Способ использования вспомогательного канала для достижения быстрого и эффективного по мощности присоединения в беспроводных сетях - RU2628055C2
Код документа: RU2628055C2
Чертежи
Описание
Настоящая заявка относится к медицинскому наблюдению и клиническим устройствам передачи данных для наблюдения физиологического условия пациента. Она находит конкретное применение в использовании вспомогательных каналов для достижения быстрого и эффективного по мощности присоединения к беспроводным сетям.
Быстрый рост в физиологических датчиках, интегральных схемах низкой мощности и беспроводной связи обеспечил возможность использования нового поколения медицинских нательных сетей (MBAN) для наблюдения пациентов. Сети MBAN обеспечивают недорогое беспроводное наблюдение за пациентами (PM) без неудобства и угроз для безопасности, которые возникают при проводных соединениях, о которые может спотыкаться медицинский персонал или которые могут отсоединяться, так что происходит потеря медицинских данных. В подходе MBAN, множество недорогих датчиков прикрепляются в разных местоположениях на или вблизи пациента, и эти датчики принимают считывания физиологической информации пациента, такой как температура пациента, пульс, уровень глюкозы в крови, электрокардиографические (ECG) данные, и так далее. Датчики координируются посредством, по меньшей мере, одного близко расположенного концентратора или шлюзового устройства, чтобы формировать MBAN. Концентратор или шлюзовое устройство осуществляет связь с датчиками с использованием встроенных радиостанций беспроводной связи ближнего действия, например, соответствующих протоколу беспроводной связи ближнего действия IEEE 802.15.4 (Zigbee). Информация, собираемая датчиками, передается в концентратор или шлюзовое устройство посредством беспроводной связи ближнего действия сети MBAN, таким образом, устраняя необходимость в кабелях. Концентратор или шлюзовое устройство осуществляет передачу собранных данных пациента в центральную станцию наблюдения за пациентами (PM) посредством проводной или беспроводной линии связи более дальнего действия для централизованной обработки, отображения и хранения. Сеть более дальнего действия может, например, включать в себя проводную сеть Ethernet и/или беспроводной протокол, такой как Wi-Fi или какой-либо частный протокол беспроводной сети. Станция PM может, например, включать в себя электронную базу данных медицинских карт пациентов, устройства отображения, расположенные в пункте медицинских сестер или в каких-то других местах в медицинском учреждении, и так далее.
При наблюдении MBAN получает физиологические параметры пациента. В зависимости от типа параметра и состояния пациента, полученные данные могут находиться в диапазоне от важных (например, в случае наблюдения здорового пациента, подвергаемого оздоровительному режиму), до критических для жизни (например, в случае критически больного пациента в отделении интенсивной терапии). Из-за этого имеется строгое требование надежности к беспроводным линиям связи MBAN из-за медицинского содержимого данных. Однако текущие назначения спектра и нормативные акты для медицинских беспроводных соединений не удовлетворяют строгим требованиям сети MBAN, включающим в себя устойчивость линии связи по медицинским нормам, потребление сверхнизкой мощности и низкую стоимость, вследствие либо ограниченной полосы пропускания, либо неуправляемых помех.
Сети беспроводной связи ближнего действия, такие как системы MBAN, имеют тенденцию быть чувствительными к помехам. Пространственно распределенная природа и обычно создаваемое для каждого отдельного случая формирование сетей ближнего действия могут вести к существенным пространственным наложениям разных сетей ближнего действия. Количество каналов связи ближнего действия, назначаемых для систем связи ближнего действия, также обычно ограничено правительственными нормативными актами, типом сети, или другими факторами. Комбинация накладывающихся сетей ближнего действия и ограниченное спектральное пространство (или количество каналов) могут давать в результате конфликты между передачами разных сетей ближнего действия. Эти сети могут также быть чувствительными к радиочастотным помехам от других источников, включая источники, которые не являются подобными системам сети ближнего действия.
Известно применение политики регулирования частотного спектра, чтобы увеличивать эффективность использования спектра. Одна тенденция состоит в том, чтобы назначать спектр MBAN специально для приложений и служб MBAN как вторичных пользователей спектра, которые были ранее назначены другим службам на первичной основе. Например, в США было предложено открыть диапазон 2360-2400 МГц (спектр MBAN), в текущее время назначенный другим службам, для служб MBAN как для вторичного пользователя. Аналогичные предложения были сделаны или ожидается, что будут сделаны в других странах. Широкая полоса пропускания, свободная от помех, и хорошие свойства распространения спектра MBAN удовлетворяют строгим требованиям для соединений по медицинским нормам. Чтобы достигать совместного существования между первичными пользователями и вторичными пользователями, некоторые ограничения (или постановления нормативных актов, касающихся спектра) накладываются на использование спектра вторичных пользователей. Одно возможное ограничение может состоять в том, чтобы запрещать вторичным пользователям осуществлять передачи, пока они не будут авторизованы назначенным координатором спектра посредством некоторых электронных способов. Например, механизм электронного ключа (E-Key) был предложен как часть технических постановлений для ведущегося в FCC регулирования спектра медицинской нательной сети (MBAN).
Чтобы достигать этого, назначенный спектр MBAN будет использоваться на вторичной основе, и это означает, что системы MBAN должны будут защищать всех первичных пользователей в этом спектре и принимать возможные помехи от этих пользователей. Чтобы защищать первичных пользователей, необходимо установить ограничения на использование спектра MBAN. Например, спектр MBAN может использоваться только устройствами MBAN внутри учреждений здравоохранения вне предварительно определенных защитных зон. Если устройство MBAN находится вне защитной зоны или не имеет авторизации посредством E-Key, устройство MBAN может осуществлять передачу только вне спектра MBAN. Это означает, что устройство MBAN может осуществлять передачу внутри спектра MBAN, только когда оно успешно получает авторизацию от назначенного координатора MBAN.
В этом предложенном решении, планы больницы использовать спектр MBAN для служб MBAN должны регистрироваться в назначенном координаторе MBAN. Координатор MBAN будет решать, является ли возможным использование спектра MBAN, посредством координации с первичными пользователями, и если да, будет генерировать E-Key, чтобы авторизовывать использование некоторого или всего из спектра MBAN для зарегистрированной больницы. Всем устройствам MBAN по умолчанию не разрешается осуществлять передачу в спектре MBAN, но они могут осуществлять передачу вне спектра MBAN или других диапазонах (например, диапазоне ISM 2,4 ГГц). Зарегистрированное учреждение здравоохранения будет осуществлять широковещание своего E-Key, который получен от координатора MBAN, всем активным системам MBAN внутри своего учреждения (внутри помещения). Как только устройство концентратора MBAN принимает E-Key от своего зарегистрированного учреждения здравоохранения, оно будет иметь возможность осуществления передачи внутри части или всего спектра MBAN, авторизованного посредством E-Key. Устройство концентратора MBAN является ответственным за выбор канала, в котором работать, и может уведомлять свои устройства MBAN (или подчиненные устройства) посредством передачи маяков. Подчиненным устройствам может не разрешаться передавать в спектре MBAN до того, как они успешно присоединятся к системе MBAN и будут поддерживать соединение с устройством концентратора MBAN.
Одним из важных преимуществ спектра MBAN являются текущие коммерческие решения радиосвязи низкой мощности диапазона ISM 2,4 ГГц, такие как IEEE 802.15.4 и Bluetooth, которые могут повторно использоваться в спектре MBAN. Чтобы присоединиться к системе MBAN, подчиненное устройство MBAN должно получить информацию об активных системах MBAN, расположенных рядом, и выбрать требуемую систему MBAN, к которой присоединиться. Устройство MBAN затем переключается на канал, в текущее время используемый выбранной системой MBAN, и посылает запрос присоединения в устройство концентратора требуемой системы MBAN. Устройство концентратора определяет, является ли такое присоединение разрешенным, и посылает свое решение в устройство MBAN посредством ответа о присоединении. Устройство MBAN может передавать кадр квитирования в устройство концентратора, чтобы завершать процедуру присоединения.
Когда присоединенное устройство MBAN теряет свое соединение с устройством концентратора, оно может иметь необходимость пройти через аналогичную процедуру, чтобы повторно присоединиться к своей системе MBAN. Например, в стандарте IEEE 802.15.4, потерявшее соединение устройство (т.е. устройство MBAN, которое заключает, что оно потеряло соединение с системой MBAN) может либо установить в исходное состояние свой адрес управления доступом к среде (MAC) и повторно осуществить процедуру присоединения, либо выполнить процедуру перенастройки потерявшего соединение устройства. В процедуре перенастройки потерявшего соединение устройства, потерявшее соединение устройство будет выполнять сканирование потерявшего соединение устройства, которое позволяет ему пытаться снова обнаружить и повторно подключиться к своему устройству концентратора.
Имеется несколько проблем, которые существуют со способами сканирования каналов, используемыми в процедурах присоединения или повторного присоединения (т.е. перенастройки потерявшего соединение устройства). Чтобы для устройства MBAN присоединиться или повторно присоединиться к системе MBAN, устройству MBAN требуется активно осуществлять передачу по каналу-кандидату перед тем, как оно успешно присоединится к устройству концентратора. Это может не быть приемлемым на основе ограничений на спектр MBAN. Как упомянуто выше, имеется вероятность, что ограничения будут запрещать устройствам MBAN осуществлять передачу в спектре MBAN до того, как будет получена авторизация посредством E-Key от своего устройства концентратора MBAN. Более того, в течение процедуры присоединения и процедуры перенастройки потерявшего соединение устройства, устройство MBAN должно передавать кадры запроса присоединения/уведомления потерявшего соединение устройства до того, как оно успешно установит соединение со своим устройством концентратора, и его идентификация будет верифицирована устройством концентратора, что ему может не быть разрешено сделать без наличия действительного E-Key.
Настоящая заявка обеспечивает новые и улучшенные систему и способ для быстрого и эффективного по мощности присоединения к беспроводным сетям, которые преодолевают указанные выше проблемы и другие.
В соответствии с одним аспектом, обеспечивается медицинская система. Одно или более устройств MBAN получают и осуществляют передачу данных пациента. Одна или более систем медицинской нательной сети (MBAN), при этом каждая система MBAN включает в себя упомянутые одно или более устройств MBAN, осуществляющих передачу данных пациента в устройство концентратора посредством беспроводной связи ближнего действия, при этом передача данных пациента посредством беспроводной связи ближнего действия производится внутри предварительно определенного спектра. Устройство концентратора принимает данные пациента, передаваемые от упомянутых одного или более устройств MBAN, и осуществляет связь с центральной станцией наблюдения посредством связи более дальнего действия. Упомянутые одно или более устройств MBAN передают запрос присоединения в устройство концентратора по одному или более вспомогательных каналов, чтобы присоединять каждое устройство MBAN к системе MBAN, при этом вспомогательные каналы находятся вне предварительно определенного спектра.
В соответствии с другим аспектом, обеспечивается способ. Способ включает в себя сбор данных пациента посредством одного или более устройств медицинской нательной сети (MBAN), передачу запроса присоединения в устройство концентратора по вспомогательным каналам, чтобы присоединять упомянутые одно или более устройств MBAN к системе MBAN, передачу собранных данных пациента от упомянутых одного или более устройств MBAN через систему MBAN в устройство концентратора посредством беспроводной связи ближнего действия, при этом передача посредством беспроводной связи ближнего действия производится внутри предварительно определенного спектра, при этом предварительно определенный спектр находится вне вспомогательных каналов, и передачу собранных данных пациента от устройства концентратора в центральную станцию наблюдения посредством беспроводной связи более дальнего действия.
Одно преимущество состоит в защищенном, быстром, и эффективном по мощности присоединении устройств MBAN к системам MBAN.
Другое преимущество состоит в уменьшенной или устраненной вероятности потери критических медицинских данных, полученных системой MBAN.
Другое преимущество состоит в улучшенной эффективности медико-санитарного потока работ, безопасности и клинического результата.
Другие дополнительные преимущества настоящего изобретения станут понятны специалистам в данной области техники при прочтении и понимании последующего подробного описания.
Изобретение может принимать форму в различных компонентах и компоновках компонентов, и в различных этапах и компоновках этапов. Чертежи предназначены только для целей иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны толковаться как ограничивающие изобретение.
Фиг.1 схематически иллюстрирует систему медицинской нательной сети (MBAN) в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.2 схематически иллюстрирует последовательность активного сканирования каналов в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.3 схематически иллюстрирует последовательность пассивного сканирования каналов в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.4 схематически иллюстрирует последовательность сканирования потерявшего соединение устройства в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.5 схематически иллюстрирует структуру суперкадра на основе маяков в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.6 схематически иллюстрирует режим активной передачи маяков по вспомогательному каналу в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.7 схематически иллюстрирует режим пассивной передачи маяков по вспомогательному каналу в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг.8 является блок-схемой последовательности операций работы системы MBAN в соответствии с настоящей заявкой.
Со ссылкой на Фиг.1, каждая медицинская нательная сеть (MBAN) 10 из множества сетей MBAN включает в себя множество устройств 12, 14 MBAN и соответствующее устройство 16 концентратора. Устройства 12, 14 MBAN осуществляют связь с соответствующим устройством 16 концентратора посредством протокола беспроводной связи ближнего действия. MBAN 10 также иногда указывается в соответствующей литературе с помощью других эквивалентных терминов, таких как нательная сеть (BAN), нательная сеть датчиков (BSN), персональная сеть (PAN), мобильная специальная сеть (MANET), и так далее. Термин «медицинская нательная сеть» (MBAN) 10 должен пониматься как охватывающий эти различные альтернативные термины.
Иллюстративные сети MBAN 10 включают в себя два иллюстративных устройства 12, 14 MBAN и соответствующие устройства 16 концентратора; однако количество устройств MBAN и устройств концентратора может быть единицей, двумя, тремя, четырьмя, пятью, шестью, или более, и более того количество устройств MBAN может в некоторых вариантах осуществления увеличиваться или уменьшаться специальным образом по мере того, как устройства MBAN добавляются или удаляются из сети, чтобы добавлять или удалять возможность медицинского наблюдения. Устройства 12, 14 MBAN включают в себя один или более датчиков 20, которые получают данные пациента, включающие в себя физиологические параметры, такие как частота сердечных сокращений, частота дыхания, электрокардиографические (ECG) данные, и так далее; однако также предполагается, что одно или более из устройств MBAN выполняют другие функции, такие как управляемая доставка лекарственного средства посредством трансдермального пластыря или внутривенного соединения, выполнение функциональности кардиостимуляции, и так далее. С пациентом могут быть связаны другие устройства MBAN, и не все из вышеупомянутых устройств MBAN должны быть связаны с пациентом в любой заданный момент времени. Одиночное устройство MBAN может выполнять одну или более функций. Иллюстративные устройства 12, 14 MBAN размещаются на внешней области соответствующего пациента; однако, более широко, устройства MBAN могут размещаться на пациенте, или в пациенте (например, устройство MBAN может принимать форму имплантированного устройства), или близко к пациенту внутри диапазона связи протокола связи ближнего действия (например, устройство MBAN может принимать форму устройства, установленного на внутривенном инфузионном насосе (не показан), установленном на стойке, которая находится рядом с пациентом, и в этом случае наблюдаемые данные пациента могут включать в себя информацию, такую как скорость потока внутривенной текучей среды). Иногда является желательным делать устройства MBAN настолько маленькими, насколько практически выполнимо, чтобы способствовать комфорту пациента, и чтобы они были низкой сложности, чтобы увеличивать надежность. Соответственно, такие устройства 12, 14 MBAN являются обычно устройствами низкой мощности (чтобы иметь маленький аккумулятор или другой электрический источник питания) и могут иметь ограниченное встроенное хранилище данных или буферизацию данных. Как следствие, устройства 12, 14 MBAN должны находиться в непрерывной или почти непрерывной беспроводной связи ближнего действия с соответствующим устройством 16 концентратора, чтобы быстро передавать полученные данные пациента в соответствующее устройство 16 концентратора без переполнения своего буфера данных.
На Фиг.1 диапазон беспроводной связи ближнего действия схематически показан посредством пунктирной линии, используемой, чтобы очертить систему 10 MBAN. Беспроводная связь ближнего действия является обычно двусторонней, так что устройства 12, 14 MBAN могут осуществлять передачу информации (например, данные пациента, состояние устройства MBAN, и так далее) в соответствующее устройство 16 концентратора; и соответствующее устройство 16 концентратора может осуществлять передачу информации (например, команды, данные управления в случае лечебного устройства MBAN, и так далее) в устройства 12, 14 MBAN. Иллюстративное устройство концентратора является устанавливаемым на талии устройством, которое обеспечивает возможность ношения более длительного, более тяжелого аккумулятора и другого аппаратного обеспечения для передач более дальнего действия; однако устройство концентратора может иным способом закрепляться на пациенте, например, как наручное устройство, приклеенное клеем устройство, и так далее. Также предполагается, что устройство концентратора может устанавливаться где-то в другом месте очень близко к патенту, как, например, объединяется с внутривенным инфузионным насосом (не показан), установленным на стойке, которая находится рядом с пациентом.
Данные пациента, полученные от датчиков 20, одновременно передаются в контроллер 22 в соответствующем устройстве MBAN. Устройства 12, 14 MBAN служат в качестве точки сбора для данных пациента, полученных посредством датчиков 20, и обеспечивают временное хранилище данных пациента в памяти 24. Устройства 12, 14 MBAN также включают в себя блок 26 передачи данных для передачи данных пациента посредством протокола беспроводной связи ближнего действия в соответствующее устройство 16 концентратора. Блок 26 передачи данных включает в себя приемопередатчик (не показан), чтобы передавать данные пациента и информацию, принятые контроллером 22, и принимать информацию, от устройства 16 концентратора.
Протокол беспроводной связи ближнего действия предпочтительно имеет относительно короткий рабочий диапазон в несколько десятков метров, несколько метров, или менее, и в некоторых вариантах осуществления подходящим образом применяет протокол беспроводной связи ближнего действия IEEE 802.15.4 (Zigbee) или его вариант, или протокол беспроводной связи ближнего действия BluetoothTM или его вариант. Хотя BluetoothTM и Zigbee являются подходящими вариантами осуществления для беспроводной связи ближнего действия, также предусматриваются другие протоколы связи ближнего действия, включающие в себя частные протоколы связи. Протокол связи ближнего действия должен иметь достаточный диапазон для устройства 16 концентратора, чтобы надежно осуществлять связь со всеми устройствами 12, 14 MBAN системы 10 MBAN. Протокол беспроводной связи ближнего действия между устройствами 12, 14 MBAN и соответствующим устройством 16 концентратора и в некоторых вариантах осуществления между устройствами MBAN работает в частотном спектре приблизительно 2,3-2,5 ГГц.
Вследствие строгих требований надежности к передаче данных системой 10 MBAN из-за медицинского содержимого данных пациента, которые передаются, спектр MBAN специально назначается для передачи данных пациента, например, диапазон 2360-2400 МГц, описанный выше. Требования надежности запрещают передачу данных пациента вне спектра MBAN. Например, устройствам 12, 14 MBAN разрешается передавать полученные данные пациента в соответствующее устройство 16 концентратора, только когда работают в спектре MBAN. Будучи способными работать внутри и вне спектра MBAN, устройствам 12, 14 MBAN разрешается передавать и принимать другие данные, такие как данные состояния устройства MBAN, данные присоединения, данные маяков, данные авторизации E-Key, и подобное, вне спектра MBAN. Например, когда устройство 12, 14 MBAN работает вне назначенного спектра MBAN, устройствам 12, 14 MBAN разрешается передавать запросы присоединения в соответствующее устройство 16 концентратора, но запрещено передавать какие-либо данные пациента, если устройство 12, 14 MBAN не работает в назначенном спектре MBAN.
В спектре MBAN, устройства 12, 14 MBAN являются вторичными пользователями спектра. Чтобы защищать первичных пользователей, работа устройств 12, 14 MBAN в спектре MBAN запрещается, если устройства 12, 14 MBAN не авторизованы назначенным координатором 36 MBAN или не находятся в уже авторизованной сети MBAN. Другими словами, устройства 12, 14 MBAN могут осуществлять передачу внутри спектра MBAN, только когда устройство MBAN успешно получает авторизацию от координатора 36 MBAN посредством соответствующего концентратора 16 MBAN. Координатор 36 MBAN может быть правительственной управляющей организацией, FCC, региональной управляющей организацией, больницей, в которой система MBAN располагается, и подобным. Чтобы работать в спектре MBAN, устройства 12, 14 MBAN, устройство 16 концентратора, больница, или подобное должны зарегистрироваться у координатора 36 MBAN. Координатор 36 MBAN включает в себя контроллер 38 для приема запросов E-Key и назначения ключей E-Key авторизованным устройствам MBAN. Координатор MBAN также включает в себя блок 40 авторизации, чтобы определять, является ли возможным для конкретной сети MBAN использование спектра MBAN, посредством координации с первичными пользователями. Если блок 40 авторизации определяет, что запрашивающие устройства MBAN службы могут сосуществовать с первичными пользователями в спектре MBAN, координатор MBAN генерирует E-Key для конкретной больницы, в иллюстрируемом варианте осуществления, авторизуя использование части или всего из спектра MBAN. Например, зарегистрированное учреждение здравоохранения будет осуществлять широковещание своего E-Key, который получен от координатора 36 MBAN, для каждой сети MBAN, которая настроена внутри его здания (внутри помещения). Как только устройство концентратора MBAN принимает E-Key от зарегистрированного учреждения здравоохранения, оно будет способно устанавливать и управлять сетью MBAN внутри части или всего спектра MBAN, авторизованного посредством E-Key. До тех пор, пока устройства 12, 14 MBAN являются присоединенными к концентратору 16 MBAN в сети MBAN, они могут осуществлять связь с концентратором 16 MBAN по спектру MBAN. Работа устройств 12, 14 MBAN и концентратора 16 MBAN в спектре MBAN также запрещается, если устройство 12, 14 MBAN находится вне предварительно определенной защитной зоны, такой как конкретное отделение терапии, учреждение здравоохранения, больница, и подобное. Например, устройства 12, 14 MBAN и концентратор 16 MBAN могут осуществлять передачу внутри спектра MBAN, только когда они расположены внутри предварительно определенной защитной зоны.
Устройство 16 концентратора координирует работу своей системы 10 MBAN в спектре MBAN, чтобы принимать данные пациента, полученные посредством датчиков 20 устройств 12, 14 MBAN, и передавать собранные данные пациента из MBAN 10 посредством протокола связи более дальнего действия в центральную станцию 34 наблюдения. Данные пациента, полученные от датчиков 20, одновременно передаются от устройств 12, 14 MBAN в устройство 28 связи ближнего действия в соответствующем устройстве 16 концентратора. Устройство 16 концентратора служит в качестве точки сбора для данных пациента, полученных посредством датчиков 20 всех устройств 12, 14 MBAN в сети MBAN, например, всех из устройств MBAN, связанных с одним пациентом, и обеспечивает временное хранилище данных пациента в памяти 30. Устройство 16 концентратора также включает в себя блок 32 более дальней передачи данных для передачи данных пациента посредством протокола беспроводной связи более дальнего действия в центральную станцию 34 наблюдения. Контроллер 33 концентратора 16 MBAN управляет связью с устройствами 12, 14 MBAN, сбором и обработкой данных пациента, ретрансляцией данных пациента в центральную станцию 34 наблюдения, приемом квитирований, настройкой сети, присоединением новых устройств MBAN, отсоединением удаленных устройств MBAN, и подобным.
Блок 32 более дальней передачи данных устройства 16 концентратора также включает в себя приемопередатчик, который обеспечивает способность связи более дальнего действия, чтобы осуществлять передачу данных из системы 10 MBAN. В иллюстративном примере из Фиг.1, устройство 16 концентратора беспроводным образом осуществляет связь с центральной станцией 34 наблюдения через сеть 42 больницы. Чтобы обеспечивать дополнительную иллюстрацию, центральная станция 34 наблюдения включает в себя контроллер 44 для приема данных пациента от многих устройств концентратора. Центральная станция 34 наблюдения также включает в себя отображающий монитор 46, который может, например, использоваться, чтобы отображать медицинские данные для пациента, которые получены системой 10 MBAN и переданы в центральную станцию 34 наблюдения посредством сети 42 больницы. Центральная станция 34 наблюдения также осуществляет связь с подсистемой 48 электронных медицинских карт пациентов, в которой хранятся данные пациента и медицинские карты для всех текущих и прошлых пациентов. Передача данных между центральными станциями наблюдения и пациентом передается/принимается посредством сети 42 больницы. Беспроводная связь более дальнего действия является подходящим образом линией связи Wi-Fi, соответствующей протоколу беспроводной связи IEEE 802.11 или его варианту. Однако для связи более дальнего действия могут использоваться другие протоколы беспроводной связи, такие как другой тип беспроводной медицинской телеметрической системы (WMTS). Более того, связь более дальнего действия может быть проводной связью, такой как линия связи проводной сети Ethernet (в этом случае сети больницы включают в себя, по меньшей мере, один кабель, обеспечивающий проводную линию связи более дальнего действия). Связь более дальнего действия имеет более дальнее действие по сравнению со связью ближнего действия между устройствами 12, 14 MBAN и соответствующим устройством 16 концентратора. Например, диапазон связи ближнего действия может быть порядка метра, нескольких метров, или самое большее возможно нескольких десятков метров. Связь более дальнего действия может быть достаточно далекой, чтобы охватывать существенную часть или всю больницу или другое медицинское учреждение либо напрямую, либо посредством множества точек доступа для сети больницы.
Связь более дальнего действия, если является беспроводной, требует большей мощности, чем связь ближнего действия - соответственно, устройство 16 концентратора включает в себя аккумулятор или другой источник энергии, достаточный, чтобы управлять приемопередатчиком связи более дальнего действия. Устройство 16 концентратора также обычно включает в себя достаточное встроенное хранилище, так что оно может буферизовать существенную величину данных пациента, в случае если связь с сетью 42 больницы прерывается в течение некоторого временного интервала. В иллюстративном случае беспроводной связи более дальнего действия, также следует понимать, что если пациент перемещается внутри больницы или учреждения здравоохранения, то IEEE 802.11 или другой протокол беспроводной связи, применяемый сетью 42 больницы, обеспечивает беспроводную связь. В этом отношении, хотя пациент обычно является лежащим в кровати, более широко, предполагается, что пациент является ходячим и различным образом перемещается всюду по больнице или учреждению здравоохранения. По мере того, как пациент перемещается, система 10 MBAN, включающая в себя устройства 12, 14 MBAN и устройство 16 концентратора, перемещается вместе с пациентом.
В MBAN 10, устройства 12, 14 MBAN осуществляют связь с устройством 16 концентратора посредством беспроводной связи ближнего действия. Однако также предполагается, что различные пары или группы устройств 12, 14 MBAN также осуществляют взаимную связь напрямую (то есть без использования устройств 16, 18 концентратора в качестве посредника) посредством беспроводной связи ближнего действия. Это может быть полезным, например, чтобы координировать деятельности двух или более устройств MBAN во времени. Более того, устройства 16, 18 концентратора могут обеспечивать дополнительную функциональность, например, устройства 16, 18 концентратора также могут быть устройством MBAN, которое включает в себя один или более датчиков для измерения физиологических параметров. Еще дополнительно, в то время как иллюстрируются одиночные устройства 16, 18 концентратора, предполагается, что координирование функциональности (например, сбор данных от устройств 12, 14 MBAN и выгрузка собранных данных посредством беспроводной связи более дальнего действия) осуществляется посредством двух или более устройств MBAN, которые совместно выполняют задачи координирования.
В иллюстративной Фиг.1, подробно проиллюстрирована только одна система 10 MBAN. Однако следует принять во внимание, что, более широко, больница или другое медицинское учреждение включает в себя множество пациентов, при этом каждый имеет его или ее собственную систему MBAN. Более широко, количество систем MBAN может быть, в качестве некоторых иллюстративных примеров: сотнями, тысячами, десятками тысяч, или более в зависимости от размера медицинского учреждения. В самом деле, даже предполагается, что одиночный пациент имеет две или более разных, независимо или совместно работающих систем MBAN (не проиллюстрированы). В этой среде, может ожидаться, что различные системы MBAN разных пациентов приходят в близкую приближенность друг с другом, так что диапазоны соответствующих беспроводных связей ближнего действия системы MBAN накладываются.
Устройства 12, 14 MBAN, концентратор 16 MBAN, система 10 MBAN, и центральная станция 34 наблюдения включают в себя, по меньшей мере, один процессор, например, микропроцессор или другое программное устройство управления, сконфигурированное с возможностью исполнять программное обеспечение MBAN для выполнения операций, описанных с дополнительными подробностями ниже. Обычно, программное обеспечение MBAN переносится в материальную память или машиночитаемый носитель для исполнения посредством процессора. Типы некратковременных машиночитаемых носителей включают в себя память, такую как привод жесткого диска, CD-ROM, DVD-ROM, серверы сети Интернет, и подобное. Также предполагаются другие варианты осуществления процессора. Контроллеры отображения, специализированные интегральные схемы (ASIC), FPGA, и микроконтроллеры являются иллюстративными примерами других типов компонента, который может осуществляться, чтобы обеспечивать функции процессора. Варианты осуществления могут осуществляться с использованием программного обеспечения для исполнения посредством процессора, аппаратного обеспечения, или какой-либо комбинации перечисленного.
Чтобы присоединять неприсоединенное устройство MBAN к MBAN 10, устройства 12, 14 MBAN осуществляют либо активное, либо пассивное сканирование каналов, чтобы принимать информацию об активных сетях MBAN 10, расположенных рядом. Из принятой информации, устройства 12, 14 MBAN выбирают требуемую MBAN 10, чтобы присоединяться к ней. Устройства 12, 14 MBAN переключаются на канал, в текущее время используемый выбранной MBAN 10, и посылают запрос присоединения в устройство 16 концентратора выбранной MBAN 10. Устройства 16 концентратора определяют, является ли такое присоединение разрешенным, и посылают свое решение в устройство MBAN посредством ответа о присоединении. Устройство 12, 14 MBAN может передавать кадр квитирования в устройство 16 концентратора, чтобы завершать процедуру присоединения. Если присоединенное устройство 12, 14 MBAN теряет свое соединение с соответствующим устройством 16 концентратора, оно может иметь необходимость пройти через аналогичную процедуру, чтобы повторно присоединиться к своей сети 10 MBAN. Например, в стандарте IEEE 802.15.4, потерявшее соединение устройство (т.е. устройство MBAN, которое заключает, что оно потеряло соединение с сетью MBAN), может либо установить в исходное состояние свой MAC и повторно осуществить процедуру присоединения, либо выполнить процедуру перенастройки потерявшего соединение устройства. В процедуре перенастройки потерявшего соединение устройства, потерявшее соединение устройство выполняет сканирование потерявшего соединение устройства, которое позволяет ему пытаться снова обнаружить и повторно подключиться к своему устройству 16 концентратора.
Чтобы устройству 12, 14 MBAN присоединиться или повторно присоединиться к системе 10 MBAN, устройство 12, 14 MBAN должно связаться с соответствующим устройством 16 концентратора. Но, само устройство 12 MBAN не является авторизованным, чтобы передавать в спектре MBAN. Следовательно, устройство MBAN не может осуществлять связь с устройством 16 концентратора в спектре MBAN и ему требуется осуществлять активную или пассивную связь по вспомогательному каналу, чтобы повторно присоединиться к или присоединиться к системе 10 MBAN. Вследствие ограничений на спектр MBAN, устройствам 12, 14 MBAN запрещено осуществлять передачу данных в спектре MBAN до приема авторизации посредством E-Key от своего устройства концентратора MBAN. Более того, в течение процедуры присоединения и процедуры перенастройки потерявшего соединение устройства, устройства 12, 14 MBAN должны передавать кадры запроса присоединения/уведомления потерявшего соединение устройства до того, как оно успешно установит соединение с соответствующим ему устройством 16 концентратора и его идентификация будет верифицирована устройством 16 концентратора, что не будет разрешено делать без наличия действительного E-Key.
Чтобы решить эту проблему, используется вспомогательный канал вне спектра MBAN, чтобы поддерживать присоединение MBAN и операции присоединения и повторного присоединения потерявшего соединение устройства. В процедурах присоединения и настройки потерявшего соединение устройства, один или множественные вспомогательные каналы предварительно определяются и являются известными каждому устройству 12, 14 MBAN и концентратору 16 MBAN. Вспомогательные каналы находятся вне спектра MBAN и могут использоваться устройствами 12, 14 MBAN, чтобы передавать информацию и данные без необходимости в авторизации E-Key.
Чтобы выполнить это, устройство 16 концентратора каждой активной MBAN 10 работает на двух каналах: вспомогательном канале и канале MBAN. Все нормальные передачи данных, включающие в себя передачу данных пациента MBAN 10, совершаются на канале MBAN внутри спектра MBAN. Вспомогательный канал используется только для процедур присоединения/перенастройки потерявшего соединение устройства. Чтобы работать на двух каналах, устройства 12, 14 MBAN и устройство 16 концентратора могут включать в себя два радио приемопередатчика: один, передающий на своем вспомогательном канале и другой, передающий на своем канале MBAN. Альтернативно, если канал MBAN и вспомогательный канал являются близкими по частоте одиночная система передатчика/антенны может настраиваться и управляться, чтобы осуществлять переключение между частотами. Первый и второй приемопередатчики могут иметь разные структуры суперкадра, чтобы достигать наилучших соотношений потребления мощности и задержек. Альтернативно, устройство концентратора MBAN имеет только одиночную радиостанцию, которая осуществляет переключение между своим каналом MBAN и вспомогательным каналом периодически, чтобы проводить операции на обоих каналах. Последний вариант является возможным для систем MBAN, так как они являются системами низкой рабочей загрузки (например, <25%) и устройство концентратора может переключаться на другой канал для работы в течение своего неактивного периода для операций присоединения и повторного присоединения. Когда устройство 16 концентратора MBAN инициирует свою MBAN 10, оно выбирает вспомогательный канал из списка вспомогательных каналов и канал MBAN для своей работы в MBAN. Вспомогательный канал используется только, чтобы поддерживать операции присоединения/перенастройки потерявшего соединение устройства для MBAN. Все передачи данных, включающие в себя передачу данных пациента между устройством 16 концентратора MBAN и его присоединенными устройствами 12, 14 MBAN, проводятся на канале MBAN. Канал MBAN и вспомогательный канал могут динамически изменяться с использованием способа динамического выбора каналов на основе чистой оценки каналов, чтобы достигать наилучшей производительности.
Как упомянуто выше, устройства 12, 14 MBAN либо активно, либо пассивно сканируют каналы, чтобы получать прием информации об активных сетях 10 MBAN, расположенных рядом, и выбирать соответствующую сеть 10 MBAN, к которой присоединиться или повторно присоединиться. Например, устройства 12, 14 MBAN и концентратор 16 MBAN могут назначаться специальному пациенту и нести соответствующий идентификатор пациента. Как проиллюстрировано на Фиг.2, в течение активного сканирования, устройство MBAN активно передает запрос 100 маяка по каждому вспомогательному каналу 102, 104, 106 и осуществляет прослушивание на этом канале в течение предварительно определенного периода 108 ответы (например, кадры маяка) от устройства 16 концентратора на канале. Через принятые кадры маяка, устройство MBAN определяет то, какие сети 10 MBAN работают на текущем канале и другую информацию об этих сетях. На основе принятых ответов, устройство MBAN выбирает, к каким сетям 10 MBAN подсоединиться, например, концентратор с таким же идентификатором пациента.
Как проиллюстрировано на Фиг.3, в течение пассивного сканирования, устройство MBAN осуществляет прослушивание на каждом вспомогательном канале 120, 122, 124 в течение предварительно определенного периода 126, пытаясь принять кадры маяка от устройств концентратора, в текущее время работающих на таком канале.
Как проиллюстрировано на Фиг.4, в течение сканирования потерявшего соединение устройства, потерявшее соединение устройство MBAN активно передает команду 140 уведомления потерявшего соединение устройства по каждому вспомогательному каналу 142, 144, 146 и прослушивает канал в течение предварительно определенного периода 148, пытаясь получить ответ от своего устройства концентратора. Как только потерявшее соединение устройство принимает команду (ответ) перенастройки координатора от целевого устройства концентратора, оно останавливает свое сканирование потерявшего соединение устройства и начинает перенастраиваться для целевого устройства концентратора.
Как упомянуто выше, маяки основываются на структуре суперкадра. Со ссылкой на Фиг.5, иллюстрируется структура суперкадра. Суперкадр 200 включает в себя три части: активный период 202, в котором устройство концентратора и его устройства MBAN осуществляют связь друг с другом по каналу данных; период 204 присоединения, в котором устройство концентратора переключается на свой вспомогательный канал для операций возможного присоединения/перенастройки потерявшего соединение устройства и его устройства MBAN являются неактивными (например, в спящем режиме); и неактивный период 206, в котором как устройство концентратора, так и его устройства MBAN являются неактивными.
Со ссылкой на Фиг.6, иллюстрируется режим 300 активной передачи маяков на вспомогательном канале. В этом режиме, устройство концентратора активной сети MBAN периодически передает его кадр 302 маяка в периоде 304 присоединения на своем вспомогательном канале 306. После его передачи маяка, устройство концентратора переключается на режим 308 прослушивания, пытаясь принять возможные запросы присоединения от устройств MBAN. Если устройство MBAN хочет присоединиться к MBAN, оно пассивно сканирует вспомогательные каналы. Конкретно, устройство MBAN переключается на каждый вспомогательный канал 306 и осуществляет прослушивание на этом канале в течение периода 310 Tlisten, который не меньше, чем длина суперкадра, чтобы гарантировать, что устройство MBAN может слышать кадр 302 маяка от устройства концентратора.
Как только устройство MBAN принимает кадр 302 маяка от требуемого для него устройства концентратора, оно останавливает прослушивание и останавливает выполнение операции сканирования каналов. Устройство MBAN затем передает запрос присоединения в требуемое устройство концентратора по текущему вспомогательному каналу 306 внутри периода прослушивания устройства концентратора. Если устройство концентратора принимает запрос присоединения корректно, оно верифицирует идентификацию устройства MBAN, проверяет свой доступный ресурс и принимает решение, одобрить ли запрос присоединения. Устройство концентратора посылает свое решение в устройство MBAN через вспомогательный канал 306. Если запрос присоединения одобряется, устройство концентратора также доставляет действительный E-Key в устройство MBAN. Как только присоединение завершается, и устройство MBAN успешно присоединяется к требуемой сети, оно переключается на канал данных этой сети и выполняет дальнейшие передачи данных по каналу данных. Как только устройство MBAN принимает действительный E-Key, оно может осуществлять передачу в части или всем спектре MBAN, который обеспечивается посредством E-Key.
Если присоединенное устройство MBAN теряет свое соединение со своим устройством концентратора и становится потерявшим соединение устройством, его E-Key становится недействительным и потерявшее соединение устройство MBAN инициирует процедуру перенастройки потерявшего соединение устройства, чтобы повторно подключиться к устройству концентратора. Сначала, потерявшее соединение устройство переключается на его вспомогательный канал (канал, используемый до его отсоединения), пытаясь получить кадр маяка от его устройства концентратора там. Так как потерявшее соединение устройство было присоединено к сети до его отсоединения, оно имеет информацию о вспомогательном канале, используемом этой сетью, и времени передачи маяков на этом вспомогательном канале, и эта информация может использоваться потерявшим соединение устройством, чтобы осуществить перенастройку (например, при переключении на вспомогательный канал, чтобы принимать маяки). Как только оно принимает маяк от его устройства концентратора, оно посылает уведомление потерявшего соединение устройства в его устройство концентратора по вспомогательному каналу. Устройство концентратора затем отвечает на это с помощью команды перенастройки потерявшего соединение устройства и действительного E-Key в потерявшее соединение устройство. Потерявшее соединение устройство затем завершает его перенастройку посредством переключения назад на его канал данных и перенастройки на устройство концентратора. Если потерявшее соединение устройство имеет какие-либо важные данные для передачи, оно уведомляет устройство концентратора с использованием уведомления потерявшего соединение устройства. Устройство концентратора разрешает такую передачу посредством его команды перенастройки потерявшего соединение устройства. Если разрешается, устройство MBAN может начинать передачу на своем вспомогательном канале сразу после того, как оно принимает команду перенастройки потерявшего соединение устройства от устройства концентратора. Это обеспечивает своевременную доставку важных данных от потерявшего соединение устройства в устройство концентратора.
Существует возможность того, что в течение периода, когда потерявшее соединение устройство теряет соединение со своим устройством концентратора, устройство концентратора может изменять свой вспомогательный канал на другой канал. Таким образом, если потерявшее соединение устройство не принимает какой-либо ответ (команду перенастройки потерявшего соединение устройства от своего устройства концентратора) в пределах предварительно определенного периода, оно осуществляет сканирование потерявшего соединение устройства на других вспомогательных каналах. Своему подчиненному устройству устройство концентратора осуществляет широковещание упорядоченного списка вспомогательных каналов, которые оно может использовать. Потерявшее соединение устройство осуществляет сканирование потерявшего соединение устройства на основе упорядоченного списка, чтобы уменьшать время перенастройки.
Со ссылкой на Фиг.7, иллюстрируется режим 400 пассивного прослушивания на вспомогательном канале. В этом режиме, не имеется никакой активной передачи маяков от устройства концентратора на своем вспомогательном канале 402. Вместо этого, устройство концентратора активной сети MBAN периодически осуществляет прослушивание на своем вспомогательном канале в периоде 404 присоединения.
Если устройство MBAN хочет присоединиться к сети MBAN, оно активно сканирует вспомогательные каналы. Конкретно, устройство MBAN переключается на каждый вспомогательный канал и передает ряд кадров 406 запроса маяка на этом канале. После каждой передачи 406 запроса маяка, оно осуществляет прослушивание канала в течение предварительно определенного времени, пытаясь принять ответы от устройств концентратора, работающих на этом вспомогательном канале. Устройство MBAN повторяет такую операцию на вспомогательном канале 402 в течение временного периода TPeriod 408, который, по меньшей мере, не меньше, чем длина суперкадра. Интервал между двумя передачами запроса маяка, TRequest 410, является не большим, чем период присоединения TAssociation 412, чтобы гарантировать, что устройство концентратора получает шансы услышать, по меньшей мере, один запрос 406 маяка. Как только устройство концентратора принимает запрос 406 маяка от устройства MBAN, оно отвечает с помощью передачи маяков внутри предварительно определенного времени. Устройство MBAN затем будет способным обнаруживать эти ответы маяков. Если устройство MBAN принимает маяк от своего требуемого устройства концентратора, оно останавливает передачи запроса маяка и также операцию активного сканирования. Оно посылает запрос присоединения по текущему вспомогательному каналу 402 в выбранное устройство концентратора. Если устройство концентратора принимает запрос присоединения корректно, оно верифицирует идентификацию устройства MBAN, проверяет свой доступный ресурс и принимает решение, одобрить ли запрос присоединения. Устройство концентратора посылает свое решение в устройство MBAN через вспомогательный канал 402. Если запрос присоединения одобряется, устройство концентратора также доставляет действительный E-Key в устройство MBAN. Как только присоединение завершается, и устройство MBAN успешно присоединяется к требуемой сети, оно переключается на канал данных этой сети и выполняет дальнейшие передачи данных по каналу данных. Так как устройство MBAN уже имеет действительный E-Key, оно может передавать в части или всем спектре MBAN, который обеспечивается посредством E-Key.
Так как события присоединения/перенастройки устройства не должны быть частыми в реальных применениях, трафик вспомогательного канала является очень ограниченным. Поэтому, несколько сетей MBAN могут совместно использовать один и тот же вспомогательный канал, и необходимо намного меньше вспомогательных каналов (по сравнению с каналами данных), чтобы поддерживать сосуществование MBAN. Обычно один или два вспомогательных канала будет достаточно. В течение присоединения устройства, имеется намного меньше каналов, необходимых для сканирования устройством датчика. Это может ускорять операции присоединения/перенастройки и уменьшать потребление мощности устройств датчика.
Фиг.8 иллюстрирует работу системы MBAN. На этапе 500, данные пациента собираются посредством одного или более устройств медицинской нательной сети (MBAN). На этапе 502, запрос присоединения передается в устройство концентратора по вспомогательным каналам, чтобы присоединять упомянутые одно или более устройств MBAN к системе MBAN. На этапе 504, вспомогательные каналы активно или пассивно сканируются, чтобы принимать информацию присоединения от MBAN. На этапе 506, генерируется авторизация спектра MBAN для устройства концентратора для авторизации передачи данных пациента в спектре MBAN. На этапе 508, проверяются доступные ресурсы устройства концентратора в ответ на прием запроса присоединения. На этапе 510, ответ о присоединении и авторизация спектра MBAN передаются в упомянутые одно или более устройств MBAN по вспомогательному каналу в ответ на одобрение запроса присоединения. На этапе 512, собранные данные пациента передаются от упомянутых одного или более устройств MBAN через систему MBAN в устройство концентратора посредством беспроводной связи ближнего действия, передача посредством беспроводной связи ближнего действия производится внутри предварительно определенного спектра, и предварительно определенный спектр находится вне вспомогательных каналов. На этапе 514, собранные данные пациента передаются от устройства концентратора в центральную станцию наблюдения посредством беспроводной связи более дальнего действия.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут быть видны другим при прочтении и понимании предшествующего подробного описания. Предполагается, что изобретение должно рассматриваться как включающее в себя все такие модификации и изменения до тех пор, пока они попадают в пределы объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.
Реферат
Группа изобретений относится к области медицины. Для беспроводной передачи данных пациента используют одно или более устройств MBAN, которые осуществляют передачу данных пациента на устройство концентратора посредством беспроводной связи ближнего действия, при этом передача данных пациента посредством беспроводной связи ближнего действия производится внутри предварительно определенного спектра. Устройство концентратора принимает данные пациента, передаваемые от упомянутых одного или более устройств MBAN, и осуществляет связь с центральной станцией наблюдения посредством связи более дальнего действия. Упомянутые одно или более устройств MBAN передают запрос присоединения в устройство концентратора по одному или более вспомогательным каналам, чтобы присоединять каждое устройство MBAN к системе MBAN, при этом вспомогательные каналы находятся вне предварительно определенного спектра. Группа изобретений позволяет осуществить быстрое и эффективное по мощности присоединение к беспроводным сетям, устранить вероятность потери критических медицинских данных, улучшить эффективность, безопасность и результат медико-санитарных работ. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
