СПОСОБ БЫСТРОЙ ПЕРЕДАЧИ ОБСЛУЖИВАНИЯ УРОВНЯ ЛИНИИ СВЯЗИ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СЕТЯХ
METHOD FOR FAST LINK LAYER HANDOVER IN HETEROGENEOUS NETWORKS

Изобретение находит применение в системах мониторинга пациентов, в частности, относительно систем физиологического мониторинга. Однако будет понятно, что описанные способы также могут находить применение в других системах мониторинга, других сценариях сбора информации для медицинского обслуживания, других способах мониторинга состояния и тому подобных.
Типичная беспроводная система мониторинга пациента (PMS) включает в себя: 1) одно или более устройств мониторинга пациента (PMD), 2) сервер информации пациента (PIS), и 3) сервер базы данных пациента (PDS). PMD, PIS и PDS соединены в топологии сети А. Обычно больничная IP сеть является проводной сетью Ethernet. PIS и PDS соединены с проводной больничной IP сетью. Беспроводная сеть доступа, которая соединяет мобильное PMD с больничной IP сетью, может быть основана на частных или стандартизованных технологиях локальной сети (LAN), таких как IEEE 802.11.
PMD собирает физиологические данные пациента (ЭКГ, SpO2 и т.д.) и отправляет их в PIS, где данные анализируют и отображают. Данные от пациента также могут быть сохранены в PDS. Передача данных из монитора пациента в сервер отображения информации пациента проходит беспроводную сеть доступа и проводную больничную IP сеть. Жизненно важные системы мониторинга пациента являются чувствительными к ошибкам, т.е. они могут допускать только небольшое число ошибок передачи, а также являются чувствительными к задержке, т.е. они требуют, чтобы данные были переданы из PMD в PIS в пределах определенной границы задержки. Ключевым требованием к производительности для PMD является низкое потребление энергии, что позволяет PMD работать в течение длительных периодов времени без необходимости быть перезаряженными или без замены их батарей. Будущие применения больничных сетей будут предоставлять более чем одну технологию радиодоступа в заданном местоположении, а следующее поколение PMD будет оснащено множеством беспроводных интерфейсов связи, упомянутых в настоящем документе как многорежимные PMD, позволяющим этим устройствам соединяться с этими гетерогенными сетями доступа. Механизм, основанный на устройстве, описанный автором Shin и другими в “Reducing MAC Layer Handoff Latency in IEEE 802.11 Wireless LAN” (MobiWac'04, October 2004), несмотря на то, что прост в осуществлении, не предотвращает время- и энергозатратного сканирования потенциальных сетей вследствие устаревших записей в кэше. Несмотря на то, что этот механизм может предоставлять ограниченную информацию о потенциальных сетях, такую как канал точки доступа и адрес МАС, ему не хватает предоставления дополнительной информации, такой как использование сети, которая была бы критической для интеллектуальных решений сети доступа.
Несмотря на то, что IEEE 802.11 предоставляет интересную инфраструктуру для распространения информации о сети доступа, его недостаток для использования в PMS включает в себя отсутствие спецификации способа, с помощью которого собирают информацию, и, следовательно, качество информации зависит от осуществления и может быть недостаточным. Другим недостатком является то, что его издержки сигнализации могут требовать слишком большую полосу пропускания для частных радиотехнологий. Кроме того, совместимость с IEEE 802.11 увеличивает потребление энергии, например, на запросы сканирования и т.д., что является вредным для мобильных устройств мониторинга пациентов.
Настоящая заявка предоставляет новые и улучшенные системы и способы для своевременного и энергетически эффективного получения точной информации о соседних сетях доступа, которые преодолевают вышеупомянутые и другие проблемы.
Использованный в настоящем документе термин “обслуживающая” сеть обозначает сеть, с которой в текущий момент соединено PMD, “потенциальные” сети обозначают сети, которые PMD оценивает как возможные сети для хэндовера к ним, и “целевая” сеть обозначает потенциальную сеть, которую PMD выбрало в качестве сети, которая должна стать новой обслуживающей сетью.
В соответствии с одним аспектом способ перехода устройства мониторинга пациента между сетями технологии радиодоступа (RAT) содержит установление первой линии связи между многорежимным устройством мониторинга пациента и первой точкой доступа через первую сеть RAT (RAT-1), причем устройство мониторинга пациента связывается с больничной сетью по протоколу Интернет (IP) с помощью первой точки доступа. Способ дополнительно содержит сбор информации относительно одной или более других потенциальных сетей (RAT-2), через которые устройство мониторинга пациента может связываться с больничной IP сетью, передачу информации о потенциальной сети в устройство мониторинга пациента и установление второй линии связи между устройством мониторинга пациента и второй точкой доступа для целевой сети.
В соответствии с другим аспектом система, которая способствует переходу устройства мониторинга пациента между сетями технологии радиодоступа (RAT), содержит многорежимное устройство мониторинга пациента (PMD), которое устанавливает первую линию связи с первой точкой доступа через первую сеть RAT (RAT-1), причем устройство мониторинга пациента связывается с больничной сетью по протоколу Интернет (IP) с помощью первой точки доступа. Система дополнительно содержит интерфейс сканирования (SI), сконфигурированный для сбора информации о доступности относительно одной или более потенциальных сетей (RAT-2), через которые устройство мониторинга пациента может связываться с больничной IP сетью, причем интерфейс сканирования расположен дистанционно от многорежимного устройства мониторинга пациента. Первая точка доступа ретранслирует информацию о потенциальной сети из интерфейса сканирования в устройство мониторинга пациента. Эту информацию о потенциальной сети затем используют с помощью PMD для того, чтобы установить вторую линию связи в целевую вторую точку доступа.
В соответствии с другим аспектом устройство, которое способствует переходу устройства мониторинга пациента между сетями технологии радиодоступа (RAT), содержит средство для установления и поддержания первой линии связи с использованием первой сети RAT между многорежимным устройством мониторинга пациента и больничной сетью по протоколу Интернет (IP) с помощью средства для установления и поддержания первой линии связи. Устройство дополнительно содержит средство для сбора информации относительно одной или более потенциальных сетей, использующих вторую технологию радиодоступа (RAT-2), через которые устройство мониторинга пациента может связываться с больничной IP сетью. Кроме того, устройство содержит средство для передачи информации о потенциальной сети в устройство мониторинга пациента и средство для установления и поддержания второй линии связи между устройством мониторинга пациента и второй точкой доступа для целевой сети.
Одним преимуществом является то, что поддерживается постоянное качество обслуживания для устройства мониторинга пациента.
Другое преимущество заключается в сбережении энергии для устройства мониторинга пациента.
Другие дополнительные преимущества изобретения будут понятны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.
Чертежи приведены только для целей иллюстрации различных аспектов и не должны быть истолкованы как ограничивающие.
Фиг.1 иллюстрирует систему, которая включает в себя совместно расположенные AP и SI в многорежимной АР, соединенной жестко с больничной IP сетью с помощью проводного интерфейса.
Фиг.2 иллюстрирует систему, которая включает в себя совместно расположенные АР и интерфейс сканирования/беспроводную станцию (SI/STA) в многорежимной АР, соединенной беспроводным способом с больничной IP сетью с помощью интерфейса STA (например, беспроводной локальной сети или тому подобной) с существующей АР2.
Фиг.3 иллюстрирует систему с однорежимной АР и однорежимным устройством сканирования (SD).
Фиг.4 иллюстрирует систему с однорежимной АР и многорежимным устройством сканирования, которое сканирует сети в окрестности и собирает информацию (например, идентификационные данные, протоколы связи, протоколы инициирования и т.д.).
Фиг.5 иллюстрирует способ перехода устройства мониторинга пациента между сетями технологии радиодоступа (RAT), когда устройство мониторинга пациента обнаруживает, что его текущая линия связи имеет качество обслуживания ниже уровня предварительно определенного порога.
Чтобы преодолеть вышеупомянутые проблемы, описанные системы и способы составляют пару точки доступа (АР), которая использует первую технологию радиодоступа (RAT-1), с одним или более беспроводных интерфейсов другой технологии радиодоступа (RAT-2, RAT-3 и т.д.), в дальнейшем называемыми интерфейсами сканирования (SI). Ролью SI является компилировать подробную информацию о RAT, отличных от RAT-1, в географической близости от AP. Информацию предоставляют в множественное радио PMD через его обслуживающую АР. Это освобождает PMD от необходимости выполнять обширное сканирование, таким образом, уменьшая его потребление энергии, в то же время, предоставляя актуальную информацию в PMD относительно других доступных сетей, в которые PMD может переключиться, чтобы гарантировать, что мониторинг пациента является не прерванным.
Фиг.1 иллюстрирует систему 10, которая включает в себя совместно расположенные AP 12 и SI 14 в многорежимной АР 16, соединенной жестко с больничной IP сетью 18 с помощью проводного интерфейса 20.
В одном варианте осуществления один или более SI 14 для разных RAT физически совместно расположены с AP 12. Объединенное устройство упомянуто в настоящем документе как многорежимная АР 16. Больничная сеть 18 соединена с множеством существующих АР, например, АР1 22, АР2 24, АР3 26 и т.д. Существующие АР могут быть однорежимными АР (как проиллюстрировано), или одна или более из существующих АР могут быть многорежимными АР. Многорежимное PMD 28 имеет два или более интерфейсов RAT, IF1 30 и IF2 32, один из которых используют в данный момент времени для того, чтобы соединяться с АР 12 многорежимной АР 16.
Многорежимная АР 16 собирает информацию о сетях RAT в своей окрестности, отличных от сети RAT, используемой с помощью АР 12, и сохраняет ее в базе данных 34, расположенной в многорежимной АР. Многорежимная АР предоставляет эту сохраненную информацию в многорежимное PMD: 1) с помощью включения информации в свой сигнал маяка или 2) по запросу из многорежимного PMD через специальные кадры уровня 2 сети взаимодействия открытых систем (OSI) (например, кадры уровня линии связи данных, кадры, подобные кадрам “действие” в IEEE 802.11 и т.д.) или обмены кадрами более высокого уровня. В одном варианте осуществления многорежимная АР 16 соединена с больничной IP сетью 18 через проводную линию 20 связи. Фиг.1 изображает конкретный вариант осуществления, в котором два интерфейса IF1 и IF2 предназначены для связи с многорежимной АР и с другими АР с использованием RAT-1 и RAT-2 соответственно. Многорежимная АР содержит АР для связи RAT-1 и SI для связи RAT-2, в то время как существующие АР 22, 24, 26 связываются с использованием RAT-2.
В одном варианте осуществления многорежимное PMD первоначально соединено с многорежимным АР с использованием RAT-1 в обслуживающей сети. Многорежимная АР постоянно или периодически передает сигнал маяка, который включает в себя информацию относительно потенциальных сетей, использующих протоколы связи RAT-2, таких как существующие АР 22, 24, 26. Информация может включать в себя, например, информацию об идентификационных данных АР, информацию о протоколе связи, информацию инициирования сеанса, информацию о доступности полосы пропускания и т.д. Если PMD определяет, что линия связи RAT-1 является слабой (например, ниже уровня предварительно определенного допустимого порога) и, что одна или более из существующих АР RAT-2, работающих в одной или более потенциальных сетях, обеспечивает лучшее качество обслуживания, тогда PMD выбирает потенциальную АР в качестве целевой АР и переключается на связь RAT-2 с целевой АР RAT-2, чтобы продолжить связываться с больничной IP сетью. Таким образом, PMD обеспечивают постоянную линию связи с больничной IP сетью, без необходимости расходования энергии для того, чтобы активно искать качество сигнала среди множества АР или осуществлять доступ к множеству АР в потенциальных сетях. Качество обслуживания может быть функцией, например, качества одного или более сигналов, доступности полосы пропускания, надежности линии связи и т.д. без ограничения ими.
В одном варианте осуществления PMD определяет, что его качество обслуживания ниже предварительно определенного порога, и запрашивает собранную информацию относительно других доступных сетей. В другом варианте осуществления PMD определяет, что его качество обслуживания ниже предварительно определенного порога, и ищет сигнал маяка, который включает в себя собранную информацию относительно других доступных сетей.
В соответствии с одним вариантом осуществления пациент, соединенный с PMD, может решить покинуть палату, в которой этот пациент пребывает и в которой используется сеть RAT-1. Когда пациент приближается к периметру зоны покрытия сети RAT-1, сигнал связи, который она использует, становится уменьшенным, и PMD запрашивает информацию из обслуживающей АР относительно других доступных сетей RAT, на которые PMD может переключиться, чтобы поддерживать связь с больничной IP сетью. В качестве альтернативы PMD периодически или постоянно принимает такую информацию через сигнал маяка, отправленный с помощью обслуживающей АР. Таким образом, PMD нет необходимости расширять ресурсы (например, мощность батареи, и т.д.) для того, чтобы активно искать другие сети или АР.
Будет понятно, что каждое PMD, многорежимная АР, однорежимная АР, существующие АР и больничная IP сеть, описанные в различных вариантах осуществления и на чертежах в настоящем документе, включают в себя память или компьютерно-читаемый носитель (не изображен), который хранит, и один или более процессоров (не изображены), которые исполняют компьютерно-исполняемые инструкции, для выполнения различных функций, действий, этапов, способов и т.д., описанных в настоящем документе. Память может быть компьютерно-читаемым носителем, на котором сохранена программа управления, таким как диск, накопитель на жестком диске и т.п. Обычные виды компьютерно-читаемых носителей включают в себя, например, флоппи-диски, гибкие диски, жесткие диски, магнитную ленту или любое другое магнитное запоминающее устройство, CD-ROM, DVD или любой другой оптический носитель, RAM, ROM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, их варианты, другую микросхему или картридж памяти или любой другой материальный носитель, из которого процессор может считывать и исполнять. В этом контексте системы, описанные в настоящем документе, могут быть осуществлены в одном или более универсальных компьютерах, специализированном компьютере (компьютерах), программируемом микропроцессоре или микроконтроллере и элементах периферийных интегральных схем, ASIC или другой интегральной схеме, процессоре цифровых сигналов, электронной или логической схеме с постоянным монтажом, такой как схема на дискретных элементах, программируемом логическом устройстве, таком как PLD, PLA, FPGA, CPU с графической картой (GPU) или PAL и тому подобных, или как одно из перечисленных устройств.
Фиг.2 иллюстрирует систему 50, которая включает в себя совместно расположенные АР 12 и SI/STA 54 в многорежимной АР 16, соединенной беспроводным образом с больничной IP сетью 18 с помощью беспроводной линии 52 связи (например, беспроводной локальной сети или тому подобной) с существующей АР2 24. В одном варианте осуществления один или более SI/STA 52 для разных RAT физически совместно расположены с АР 12 (например, на общей печатной плате в одном корпусе или модуле или тому подобном). Больничная сеть дополнительно соединена с множеством существующих АР 22, 24, 26 и т.д. Существующие АР могут быть однорежимными АР (как проиллюстрировано), или одна или более из дополнительных АР могут быть многорежимными АР. Многорежимное PMD 28 имеет два или более интерфейсов RAT, IF1 30 и IF2 32, один из которых используют в данный момент времени для того, чтобы соединяться с АР 12 многорежимной АР 16. Многорежимная АР 16 собирает информацию о сетях RAT в своей окрестности, отличных от сети RAT, используемой с помощью АР 12, и сохраняет ее в базе данных 34, расположенной в многорежимной АР. Многорежимная АР предоставляет эту сохраненную информацию (например, информацию о сети из больничной IP сети) в многорежимное PMD с помощью включения информации в свой сигнал маяка или по запросу из многорежимного PMD через специальные кадры уровня 2.
Один из интерфейсов не-АР многорежимной АР сконфигурирован как станция (STA) 54 в одной из сетей RAT не-АР, позволяя многорежимной АР действовать в качестве беспроводного узла-посредника. PMD 28 содержит два интерфейса IF1 и IF2 для связи RAT-1 и RAT-2 соответственно. Многорежимное PMD первоначально может быть соединено в многорежимной АР через RAT-1. Многорежимная АР включает в себя АР 12 для связи RAT 1 и интерфейс 54 для RAT-2, который служит в качестве SI, а также STA.
Фиг.3 иллюстрирует систему 70 с однорежимной АР 72 и однорежимным устройством 74 сканирования (SD). В одном варианте осуществления SI 14 включен в автономное SD 74, находящееся или расположенное в окрестности однорежимной АР 72, которая содержит одну АР 12 интерфейса RAT. Однорежимная АР 72 и SD 74 спарены таким образом, что SD 74 собирает информацию о RAT из сигналов в окрестности однорежимной АР 72. Однорежимная АР содержит один интерфейс (АР) 12 для конкретной RAT (например, RAT-1), а SD содержит один интерфейс (SI) 14 для другой RAT (RAT-2). Больничная сеть 18 соединена с множеством существующих АР, например, АР1 22, АР2 24, АР3 26 и т.д. Существующие АР могут быть однорежимными АР (как проиллюстрировано), или одна или более из существующих АР могут быть многорежимными АР. Многорежимное PMD 28 имеет два или более интерфейсов RAT, IF1 30 и IF2 32, один из которых используется в данный момент времени для того, чтобы соединяться с АР 12 многорежимной АР 72 или с одной из многорежимных АР соответственно.
SD создает карту соседних сетей RAT-2 в окрестности однорежимной АР. Эту информацию сохраняют в сервере 76 базы данных в больничной сети 18. В одном варианте осуществления АР 12 извлекает информацию о соседних сетях из сервера 76 базы данных и предоставляет эту информацию в многорежимное PMD 28 с помощью включения информации в свой маяк или по запросу из многорежимного PMD через специальные кадры “уровня 2” или кадры более высокого уровня. В другом варианте осуществления многорежимное PMD осуществляет доступ к информации непосредственно из сервера 76 базы данных с помощью линии связи RAT-1 в АР 12.
Фиг.4 иллюстрирует систему 100 с однорежимной АР 72 и многорежимным устройством 102 сканирования, которое сканирует сети в окрестности и собирает информацию (например, идентификационные данные, протоколы связи, протоколы инициирования и т.д.). В одном варианте осуществления SI 14 включен в автономное многорежимное устройство сканирования (SD), находящееся в окрестности однорежимной АР 72, которая содержит одну АР 12 интерфейса RAT. Однорежимные АР 72 и SD 74 расположены в непосредственной близости друг от друга, таким образом, что SD 74 собирает информацию о RAT из сигналов в окрестности однорежимной АР 72. Однорежимная АР содержит один интерфейс (АР) 12 для конкретной RAT (например, RAT-1), а многорежимное SD содержит один интерфейс (SI) 14 для другой RAT (RAT-2). Многорежимное SD также включает в себя интерфейс не-АР, который сконфигурирован как станция (STA) 104 в одной из сетей не-АР, позволяя многорежимной АР действовать в качестве беспроводного узла-посредника. Больничная сеть 18 соединена с множеством существующих АР, например, АР1 22, АР2 24, АР3 26 и т.д. Существующие АР могут быть однорежимными АР (как проиллюстрировано), или одна или более из существующих АР могут быть многорежимными АР. Многорежимное PMD 28 имеет два или более интерфейсов RAT, IF1 30 и IF2 32, один из которых используется в данный момент времени для того, чтобы соединяться с АР 12 однорежимной АР 72 или с одной из существующих АР соответственно.
SD создает карту соседних сетей RAT-2 в окрестности однорежимной АР. Эту информацию сохраняют в сервере 106 базы данных в однорежимной АР 72. В одном варианте осуществления АР 12 извлекает информацию о соседних сетях из сервера 106 базы данных и предоставляет эту информацию в многорежимное PMD 28 с помощью включения информации в свой маяк или по запросу из многорежимного PMD через специальные кадры “уровня 2” или кадры более высокого уровня. В другом варианте осуществления многорежимное PMD осуществляет доступ к информации непосредственно из сервера 106 базы данных с помощью линии связи RAT-1 в АР 12.
В другом варианте осуществления многорежимное SD содержит два или более интерфейсов для разных RAT, одна из которых является RAT, используемой с помощью однорежимной АР. Многорежимное SD соединено с однорежимной АР через RAT-1. Однорежимная АР извлекает информацию для сетей RAT-2 из многорежимного SD и сохраняет ее в локальной базе данных 106. Затем однорежимная АР 72 предоставляет эту информацию в многорежимное PMD с помощью включения информации в свой маяк или по запросу из многорежимного PMD через специальные кадры уровня 2 или кадры более высокого уровня.
Фиг.5 иллюстрирует способ перехода устройства мониторинга пациента между сетями технологии радиодоступа (RAT), когда устройство мониторинга пациента обнаруживает, что его текущая линия связи имеет качество обслуживания ниже уровня предварительно определенного порога. На этапе 120 устанавливают линию связи между многорежимным PMD и первой АР (например, обслуживающей АР) через первую сеть RAT (RAT-1). PMD связывается с больничной IP сетью с помощью первой точки доступа, которая может быть многорежимной или однорежимной. На этапе 122 собирают информацию относительно одной или более других потенциальных сетей (RAT-2), через которые PMD может связываться с больничной IP сетью. Информация о сети RAT-2 и/или точке доступа может быть собрана с помощью интерфейса сканирования (SI) в многорежимной АР или в расположенной вблизи однорежимной АР.
На этапе 124 делают определение относительно того, находится ли качество обслуживания в PMD на уровне или выше уровня предварительно определенного порога для надежной связи между PMD и АР. Если да, то способ возвращается на этап 122 для продолжения сбора информации о сети RAT-2/АР. Если нет, то на этапе 126 информацию о потенциальной сети и/или АР передают в PMD. Информация о потенциальной сети и/или АР может быть непосредственно передана из SI или передана через обслуживающую АР. На этапе 128 обслуживающая АР принимает указание или сигнал из PMD относительно выбранной (например) целевой сети RAT-2/АР из потенциальных сетей/АР. На этапе 130 PMD инициирует передачу обслуживания PMD из обслуживающей АР в целевую АР. То есть вторую линию связи устанавливают между PMD и целевой АР с использованием второй технологии радиосети (RAT-2).
Изобретение описано со ссылкой на несколько вариантов осуществления. Модификации и изменения могут приводить к другим вариантам осуществления после чтения и понимания предшествующего подробного описания. Подразумевается, что изобретение должно быть истолковано как включающее в себя все такие модификации и изменения до тех пор, пока они попадают в рамки объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.