План регламента использования каналов сетей mban и адаптивное присвоение каналов для приведения к стандарту ieee 802.15.4j - RU2597368C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка относится к устройствам для медицинского мониторинга и клинических данных для мониторинга физиологического состояния пациента. Настоящая заявка находит применение, в частности, при использовании плана присвоения каналов и регламента использования каналов для приведения к стандарту IEEE 82.15.4j.

Быстрое развитие в области физиологических датчиков, маломощных интегральных схем и беспроводной связи создало возможность применения медицинских носимых нательных локальных сетей (MBAN) нового поколения для мониторинга пациентов. Сети MBAN обеспечивают недорогой беспроводной мониторинг пациентов (PM), при отсутствии неудобств и угроз безопасности, создаваемых проводными соединениями, которые могут зацепляться за медицинский персонал или могут разъединяться с потерей медицинских данных. При подходе на основе сетей MBAN, несколько дешевых датчиков закрепляют в разных местах на пациенте или вокруг него. Упомянутые датчики снимают показания, относящиеся к информации о физиологических параметрах пациента, например температуру, пульс, уровень глюкозы крови, электрокардиографические (ЭКГ) данные пациента и т.д. Датчики координируются, по меньшей мере, одним близкорасположенным устройством-концентратором или шлюзом для формирования сети MBAN. Устройство-концентратор или шлюз поддерживает связь с датчиками с использованием встроенных устройств ближней беспроводной радиосвязи, например, соответствующих протоколу IEEE 802.15.4 (Zigbee) ближней беспроводной связи. Информация, собираемая датчиками, передается в устройство-концентратор или шлюз по сети MBAN ближней беспроводной связи, что исключает необходимость проводных соединений. Устройство-концентратор или шлюз передает собранные данные пациента в центральный пост мониторинга пациентов по проводной или беспроводной линии связи большей дальности для централизованной обработки, отображения и сохранения. Сеть большей дальности действия может содержать, например, проводную сеть Ethernet и/или беспроводной протокол, например протокол Wi-Fi или какой-нибудь специализированной беспроводной сети. Пост мониторинга пациентов (PM) может содержать, например, базу данных электронных карт пациентов, устройства отображения, расположенные на сестринском посту или в другом месте в медицинском учреждении и т.д.

Мониторинг на основе сети MBAN обеспечивает сбор физиологических параметров пациента. В зависимости от типа параметра и состояния пациента, собранные данные могут изменяться по значимости от важных (например, в случае мониторинга здорового пациента в режиме тренировок) до опасных для жизни (например, в случае критически больного пациента в блоке интенсивной терапии). Вследствие вышеизложенного, существует строгое требование к надежности беспроводных линий связи сетей MBAN, обусловленное медицинским содержанием данных. Однако, текущее распределение диапазона частот и регламенты в отношении возможности установления беспроводной связи в медицинских системах не удовлетворяют строгим требованиям к сетям MBAN, в том числе, к робастности линий связи медицинского назначения, сверхнизкому потреблению мощности и низкой стоимости, либо из-за ограниченной ширины полосы пропускания, либо из-за неконтролируемых помех.

Концепции регламентов распределения диапазонов частот направлены на повышение эффективности использования диапазона частот. Один из способов повышения эффективности состоит в распределении уступаемого (в дальнейшем, оппортунистического) диапазона частот специально для применений и служб сетей MBAN в качестве вторичных пользователей диапазона частот, который ранее распределен первично другим службам. Основная концепция оппортунистического диапазона частот состоит в предоставлении вторичным пользователям возможности вовремя использовать диапазон частот, который прежде был распределен первичным пользователям, пока упомянутые вторичные пользователи не создают вредных помех первичным пользователям. Например, в США предложено делать доступным диапазон 2360-2400 МГц (диапазон частот сетей MBAN), распределенный в данное время другим пользователям, для служб сетей MBAN в качестве вторичного пользователя. Аналогичные предложения поступили или ожидаются в других странах. Широкая полоса пропускания, отсутствие помех и высокие характеристики распространения диапазона частот сетей MBAN должны обеспечить удовлетворение строгих требований и возможность установления связи медицинского назначения. Для обеспечения совместимости первичных пользователей и вторичных пользователей, на использование диапазона частот вторичными пользователями будут наложены некоторые ограничения (или правила регламента распределения диапазона частот).

Например, когда распределенный диапазон частот сетей MBAN используют по вторичному принципу, вторичный пользователь будет обязан защищать первичных пользователей в данном диапазоне частот. Например, для защиты первичных пользователей, вторичным пользователям часто требуется обеспечивать соответствующие механизмы для освобождения диапазона частот первичных пользователей, когда первичному пользователю нужно использовать диапазон частот. Для обеспечения данного условия необходимы принудительные механизмы. Настоящая заявка предлагает план регламента использования канала для сетевых систем MBAN, чтобы гарантировать совместимость с регламентами сетей MBAN.

Традиционный план присвоения каналов будет задавать несколько неперекрывающихся каналов в диапазоне частот сетей MBAN. Например, план присвоения каналов для стандарта связи IEEE 802.15.4j (15.4j) может задавать несколько фиксированных неперекрывающихся каналов в диапазоне 2360-2400 МГц. Поскольку устройство радиосвязи в стандарте IEEE 802.15.4j (15.4j) имеет ширины полосы пропускания канала 5 МГц с разделительными полосами частот на границах полосы пропускания для соответствия ограничениям по внеполосному излучению (OOBE), то в диапазоне 2360-2400 МГц может быть задано, самое большее, 7 неперекрывающихся каналов. Например, 7 каналов задаются с центральными частотами 2363, 2368, 2373, 2378, 2383, 2388 и 2395 МГц, соответственно. Поскольку центральные частоты упомянутых каналов (в МГц) имеют целочисленные значения и, следовательно, совмещаются с центральными частотами каналов, уже заданными ранее установленным стандартом IEEE 802.15.6 (15.6), то есть канал в стандарте 15.6 не разносит два канала в стандарте 15.4j. Кроме того, разделительные полосы частот являются фиксированными (2360-2360,5, 2390,5-2392,5, 2397,5-2400 МГц), и поэтому устройства радиосвязи стандарта 15.6 могут выбирать каналы стандарта 15.6 с упомянутыми разделительными полосами частот (например, каналы стандарта 15.6 с центрами на частотах 2391, 2392, 2398 и 2399 МГц) для работы с устранением потенциальных взаимных помех систем стандарта 15.4j.

Однако приведенный простой план присвоения каналов характеризуется некоторыми серьезными недостатками. Во-первых, в диапазоне 2390-2400 МГц задан только один канал. Вышеуказанное означает, что аппаратуре удаленного мониторинга, применяемой вне больниц, доступен только один канал для работы устройств радиосвязи стандарта 15.4j. Если существует любительское устройство радиосвязи, работающее вблизи или в пределах диапазона 2396-2399 МГц (например, любительское устройство для высокоскоростной передачи данных), то для устройств радиосвязи стандарта 15.4j не существует доступного канала, свободного от помех. Поэтому простой план присвоения каналов не может эффективно использовать диапазон частот, так как любительское устройство радиосвязи использует только 3-МГц диапазон частот, и для работы в стандарте 15.4j остается еще 7-МГц незанятый диапазон частот.

Кроме того, приведенный простой план присвоения каналов может не располагать возможностью эффективного использования диапазона частот, когда имеется участок диапазона частот, подлежащий защите для первичных пользователей. Например, если координатор сетей MBAN делает вывод, что в больнице следует избегать использования диапазона частот 2370-2382 МГц, так как данный диапазон частот используется в настоящее время первичными пользователями, то имеется только 3 канала, доступных данной больнице для размещения устройств сетей MBAN стандарта 15.4j. Простой план присвоения каналов использует только 15-МГц диапазон частот (3 канала, каждый с 5-МГЦ шириной полосы пропускания), даже если имеется доступный 28-МГц диапазон частот в диапазоне 2360-2390 МГц. Упомянутая низкая эффективность использования диапазона частот может быть недопустимой в некоторых случаях. Кроме того, необходим какой-то механизм регулирования использования каналов стандарта 15.4j для защиты первичных пользователей. Например, в вышеприведенном примере должен быть какой-то механизм для уведомления устройств сетей MBAN, что каналы 1, 2, 3 и 4 запрещены.

Настоящая заявка предлагает новую и усовершенствованную систему и способ для регламента использования каналов в сетях MBAN и адаптивного присвоения каналов, который устраняет вышеописанные и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом предлагается медицинская система. Медицинская система содержит, по меньшей мере, одну медицинскую носимую нательную локальную сетевую (MBAN) систему (в дальнейшем, сетевую систему MBAN). Каждая сетевая система MBAN содержит, по меньшей мере, одно устройство сети MBAN, которое собирает данные пациента и передает их в устройство-концентратор посредством ближней беспроводной связи. Передача данных пациента посредством ближней беспроводной связи выполняется в предварительно заданном диапазоне частот. Устройство-концентратор принимает данные пациента, переданные из, по меньшей мере, одного устройства сети MBAN, и обменивается информацией с центральным постом мониторинга посредством связи большей дальности. Блок регулировки каналов управляет использованием предварительно заданного диапазона частот сетью MBAN.

В соответствии с другим аспектом предлагается способ. Способ содержит этап сбора данных пациента, по меньшей мере, одним устройством медицинской носимой нательной локальной сети (MBAN), этап запрещения, по меньшей мере, одному устройству сети MBAN использовать, по меньшей мере, участок предварительно заданного диапазона частот, этап передачи собранных данных из, по меньшей мере, одного устройства сети MBAN по сетевой системе MBAN в устройство-концентратор посредством ближней беспроводной связи, при этом передача посредством ближней беспроводной связи производится в предварительно заданном диапазоне частот, и этап передачи собранных данных пациента из устройства-концентратора в центральный пост мониторинга посредством беспроводной связи большей дальности.

В соответствии с другим аспектом предлагается способ. Способ содержит этап сбора данных пациента, по меньшей мере, одним устройством медицинской носимой нательной локальной сети (MBAN), этап запрещения, по меньшей мере, одному устройству сети MBAN использовать, по меньшей мере, участок предварительно заданного диапазона частот, при этом, часть предварительно заданного диапазона частот используется первичным пользователем и не доступна для использования, этап определения плана присвоения каналов с, по меньшей мере, одним каналом предварительно заданного диапазона частот, доступным, по меньшей мере, одному устройству сети MBAN, при этом, план присвоения каналов максимизирует число каналов на, по меньшей мере, одном участке диапазона частот, не используемом первичным пользователем, и этап передачи собранных данных из, по меньшей мере, одного устройства сети MBAN по сетевой системе MBAN в устройство-концентратор посредством ближней беспроводной связи, причем передача посредством ближней беспроводной связи производится в предварительно заданном диапазоне частот.

Одно из преимуществ состоит в эффективном использовании диапазона частот сетей MBAN, при применении адаптивного присвоения каналов и регламента использования каналов.

Другое преимущество состоит в совместимости с регламентами сетей MBAN.

Другое преимущество состоит в совместимости с первичными пользователями диапазона частот и другими устройствами сетей MBAN.

Другое преимущество состоит в повышении эффективности, безопасности и качества клинических результатов процесса медицинского обслуживания.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после изучения нижеприведенного подробного описания.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и схем расположения компонентов, и различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию в смысле ограничения изобретения.

Фиг.1 - схематическое представление медицинской носимой нательной локальной сетевой (MBAN) системы (сетевой системы MBAN) в соответствии с настоящей заявкой.

Фиг.2 - схематическое представление плана присвоения каналов сетевой системы MBAN в соответствии с настоящей заявкой.

Фиг.3 - схематическое представление другого плана присвоения каналов сетевой системы MBAN в соответствии с настоящей заявкой.

Фиг.4 - схематическое представление другого плана присвоения каналов сетевой системы MBAN в соответствии с настоящей заявкой.

Фиг.5 - блок-схема последовательности операций способа работы сетевой системы MBAN в соответствии с настоящей заявкой.

На фиг.1 представлена медицинская носимая нательная локальная сеть (MBAN) 10, которая реализует план присвоения каналов и регламент использования каналов для приведения к стандарту IEEE 802.15.4j. В первом плане присвоения каналов, в диапазоне частот сетей MBAN задаются неперекрывающиеся каналы, которые могут быть доступны только в медицинском учреждении с координацией, а на первом участке диапазона частот сетей MBAN задаются перекрывающиеся каналы, которые могут быть доступны в любом месте. Фиксированные неперекрывающиеся каналы, заданные на втором участке диапазона частот сетей MBAN, будут упрощать реализацию и способствовать совместимости с другими пользователями в диапазоне сетей MBAN, например, устройствами радиосвязи стандарта IEEE 802.15.6 и т.п., в медицинских учреждениях. В то же время, перекрывающиеся каналы, заданные на первом участке диапазона частот сетей MBAN, обеспечивают возможность перенастройки внебольничной аппаратуры сетей MBAN для ослабления взаимных помех с другими пользователями на втором участке диапазона частот сетей MBAN. Второй план присвоения каналов повышает эффективность использования диапазона частот в случаях, когда от сетевых систем MBAN требуется защита диапазона частот первичных пользователей на первом участке диапазона частот сетей MBAN. Третий план присвоения частот упрощает второй план присвоения частот посредством задания меньшего числа каналов в диапазоне частот сетей MBAN, что может обеспечить удовлетворительный компромисс между эффективностью использования диапазона частот и сложностью реализации. В двух последних случаях, перекрывающиеся каналы задаются во всем диапазоне частот сетей MBAN, чтобы обеспечить больше возможностей выбора каналов для работы сетей MBAN. Для исключения использования перекрывающихся каналов в медицинских учреждениях вводят новый параметр канальной маски для управления доступом к среде (MAC-параметр канальной маски), чтобы динамически разрешать/блокировать использование каждого из заданных каналов. Примитив для установки параметра канальной маски обеспечивает возможность разрешения только неперекрывающихся каналов в пределах первого участка диапазона частот сетей MBAN, чтобы использование перекрывающихся каналов в медицинском учреждении было запрещено. Неперекрывающиеся каналы, подлежащие использованию в медицинском учреждении, можно динамически изменять для адаптации к состоянию диапазона частот в упомянутом учреждении. Перекрывающиеся каналы разрешены на втором участке диапазона частот сетей MBAN, чтобы поддерживать совместимость в рамках сценариев удаленного мониторинга. Регламент использования каналов содержит блок регулировки сетей MBAN, который связан с координатором сетей MBAN и другими устройствами сети MBAN и отвечает за формирование правил использования каналов для каждого типа устройств сети MBAN на основании электронного биометрического защитного ключа (E-key)/авторизации, полученного/ой из координатора сетей MBAN, и состояния использования диапазона частот другими устройствами сетевой системы MBAN.

Как показано на фиг.1, каждая медицинская носимая нательная локальная сеть (MBAN) 10 из множества сетей MBAN содержит множество устройств 12, 14 сети MBAN и соответствующее устройство-концентратор 16. Устройства 12, 14 сети MBAN поддерживают связь с соответствующим устройством-концентратором 16 по протоколу ближней беспроводной связи. Сеть MBAN 10 иногда называют также в соответствующей литературе другими эквивалентными терминами, например носимой нательной локальной сетью (BAN), носимой нательной сенсорной сетью (BSN), персональной локальной сетью (PAN), мобильной специализированной сетью (MANET) и т.д., при этом, следует понимать, что термин медицинская носимая нательная локальная сеть (MBAN) 10 должен включать в себя приведенные различные альтернативные термины.

Наглядно представленная сеть MBAN 10 содержит два показанных устройства 12, 14 сети MBAN и соответствующие устройства-концентраторы 16; однако, число устройств сети MBAN и устройств-концентраторов может быть один, два, три, четыре, пять, шесть или больше, и, кроме того, число устройств сети MBAN в некоторых вариантах осуществления можно специальным образом увеличивать или уменьшать, так как устройства сети MBAN добавляют в сеть или выводят из сети для дополнения или исключения возможности медицинского мониторинга. Устройства 12, 14 сети MBAN содержат, по меньшей мере, один датчик 20, который собирает данные пациента, содержащие физиологические параметры, например, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, электрокардиографические (ЭКГ) данные и т.д.; однако, предполагается также вариант, в котором, по меньшей мере, одно из устройств сети MBAN выполняет другие функции, например, контролируемую доставку лекарственного средства посредством трансдермального пластыря или внутривенного введения, выполнение функции водителя ритма сердца и т.д. Другие устройства сети MBAN могут быть связаны с пациентом, и не все из вышеупомянутых устройств сети MBAN должны быть связаны с пациентом в любой данный момент времени. Единственное устройство сети MBAN может выполнять, по меньшей мере, одну функцию. Показанные устройства 12, 14 сети MBAN расположены на внешней стороне соответствующего пациента; однако, в общем, устройства сети MBAN могут быть расположены на пациенте или внутри пациента (например, устройство сети MBAN может быть в форме имплантированного устройства) или вблизи пациента в пределах дальности связи протокола ближней связи (например, устройство сети MBAN может быть в форме устройства, установленного на насосе для внутривенной инфузии (не показанном), установленном на стойке, которая находится около пациента, и, при этом, данные мониторинга пациента могут содержать такую информацию, как расход текучей среды для внутривенной инфузии). Иногда желательно, чтобы устройства сети MBAN были миниатюрными, насколько это практически осуществимо, для обеспечения удобства пациенту и были несложными для повышения надежности, соответственно, упомянутые устройства 12, 14 сети MBAN являются, обычно, маломощными устройствами (для сохранения миниатюрности батареи или другого источника электропитания) и могут иметь ограниченный объем внутриплатного запоминающего устройства для хранения данных или буферизации данных. В результате, устройства 12, 14 сети MBAN должны непрерывно или почти непрерывно поддерживать ближнюю беспроводную связь с соответствующим устройством-концентратором 16, чтобы оперативно передавать собранные данные пациента в соответствующее устройство-концентратор 16, без переполнения своего буфера данных.

На фиг.1 дальность ближней беспроводной связи схематически обозначена пунктирной линией, используемой для очерчивания границ сетевой системы 10 MBAN. Обычно, ближняя беспроводная связь является двухсторонней, и поэтому устройства 12, 14 сети MBAN могут передавать информацию (например, данные пациента, состояние устройства сети MBAN и т.д.) в соответствующее устройство-концентратор 16; и соответствующее устройство-концентратор 16 может передавать информацию (например, команды, управляющие данные в случае лечебного устройства сети MBAN и т.д.) в устройства 12, 14 сети MBAN. Показанное устройство-концентратор является устройством, закрепленным на поясе, что облегчает ношение удлиненной тяжелой батареи и другой аппаратуры с большей дальностью передачи; однако, устройство-концентратор можно прикреплять к пациенту иначе, например, в виде наручного устройства, приклеиваемого устройства и т.д. Предполагается также возможность установки устройства-концентратора где-нибудь в другом месте вблизи пациента, например, в комплексе с насосом для внутривенной инфузии (не показанным), установленным на стойке, которая находится около пациента.

Данные пациента, собираемые из датчиков 20, одновременно передаются в контроллер 22 в соответствующем устройстве сети MBAN. Устройства 12, 14 сети MBAN служат точками сбора данных пациента, собираемых датчиками 20, и обеспечивают временное хранение данных пациента в памяти 24. Устройства 12, 14 сети MBAN содержат также блок 26 связи для передачи данных пациента по протоколу ближней беспроводной связи в соответствующее устройство-концентратор 16. Блок 26 связи содержит приемопередатчик (не показанный) для передачи данных пациента и информации, принятой контроллером 22, и приема информации из устройства-концентратора 16.

В предпочтительном варианте, протокол ближней беспроводной связи имеет относительно небольшую дальность действия несколько десятков метров, несколько метров или менее и, в некоторых вариантах осуществления, соответственно использует протокол IEEE 802.15.4 (Zigbee) ближней беспроводной связи или его вариант, или протокол Bluetooth ближней беспроводной связи или его вариант. Хотя протоколы Bluetooth и Zigbee являются подходящими вариантами осуществления для ближней беспроводной связи, предполагается также возможность применения других протоколов ближней связи, в том числе, специализированных протоколов связи. Протокол ближней связи должен иметь достаточную дальность для того, чтобы устройство-концентратор 16 поддерживало надежную связь со всеми устройствами 12, 14 сети сетевой системы 10 MBAN. Протокол ближней беспроводной связи между устройствами 12, 14 сети MBAN и соответствующим устройством-концентратором 16 и, в некоторых вариантах осуществления, между устройствами сети MBAN работает в диапазоне частот приблизительно 2,3-2,5 ГГц.

Вследствие строгих требований к надежности связи в сетевой системе 10 MBAN, обусловленных медицинским содержанием передаваемых данных пациента, оппортунистический диапазон частот сетей MBAN специально распределен для передачи данных пациента, например, в вышеописанном диапазоне 2360-2400 МГц. В диапазоне частот сетей MBAN, устройства 12, 14 сети MBAN являются вторичными пользователями диапазона частот или могут использовать его во вторичном порядке, означающем, что сетевые системы MBAN должны будут уступать первичным пользователям в данном диапазоне частот. Для защиты первичного пользователя, сетевая система 10 MBAN реализует план присвоения каналов и регламент использования каналов. В первом плане присвоения каналов, в диапазоне частот сетей MBAN задаются неперекрывающиеся каналы, которые могут быть доступны только в медицинском учреждении с координацией, а на первом участке диапазона частот сетей MBAN задаются перекрывающиеся каналы, которые могут быть доступны в любом месте. Фиксированные неперекрывающиеся каналы, заданные на втором участке диапазона частот сетей MBAN, будут упрощать реализацию и способствовать совместимости с другими пользователями в диапазоне сетей MBAN. Во втором плане присвоения каналов, эффективность использования диапазона частот повышается в случаях, когда от сетевых систем MBAN требуется защита диапазона частот первичных пользователей на первом участке диапазона частот сетей MBAN. Перекрывающиеся каналы задаются во всем диапазоне частот сетей MBAN, чтобы обеспечить больше возможностей выбора каналов для работы сетей MBAN. Для исключения использования перекрывающихся каналов в медицинских учреждениях вводят MAC-параметр, чтобы динамически разрешать/блокировать использование каждого из заданных каналов. Регламент использования каналов содержит формирование правил использования каналов для каждого типа устройства сети MBAN на основании E-key/авторизации, полученного/ой из координатора сетей MBAN, и состояния использования диапазона частот другими устройствами сети MBAN. В третьем плане присвоения частот задается меньшее число каналов во всем диапазоне частот сетей MBAN, чтобы обеспечить удовлетворительный компромисс между эффективностью использования диапазона частот и сложностью реализации.

Для достижения упомянутых целей, от медицинских учреждений, которые планируют получать доступ к диапазону частот сетей MBAN, требуется зарегистрироваться в назначенном координаторе 36 сетей MBAN. Координатор 36 сетей MBAN выполняет согласование сетей MBAN с медицинскими учреждениями и формирует электронный биометрический защитный ключ (E-key) для авторизации доступа к части диапазона частот сетей MBAN или всему данному диапазону для медицинских учреждений. Каждое зарегистрированное медицинское учреждение использует одно устройство 38 централизованного пункта управления, которое поддерживает связь с контроллером 40 координатора 36 сетей MBAN и принимает ключ E-key (либо автоматически через сетевое соединение, либо вручную по электронной почте, почте или другими способами). Выданный ключ E-key содержит санкционированные частоты и период времени для работы сети MBAN. Контроллер 42 пункта 38 управления сетями MBAN принимает и автоматически передает информацию ключа E-key в сетевые системы 10 MBAN, установленные в упомянутом учреждении для регулирования использования диапазона частот сетей MBAN упомянутыми системами.

Медицинское учреждение содержит также блок 44 регулировки каналов сетей MBAN, который служит интерфейсом между пунктами 38 управления сетями MBAN и сетевыми системами 10. Контроллер 46 блока 44 регулировки каналов сетей MBAN принимает информацию ключа E-key, сформированную координатором 36 сетей MBAN, и преобразует ее в правила использования каналов для сетевой системы 10 MBAN каждого типа в медицинском учреждении, которые сохраняются в базе данных 48 правил сетей MBAN. Блок 44 регулировки каналов сетей MBAN взаимодействует также с сетевыми системами MBAN каждого типа, например, устройствами радиосвязи стандарта 15.4j, устройствами радиосвязи стандарта 15.6 и другими специализированными системами. Контроллер 46 блока 44 регулировки каналов сетей MBAN пересылает соответствующие правила использования каналов в сетевую систему 10 MBAN каждого типа, чтобы регулировать использование диапазона частот сетей MBAN упомянутыми системами. Блок 44 регулировки каналов сетей MBAN обеспечивает также пользовательский интерфейс 50 (посредством сетевого соединения или локального соединения) для администраторов больничных сетевых систем MBAN, чтобы составить упомянутые правила использования каналов в соответствии со специальными требованиями. Кроме того, каждая сетевая система 10 MBAN передает информацию о своем использовании каналов обратно в блок 44 регулировки каналов сетей MBAN. На основании информации об использовании каналов, блок 44 регулировки каналов сетей MBAN создает отчет об использовании диапазона частот сетей MBAN и передает данный отчет в пункт 38 управления сетями MBAN и координатор 36 сетей MBAN, чтобы контролировать использование диапазона частот сетей MBAN. Кроме того, блок 44 регулировки каналов сетей MBAN получает информацию об использовании каналов всеми размещенными сетевыми системами 10 MBAN и может использовать упомянутую информацию для оптимизации использования каналов сетевыми системами 10 MBAN каждого типа. Например, блок 44 регулировки каналов сетей MBAN может создавать список приоритетных каналов для сетевой системы MBAN каждого типа, чтобы помогать сетевым системам MBAN при осуществлении выбора своих рабочих каналов.

Например, если выданный ключ E-key указывает, что для работы сетей MBAN разрешены только диапазоны 2360-2370 и 2382-2390 МГц (или, другими словами, диапазон частот 2370-2382 МГц используется первичными пользователями и подлежит защите), то блок 44 регулировки каналов сетей MBAN преобразует упомянутую информацию ключа E-key в правила использования каналов, которые пересылаются во все сетевые системы 10 MBAN для запрета использования конкретных каналов, чтобы защитить диапазон частот 2370-2382 МГц. Блок 44 регулировки каналов сетей MBAN формирует также правила каналов на основании своей информации ключа E-key, чтобы допускать некоторые каналы для общего использования сетями MBAN и допускать другие каналы для высокоприоритетного использования сетями MBAN. Например, блок 44 регулировки каналов сетей MBAN может преобразовывать информацию ключа E-key в правила использования каналов в стандарте 15.4j, разрешающие допуск к каналам 0 (2363 МГц), 5 (2388 МГц) и 6 (2393 МГц), при запрете других каналов, чтобы обеспечить использование устройствами радиосвязи сетей MBAN стандарта 15.4j только разрешенного диапазона частот, в предположении, что принят первый план присвоения каналов. Упомянутые правила пересылаются во все сетевые системы MBAN стандарта 15.4j, чтобы блокировать использование канала 1, 2, 3 и 4 для защиты диапазона частот 2370-2382 МГц. Если больница применяет также сетевые системы MBAN на основе стандарта 802.15.6, то блок 44 регулировки каналов сетей MBAN формирует правила использования каналов на основе своей информации ключа E-key и правил использования каналов 15.4j, которые он поддерживает в то время, как каналы 0, 1, …, 8, 22, 23,..., 37 и 38 разрешены, и каналы 22, 23, 24, 30, 31, 37 и 38 используются с высоким приоритетом. Каналы 22, 23, 24, 30, 31, 37 и 38 имеют высокий приоритет, так как данные каналы расположены внутри промежутков, которые запрещены текущими правилами использования каналов в стандарте 802.15.4 для доступа устройств радиосвязи связи сетей MBAN стандарта 15.4j. Упомянутые правила использования каналов стандарта 15.6 способствуют совместимости характеристик стандартов 802.15.4j/802.15.6.

Кроме того, администратор сетей MBAN больницы может настроить планирование диапазона частот сетей MBAN в соответствии со специальными требованиями посредством доработки правил использования каналов для разных зон внутри больниц в соответствии со специальными требованиями. Поскольку сетевые системы MBAN подключаются, обычно, к информационной сети медицинского учреждения либо через беспроводные точки доступа, либо через проводной порт сети Ethernet, и блок 44 регулировки каналов сетей MBAN принимает информацию о местоположении беспроводных AP (точек доступа) и портов сети Ethernet медицинских информационных сетей, то администратор сетей MBAN может доработать правила использования каналов сетей MBAN в соответствии со специальными требованиями для беспроводных точек AP доступа и портов Ethernet в специальных зонах, чтобы управлять использованием диапазона частот сетей MBAN сетевыми системами MBAN, связанными с упомянутыми точками AP доступа и портами. Например, в зоне отделения неотложной хирургии (ER), множество пациентов может носить сетевые системы MBAN для контроля их физиологического состояния. Для поддержки такого плотного размещения, администратор сетей MBAN может ограничивать число разрешенных каналов и резервировать больше диапазонов частот для специальных сетевых систем MBAN, поскольку некоторые специальные сетевые системы MBAN имеют более узкий канал и могут обеспечивать больше каналов для работы. Например, если ключ E-key разрешает больнице иметь доступ ко всему диапазону 2360-2390 МГц, то, вместо задания правил использования каналов для разрешения всех заданных каналов, администратор сетей MBAN может доработать правила использования каналов в соответствии со специальными требованиями для зоны ER (неотложной хирургии) и разрешить только некоторые каналы, при разрешении всех каналов и предоставлении другим каналам высокого приоритета. Упомянутые специально доработанные правила будут обеспечивать достаточно каналов для работы сетей MBAN и обеспечивать совместимость между разнотипными устройствами сетей MBAN.

Устройство-концентратор 16 координирует работу сетевой системы 10 MBAN в диапазоне частот сетей MBAN для приема данных пациента, собранных датчиками 20 устройств 12, 14 сети MBAN, и передает собранные данные пациента из сети MBAN 10 по протоколу связи большей дальности в центральный пост 34 мониторинга. Данные пациента, собираемые из датчиков 20, одновременно передаются из устройств 12, 14 сети MBAN в устройство 28 ближней связи в соответствующем устройстве-концентраторе 16. Устройство-концентратор 16 служит точкой сбора данных пациента, собираемых датчиками 20 всех устройств 12, 14 сети MBAN в сети MBAN, например, всех устройств сети MBAN, соответствующих одному пациенту, и обеспечивает временное хранение данных пациента в памяти 30. Устройство-концентратор 16 содержит также блок 32 связи большей дальности для передачи данных пациента по протоколу беспроводной связи большей дальности в центральный пост 34 мониторинга. Контроллер 33 устройства-концентратора 16 сетей MBAN управляет связью с устройствами 12, 14 сети MBAN, сбором и обработкой данных пациента, ретрансляцией данных пациента в центральный пост 34 мониторинга, приемом подтверждений приема, настройкой сети, присоединением новых устройств сети MBAN, отсоединением снятых устройств сети MBAN и т.п.

Блок 32 связи большей дальности устройства-концентратора 16 содержит также приемопередатчик, который обеспечивает возможность связи большей дальности для передачи данных из сетевой системы 10 MBAN. В показанном примере на фиг.1, устройство-концентратор 16 поддерживает беспроводную связь с центральным постом 34 мониторинга через точку AP 52 доступа больничной сети 54. Показанная точка AP 52 доступа является точкой беспроводного доступа, которая поддерживает беспроводную связь с устройством-концентратором 16. В показанном варианте осуществления, больничная сеть 54 содержит также дополнительные точки доступа, например, показанные точки AP 56 и AP 58 доступа, которые распределены по всей больнице или другому медицинскому учреждению. Для обеспечения дополнительного пояснения схематически показан центральный пост мониторинга, который поддерживает беспроводную связь с точкой AP 56 доступа. Разные точки AP 52, 56-58 доступа обслуживают разные зоны медицинского учреждения и их зоны обслуживания могут перекрываться между собой для обеспечения эффективно интегрированной службы роуминга.

Для обеспечения дополнительного пояснения, центральный пост 34 мониторинга содержит контроллер 60 для приема данных пациента из многих устройств-концентраторов. Центральный пост 34 мониторинга содержит также экранный монитор 62, который можно использовать, например, для отображения медицинских данных для пациента, которые собраны сетевой системой 10 MBAN и переданы в центральный пост 34 мониторинга через точку AP 56 доступа больничной сети 54. Центральный пост 34 мониторинга поддерживает связь также с подсистемой 64 электронных карт пациентов, в которой хранятся данные и карты пациентов для всех текущих и прежних пациентов. Информационный обмен между центральными постами мониторинга и подсистемой 64 электронных карт пациентов поддерживается через точки AP 52, 56 доступа больничной сети 54. Беспроводная связь большей дальности является, в подходящем случае, линией связи WiFi, соответствующей протоколу беспроводной связи IEEE 802.11 или его варианту. Однако, для связи большей дальности можно воспользоваться другими протоколами беспроводной связи, например, другим типом беспроводной медицинской телеметрической системы (WMTS). Кроме того, связь большей дальности может быть проводной связью, например, проводной линией связи сети Ethernet (при этом, больничные сети содержат, по меньшей мере, один кабель, обеспечивающий проводную линию связи большей дальности).

Связь большей дальности имеет большую дальность в сравнении с ближней связью между устройствами 12, 14 сети MBAN и соответствующим устройством-концентратором 16. Например, дальность ближней связи может быть порядка одного метра, нескольких метров или, самое большее, возможно, несколько десятков метров. Связь большей дальности может быть достаточно дальней для обслуживания значительного участка или всей больницы или другого медицинского учреждения либо непосредственно, либо через множество точек AP доступа в больничную сеть.

Связь большей дальности, в случае ее беспроводного характера, нуждается в большей мощности, чем ближняя связь. Соответственно, устройство-концентратор 16 содержит батарею или другой источник питания, достаточный для работы приемопередатчика связи большей дальности. Устройство-концентратор 16, обычно, содержит также достаточное внутриплатное запоминающее устройство, чтобы упомянутое устройство могло буферизовать значительное количество данных пациента в случае, когда связь с больничной сетью 54 прерывается на некоторый промежуток времени. В отношении показанного случая беспроводной связи большей дальности следует также понимать, что, если пациент перемещается внутри больницы или медицинского учреждения, то протокол IEEE 802.11 или другой протокол беспроводной связи, применяемый больничной сетью 54, обеспечивает беспроводную связь. В этом отношении, хотя пациент не может покинуть постель, в общем случае предполагается, что пациент может быть амбулаторным и перемещающимся по больнице или медицинскому учреждению. Когда пациент перемещается, сетевая система 10 MBAN, содержащая устройства 12, 14 сети MBAN и устройство-концентратор 16, перемещаются вместе с пациентом.

В сетевой системе 10 MBAN устройства 12, 14 сети MBAN поддерживают связь с устройством-концентратором 16 посредством ближней беспроводной связи. Однако, для разных пар или групп устройств 12, 14 сети MBAN предполагается также возможность непосредственного взаимного информационного обмена (то есть, без применения устройств-концентраторов 16, 18 в качестве промежуточных устройств) посредством ближней беспроводной связи. Данное решение может быть полезным, например, для координации работы, по меньшей мере, двух устройств сети MBAN во времени. Кроме того, устройства-концентраторы 16, 18 могут обеспечивать дополнительные функции. Например, устройства-концентраторы 16, 18 могут быть также устройством сети MBAN, которое содержит, по меньшей мере, один датчик для измерения физиологических параметров. Кроме того, несмотря на то, что устройства-концентраторы 16, 18 изображены одиночными, предполагается возможность, что сетевая система MBAN может содержать, по меньшей мере, два устройства-концентратора, которые совместно выполняют задачу согласования функций (например, сбора данных из устройств 12, 14 сети MBAN и выгрузки собранных данных посредством беспроводной связи большей дальности).

В примере на фиг.1 подробно показана только одна сетевая система 10 MBAN. Однако следует понимать, что, в общем, больница или другое медицинское учреждение содержит множество пациентов, каждый из которых снабжен собственной сетевой системой MBAN. В общем, число сетевых систем MBAN может составлять в некоторых наглядных примерах: сотни, тысячи, десятки тысяч или более, в зависимости от величины медицинского учреждения. Действительно, для одного пациента предполагается даже возможность наличия, по меньшей мере, двух разных, независимо или совместно работающих сетевых систем MBAN (не показанных). В приведенных условиях можно ожидать тесного сближения между собой различных сетевых систем MBAN разных пациентов настолько, что дальности ближней беспроводной связи соответствующих сетевых систем MBAN перекрываются.

Устройства 12, 14 сети MBAN, устройство-концентратор 16 сети MBAN, сетевая система 10 MBAN, координатор 36 сетей MBAN, пункт 38 управления сетями MBAN, блок 44 регулировки каналов сетей MBAN и центральный пост 34 мониторинга в наглядном варианте осуществления содержат, по меньшей мере, один процессор, например, микропроцессор, или другое программно-управляемое устройство, выполненное с возможностью исполнения программного обеспечения сетей MBAN для выполнения операций, подробно дополнительно описанных ниже. Обычно, программное обеспечение сетей MBAN доставляется на физической памяти или на компьютерно-считываемом носителе для исполнения процессором. Типы компьютерно-считываемых носителей для долговременного хранения данных содержат такую память, как накопитель на жестких дисках, CD-ROM (постоянное запоминающее устройство на компакт-дисках), DVD-ROM (постоянное запоминающее устройство на видеодисках), Internet-серверы и т.п. Предполагаются также возможными другие варианты осуществления процессора. Дисплейные контроллеры, специализированные интегральные схемы (ASIC), вентильные матрицы с эксплуатационным программированием (FPGA) и микроконтроллеры являются наглядными примерами компонентов других типов, которые могут быть реализованы для обеспечения функций процессора. Варианты осуществления могут быть реализованы с использованием программного обеспечения для исполнения процессором, аппаратными средствами или некоторой их комбинацией.

На фиг.2 приведен первый план присвоения каналов, использующий перекрывающиеся каналы в диапазоне частот сетей MBAN. Первый план присвоения каналов исключает сильные помехи от соседних каналов, вызываемые использованием перекрывающихся каналов в упомянутом диапазоне частот, посредством задания фиксированных неперекрывающихся каналов на втором участке диапазона частот MBAN, которые могут быть доступны только в медицинском учреждении. Приведенное решение имеет существенное значение для применения внутри медицинского учреждения, так как применение внутри медицинского учреждения характеризуется более высокой плотностью размещения сетевых систем MBAN, и существует вероятность возникновения помех от соседних каналов. Приведенный план присвоения каналов вместе с архитектурой системы регулирует использование каналов диапазона частот сетей MBAN. В частности, протокол более высокого уровня (например, протокол сетевого уровня или протокол уровня приложения) устройства-концентратора сети MBAN задает новый параметр канальной маски, ChannelEnabled, который динамически разрешает/блокирует доступ к каждому заданному каналу сетей MBAN. Например, по умолчанию, параметр ChannelEnabled установлен для разрешения только каналов 6-10 100, которые находятся внутри диапазона 102 частот сетей MBAN. Данная установка позволит устройствам сети MBAN получать доступ к разрешенным каналам внутри диапазона частот сетей MBAN в любом месте (т.е. внутри медицинского учреждения и вне медицинского учреждения). После того, как устройство-концентратор сети MBAN устанавливает действительное соединение с медицинской информационной сетью медицинского учреждения, упомянутое устройство может получить правила использования каналов из ее ретрансляционного устройства точки доступа (AP) (при соединении по беспроводной линии связи) или непосредственно из блока регулировки каналов (при подсоединении через проводной порт) и соответственно установить свой параметр ChannelEnabled. Устройство-концентратор транслирует упомянутый параметр в другие устройства сети MBAN, связанные с его сетью. Только устройство-концентратор сети MBAN выбирает разрешенный канал для работы. Как только устройство-концентратор сети MBAN теряет свое соединение с медицинской информационной сетью, его параметр ChannelEnabled вновь устанавливается в его значение по умолчанию, которое разрешает только точно установленные каналы.

В первом плане присвоения каналов центральные частоты неперекрывающихся каналов являются фиксированными в диапазоне частот сетей MBAN и ограничивают эффективное использование диапазона частот сетевыми системами MBAN, когда существует подлежащий защите участок диапазона частот первичного пользователя. Для решения приведенной проблемы, второй план присвоения частот использует перекрывающиеся каналы с межканальными шагами, заданными в диапазоне частот сетей MBAN, и новым параметром, MacChannelEnabled, содержащимся в протоколе MAC-уровня (уровня управления доступом к физическому носителю), чтобы динамически разрешать/блокировать упомянутые перекрывающиеся каналы. Второй план присвоения каналов приведен на фиг.3, где задано 35 перекрывающихся каналов 110 с межканальным шагом 1 МГц.

MAC-уровень обеспечивает вызов примитива/сервиса MLME-Set (установка объекта управления MAC-уровня) к протоколу верхнего уровня для установки параметра MacChannelEnabled. Примитив MLME-Set проверяет, является ли достоверным входное значение MacChannelEnabled с верхнего уровня с точки зрения того, разрешает ли оно перекрывающиеся каналы в диапазоне частот сетей MBAN. Если входное значение разрешает в диапазоне частот сетей MBAN участок упомянутых каналов, которые перекрываются между собой, то примитив MLME-SET интерпретирует упомянутое значение как недостоверный параметр и не обновляет MAC-параметр MacChannelEnabled и дает ответ «Invalid Input Parameter» («Недостоверный входной параметр») протоколу верхнего уровня. В ином случае, примитив MLME-SET обновляет MacChannelEnabled для динамического обновления разрешенных каналов в диапазоне частот сетей MBAN, в котором может получать доступ сетевая система MBAN. Приведенная проверка достоверности входного значения позволяет разрешать неперекрывающиеся каналы в диапазоне частот сетей MBAN, даже если в диапазоне частот заданы перекрывающиеся каналы. Данная возможность важна для поддержки небольшой сложности реализации физического уровня/уровня управления доступом к среде (PHY/MAC), так как, например, в диапазоне частот сетей MBAN присутствует, самое большее, 6 каналов (неперекрывающихся каналов), вместо 30 заданных перекрывающихся каналов, для управления и исключения помех от соседних каналов, вносимых при использовании перекрывающихся каналов в диапазоне частот сетей MBAN в пределах медицинского учреждения.

На фиг.4 представлен третий план присвоения каналов, в котором задано 15 перекрывающихся каналов 110 для обеспечения удовлетворительного компромисса между эффективностью использования диапазона частот и сложностью реализации.

Хотя три плана присвоения частот обеспечивают одинаковые преимущества, отличие второго и третьего планов присвоения каналов от первого плана присвоения каналов состоит в том, что неперекрывающиеся каналы в спектральном диапазоне сетей MBAN не фиксированы и их центральные частоты могут быть адаптированы к доступности диапазона первичных пользователей, чтобы достичь оптимальной эффективности диапазона частот. Например, если координатор сетей MBAN принимает решение, что больница должна исключить использование участка диапазона частот, так как упомянутый диапазон частот используется в настоящее время первичными пользователями, то протокол верхнего уровня может принять правила использования каналов, созданные блоком регулировки каналов сетей MBAN, и вызвать примитив MLME-SET для установки параметра MacChannelEnabled, чтобы разрешить каналы 0, 22, 27 и 32, как показано на фиг.4. Второй план присвоения каналов может обеспечить 4 неперекрывающихся канала, вместо 3 по первому плану присвоения каналов, для размещения внутри медицинского учреждения и достигает более высокой эффективности использования диапазона частот.

Второй и третий планы присвоения каналов можно также эффективно объединять с предлагаемой архитектурой системы для регулирования использования каналов диапазона частот сетей MBAN. Для размещения внутри медицинского учреждения, протокол верхнего уровня устройств-концентраторов сетей MBAN может получать правила использования каналов из блока регулировки каналов сетей MBAN через его ретрансляционное соединение с медицинской информационной сетью. Протокол верхнего уровня использует примитив MLME-SET для установки MAC-параметра MacChannelEnabled, чтобы динамически выбирать/блокировать неперекрывающиеся каналы в диапазоне частот сетей MBAN для работы сетей MBAN. Когда устройство-концентратор сети MBAN теряет свое соединение с медицинской информационной сетью, например, пациент выходит из больницы, параметр MacChannelEnabled восстанавливает свое значение по умолчанию, с которым внутри диапазона частот сетей MBAN разрешены только перекрывающиеся каналы.

На фиг.5 приведена блок-схема последовательности операций способа работы сетевой системы MBAN. На этапе 200, данные пациента собираются, по меньшей мере, одним устройством медицинской носимой нательной локальной сети (MBAN). На этапе 202, по меньшей мере, одной сети MBAN запрещается использование, по меньшей мере, участка предварительно заданного диапазона частот, при этом, часть предварительно заданного диапазона частот используется первичным пользователем и не доступна для использования. На этапе 204 определяется план присвоения каналов с, по меньшей мере, одним каналом предварительно заданного диапазона частот, доступным, по меньшей мере, одному устройству сети MBAN, при этом план присвоения каналов максимизирует число каналов на, по меньшей мере, одном участке спектра, не используемом первичным пользователем. На этапе 206, собранные данные пациента передаются из, по меньшей мере, одного устройства сети MBAN по сетевой системе MBAN в устройство-концентратор посредством ближней беспроводной связи. На этапе 208, собранные данные пациента передаются из устройства-концентратора в центральный пост мониторинга посредством беспроводной связи большей дальности.

Выше приведено описание изобретения со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Специалистами после изучения вышеприведенного подробного описания могут быть созданы модификации и внесены изменения. Предполагается, что изобретение подлежит интерпретации как включающее в себя все упомянутые модификации и изменения в той мере, насколько они находятся в пределах объема охраны прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Реферат

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к системам мониторинга физиологического состояния пациента. Медицинская система содержит по меньшей мере одну медицинскую носимую нательную локальную сетевую систему (MBAN). Каждая сетевая система MBAN содержит по меньшей мере одно устройство сети MBAN, которое собирает данные от пациента и передает их в устройство-концентратор посредством ближней беспроводной связи в предварительно заданном диапазоне частот. Устройство-концентратор обменивается информацией с центральным постом мониторинга посредством связи большей дальности. План присвоения каналов сети MBAN задает по меньшей мере один перекрывающийся канал в предварительно заданном диапазоне частот. Блок регулировки каналов управляет использованием предварительно заданного диапазона частот сетью MBAN посредством установки MAC-параметра для динамического разрешения/блокирования по меньшей мере одного предварительно заданного канала сети MBAN в предварительно заданном диапазоне частот. Группа изобретений позволяет повысить эффективность, безопасность и качество медицинского обслуживания пациентов. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула