Энергонезависимый носитель информации включает в себя, например, оптические или магнитные диски, такие как модуль сохранения сервера. Энергозависимый носитель включает в себя динамическое запоминающее устройство. Все такие носители информации должны быть материальными для обеспечения возможности детектирования информации, записанной на носителе, с физическим механизмом, который считывает информацию в устройство.
Стандартные формы машиночитаемого носителя информации включают в себя, например, гибкий диск, дискету, жесткий диск, магнитную ленту или любой другой магнитный носитель, CD-ROM (постоянное запоминающее устройство на компакт-диске), любой другой оптический носитель, перфокарты, перфоленту, любой другой физический носитель со структурами отверстий, RAM (оперативное запоминающее устройство), PROM (программируемое постоянное запоминающее устройство) и EPROM (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), FLASH EPROM (СППЗУ типа флэш), любая другая микросхема памяти или картридж.
В другом варианте осуществления машиночитаемый носитель информации может представлять собой среду передачи, включающую в себя коаксиальные кабели, медный провод и оптоволоконные линии, включающие в себя провода, которые включают в себя шину. Среда передачи также может принимать форму акустических или световых волн, таких как генерируемые при передаче данных с использованием радиоволн и инфракрасной передаче данных. Примеры машиночитаемого носителя информации могут включать в себя, но не ограничены этим, несущую волну или любую другую среду, с которой компьютер может считывать, например, программное обеспечение в режиме онлайн, ссылки загрузки, ссылки установки и ссылки онлайн.
В предшествующем описании настоящее раскрытие и его преимущества были описаны со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные модификации и изменения могут быть выполнены без отклонения от объема настоящего раскрытия. В соответствии с этим описание и чертежи следует рассматривать как иллюстративные примеры настоящего раскрытия, а не в ограничительном смысле. Все такие возможные модификации предназначены для включения в объем настоящего раскрытия.