СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СВЯЗИ В БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕСНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ
COMMUNICATION METHOD AND APPARATUS IN WIRELESS BODY AREA NETWORK

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в общем к беспроводной связи с малым радиусом действия и более конкретно к способу и устройству связи для сосуществования множества пикосетей в среде беспроводной телесной локальной сети (WBAN).
Уровень техники
WBAN относится к специфической беспроводной связи с малым радиусом действия, которая развивается к международному стандарту IEEE (Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) 802.15.6 TG6 BAN. WBAN может использоваться в медицинском обслуживании, таком как дистанционная медико-санитарная помощь, и развлекательных службах для носимых вычислительных или использующих движение датчиков при помощи телесной локальной сети связи (сети связи участка тела) в пределах около трех метров.
В WBAN каждое отдельное лицо составляет одну сеть, называемую «пикосетью». Пикосеть может состоять из одного координирующего узла и множества узлов устройства. Координирующим узлом может быть мобильный телефон, и узлами устройства могут быть многочисленные персональные устройства, прикрепленные к человеческому телу. WBAN служит подобно сенсорной сети и, таким образом, склонна к «проблеме конфликтов», вызванной взаимными помехами между множеством пикосетей, когда многие люди присутствуют в ограниченном пространстве, или когда люди двигаются. Следовательно, требуется разработка специализированного протокола управления доступом к среде передачи (MAC) для WBAN.
Чтобы разработать специализированный протокол MAC для WBAN, могут быть рассмотрены многостанционный доступ с контролем несущей (CSMA) и многостанционный доступ с временным разделением (TDMA).
CSMA не требуется временная синхронизация между узлами и демонстрирует высокий коэффициент использования канала и низкую задержку в низкосостязательной среде. Однако в высокосостязательной среде (в которой увеличено количество узлов в пределах зоны действия помех) ухудшение рабочих характеристик происходит из-за увеличения количества конфликтов и увеличения непредсказуемой задержки, вызванной отсрочкой передачи. Поэтому, трудно применить CSMA для WBAN, когда множество пикосетей присутствует в малом пространстве, и требуется реакция в реальном масштабе времени.
TDMA имеет преимущества в высоком коэффициенте использования канала, меньшем количестве конфликтов и отсутствии непредсказуемой задержки в высокосостязательной среде, но имеет проблему служебных сигналов, вызванную временной синхронизацией. Обычно, TDMA требует опорный узел для временной синхронизации, т.е. корень временной синхронизации, и расходует много времени и энергии для временной синхронизации, когда узел входит в новый узел или перемещается.
Следовательно, необходимы исследования в WBAN о протоколе MAC в форме конвергенции CSMA и TDMA, который может преодолеть недостатки двух схем.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Аспектом настоящего изобретения является рассмотрение по меньшей мере вышеописанных проблем и/или недостатков и обеспечение по меньшей мере преимуществ, описанных ниже. Следовательно, аспект настоящего изобретения обеспечивает способ и устройство связи, которые способны предложить высокий коэффициент использования канала в высокосостязательной среде WBAN.
Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ и устройство связи, которые способны уменьшить количество конфликтов передачи данных, когда множество пикосетей находятся рядом друг с другом в WBAN.
Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ и устройство связи, которые способны уменьшить задержку передачи данных, когда множество пикосетей находятся рядом друг с другом в WBAN.
Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ и устройство связи, которые способны уменьшить служебные сигналы, вызванные временной синхронизацией во время передачи данных в TDMA даже в среде, в которой множество пикосетей находятся рядом друг с другом в WBAN.
Решение проблемы
Согласно аспекту некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения способ связи, в котором первый узел, включенный в WBAN, выполняет связь с по меньшей мере одним соседним вторым узлом, включает в себя передачу или прием данных на или от по меньшей мере одного узла устройства, подсоединенного к первому узлу, во время периода связи с временным разделением, используя суперкадр, в котором последовательно расположены период связи с временным разделением, период передачи сообщения объявления плана временного разделения и период состязательного доступа (CAP), широковещательную передачу сообщения объявления плана временного разделения первого узла на по меньшей мере один второй узел во время периода передачи сообщения объявления плана временного разделения в суперкадре, и при приеме сообщения объявления плана временного разделения от второго узла во время CAP в суперкадре, корректирование времени передачи или приема данных для по меньшей мере одного узла устройства, подсоединенного к первому узлу, используя принятое сообщение объявления плана временного разделения.
Полезные эффекты изобретения
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения высокий коэффициент использования канала обеспечивается в высокосостязательной среде WBAN, количество конфликтов передачи данных может быть уменьшено, когда множество пикосетей находятся рядом друг с другом, может быть предотвращена задержка передачи данных, и могут быть уменьшены служебные сигналы, формируемые временной синхронизацией во время передачи данных TDMA.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую структуру пикосети согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую структуру сетевого устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую процесс обновления графика согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую конфигурацию сообщения AD (объявления) согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример конфликта из-за данных;
фиг.6, 7, 8, 9 и 10 представляют собой диаграммы, иллюстрирующие структуры кадров согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; и
фиг.11 и 12 представляют собой блок-схемы последовательности операций, иллюстрирующие процесс работы координирующего узла согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Теперь будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения с ссылкой на прилагаемые чертежи. Последующее подробное описание включает в себя конкретные подробности, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Однако для специалиста в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без таких конкретных подробностей.
Согласно настоящему изобретению WBAN состоит из множества узлов беспроводной связи, выполненных с обеспечением мобильности. Узлом беспроводной связи (далее в данном документе называемым «узел») может быть, например, терминал мобильной связи, ноутбук, карманный персональный компьютер (PDA) или сенсорный узел, но не ограничиваются ими. Сенсорный узел относится к устройству, имеющему функции контроля и связи, необходимые для наблюдения за физическим явлением. Сенсорный узел представляет собой базовый элемент, составляющий беспроводную сенсорную сеть, и может представлять собой, например, «умную пыль». Сенсорным узлом также может быть медицинский прибор, вставленный в человеческое тело. Узел беспроводной связи может работать в качестве одного независимого узла или может быть включен в качестве главного узла или зависимого узла в сети очень малой области, т.е. пикосети, состоящей из главного узла и одного или нескольких подчиненных узлов для главного узла. Так как независимый узел может рассматриваться как главный узел без какого-либо зависимого узла, ниже в данном документе главный узел может интерпретироваться как включающий в себя независимый узел без какого-либо зависимого узла. WBAN может повторять разделение, интегрирование или модифицирование, когда независимые узлы или пикосети перемещаются. Ниже в данном документе узел, соответствующий главному узлу, упоминается как координирующий узел, и узел, соответствующий зависимому узлу, упоминается как узел устройства.
Координирующий узел может выполнять связь непосредственно с зависимыми узлами или другим координирующим узлом в пределах некоторого диапазона связи. В вышеупомянутых двух случаях обе схемы CSMA и TDMA могут использоваться согласно способу настоящего изобретения. Полезно использовать TDMA в отношении трафика, который формируется регулярно и является чувствительным к задержке передачи, и использовать CSMA в отношении трафика, который формируется нерегулярно и является нечувствительным к задержке передачи.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения планирование передачи TDMA может выполняться посредством обмена информацией между координирующими узлами, и желательно, чтобы зависимый узел работал по командам одного координирующего узла синхронно с другим координирующим узлом.
В случае, когда зависимому узлу требуется временной интервал для связи TDMA, если зависимый узел запрашивает координирующий узел о выделении временного интервала, координирующий узел определяет запрашиваемый временной интервал с учетом временных интервалов, используемых соседними координирующими узлами или независимыми узлами, уведомляет узлы в заданном диапазоне выделения временного интервала и выделяет временной интервал зависимому узлу. В нижеследующем описании узел ссылается на независимый узел или координирующий узел, принадлежащий одной пикосети.
Если физическое пространство, занимаемое пикосетью, настолько большое, что существует большая разность между диапазоном помех координирующего узла и диапазоном помех зависимого узла, зависимый узел может работать подобно независимому узлу, так как координирующий узел не может выполнять резервирование интервала.
Настоящее изобретение обеспечивает протокол MAC распределенного TDMA, который представляет собой протокол MAC схемы конвергенции CSMA/TDMA, поддерживающей мобильность узла и предотвращение помех между пикосетями. Такая схема распределенного TDMA предотвращает помехи посредством обмена сообщением управления и позволяет выполнять связь, даже если временная синхронизация не установлена между множеством пикосетей. В схеме распределенного TDMA все узлы не всегда корректируют временную синхронизацию, основываясь на таймере конкретного узла, и каждый узел подтверждает планирование временных интервалов других узлов, в то же время поддерживая свою собственную привязку ко времени.
Затем каждый координирующий узел вычисляет разность моментов времени между своим таймером и таймером другого координирующего узла, применяет вычисленную разность моментов времени к временной маске, принятой от координирующего узла соседней пикосети, и изменяет принятую временную маску на временную маску, основанную на своем таймере, таким образом обмениваясь информацией о времени других без единственной явной привязки ко времени.
Другими словами, в схеме распределенного TDMA координирующий узел принимает информацию о временном интервале соседнего координирующего узла от координирующего узла соседней пикосети, вычисляет смещение времени между своим таймером и таймером соседнего координирующего узла, используя информацию о временном интервале, и изменяет временную маску временного интервала, который резервируется или используется соседним координирующим узлом, на временную маску, основанную на своем таймере, используя вычисленное смещение времени. Следовательно, координирующий узел может точно подтверждать период временного интервала, назначенный для соседнего координирующего узла без процесса синхронизации для конкретного опорного времени, и может назначать период временного интервала, который должен использоваться им.
С этой целью, координирующий узел включает в себя график для хранения информации о временном интервале своего или другого узла, и соседние координирующие узлы обмениваются сообщением управления, названным сообщение объявления плана TDMA (ниже в данном документе упоминаемым как «сообщение AD»), чтобы обмениваться информацией об их временном интервале. Если определяется посредством обмена сообщением AD, что время передачи координирующего узла в периоде TDMA перекрывает время передачи соседней пикосети, координирующий узел изменяет период передачи данных на неперекрывающийся период в суперкадре, тем самым исключая помехи.
Фиг.1 иллюстрирует пример множества пикосетей в WBAN, к которой применяется схема распределенного TDMA. На фиг.1 показана первая пикосеть 10 и вторая пикосеть 20, которые находятся рядом друг с другом. Первая пикосеть 10 состоит из координирующего узла 11 и множества узлов 12, 13, 14, 15 и 16 устройства. Вторая пикосеть 20 состоит из координирующего узла 21 и множества узлов 22, 23, 24 и 25 устройства.
Пример конфигурации сетевого устройства, включенного в каждый из координирующих узлов 11 и 12, показан на фиг.2. Сетевое устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя процессор 110, приемопередатчик 120 и память 130.
Процессор 110 управляет приемопередатчиком 120 и памятью 130 в соответствии с процессом связи узла в WBAN. Процессор 110 включает в себя таймер для отсчета времени.
Приемопередатчик 120 передает или принимает данные по линии связи, образованной между узлами, под управлением процессора 110 и обрабатывает передаваемые и принимаемые данные.
Память 130 хранит информацию, необходимую для связи узла в WBAN, и хранит информацию о временном интервале для связи TDMA. Информация о временном интервале включает в себя информацию о временном интервале узла и информацию о временном интервале каждого соседнего узла. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения информация о временном интервале хранится в виде графика.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения процессор 110 передает широковещательно информацию о временном интервале, хранимую в памяти 130, при помощи приемопередатчика 120, и при приеме информации о временном интервале от соседнего узла процессор 110 вычисляет смещение времени между своим таймером и таймером соседнего узла, используя информацию о временном интервале соседнего узла. Процессор 110 затем корректирует временную маску, включенную в информацию о временном интервале, принятую от соседнего узла, во временную маску, основываясь на своем таймере, используя вычисленное смещение времени. В данном случае, длительность временного интервала не корректируется.
Информация о временном интервале указывает информацию о временном интервале, который выделяется или используется узлом для передачи и приема данных посредством TDMA. Информация о временном интервале включает в себя идентификационную информацию узла и информацию о времени начала и длительности каждого временного интервала, назначенного в соответствие узлу в одном кадре. Элемент, хранимый в графике, указывающий информацию о временном интервале, перечислен ниже в таблице 1.
Таблица 1
Адрес узла
Количество пересылок
Смещение времени
Время начала временного интервала
Длительность временного интервала
Информация о версии
Информация о периоде состязательного доступа
Каждый элемент в графике соответствует временному интервалу, назначенному произвольному узлу. Если один узел использует множество раздельных временных интервалов, множество элементов в отношении одного и того же узла может быть включено в одну таблицу. В таблице 1 адрес узла указывает адрес узла, который зарезервировал интервал для представления, какой узел элемент указывает и может использоваться в качестве идентификационной информации узла. Количество пересылок указывает, сколькими пересылками отделяется соседний узел от узла, количество пересылок узла равно 0. Смещение времени указывает разность моментов времени между таймером узла и таймером соседнего узла. Время начала временного интервала представляет, когда временной интервал, представляющий элемент, начинается на основе начальной точки кадра. Длительность временного интервала указывает длительность временного интервала, т.е. период времени. Информация о версии показывает обновленный уровень информации и указывает, когда в последний раз была обновлена информация элемента. Информация о периоде состязательного доступа (CAP) указывает информацию о CAP, установленном для узла, и показывает начальную точку и длительность CAP.
Когда в первый раз загружается координирующий узел, вышеописанный график не включает никаких элементов. Однако, если координирующий узел принимает информацию о временном интервале от другого узла или резервирует временной интервал после загрузки, процессор 110 формирует соответствующий ему элемент таблицы. А именно, элемент таблицы временного интервала включает в себя информацию о временном интервале, который должен использоваться узлом. Если формируется элемент таблицы временного интервала, процессор 110 неоднократно широковещательно передает периодическим или случайным образом информацию о временном интервале, соответствующую содержимому текущей таблицы временного интервала.
Ниже описываются процессы конфигурирования, обновления и сохранения таблицы временного интервала с ссылкой на фиг.3 и 4. На фиг.3 три координирующих узла А, В и С представляют собой координирующие узлы множества пикосетей. Суперкадры 310, 320 и 330 соответствуют координирующим узлам А, В и С соответственно.
Каждый из координирующих узлов А, В и С включает в себя сетевое устройство, показанное на фиг.2. Каждый координирующий узел имеет период передачи TDMA в произвольном расположении в его суперкадре. В пределах периода передачи TDMA каждый координирующий узел выполняет планирование для периода передачи данных в отношение каждого узла устройства. Другие периоды, за исключением периода передачи TDMA, используют CSMA. Координирующие узлы А, В и С могут быть соединены друг с другом одной пересылкой.
На фиг.3 периоды временного интервала, занимаемые координирующими узлами А, В и С в суперкадрах 310, 320 и 330 указываются одним и тем же рисунком, что и рисунки, отображающие координирующие узлы А, В и С. Суперкадры 310, 320 и 330 начинаются в соответствующих узлах в моменты времени, спланированные между узлами. Другими словами, периоды суперкадров для связи TDMA одинаковые во всех узлах, и время начала суперкадров также одинаковые в узлах. Например, если период суперкадра равен 10 секундам, временем начала суперкадра может быть 0, 10, 20, 30, 40 или 50 секунд в каждой минуте, основанное на таймере каждого узла. Если таймеры всех узлов начинают отсчет на основе одного и того же времени, не является обязательным выполнение временной синхронизации между узлами. Однако, так как таймеры узлов могут начинать отсчет на основе разного времени, может иметь место разность моментов времени между таймерами узлов. А именно, даже если суперкадры начинаются в определенное время, время начала суперкадров соответствующих узлов могут быть существенно разными.
A
B
C
A
B
C
На фиг.3 суперкадры 310, 320 и 330, соответствующие координирующим узлам А, В и С, имеют, по существу, разное время начала. Т.е. таймеры координирующих узлов А, В и С имеют разную привязку ко времени. Время начала временных интервалов в соответствующих координирующих узлах равны ST, ST, ST, основанным на времени начала соответствующих суперкадров, и длительности временных интервалов равны D, D, D. Структура суперкадра, показанная на фиг.3, представляет собой структуру для объяснения конфигурации графика.
Если каждый координирующий узел принимает информацию о временном интервале от другого координирующего узла, после того как он загрузился, или резервирует временной интервал, который должен им использоваться, координирующий узел формирует график. Координирующий узел затем конфигурирует и передает широковещательно сообщение AD, включающее в себя информацию элемента таблицы 1, таким образом передавая широковещательно информацию о временном интервале. Пример сообщения AD изображен на фиг.4. Как показано на фиг.4, сообщение 200 AD включает в себя адрес 210 узла, количество пересылок 220, информацию 230 о версии, время 240 начала временного интервала, длительность 250 временного интервала, информацию 260 о времени узла и информацию 270 о CAP. Информация 270 о CAP, включенная в сообщение 200 AD, включает в себя информацию о времени начала и информацию о длительности, относящиеся к CAP, который должен быть установлен сначала после передачи сообщения 200 AD. Время 240 начала временного интервала и длительность 250 временного интервала указывают информацию о периоде времени, который должен использоваться в узле.
Информация 260 о времени узла указывает информацию о значении таймера, используемом в узле, который передал сообщение 200 AD, и используется при вычислении смещения времени между узлами. Значение таймера, включенное в информацию 260 о времени узла, определяется на основе значения таймера момента времени, когда передается сообщение 200 AD. Хотя был описан пример, в котором информация 260 о времени узла включена в сообщение 200 AD для передачи, информация 260 о времени узла может передаваться широковещательно в виде дополнительного сообщения.
Как показано на фиг.3, в таблицах временного интервала координирующих узлов В и С смещения времени в отношении координирующего узла А равны -Т1 и -Т2 соответственно. Эти смещения времени вычисляются с использованием информации 260 о времени узла в отношении узла А, включенной в сообщение 200 AD.
Более подробно, смещение времени представляет собой значение, полученное посредством вычитания значения таймера узла, который передает сообщение, из значения таймера, полученного на основе момента времени приема сообщения другим узлом. Например, время передачи сообщения 200 AD используется в качестве информации о времени узла, значения смещения времени узлов В и С получаются посредством вычитания времени передачи сообщения AD из времени приема сообщения AD узлами В и С. Поэтому, в таблице временного интервала узла В значение таймера узла В получается посредством добавления смещения времени -Т1 в отношении узла А к значению таймера узла А в произвольный момент времени.
Координирующие узлы А, В и С хранят графики, как показано в таблицах 2, 3 и 4 посредством передачи и приема сообщения 200 AD. Т.е. таблицы 2, 3 и 4 показывают графики координирующих узлов А, В и С соответственно.
Таблица 2
Адрес узла
Количество пересылок
Смещение времени
Время начала временного интервала
Длительность временного интервала
Информация о версии
Информация о CAP
A
0
0
ST<sub>A</sub>
D<sub>A</sub>
1
CAP<sub>A</sub>
B
1
T1
ST<sub>B</sub>+T1
D<sub>B</sub>
1
CAP<sub>B</sub>
C
1
T2
ST<sub>C</sub>+T2
D<sub>C</sub>
1
CAP<sub>C</sub>
Таблица 3
Адрес узла
Количество пересылок
Смещение времени
Время начала временного интервала
Длительность временного интервала
Инфор-мация о версии
Инфор-мация о версии
A
1
-T1
ST<sub>A</sub>-T1
D<sub>A</sub>
1
CAP<sub>A</sub>
B
0
0
ST<sub>B</sub>
D<sub>B</sub>
1
CAP<sub>B</sub>
C
1
T3
ST<sub>C</sub>-T3
D<sub>C</sub>
1
CAP<sub>C</sub>
Таблица 4
Адрес узла
Количество пересылок
Смещение времени
Время начала временного интервала
Длительность временного интервала
Информация о версии
Информация о CAP
A
1
-T2
ST<sub>A</sub>-T2
D<sub>A</sub>
1
CAP<sub>A</sub>
B
1
T3
ST<sub>B</sub>+T3
D<sub>B</sub>
1
CAP<sub>B</sub>
C
0
0
ST<sub>C</sub>
D<sub>C</sub>
1
CAP<sub>C</sub>
Важно сконфигурировать и обновить графики, так как координирующие узлы планируют временные интервалы TDMA, используя графики.
Сообщение 200 AD, передаваемое и принимаемое для конфигурирования и обновления графика, может периодически передаваться широковещательно или случайно в качестве части маячка.
Если сообщение AD включено в маячок для передачи, координирующий узел пикосети всегда должен поддерживать активное состояние. Следовательно, приемопередатчик 120 координирующего узла всегда находится в состоянии ожидания приема. Однако, так как состояние ожидания приема потребляет мощность, подобную мощности, потребляемой во время пакетной передачи, укорачивается ресурс мощности координирующего узла. Если координирующий узел выключается из-за потребления энергии, вся пикосеть не может выполнять связь.
Кроме того, если нераспознанная группа пикосетей выполняет доступ к координирующему узлу, координирующий узел должен быть способен предотвратить начальный конфликт. Схема распределенного TDMA предотвращает конфликт посредством переупорядочения периодов TDMA посредством обмена сообщением 200 AD, когда периоды TDMA перекрываются. Если периоды TDMA перекрываются перед переупорядочением периодов TDMA, конфликты могут происходить, и энергия может тратиться впустую из-за необходимости повторной передачи.
Пример конфликта показан на фиг.5. На фиг.5 позиция 410 обозначает ситуацию, когда первая пикосеть 10 и вторая пикосеть 20 работают в маячковом режиме. В ситуации 410 сообщение 200 AD передается широковещательно в качестве части маячка. Сообщение 200 AD передается во время периодов TDMA первой и второй пикосетей 10 и 20. Тогда происходит конфликт, и потерянные данные не могут быть восстановлены.
Позиция 420 обозначает ситуацию, когда первая пикосеть 10 и вторая пикосеть 20 работают в безмаячковом режиме. В схеме распределенного TDMA сообщение AD передается во время CAP в CSMA/CA (предотвращении конфликтов). Если CAP перекрывает период TDMA соседней пикосети, сообщение AD не может передаваться до тех пор, пока не будет закончен период TDMA, тем самым вызывая нежелательную задержку.
В схеме распределенного TDMA, если координирующий узел переключается в неактивный режим, чтобы уменьшить потребляемую мощность, координирующий узел не может принимать сообщение 200 AD соседнего координирующего узла.
Следовательно, желательно передать и принять сообщение AD, так что координирующий узел может установить активный период и неактивный период, если необходимо. Далее, необходим способ для успешного обмена сообщением AD в надлежащий момент времени даже в случае, когда суперкадр находится в безмаячковом режиме, таком как режим «доступа с опросом», предложенный для стандарта IEEE 802.15.6 BAN.
Согласно настоящему изобретению пикосеть включает в себя активный период и неактивный период, как описано ранее, и структура суперкадра, как перечислено ниже в таблице 5, обеспечивается для того, чтобы передавать и принимать данные без конфликта или задержки посредством успешной передачи и приема сообщения AD независимо от того, установлен ли маячковый режим или безмаячковый режим.
Таблица 5
Период контроля канала
Период TDMA
Период передачи сообщения AD
CAP
Период контроля канала
В структуре суперкадра настоящего изобретения для контроля конфликтов между пикосетями период контроля канала располагается в первое время начала и в последнее время завершения, как показано в таблице 5, и период передачи сообщения AD, во время которого широковещательно передается сообщение AD, располагается после периода TDMA. После широковещательной передачи сообщения TDMA всегда устанавливается CAP, и после CAP устанавливается период контроля канала.
Период контроля канала ссылается на период для подтверждения, имеется ли пикосеть, использующая канал связи. Во время периода контроля канала приемопередатчик 120 координирующего узла подтверждает, принимается ли сигнал, имеющий интенсивность выше заданного значения, в полосе частот, используемой WBAN. В данном случае, кодирование не выполняется над принятым сигналом. Если принимается сигнал, имеющий интенсивность выше заданного значения, то это означает, что есть другая пикосеть, которая передает и принимает данные в соседнем расположении. Если трудно выполнять контроль канала вышеописанным способом, количество пакетов, которые потеряны из-за конфликта, могут быть проконтролированы для замены контроля канала. В настоящем изобретении описывается контроль канала, но другие способы могут использоваться для подтверждения, происходит ли конфликт с соседней пикосетью. Например, может определяться, используется ли соседний канал посредством подтверждения уровня потерь, используя фиктивный пакет во время периода контроля канала. Если обнаруживаются последовательные ошибки пакетов во время передачи фиктивного пакета, или обнаруживается ошибка преамбулы, определяется, что ожидается конфликт пикосети. Альтернативно, присутствие или отсутствие канала может определяться в соответствии с измеренным отношением сигнал-шум (SNR). А именно, если SNR выше заданного опорного значения, может быть определено, что существует соседняя пикосеть, которая передает и принимает данные.
Структура суперкадра настоящего изобретения включает в себя период передачи сообщения AD после периода TDMA, чтобы обмениваться информацией между координирующими узлами, и включает в себя CAP после периода передачи сообщения AD, таким образом решая проблемы, когда обнаружен конфликт. Период сообщения AD присутствует между периодом TDMA и CAP, чтобы дать возможность координирующему узлу принять сообщение AD произвольного координирующего узла от произвольного координирующего узла, который принял сообщение AD, широковещательно переданное координирующим узлом во время CAP. Т.е. произвольный координирующий узел может подтвердить CAP, включенный в сообщение AD координирующего узла, после приема сообщения AD и может передавать свое сообщение AD во время подтвержденного CAP. Так как структура суперкадра настоящего изобретения включает в себя CAP непосредственно после периода передачи сообщения AD, произвольный координирующий узел может передавать свое сообщение AD в этом же периоде передачи после приема сообщения AD координирующего узла.
Если сообщение AD включено для передачи в маячок, как в ситуации 410 на фиг.5, так как конкретный координирующий узел передает и принимает данные во время периода TDMA непосредственно после передачи сообщения AD, соседний координирующий узел, который принял сообщение AD конкретного координирующего узла, может передавать свое сообщение AD, после того как завершится период TDMA конкретного координирующего узла. Следовательно, другие координирующие узлы могут передавать свои сообщения AD после следующего периода передачи или могут не передавать свои сообщения AD даже во время следующего периода. Таким образом, множество координирующих узлов не могут равномерно передавать и принимать сообщение AD, и задержка передачи может иметь место в любом одном координирующем узле, или может иметь место частые конфликты данных. В частности, в WBAN, так как период передачи данных может быть увеличен из-за ее характеристик, желательно передавать и принимать сообщение AD в пределах одного периода, чтобы предотвратить потерю важной информации.
В качестве другого примера, даже когда CAP следует за периодом TDMA, и сообщение AD передается после того, как завершится CAP, как в ситуации 420 на фиг.5, так как нет периода, во время которого данные могут приниматься от других координирующих узлов, могут иметь место проблемы, подобные тем, которые создаются в ситуации 410.
Однако в структуре суперкадра настоящего изобретения, так как за периодом TDMA следует период передачи сообщения AD, и после этого CAP, могут быть решены вышеупомянутые проблемы.
Сообщение 200 AD представляет собой тип широковещательного сообщения и, поэтому, передается с известным широковещательным кодом распознавания без назначения конкретного узла.
Таблица 5 изображает базовую структуру суперкадра. Структура суперкадра может быть модифицирована в соответствии с процессом работы настоящего изобретения. Например, структура суперкадра может состоять из периода TDMA, периода передачи сообщения AD и CAP без периода контроля канала, как указывается ситуацией 430 на фиг.6. Даже в данном случае, сообщение AD может равномерно передаваться и приниматься между соседними координирующими узлами по сравнению с обычными способами, и, поэтому, может эффективно предотвращаться конфликт каналов. Однако интервал контроля канала может быть добавлен для точной передачи и приема сообщения AD и для дальнейшего уменьшения возможности появления конфликта каналов.
Процесс для передачи сообщения AD, использующий вышеописанный суперкадр, ниже описывается с ссылкой на фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12. Фиг.6, 7, 8, 9 и 10 иллюстрируют структуры кадра согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Фиг.11 и 12 иллюстрируют процесс работы координирующего узла, выполняемый процессором 110, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Если две соседние пикосети используют разные периоды времени во время передачи данных, не происходит конфликт из-за данных. В данном случае, процесс работы координирующего узла каждой пикосети следующий.
Как показано на фиг.11 и 12, процессор 110 координирующего узла подтверждает, является ли текущий момент времени временем начала активного периода в соответствии с заданным планом (этап 501). Если он является временем начала активного периода, процессор 110 контролирует канал посредством приемопередатчика 120 во время заданного периода контроля канала (этап 503). Так как две соседние пикосети используют разные периоды времени во время передачи данных, во время периода контроля канала не контролируется канал, и таким образом не обнаруживается конфликт. Затем процессор 110 координирующего узла передает данные во время периода TDMA и передает широковещательно сообщение 200 AD, когда завершится период TDMA (этап 505 и 507). Затем процессор 110 входит в CAP (этап 519) и подтверждает, принимается ли сообщение 200 AD во время CAP (этап 521). Если сообщение 200 AD не принимается во время CAP, процессор 110 входит в неактивный период (этап 527 и 529).
Если две соседние пикосети совместно используют перекрывающиеся периоды времени во время передачи данных, происходит конфликт из-за данных. Фиг.6, 7 и 8 иллюстрируют ситуации, в которых происходит конфликт из-за данных, и структуру кадра для решения проблемы конфликта из-за данных. Фиг.6 и 7 иллюстрируют случаи, когда перекрывается период передачи TDMA, и фиг.8 иллюстрирует случай, когда CAP перекрывается с периодом TDMA.
На фиг.6 показана ситуация 430, когда сообщение 200 AD, посылаемое первой пикосетью 10, конфликтует в периоде TDMA второй пикосети 20, и координирующий узел 21 второй пикосети 20 не имеет сведений о периоде TDMA первой пикосети 10. Так как первая пикосеть 10 уже вошла в неактивный период, сообщение AD второй пикосети 20 не передается, и координирующий узел 11 первой пикосети 10 не имеет сведений о периоде TDMA второй пикосети 20.
Такой конфликт может быть разрешен как в ситуации 440 на фиг.7. Так как координирующий узел 11 первой пикосети 10 входит в активный период и не контролирует канал во время периода контроля канала, он определяет, что не обнаружен конфликт, и входит в период TDMA для передачи пакета (этапы 501, 503 и 505 на фиг.11).
Тем временем, ссылаясь обратно на фиг.11, координирующий узел 21 второй пикосети 20 фиксирует время начала активного периода (этап 501) и определяет, произошел ли конфликт во время периода контроля канала (этап 503). В этом случае, координирующий узел 21 второй пикосети 20 обнаруживает конфликт посредством обнаружения использования канала из-за передачи данных TDMA координирующим узлом 11 первой пикосети 10 (этап 503) и входит в состояние ожидания приема. Координирующий узел 21 второй пикосети 20 ожидает прием сообщения 200 AD известного формата (этап 509).
Когда завершается период TDMA в первой пикосети 10, координирующий узел 11 первой пикосети 10 передает широковещательно сообщение 200 AD (этапы 505 и 507).
Координирующий узел 21 второй пикосети 20 принимает сообщение AD во время периода ожидания приема, передает подтверждение приема (ACK) на координирующий узел 11 первой пикосети 10 (этап 511) и обновляет график (этап 513). В этом случае, так как сообщение 200 AD включает в себя информацию 270 о CAP первой пикосети 10, координирующий узел 21 второй пикосети 20 может иметь сведения, когда завершается CAP первой пикосети 10, и передает широковещательно сообщение 200 AD во время CAP второй пикосети 20 (этап 515). При приеме ACK на сообщение 200 AD от координирующего узла 11 первой пикосети 10, координирующий узел 21 второй пикосети 20 определяет, что сообщение AD было успешно передано (этап 517), и входит в CAP (этап 519). Причина того, почему координирующий узел 21 второй пикосети 20 передает широковещательно сообщение 200 AD и входит в CAP, заключается в том, что третья пикосеть, которая, возможно, приняла широковещательное сообщение 200 AD, теперь может передавать свое собственное сообщение AD.
Так как сообщение 200 AD включает в себя информацию о времени 240 начала временного интервала и длительности 250 временного интервала первой пикосети 10, координирующий узел 21 второй пикосети 20 может иметь сведения о периоде передачи данных первой пикосети 10 и иметь сведения о времени передачи сообщения 200 AD. Поэтому, координирующий узел 21 второй пикосети 20 может предотвратить передачу данных во время периода передачи данных первой пикосети 10 и может принимать сообщение 200 AD посредством установки активного состояния во время передачи сообщения 200 AD первой пикосети 10 (этапы 531, 533 и 535).
Если не принимается сообщение AD во время CAP (этап 521), координирующий узел 21 второй пикосети 20 контролирует, происходит ли конфликт из-за данных посредством установки периода контроля канала (этап 527). Если не обнаружен конфликт из-за данных, координирующий узел 21 второй пикосети 20 входит в неактивный период (этап 529).
Тем временем, координирующий узел 11 первой пикосети 10 принимает сообщение AD во время CAP от координирующего узла второй пикосети 20 (этапы 519 и 521) и обновляет график (этап 523). Если завершился CAP (этап 525), координирующий узел 11 первой пикосети 10 контролирует, не происходит ли конфликт из-за данных посредством установки периода контроля канала (этап 527). Если не обнаружен конфликт из-за данных, координирующий узел 11 первой пикосети 10 входит в неактивный период (этап 529).
Хотя фиг.7 изображает пример, в котором первая пикосеть 10 входит в неактивный период после завершения первого суперкадра, случай, когда канал контролируется перед тем, как первая пикосеть 10 войдет в неактивный период, показан на фиг.8.
На фиг.8 ситуация 450 изображает случай, когда CAP первой пикосети 10 и период TDMA второй пикосети 20 конфликтуют друг с другом, когда не применяется настоящее изобретение. В этом случае, нельзя обмениваться сообщением AD между двумя пикосетями.
На фиг.8 ситуация 460 изображает случай, когда настоящее изобретение применяется к ситуации 450.
Координирующий узел 11 первой пикосети 10 определяет, контролируется ли канал, когда завершился период суперкадра, или определяет, происходит ли конфликт в соответствии с потерей пакетов во время CAP (последующие этапы 501, 503, 505, 507, 519, 521, 525 и 527). Если определяется, что существуют факторы, имеющие влияние на передачу и прием первой пикосети 10, координирующий узел 11 пикосети 10 не входит непосредственно в неактивный режим и вместо этого входит в состояние ожидания приема для ожидания приема сообщения 200 AD известного формата (этап 509). Следующая операция подобна той, которая на фиг.9.
Период TDMA второй пикосети 20 завершается (показано на этапах 501, 503 и 505), и координирующий узел 21 второй пикосети 20 передает широковещательно сообщение AD (этап 507).
Координирующий узел 11 первой пикосети 10 принимает сообщение 200 AD и обновляет график (этапы 511 и 513) и передает сообщение 200 AD первой пикосети 10 во время CAP второй пикосети 20 (этапы 515 и 517). В этом случае, так как координирующий узел 11 первой пикосети 10 уже принял сообщение 200 AD второй пикосети 20, он может иметь сведения посредством информации, включенной в сообщение 200 AD, когда завершится CAP второй пикосети 220.
В вышеприведенных примерах был описан процесс работы, который может принимать сообщение 200 AD, когда две пикосети конфликтуют друг с другом, как на фиг.6, 7 и 8. Если принимается сообщение 200 AD, могут быть известны периоды TDMA пикосетей, и может быть определено время передачи сообщения AD, передаваемого после завершения периода TDMA соседней пикосети. Таким образом, может непрерывно приниматься последнее сообщение AD.
Настоящее изобретение также может применяться, когда конфликтуют три или более пикосетей. Это потому, что сообщение AD передается в CAP соседней пикосети, и, таким образом, сообщение AD передается, конечно, посредством схемы состязаний. В редких случаях, если большое количество пикосетей конфликтуют одновременно, необходимо надлежащим образом увеличить CAP. Фиг.9 изображает случаи, когда три пикосети конфликтуют, и решается проблема конфликта, как указано, посредством ситуаций 470 и 480.
Настоящее изобретение может работать без каких-либо проблем, даже когда пикосети работают в безмаячковом режиме, и период TDMA увеличивается из-за повторной передачи. На фиг.10 координирующий узел 21 второй пикосети 20 запланирован на прием сообщения 200 AD в конце периода TDMA первой пикосети 10 (как показано на этапах 531, 533 и 535), но сообщение 200 AD задерживается из-за изменяемого увеличения периода TDMA первой пикосети 10. Если сообщение 200 AD не принимается в запланированное время (этап 535), вторая пикосеть 20 ожидает приема сообщения 200 AD или до предсказуемого или заданного максимального времени задержки TDMA (этап 539). Если не принимается сообщение AD, вторая пикосеть 20 определяет, что пикосеть 10 удалилась, и выходит из конфликтной ситуации. Ликвидируется период TDMA первой пикосети 10 в графике (этап 541). Если принимается сообщение 200 AD, выполняются ранее описанные процедуры (этап 537).
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения высокий коэффициент использования канала обеспечивается в высокосостязательной среде WBAN, конфликты передачи данных могут быть уменьшены, когда множество пикосетей находятся рядом друг с другом, может быть предотвращена задержка передачи данных, и могут быть уменьшены служебные сигналы, формируемые временной синхронизацией во время передачи данных TDMA.
Хотя варианты осуществления настоящего изобретения были описаны для иллюстративных целей, возможны различные модификации, дополнения и замены без отступления от объема и сущности изобретения, описанного в прилагаемой формуле изобретения. Например, при приеме сообщения AD, если сообщением 200 AD является сообщение, которое принимается сначала пикосетью, координирующий узел пикосети передает свое сообщение AD в качестве ответа, но если не является им, координирующий узел может не передавать свое сообщение AD. Следовательно, объем настоящего изобретения не должен ограничиваться описанием варианта осуществления, но определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.