ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА С ПОМОЩЬЮ ПЛАНА ПРИОРИТЕТНОСТИ
REDISTRIBUTION OF SPECTRUM BY MEANS OF PRIORITY

Настоящая заявка относится к медицинскому мониторингу и устройствам медицинских данных для отслеживания физиологического состояния пациента. Она находит конкретное применение в использовании плана приоритетности для перераспределения спектра.
Быстрое развитие физиологических датчиков, интегральных схем малой мощности и беспроводной связи обеспечило возможность применения нового поколения медицинских телесных локальных сетей (MBAN) для мониторинга пациентов. MBAN обеспечивают беспроводной мониторинг пациента (МП) при низкой стоимости, без неудобств и угроз безопасности, связанных с проводными соединениями, о которые может спотыкаться медицинский персонал или которые могут разъединяться таким образом, что теряются медицинские данные. В технологии MBAN несколько датчиков низкой стоимости закрепляют в различных местах на пациенте или вокруг него, и эти датчики снимают показания физиологической информации пациента, такой как температура пациента, пульс, уровень глюкозы в крови, электрокардиографические (ЭКГ) данные или тому подобное. Датчики координируются по меньшей мере одним ближайшим концентратором или шлюзом для формирования MBAN. Концентратор или шлюз взаимодействует с датчиками с помощью встроенных радиоустройств беспроводной связи малого радиуса действия, например, соответствующих протоколу стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee) беспроводной связи малого радиуса действия. Информация, собранная датчиками, передается на концентратор или шлюз через беспроводную связь малого радиуса действия MBAN, устраняя таким образом необходимость в кабелях. Концентратор или шлюз передает собранные данные пациента на центральную станцию мониторинга пациента (МП) через проводную линию связи или беспроводную линию связи с большим радиусом действия для централизованной обработки, отображения и хранения. Сеть большого радиуса действия может, например, включать в себя проводной Ethernet и/или беспроводной протокол, такой как Wi-Fi или некоторый собственный протокол беспроводной сети. Станция МП может, например, включать в себя электронную базу данных учета пациентов, отображать устройства, расположенные на станции медсестры или в другом месте в медицинском учреждении, и так далее.
Отслеживание с помощью MBAN позволяет получить физиологические параметры пациента. В зависимости от типа параметра и состояния пациента, получаемые данные могут варьироваться от важных (например, в случае мониторинга здорового пациента, выполняющего курс фитнеса) до жизненно важных (например, в случае пациента в критическом состоянии в отделении интенсивной терапии). Из-за этого предъявляется жесткое требование к надежности беспроводных линий связи MBAN ввиду медицинского содержания данных. Однако текущее распределение спектра и технические регламенты для медицинской беспроводной системы связи не отвечают строгим требованиям MBAN, в том числе по устойчивости линий связи, используемых в медицине, крайне малому потреблению мощности и низкой стоимости, либо в связи с ограниченной пропускной способностью или неуправляемым уровнем помех.
Сети беспроводной связи малого радиуса действия, такие как системы MBAN, как правило, подвержены помехам. Пространственно-распределенный характер и обычно ситуативное формирование сетей малого радиуса действия может привести к существенному пространственному перекрытию различных сетей малого радиуса действия. Количество каналов связи малого радиуса действия, выделяемых для систем связи малого радиуса действия, также обычно ограничено государственными нормативными документами, типом сети или другими факторами. Сочетание перекрытия сетей малого радиуса действия и ограниченного спектрального диапазона (или количества каналов) может привести к коллизиям между передачами различных сетей малого радиуса действия. Эти сети также могут быть восприимчивы к радиочастотным помехам от других источников, в том числе от источников, которые не аналогичны системам связи малого радиуса действия.
Политика регулирования частотных спектров направлена на повышение эффективности использования спектра. Одним из способов повышения эффективности является выделение периодически доступного спектра специально для применений MBAN и услуг как вторичных пользователей спектра, который был ранее выделен другим услугам на первичной основе. Основная идея периодически доступного спектра состоит в том, чтобы позволить вторичным пользователям рационально использовать спектр, которые были ранее выделены основным пользователям до тех пор, пока такие вторичные пользователи не вносят недопустимые помехи для основных пользователей. Например, в США было предложено открыть для услуг MBAN как вторичных пользователей диапазон 2360-2400 МГц (спектр MBAN), в настоящее время назначенный для других пользователей. Похожие предложения были сделаны или как ожидается, будут сделаны в других странах. Широкая полоса пропускания, отсутствие интерференции и хорошие свойства распространения для спектра MBAN будет отвечать строгим требованиям для систем связи, соответствующих требованиям, принятым в медицине. Для достижения сосуществования основных пользователей и вторичных пользователей, будут наложены некоторые ограничения (или требования нормативных документов, регулирующих спектры) на использование спектра вторичными пользователями.
Например, когда выделенный спектр MBAN используется на вторичной основе, вторичным пользователям придется защищать основного пользователя в этом спектре. Например, для защиты основных пользователей, вторичным пользователям часто требуется обеспечивать надлежащие механизмы освобождения спектра основного пользователя, когда основной пользователь хочет использовать спектр. Чтобы этого достичь, необходимы механизмы их осуществления. Настоящая заявка предлагает интегрировать такой механизм в системы MBAN для обеспечения соответствия регламентам MBAN.
Простейший механизм перераспределения спектра включает в себя отправку и прием запросов на перераспределение запросов через сетевое соединение. Например, как только координирующее устройство MBAN принимает запрос спектра от основного пользователя, координирующее устройство MBAN отправляет запрос на перераспределение спектра на транзитные точки доступа (AP), через сетевое соединение больницы. В ответ на прием перераспределения запросов от координирующего устройства MBAN, транзитная AP пересылает запрос всем устройствам концентратора MBAN, которые подключены к транзитной AP через транзитные линии связи. Устройство концентратора MBAN затем отключает каналы в пределах спектра MBAN, запрошенных основным пользователем. Если устройство концентратора MBAN работает в пределах перераспределенных каналов MBAN, устройство концентратора MBAN инициирует динамический выбор канала для того, чтобы выбрать новый канал, отличный от перераспределенного спектра. Как только устройство концентратора MBAN выбирает новый канал MBAN, он передает команду переключения канала своим соответствующим устройствам MBAN в сети MBAN для перемещения сети MBAN на новый канал. После того как все сети MBAN закончат свои операции переключения каналов, спектр MBAN, запрошенный основным пользователем, освобождается и готов для основного использования.
Однако это решение имеет проблемы с производительностью из-за уровня неотложности и требований к качеству предоставляемых услуг и потенциального количества сетей MBAN в лечебном учреждении. Например, может возникнуть ситуация, когда существуют две сети MBAN: MBAN A, работающая на канале 1, и MBAN B, работающая на канале 2. MBAN A несет услугу с высокой степенью неотложности и MBAN B несет услугу с низкой степенью неотложности. В качестве примера, каналы 1 и 2 находятся в пределах перераспределяемого спектра MBAN, а каналы 3 и 4 являются как бездействующими, так и внешними по отношению к перераспределяемому спектру MBAN, и канал 3 имеет лучшее качество (т.е. меньший уровень внутриполосных помех и шума), чем канал 4. Если основной пользователь запрашивает перераспределение спектра MBAN каналов 1 и 2, координирующее устройство MBAN передает запросы на перераспределение спектра от транзитной AP на устройство концентратора MBAN из MBAN А и B (называемые концентратор А и концентратор B соответственно). В ответ на прием запроса на перераспределение, концентратор А и концентратор B независимо выполняют сканирование каналов и операцию динамического выбора канала (т.е. путем распределения пути). Существует вероятность, что оба концентратор А и концентратор B обнаруживают, что канал 3 находится в режиме ожидания и выберут его. Поэтому MBAN А и MBAN B совмещаются на канале 3 и их передачи могут сталкиваться друг с другом, даже если доступны два ожидающих канала (каналы 3 и 4). Коллизии ухудшают производительность обеих MBAN А и MBAN B. В другом случае MBAN B может инициировать динамический выбор канала раньше, чем MBAN А и выбрать канал 3 в качестве своего нового канала из-за лучшего качества канала. Если MBAN А инициирует динамический выбор канала, канал 4 оказывается единственным доступным каналом и MBAN А останется работать на канале 4, который имеет худшее качество по сравнению каналом 3, даже если он имеет более высокий уровень неотложности, чем MBAN B. Это может ухудшить рабочие характеристики MBAN А в отношении качества обслуживания.
Настоящая заявка обеспечивает новые и улучшенные систему и способ перераспределения спектра, которые преодолевают вышеупомянутые и другие проблемы.
В соответствии с одним аспектом предложена медицинская система. Медицинская система включает в себя одну или более систем медицинских телесных локальных сетей (MBAN). Каждая система MBAN включает в себя одно или более устройств MBAN, которые получают и передают данные пациента через устройство концентратора по каналу беспроводной связи малого радиуса действия. Передача данных пациента по каналу беспроводной связи малого радиуса действия осуществляется в пределах заданного спектра. Один из спектров является спектром, принадлежащим основному пользователю-третьей стороне. Устройство концентратора принимает данные пациента, переданные одним или более устройствами MBAN, и осуществляет связь с центральной станцией отслеживания посредством связи с большим радиусом действия. В ответ на запрос основным пользователем-третьей стороной спектра основного пользователя-третьей стороны устройство концентратора перераспределяется на другие спектры на основании приоритета уровня неотложности услуг, передаваемых каждым устройством концентратора.
В соответствии с другим аспектом, предложен способ. Способ включает в себя этапы, на которых собирают данные пациента посредством одного или более устройств медицинской телесной локальной сети (MBAN), передают собранные данные пациента от одного или более устройств MBAN через систему MBAN в устройство концентратора по каналу беспроводной связи малого радиуса действия, причем передача данных пациента по каналу беспроводной связи малого радиуса действия осуществляется в пределах заданных спектров, причем один из спектров является спектром, принадлежащим основному пользователю-третьей стороне, передают собранные данные пациента от устройства концентратора на центральную станцию отслеживания посредством связи с большим радиусом действия; принимают запрос на перераспределение спектра от координирующего устройства MBAN, запрашивающего спектр основного пользователя-третьей стороны; и перераспределяют системе MBAN другие спектры на основании приоритета уровня неотложности услуг, передаваемых каждым устройством концентратора.
Одно преимущество заключается в безопасном, быстром и энергоэффективном перераспределении спектра устройств MBAN с помощью систем MBAN.
Другое преимущество заключается в сниженной или исключенной вероятности потери критических медицинских данных, полученных системой MBAN.
Другое преимущество заключается в повышении эффективности организации процесса оказания медицинских услуг, безопасности и улучшенных клинических результатах.
Другие дополнительные преимущества настоящего изобретения будут понятны специалистам в данной области техники при прочтении и понимании нижеследующего подробного описания.
Изобретение может принимать форму различных компонентов и конфигураций компонентов, а также различных этапов и сочетаний этапов. Чертежи служат лишь для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны истолковываться как ограничивающие изобретение.
На Фиг. 1 схематически представлена система медицинской телесной локальной сети (MBAN) в соответствии с настоящей заявкой.
На Фиг. 2 схематически представлена приоритетная процедура окна конкурентного доступа в соответствии с настоящей заявкой.
На Фиг. 3 представлена блок-схема последовательности операций системы MBAN в соответствии с настоящей заявкой.
Как показано на Фиг. 1, каждая медицинская телесная локальная сеть 10 (MBAN) из множества MBAN включает в себя множество устройств 12, 14 MBAN и соответствующее устройство 16 концентратора. Устройства 12, 14 MBAN взаимодействуют с соответствующим устройством концентратора 16 по протоколу беспроводной связи малого радиуса действия. MBAN 10 также иногда называется в соответствующей литературе другими эквивалентными понятиями, такими как телесная локальная сеть (BAN), сеть телесных датчиков (BSN), персональная сеть (PAN), мобильная самоорганизующаяся сеть (MANET) или тому подобное - понятие медицинской телесной локальной сети 10 (MBAN) следует понимать как охватывающее эти различные альтернативные понятия.
Иллюстративные MBAN 10 включают в себя два иллюстративных устройства 12, 14 MBAN и соответствующие устройства 16 концентратора, однако количество устройств MBAN и устройств концентратора может быть одно, два, три, четыре, пять, шесть или больше, и, кроме того, количество устройств MBAN в некоторых вариантах осуществления может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от ситуации, так как устройства MBAN добавляются или удаляются из сети для того, чтобы добавить или удалить функциональную возможность медицинского мониторинга. Устройства 12, 14 MBAN включают в себя один или более датчиков 20, которые собирают данные пациента, включающие в себя физиологические параметры, такие как частота сердечных сокращений, частота дыхания, электрокардиографические (ЭКГ) данные или тому подобное, однако также предполагается, что одно или более устройств MBAN выполняют и другие функции, такие как управляемое чрескожное введение терапевтического средства или введение через внутривенное соединение, осуществление функциональности водителя ритма сердца или тому подобное. Другие устройства MBAN могут быть связаны с пациентом, и не все из вышеупомянутых устройств MBAN должны быть связаны с пациентом в любой момент времени. Одно устройство MBAN может выполнять одну или более функций. Иллюстративные устройства 12, 14 MBAN расположены снаружи соответствующего пациента; однако в общем устройства MBAN могут быть расположены на пациенте, или внутри пациента (например, устройство MBAN может принимать форму имплантированного устройства), или вблизи пациента в пределах дальности связи протокола связи малого радиуса действия (например, устройство MBAN может принимать форму устройства, установленного на внутривенной инфузионной помпе (не показано), установленной на опоре, которая остается рядом с пациентом, и в этом случае данные мониторинга пациента могут включать в себя информацию, такую как скорость внутривенного потока жидкости). Иногда желательно, чтобы устройства MBAN были выполнены настолько маленькими, насколько возможно в целях содействия комфорту пациента и имели низкую сложность для того, чтобы повысить связанную с этим надежность, такие устройства 12, 14, MBAN типично, являются маломощными устройствами (содержат батарею или другой источник электрического питания малого размера) и могут иметь ограниченное встроенное хранилище данных или буферизацию данных. Как следствие, устройства 12, 14 MBAN должны непрерывно или почти непрерывно иметь беспроводную связь малого радиуса действия с соответствующим устройством 16 концентратора для того, чтобы оперативно передавать собранные данные пациента соответствующему устройству 16 концентратора, не переполненяя свой буфер данных.
На Фиг. 1 диапазон беспроводной связи малого радиуса действия схематически показан штриховой линией, используемой для обозначения системы 10 MBAN. Беспроводная связь малого радиуса действия, как правило, двусторонняя, так что устройства 12, 14 MBAN могут передавать информацию (например, данные пациента, состояние устройства MBAN или тому подобное) соответствующему устройству 16 концентратора; и соответствующее устройство 16 концентратора может передавать информацию (например, команды, управляющие данные в случае терапевтического устройство MBAN, или тому подобное) устройствам 12, 14 MBAN. Иллюстративное устройство концентратора является закрепленным на талии устройством, которое облегчает ношение более длинной, тяжелой батареи и других аппаратных средств при передачах большой дальности; однако, устройство концентратора может быть закреплено иным способом на пациенте, например, как наручное устройство, адгезивно приклеенное устройство или тому подобное. Также предполагается, что устройство концентратора закрепляется в другом месте вблизи пациента, а именно объединяется с внутривенной инфузионной помпой (не показано), установленной на опоре, которая остается рядом с пациентом.
Данные пациента, собранные от датчиков 20, одновременно передаются на контроллер 22 в соответствующее устройство MBAN. Устройства 12, 14 MBAN служат местом сбора данных пациента, собранных от датчиков 20 и обеспечивают временное хранение данных пациентов в памяти 24. Устройства 12, 14 MBAN также включают в себя блок 26 связи для передачи данных пациента по протоколу беспроводной связи малого радиуса действия на соответствующее устройство 16 концентратора. Блок 26 связи включает в себя приемопередатчик (не показан) для передачи данных пациента и информации, принятой от контроллера 22, и принимает информацию от устройства концентратора 16.
Протокол беспроводной связи малого радиуса действия предпочтительно имеет относительно небольшую дальность действия несколько десятков метров, несколько метров или меньше, и в некоторых вариантах осуществления соответственно использует протокол стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee) беспроводной связи малого радиуса действия или его вариант, или протокол Bluetooth ™ беспроводной связи малого радиуса действия или его вариант. Хотя Bluetooth™ и Zigbee являются подходящими вариантами осуществления для беспроводной связи малого радиуса действия, другие протоколы связи малого радиуса действия, включая проприетарные протоколы связи, также рассматриваются. Протокол связи малого радиуса действия должен иметь достаточный диапазон для устройства 16 концентратора для того, чтобы надежно взаимодействовать со всеми устройствами 12, 14 MBAN системы 10 MBAN. Протокол беспроводной связи малого радиуса действия между устройствами 12, 14 MBAN и соответствующим устройством 16 концентратора, и в некоторых вариантах осуществления между устройствами MBAN, работают в частотном спектре приблизительно 2,3-2,5 ГГц.
Из-за строгих требований к надежности средств связи системы 10 MBAN, ввиду медицинского содержания передаваемых данных пациента, периодически доступный спектр MBAN специально выделяется для передачи данных пациента, например, в полосе 2360-2400 МГц, обсуждавшийся выше. В спектре MBAN, устройства 12, 14 MBAN являются вторичными пользователями спектра или могут использовать его на вторичной основе, что означает, что системе MBAN придется уступать основным пользователям в этом спектре и освобождать спектр. Для защиты основного пользователя, вторичным пользователям необходимы механизмы, такие как процедуры перераспределения спектра, позволяющие вторичным пользователям быстро освободить спектр по запросу основных пользователей, сохраняя их услуги с минимальным нарушением. В первой процедуре перераспределения спектра, вторичные пользователи являются приоритетными на основании услуг, которые они поддерживают и те, что имеют высокий приоритет, планируется перераспределить перед теми, что имеют низкий приоритет, так что они имеют больше шансов собрать каналы с лучшим качеством для продолжения выполнения своих услуг. Во второй процедуре перераспределения спектра, вторичных пользователей планируется последовательно перераспределить, так чтобы несколько вторичных пользователей не перешло на тот же канал, что уменьшит коллизии передачи и ухудшит качество связи. Эти процедуры перераспределения спектра позволяют вторичным пользователям с высоким приоритетом сохранить свои услуги без потери производительности.
Чтобы достичь этого, выполняется процедура перераспределения спектра, что позволяет вторичным пользователям быстро освободить спектр, требуемый основными пользователями и сохранить свои услуги с минимальным нарушением. В спектре MBAN, каждой активной сети MBAN назначается приоритет на основе уровня неотложности его услуги MBAN координирующим устройством 36 MBAN. Например, жизненно важным услугам MBAN присваивается наивысший уровень приоритета, в то время как услуги MBAN, связанные с состоянием здоровья без отслеживания в режиме реального времени могут иметь самый низкий уровень приоритета. Другими словами, координирующее устройство 36 MBAN определяет уровень неотложности всех активных сетей MBAN и назначает уровень приоритета каждой из сетей MBAN в соответствии с ее соответствующим уровнем приоритета. Сети MBAN с более высоким уровнем приоритета будут иметь приоритет по всем сетям MBAN с более низким уровнем приоритета во время процедуры перераспределения спектра. Чтобы получить уровень приоритета, устройства 12, 14 MBAN, устройство 16 концентратора, больница или подобное регистрируют сеть MBAN с помощью координирующего устройство 36 MBAN. Координирующее устройств 36 MBAN включает в себя контроллер 38, который принимает регистрацию сети MBAN и назначает уровень приоритета сети MBAN. Координирующее устройство MBAN также включает в себя блок 40 назначения приоритетов, который определяет уровень приоритета активных сетей MBAN. В частности, блок 40 назначения приоритетов принимает информацию, относящуюся к услугам MBAN, выполняемым каждой из активных сетей MBAN. Блок 40 назначения приоритетов затем определяет уровень неотложности для всех активных сетей MBAN и назначает уровень приоритета каждой из сетей MBAN в соответствии с их соответствующим уровнем неотложности. Координирующее устройство 36 MBAN может быть правительственным регулятивным объектом, FCC, региональным регулятивным объектом, больницей, в которой находится система MBAN и т.п. Назначение уровня приоритета может быть частью процесс управления, проводимого работником здравоохранения, чтобы стартовать сеть MBAN. Как устройство 16 концентратора сети MBAN, так и точка доступа (AP), которая подсоединяется к этому устройству 16 концентратора, хранят информацию о приоритете сети MBAN. Каждая AP или устройство 16 концентратора поддерживает таблицу приоритетов, которая включает в себя три поля: ID активной сети MBAN, который однозначно идентифицирует каждую активную сеть MBAN; уровень приоритета, который указывает уровень неотложности ее услуги MBAN; и текущий канал MBAN, который указывает текущий канал MBAN, используемый каждой MBAN. Чем выше уровень неотложности, тем выше уровень приоритета.
Устройство 16 концентратора координирует работу своей системы 10 MBAN по всему спектру MBAN для того, чтобы принимать данные пациента, собранные датчиками 20 устройств 12, 14 MBAN и передает собранные данные пациента из MBAN 10 по протоколу связи большого радиуса действия на центральную станцию 34 отслеживания. Данные пациента, собранные от датчиков 20, одновременно передаются от устройств 12, 14 MBAN устройству 28 связи малого радиуса действия в соответствующее устройство 16 концентратора. Устройство 16 концентратора служит местом сбора данных пациента, собранных от датчиков 20 всех устройств 12, 14 MBAN в сети MBAN, например всех устройств MBAN, связанных с одним пациентом, и обеспечивает временное хранение данных пациента в запоминающем устройстве 30. Устройство 16 концентратора также включает в себя блок 32 связи большого радиуса действия для передачи данных пациента по протоколу связи с большим радиусом действия на центральную станцию 34 отслеживания. Контроллер 33 концентратора 16 MBAN управляет взаимодействием с устройствами 12, 14 MBAN, сбором и обработкой данных пациента, повторной передачей данных пациента на центральную станцию 34 отслеживания, приемом подтверждения, настройки сети, созданием связи с новыми устройствами MBAN, устранением связи с удаленными устройствами MBAN, и т.п.
Блок 32 связи большого радиуса действия устройства 16 концентратора также включает в себя приемопередатчик, который обеспечивает возможность связи большого радиуса действия для передачи данных от системы 10 MBAN. В иллюстративном примере, представленном на Фиг. 1, устройство 16 концентратора взаимодействует по беспроводной связи с центральной станцией 34 отслеживания через AP 50 больничной сети 42. Иллюстративная AP 50 является беспроводной точкой доступа, которая взаимодействует по беспроводной связи с устройством 16 концентратора. Как устройство 16 концентратора сети MBAN, так и AP 50, которая подключается к этому устройству 16 концентратора, сохраняют таблицу приоритетов сети MBAN. В иллюстративном варианте осуществления больничная сеть 42 также включает в себя дополнительные точки доступа, такие как иллюстративные точки доступа AP 52 и AP 54, которые распределены по всей больнице или другому медицинскому учреждению. Для обеспечения дополнительной иллюстрации, центральная станция отслеживания, которая взаимодействует с AP 52 по беспроводной связи, указана схематично. Различные точки доступа 50-54 покрывают различные области медицинского учреждения и их зоны покрытия могут совпадать, чтобы обеспечить бесперебойную услугу роуминга. Когда конкретное устройство концентратора связывается с AP, информация о AP и сети MBAN передается на устройство 16 концентратора MBAN. Информация включает в себя ID активной сети MBAN, уровень приоритета и текущий канал MBAN.
Для обеспечения дополнительной иллюстрации, центральная станция 34 отслеживания включает в себя контроллер 44 для приема данных пациента от многих устройств концентратора. Центральная станция 34 отслеживания также включает в себя монитор 46 отображения, который, например, может быть использован для отображения медицинских данных пациента, которые собираются системой 10 MBAN и передаются на центральную станцию 34 отслеживания через AP 50 сети 42 больницы. Центральная станция 34 отслеживания также взаимодействует с подсистемой 48 электронной регистрации пациентов, в которой хранятся данные пациента и анамнез всех текущих и бывших пациентов. Взаимодействие между центральной станцией отслеживания и подсистемой 48 электронной регистрации пациентов устанавливается через точки доступа 42, 54 больничной сети 42. Связь с большим радиусом действия является соответственно линией связи WiFi, соответствующей протоколу беспроводной связи стандарта IEEE 802.11 или его варианту. Однако другие протоколы беспроводной связи можно использовать для связи с большим радиусом действия, такой как другой тип беспроводной медицинской телеметрической системы (WMTS). Кроме того, связь с большим радиусом действия может быть проводной связью, такой как проводной Ethernet-канал (в этом случае в сети больницы включают в себя по меньшей мере один кабель, обеспечивающий проводную линию связи с большим радиусом действия).
Связь с большим радиусом действия имеет больший радиус действия по сравнению со связью малого радиуса действия между устройствами 12, 14 MBAN и соответствующим устройством 16 концентратора. Например, связью малого радиуса действия может быть порядка метра, нескольких метров или, самое большее, нескольких десятков метров. Связь большого радиуса действия может быть достаточно протяженной для того, чтобы заключать в себе значительную часть или всю больницу или другое медицинское учреждение, либо непосредственно, либо через множество точек доступа к сети больницы.
Связь большого радиуса действия, в случае беспроводной, требует больше мощности, чем связь малого радиуса действия. Таким образом, устройство 16 концентратора включает в себя батарею или другой источник питания, достаточный для работы приемопередатчика связи большого радиуса действия. Устройство 16 концентратора также типично включает в себя достаточное встроенное хранилище так, что оно может буферизовать значительное количество данных пациента в случае, если связь с больничной сетью 42 прерывается на некоторый промежуток времени. В иллюстративном случае связи большого радиуса действия, также следует понимать, что если пациент движется в пределах больницы или медицинского учреждения, тогда IEEE 802.11 или другой протокол беспроводной связи, применяемый в больничной сети 42, обеспечивает беспроводную связь. В связи с этим, хотя пациент может быть прикован к постели, в общем предполагается, что пациент может быть амбулаторным и перемещаться по больнице или медицинскому учреждению. Когда пациент двигается, система 10 MBAN, в том числе устройства 12, 14 MBAN и устройство 16 концентратора, двигаются вместе с пациентом.
В системе 10 MBAN устройства 12, 14 MBAN взаимодействуют с устройством 16 концентратора по беспроводной связи малого радиуса действия. Однако также предполагается, что различные пары или группы устройств 12, 14 MBAN также взаимодействуют между собой непосредственно (то есть без использования устройств 16, 18 концентратора в качестве посредника) по беспроводной связи малого радиуса действия. Это может быть полезно, например, для координации работы двух или более MBAN устройств во времени. Кроме того, устройства 16, 18 концентратора могут обеспечивать дополнительную функциональность. Например, устройства 16, 18 концентратора могут быть также устройством MBAN, которое включает в себя один или более датчиков для измерения физиологических параметров. Более того, в то время как представлено одно устройство 16, 18 концентратора, предполагается, что система MBAN может иметь два или более концентраторов, которые совместно выполняют задачу координации функциональности (например, сбор данных от устройств 12, 14 MBAN и выгрузку собранных данных по беспроводной связи с большим радиусом действия).
Как показано на Фиг. 1, только одна система 10 MBAN представлена подробно. Однако следует иметь ввиду, что в общем, больница или другое медицинское учреждение включает в себя множество пациентов, каждый из которых имеет его или ее собственную систему MBAN. В более общем смысле, количество систем MBAN может быть, в качестве некоторых иллюстративных примеров: сотни, тысячи, десятки тысяч или более, в зависимости от размера медицинского учреждения. Действительно, даже предполагается, что один пациент имеет две или более различных, независимо или совместно работающих системы MBAN (не показано). В этой среде, можно ожидать, что различные системы MBAN различных пациентов входят в непосредственную близость друг с другом, так, что диапазоны беспроводных связей малого радиуса действия соответствующих систем MBAN перекрываются.
Устройства 12, 14 MBAN, концентратор 16 MBAN, системы 10 MBAN, координирующее устройство MBAN и центральная станция 34 отслеживания в иллюстративном варианте осуществления включают в себя по меньшей мере один процессор, например микропроцессор или другое устройство, управляемое программным обеспечением, выполненное с возможностью исполнять программное обеспечение MBAN для выполнения операций, описанных более подробно ниже. Типично программное обеспечение MBAN выполняется на материальной памяти или машиночитаемом носителе для выполнения процессором. Виды постоянных машиночитаемых носителей включают в себя память, такую как жесткий диск, CD-ROM, DVD-ROM, интернет-серверы и т.п. Также предполагаются другие реализации процессора. Контроллеры дисплея, специализированные микросхемы (ASIC), ППВМ, и микроконтроллеры являются иллюстративными примерами других типов компонент, которые могут быть применены для обеспечения функций процессора. Варианты осуществления могут быть реализованы с использованием программного обеспечения для выполнения процессором, аппаратными средствами или некоторым их сочетанием.
Как указано выше, спектр MBAN является периодически доступным спектром, который позволяет вторичным пользователям рационально использовать спектр, который был ранее выделен основным пользователям, вторичные пользователи не вносят недопустимые помехи для основных пользователей. Каждой активной сети MBAN назначается приоритет на основании уровня неотложности его услуги MBAN. Каждая транзитная AP поддерживает таблицу приоритетов, как показано ниже, которая включает в себя ID активной сети MBAN, уровень приоритета и текущий канал MBAN.
ID активной сети MBAN
Уровень приоритета
Текущий канал MBAN
MBAN А
5
1
MBAN В
1
2
После того как транзитные AP 50-52 принимают запрос на перераспределение спектра от основного пользователя через координирующее устройство 36 MBAN, они пересылает команду запроса на перераспределение спектра устройствам 16 концентратора, который подключен к ним через их транзитные линии связи. Такая команда включает в себя следующие параметры: диапазон частот запрашиваемого спектра или список каналов MBAN, которые находятся в пределах запрашиваемого спектра, который должен быть освобожден, заданный срок перераспределения спектра, за который концентратор MBAN должен изменить каналы спектра на новый канал вне запрашиваемого спектра, если его используемый в настоящее время канал находится в пределах запрашиваемого спектра, и таблица окна конкурентного доступа, которая имеет следующий формат.
Уровень приоритета (L)
Окно конкурентного доступаВремя начала(TS(L))
Окно конкурентного доступаИнтервал (TS(L))
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
Как показано на Фиг. 2, приоритетная процедура окно конкурентного доступа начинается в тот момент 100 времени, в который концентратор MBAN принимает запрос на перераспределение спектра от основного пользователя. После приема запроса на перераспределение спектра, окно L 102 конкурентного доступа открывается для MBAN с наивысшим уровнем приоритета. В момент TS(L) 104 времени стартует окно L конкурентного доступа и остается открытым в течение интервала TS(L)+TL(L) 106 конкурентного доступа окна. В конце интервала конкурентного доступа окна L, второе L окно 108 конкурентного доступа открывается для MBAN со следующим по высоте уровнем приоритета. Второе L окно конкурентного доступа стартует в момент TS(L) 110 времени и остается открытым в течение L интервала TS(L)+TL(L) 112 конкурентного доступа окна. В конце интервала конкурентного доступа второго окна L, третье L окно 114 конкурентного доступа открывается для MBAN с третьим по высоте уровнем приоритета. Третье L окно конкурентного доступа стартует в момент TS(L) 116 времени и остается открытым течение L интервала TS(L)+TL(L) 118 конкурентного доступа окна. В конце L интервала конкурентного доступа окна, окна конкурентного доступа открываются постепенно для любого оставшегося уровня приоритета.
i
i
1
2
2
1
1
1
2
1
2
1
2
1
1
i
i
i
i
i
i-1
Если есть одна или более MBAN с уровнем приоритета L, которые действуют в текущее время в пределах запрошенного спектра, запись сохранятся в таблице окна конкурентного доступа для L уровня приоритета. Таблица окна конкурентного доступа представляет собой упорядоченную таблицу в том смысле, что для двух записей в таблице с уровнем приоритета L и L соответственно, TS(L)>TS(L)+TL(L) если L>L. Другими словами, если уровень L приоритета больше уровня L приоритета, то окно L конкурентного доступа закончится до старта окна L конкурентного доступа. Интервал окна конкурентного доступа уровня L приоритета может быть оптимизирован с помощью AP для того, чтобы минимизировать вероятность коллизии (т.е. вероятность того, что несколько MBAN с одинаковым уровнем L приоритета выберут и переключатся на один канал), сохраняя разумное время ответа. Например, если AP знает, что есть только одна MBAN с уровнем L приоритета, которая действует в текущее время в пределах запрошенного спектра, она устанавливает интервал уровня L окна конкурентного доступа на 0. Если AP знает, что есть много MBAN с уровнем приоритета L и операция переключения канала происходит по плану, AP использует большой интервал уровня L окна конкурентного доступа для того, чтобы уменьшить потенциальную вероятность коллизии. Время TS(L) старта может быть выбрано так, чтобы обеспечить достаточное время для MBAN с уровнями приоритета выше, чем L для того, чтобы завершить свои операции переключения канала.
a
a
a
a
a
a
Каждое устройство 16 концентратора поддерживает таблицу 29 состояний каналов MBAN, указывающую, деактивирован ли канал MBAN. При получении запроса на перераспределение спектра устройство 16 концентратора обновляет свою таблицу состояний каналов, чтобы деактивировать каналы MBAN в пределах перераспределенного спектра. Посредством операции обновления таблицы состояний каналов каналы MBAN в пределах перераспределенного спектра исключаются из рассмотрения при будущих операциях динамического выбора канала, и использование в будущем этих каналов блокируется. Если одна из MBAN сетей 10 в текущее время использует канал MBAN в пределах перераспределенного спектра, сеть MBAN может продолжать свои взаимодействия MBAN на своем текущем канале в течение заданного периода времени. Устройства концентратора также одновременно выполняют проверку, чтобы определить, находится ли их текущий канал в перераспределенном спектре, при приеме запроса на перераспределение спектра. Если устройство концентратора не работает на перераспределенном канале, он отправляет подтверждение (ACK) своей транзитной AP, чтобы подтвердить завершение своей операции перераспределения спектра. Если устройство концентратора работает в перераспределенном канале, оно запускает таймер 31 с заранее установленным временем истечения срока, заданного в качестве параметра срока перераспределения спектра, полученного в команде. Как только это время по таймеру истекло, устройство концентратора автоматически инициирует операцию динамического выбора канала для того, чтобы выбрать новый канал из списка разрешенных каналов MBAN и переключается на новый канал, чтобы продолжить операции MBAN. Каждое устройство концентратора, которое действует в текущее время в пределах перераспределенного спектра, определяет свое надлежащее окно конкурентного доступа из таблицы окна конкурентного доступа [TS(L), TS(L)+TL(L)], где La является уровнем приоритета устройства концентратора. Устройство концентратора выбирает случайным образом время t в пределах своего окна конкурентного доступа, TS(L)<=t<=TS(L)+TL(L) и инициирует операцию динамического выбора канала, чтобы выбрать новый канал из списка доступных каналов (не входящих в перераспределенный спектр) и выполняет операцию переключения канала в момент времени t. Как только устройство концентратора завершает свою операцию переключения канала, оно отправляет подтверждение перераспределения спектра со своей новой информацией о канале MBAN своей AP и деактивирует свой таймер перераспределения спектра. Использование упорядоченной таблицы окна конкурентного доступа, сетей MBAN с высоким приоритетом имеет более высокую вероятность получения нового канала более высокого качества по сравнению сетями MBAN с низким приоритетом, поскольку более высокий приоритет сетей MBAN стартует динамический выбор канала и операцию переключения канала раньше.
Например, AP передает команду на перераспределение спектра с таблицей окна конкурентного доступа, которая имеет две записи для более высокого уровня 5 приоритета и более низкого уровня 1 приоритета соответственно и TS(1)>TS(5)+TL(5). Для уровня 5 приоритета, только MBAN А действует в перераспределенном спектре и выполняет переключение каналов и AP устанавливает перераспределенный таймер TL(5) старта на 0 для уменьшения времени ответа. Как только MBAN А принимает команду на перераспределение спектра, MBAN А ищет время TS(5) в таблице окна конкурентного доступа. MBAN затем стартует операцию динамического выбора канала в момент времени ТС (5) и выбирает канал 3 в качестве нового канала, поскольку он имеет лучшее качество. MBAN А затем переключается на канал 3 для продолжения своей работы. После завершения своей операции переключения канала, MBAN А отправляет подтверждение своей AP. Когда MBAN B принимает команду, она ищет TS(1) в качестве своего времени перераспределения спектра в таблице окна конкурентного доступа. В TS(1), MBAN B стартует свою операцию динамического выбора канала. Так как канал 3 занят MBAN А (так как TS(1)>TS(5)) в TS(1), MBAN В выбирает канал 4 и выполняет переключение канала для того, чтобы перейти на канал 4 для продолжения своих операций.
В другом варианте осуществления, как только AP принимает запрос на перераспределение спектра через координирующее устройство 36 MBAN, AP передает уведомление о перераспределении спектра устройствам концентратора, подсоединенных к нему через транзитные линии связи, которые могут быть проводными или беспроводными. Цель уведомления состоит в информировании всех сетей MBAN для того, чтобы избежать перехода на новый канал, который расположен в пределах перераспределенного спектра. Уведомление включает в себя частотный диапазон перераспределенного спектра или список каналов MBAN, которые расположены в пределах перераспределенного спектра, который должен быть деактивирован, и срок перераспределения спектра, за который каждый концентратор MBAN должен перенести свою сеть на новый канал, вне перераспределенного спектра, если его используемый в текущее время канал находится в пределах перераспределенного спектра и т.п. Каждое устройство концентратора поддерживает таблицу 29 состояний каналов MBAN указывающую, деактивирован ли канал MBAN или нет. Как только устройство концентратора MBAN принимает уведомление о перераспределении спектра, устройство концентратора MBAN обновляет свою таблицу состояний каналов, чтобы деактивировать каналы MBAN в пределах запрашиваемого спектра. Посредством операции обновления таблицы состояний каналов каналы MBAN в пределах перераспределенного спектра исключаются из рассмотрения при будущих операциях динамического выбора канала, и использование в будущем этих каналов блокируется. Стоит отметить, что сеть MBAN, которая в текущее время использует канал MBAN в пределах перераспределенного спектра, продолжает свои взаимодействия MBAN на своем текущем канале и переключения каналов не запускается простым уведомлением. Устройство концентратора проверяет, находится ли его текущий канал в перераспределенном спектре. Если устройство концентратора работает в перераспределенном спектре, оно запускает таймер 31 с параметром срока перераспределения спектра, полученном в уведомлении, установленном в качестве времени истечения срока по таймеру.
i
Как только время по таймеру 31 истекло, и если устройство концентратора еще не переключилось с перераспределенного спектра, устройство концентратора автоматически инициирует операцию динамического выбора канала для того, чтобы выбрать новый канал из списка доступных в текущее время каналов MBAN и переключиться на выбранный новый канал для продолжения операций MBAN. Устройство концентратора затем отправляет подтверждение (ACK) своей AP, чтобы подтвердить прием соответствия и с уведомлением. AP пытается принять подтверждения от всех своих устройств концентратора в течение заданного периода. Если AP принимает все сигналы подтверждения от устройств концентратора, подключенных к ней, передается команда на перераспределение спектра на следующий концентратор(ы) с более низким приоритетом. Если подтверждения пропадают, AP повторно передает уведомление тем устройствам концентратора, чьих подтверждений не хватает и AP повторно передает N (заданное значение) раз. Если подтверждения остаются пропавшими, AP генерирует предупреждения для запроса вмешательства персонала.
AP передает команды на перераспределение спектра своим устройствам концентратора для того, чтобы освободить перераспределенный спектр в зависимости от уровня приоритета MBAN. Команда на перераспределение спектра включает в себя уровень приоритета MBAN. AP сначала передает команду на перераспределение спектра, включая параметр уровня приоритета, на самый высокий уровень (P) приоритета. Если устройство концентратора в текущее время действует на канале вне перераспределенного спектра, оно удаляет перераспределенный спектр из своего списка доступных каналов и отправляет подтверждение. Если это устройство концентратора в текущее время действует на канале в пределах перераспределенного спектра, оно сравнивает параметр уровня приоритета со своим собственным уровнем приоритета. Если устройство концентратора имеет уровень приоритет выше или равный параметру уровня приоритета, устройство концентратора инициирует операцию динамического выбора канала для того, чтобы выбрать новый канал из списка доступных каналов (вне отведенного спектра) и выполняет операцию переключения канала. Как только устройств концентратора MBAN завершает свою операцию переключения канала, оно отправляет подтверждение о перераспределении спектра со своей новой информацией о канале MBAN своей AP. Как только AP принимает все ожидаемые подтверждения от устройств концентратора (тех, что имеют уровень приоритета равный P), она передает команду на перераспределение спектра с параметром приоритета, установленным на следующий наивысший уровень приоритета, если нет MBAN с таким уровнем приоритета, действующей в перераспределенном спектре. Эта процедура продолжается в порядке убывания уровней приоритета. Например, транзитная AP сначала передает команду на перераспределение спектра с параметром уровня приоритета 5. Поскольку MBAN B (с уровнем приоритета 1) имеет более низкий уровень приоритета (1<5), она игнорирует команду после ее получения. Как только доступная MBAN А (с уровнем приоритета 5) принимает такую команду, она стартует операцию динамического выбора канала и выбирает канал 3 в качестве своего нового канала, поскольку он имеет более высокое качество. MBAN А затем переключается на канал 3 для продолжения своей работы. После получения подтверждения от MBAN А, AP передает серию команд на перераспределение спектра для уровней 4, 3, 2 и, наконец, для уровня с приоритетом 1. Как только MBAN В принимает эту команду (с параметром уровня приоритета 1), она определяет свой уровень приоритета равный параметру уровня приоритета и затем стартует операцию динамического выбора канала. Так как канал 3 уже используется MBAN А, она выбирает следующий лучший канал, канал 4 в этом примере, и выполняет переключение каналов для того, чтобы перейти на канал 4 для продолжения своей работы.
Эта дополнительная возможность также может быть интегрирована с механизмом окна конкурентного доступа. В частности, параметр интервала окна конкурентного доступа может быть включен в команду на перераспределение спектра. Если устройство концентратора MBAN имеет уровень приоритета, который удовлетворяет уровню приоритета команды на перераспределение спектра, MBAN выбирает случайным образом время t в окне конкурентного доступа, определяемое командой на перераспределение спектра и инициирует свой динамический выбор канала и операцию переключение канала в момент времени t.
ФИГ. 3 иллюстрирует работу системы MBAN. На этапе 200 данные пациента собираются один или более устройствами медицинской телесной локальной сети (MBAN). На этапе 202 собранные данные пациента передаются от одного или более устройств MBAN через систему MBAN на устройство концентратора по каналу беспроводной связи малого радиуса действия. Передача данных пациента по каналу беспроводной связи малого радиуса действия, который находится в пределах заданного спектра, где один из спектров является спектром, принадлежащим основному пользователю-третьей стороне. На этапе 204 собранные данные пациента передаются от устройства концентратора на центральную станцию отслеживания посредством связи с большим радиусом действия. На этапе 206 запрос на перераспределение спектра принимается от координирующего устройства MBAN запрашивающего спектр основного пользователя-третьей стороны. На этапе 208 система MBAN перераспределяется на канал за пределами запрашиваемого спектра в окне перераспределения, соответствующий назначенному уровню приоритета. На этапе 210 запрашиваемый спектр деактивируется в течение заданного периода времени после приема запроса на перераспределение спектра. На этапе 212 запрос на перераспределение спектра передается устройству концентратора одной или более систем MBAN. На этапе 214 системе MBAN перераспределяют другой спектр на основании приоритета уровня неотложности услуг, передаваемых каждым устройством концентратора. На этапе 216 система MBAN имеет приоритет по отношению к другим системам MBAN на основании уровня неотложности услуги, предоставляемой системой MBAN.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и понимания вышеприведенного подробного описания могут быть предусмотрены другие модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение следует понимать как включающее в себя все подобные модификации и изменения в той степени, в которой они входят в объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.