專利名稱：近距離無線通信系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在多個(gè)傳感器與一個(gè)協(xié)調(diào)器(coordinator)之間發(fā)送接收無線信號的近距離無線通信系統(tǒng)，尤其涉及將小型的傳感器佩帶于人體而進(jìn)行人體的治療和診斷的近距離無線通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來在醫(yī)療中，將電子器件(傳感器)佩帶于人體而進(jìn)行人體的治療和診斷的情況不斷增カロ。因此，關(guān)于體域網(wǎng)(BAN :body area network)系統(tǒng)的研究也備受關(guān)注，其中， 該體域網(wǎng)系統(tǒng)在佩帶于人體的傳感器與協(xié)調(diào)器之間確立無線通信鏈路而進(jìn)行無線通信。這其中為了實(shí)時(shí)地取得患者的檢查數(shù)據(jù)，以通信的高速化、易用性、可靠性為焦點(diǎn)的BAN系統(tǒng)構(gòu)筑也正在逐步發(fā)展。現(xiàn)有的體域網(wǎng)(BAN)使用面向個(gè)人網(wǎng)(PAN personal area network)的近距離無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802. 15. 4的網(wǎng)絡(luò)第2層(Media Access Control, MAC :媒體訪問層)。 該MAC是如下的方式在取得了 Time Division Multiple Access (時(shí)分多址，TMDA)方式的同步定時(shí)的情況下，以各傳感器所具有的正確序號(計(jì)數(shù))為基礎(chǔ)，根據(jù)該計(jì)數(shù)值取得與協(xié)調(diào)器的同歩。這種具有計(jì)數(shù)器功能的設(shè)備功耗較大，預(yù)料是通過2000mAH左右的5號電池進(jìn)行工作的傳感器。但是，在通過200mAH左右的紐扣電池進(jìn)行工作的傳感器的情況下， 有時(shí)不具備這種生成序號的硬件機(jī)構(gòu)，存在不能實(shí)現(xiàn)使用了 IEEE802. 15. 4中的MAC的通信的問題。此外，在IEEE802. 15. 4的TDMA同步方式中，傳感器側(cè)接收來自協(xié)調(diào)器側(cè)的信標(biāo) (同步消息)而取得定時(shí)。但是，在該方式中，傳感器側(cè)總是等待接收信標(biāo)，存在相應(yīng)的功耗變大的問題。另外，以往也提出了ー些假定應(yīng)用于該BAN的近距離無線通信系統(tǒng)(例如，參照專利文獻(xiàn)1、2，非專利文獻(xiàn)1)。近距離無線通信系統(tǒng)一般為假定100米以內(nèi)的距離的無線通 1 苜(Bluetootn、IrDA、IrSimple、Irss、NFC、Piconet、UWB、Wibree、Wireless USB、Zigbee)， 但是，從來沒有提出過這樣的方法不需要在傳感器內(nèi)生成序號，而且即便在構(gòu)成BAN的各傳感器的計(jì)時(shí)器精度不同的情況下，也能盡量減少傳感器側(cè)的數(shù)據(jù)等待的機(jī)會，并減少傳感器側(cè)的功耗。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特表2008-503980號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2006-109433號公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 JEEE 標(biāo)準(zhǔn) 802. 15. 4 2006 發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明是鑒于上述的現(xiàn)有問題而提出的，其目的在干，提供ー種尤其以將小型的傳感器佩帶在人體上而進(jìn)行人體的治療和診斷的BAN為首的近距離無線通信系統(tǒng)以及方法，其中，尤其是在各傳感器的計(jì)時(shí)器精度不同的情況下，也能盡量減少傳感器側(cè)的數(shù)據(jù)等待的機(jī)會，從而減少傳感器側(cè)的消耗輸出。解決問題的手段為解決上述問題，本發(fā)明提供了在多個(gè)傳感器與至少ー個(gè)協(xié)調(diào)器之間發(fā)送接收無線信號的近距離無線通信系統(tǒng)，其特征在干，協(xié)調(diào)器基于預(yù)先從各傳感器接收的信息，對構(gòu)成超幀的各時(shí)隙分配各傳感器，并將所分配的時(shí)隙通知給各傳感器，傳感器在向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在不從協(xié)調(diào)器接收信標(biāo)的情況下，按照與從協(xié)調(diào)器獲得的表示同步消息重發(fā)定時(shí)的超幀數(shù)相應(yīng)的時(shí)隙的定時(shí)而進(jìn)行同步請求。此外，本發(fā)明的技術(shù)特征在于，即便在安裝于各傳感器中的計(jì)時(shí)器的精度不同的情況下，各個(gè)傳感器也能夠通過最少次數(shù)的與協(xié)調(diào)器的同步消息交換來修正同步定時(shí)的偏差。此外根據(jù)本發(fā)明，其技術(shù)特征還在于，通過對傳感器與協(xié)調(diào)器的計(jì)時(shí)器的偏差 (漂移)進(jìn)行自動校正，進(jìn)ー步減少同步消息的交換次數(shù)。即，能夠通過與經(jīng)過時(shí)間成比例的一次函數(shù)來表現(xiàn)該傳感器與協(xié)調(diào)器的時(shí)刻的偏差，因此，在傳感器與協(xié)調(diào)器之間的初始化過程中或者在數(shù)據(jù)發(fā)送中生成該函數(shù)，并使用該函數(shù)延長直至同步為止的時(shí)間。發(fā)明的效果根據(jù)由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本發(fā)明，各傳感器接收到所分配的時(shí)隙的通知，在向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，無需進(jìn)行以往所進(jìn)行的信標(biāo)接收等待，而是以傳感器側(cè)為主導(dǎo)，按照與所通知的表示同步消息重發(fā)定時(shí)的超幀數(shù)量相應(yīng)的時(shí)隙定時(shí)而進(jìn)行同步請求。各傳感器可設(shè)定為在自己所分配到的時(shí)隙的定時(shí)以外的時(shí)間不進(jìn)入特別接收等待狀態(tài)。通過本方式能夠減少傳感器與協(xié)調(diào)器之間的同步消息數(shù)量，進(jìn)而能夠減少傳感器側(cè)的無線接收等待時(shí)間，因而能夠抑制數(shù)據(jù)接收等待時(shí)的功耗。本發(fā)明在由普適型的小型傳感器群及其數(shù)據(jù)集約節(jié)點(diǎn)(協(xié)調(diào)器)構(gòu)成的BAN中， 當(dāng)從小型傳感器向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，為了能夠可靠地從傳感器發(fā)送至協(xié)調(diào)器，各個(gè)傳感器通過分時(shí)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。此時(shí)，當(dāng)調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送的定時(shí)吋，在傳感器與協(xié)調(diào)器之間進(jìn)行同步消息交換。傳感器側(cè)在得到了同步消息時(shí)進(jìn)入數(shù)據(jù)接收等待。該數(shù)據(jù)接收等待的功耗很大，本發(fā)明通過減少該同步接收等待的次數(shù)，能夠減少紐扣電池的功耗，并實(shí)現(xiàn)傳感器的長時(shí)間連續(xù)使用。在通常的同步中，是針對每個(gè)超幀進(jìn)行同步的方式，不過即使在各傳感器中內(nèi)置的計(jì)時(shí)器的精度不同的情況下，通過采用只在必要時(shí)進(jìn)行同步的方式，也能夠大幅減少數(shù)據(jù)接收次數(shù)。另外，通過采用分時(shí)方式，在協(xié)調(diào)器從傳感器群獲取數(shù)據(jù)的情況下，保持了這些數(shù)據(jù)的接收順序，因此能夠容易地識別從各個(gè)傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。


圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的近距離無線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是用于說明在傳感器與協(xié)調(diào)器之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信方式的圖。
圖3是用于說明MAC邏輯信道和構(gòu)成MAC邏輯信道的超幀(GTS)的圖。圖4是示出采樣周期映像的圖。圖5是協(xié)調(diào)器與傳感器之間實(shí)際進(jìn)行同步時(shí)的時(shí)序圖。圖6是協(xié)調(diào)器與傳感器之間實(shí)際進(jìn)行同步時(shí)的流程圖。圖7是實(shí)現(xiàn)同步定時(shí)的調(diào)整的流程圖。圖8是增量數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)的時(shí)序圖。圖9是基于重置處理動作的再同步的流程圖。圖10是用于說明再同步計(jì)數(shù)的考慮方法的圖。
具體實(shí)施例方式下面，作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，參照附圖對在多個(gè)傳感器與至少ー個(gè)協(xié)調(diào)器之間發(fā)送接收無線信號的近距離無線通信系統(tǒng)進(jìn)行說明。應(yīng)用了本發(fā)明的近距離無線通信系統(tǒng)1是作為所謂的體域網(wǎng)(BAN)而應(yīng)用的系統(tǒng)，由傳感器群20和至少ー個(gè)協(xié)調(diào)器3構(gòu)成，其中，傳感器群20由如圖1所示佩帶或者埋設(shè)(植入)于人體的傳感器2的集合構(gòu)成，協(xié)調(diào)器3基于在構(gòu)成傳感器群20的各傳感器2 之間建立的無線通信鏈路而發(fā)送接收無線信號。在各傳感器2中檢測到的體內(nèi)外的信息分別通過無線通信發(fā)送到協(xié)調(diào)器3。協(xié)調(diào)器3將從這些傳感器2發(fā)送來的體內(nèi)外信息傳達(dá)給用戶。該近距離無線通信系統(tǒng)1在實(shí)際上傳感器2和協(xié)調(diào)器3之間取得數(shù)據(jù)同步的基礎(chǔ)上，還包含不具有載波偵聽(Carrier Sense)功能的傳感器2，并以傳感器2側(cè)為主導(dǎo)，取得傳感器2和協(xié)調(diào)器3之間的數(shù)據(jù)收發(fā)定時(shí)的同歩。該傳感器2與管理BAN的協(xié)調(diào)器3之間取得數(shù)據(jù)收發(fā)同歩，在該傳感器2所具有的計(jì)時(shí)器的精度不同的情況下，協(xié)調(diào)器與各個(gè)傳感器也以最少的同步消息交換次數(shù)來校正同步定時(shí)偏差。傳感器2是具有無線通信功能的小型傳感器，優(yōu)選構(gòu)成為可以通過電池連續(xù)工作 M小時(shí)以上的傳感器，但不限定于此。此外，該傳感器2可以是用于檢測人體當(dāng)前的傾斜的運(yùn)動加速度傳感器、或者測量心臟脈搏的心率測量傳感器或心電計(jì)、或者使用了微小壓カ 測定設(shè)備的血壓傳感器、或者測定氣管音等的呼吸傳感器、或者血氧飽和度測定傳感器，或者血糖值測定傳感器中的任意ー種。此外，傳感器2可以是像耳環(huán)那樣佩帶于被檢者的耳朵上，并連續(xù)測量血壓、血流、心率等的設(shè)備，也可以是像腕表那樣佩帶于被檢者的手腕上而具體化為所謂的手表型血壓計(jì)的設(shè)備。此外，傳感器2可以作為裝飾品的一部分佩戴，從而佩帶于人體，通過裝在腰帯上，可以測量被檢者的歩數(shù)、體位、腹圍以及呼吸等。在任何一種結(jié)構(gòu)中，該協(xié)調(diào)器2都由通過紐扣電池工作的小型設(shè)備構(gòu)成，此外安裝的CPU (Central Processing Unit :中央處理單元)可以構(gòu)成為8位以下。協(xié)調(diào)器3構(gòu)成為例如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、便攜式信息終端那樣，能夠在CPU的控制下，基于各種程序執(zhí)行控制的設(shè)備。在該協(xié)調(diào)器3中，安裝有用干與傳感器2之間發(fā)送接收無線信號的各種功能以及天線。在這種傳感器2與協(xié)調(diào)器3之間，在例如圖2(a)所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。即，該傳感器2與協(xié)調(diào)器3基于具有物理層(PHY層)、MAC層、應(yīng)用層的協(xié)議棧，建立通信鏈路。圖2(b)示出基于該協(xié)議棧生成的幀數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用數(shù)據(jù)在MAC層中被分割，并按每個(gè)MAC幀插入到PHY幀中，井向?qū)Ψ桨l(fā)送。在本發(fā)明中，在MAC層中規(guī)定了以下3種邏輯信道。該邏輯信道可以大致分為隨機(jī)訪問信道(RALC)、MAC數(shù)據(jù)專用信道(MCLC)以及數(shù)據(jù)訪問專用信道(DTLC)。隨機(jī)訪問信道(RALC)是在傳感器2啟動并加入BAN時(shí)為取得與協(xié)調(diào)器3的同步而使用的信道。由于協(xié)調(diào)器3處于不知道哪個(gè)傳感器2啟動并加入BAN的狀態(tài)，因此協(xié)調(diào)器3側(cè)總是監(jiān)視分配給該信道的邏輯信道。協(xié)調(diào)器3側(cè)對RALC設(shè)定與所有傳感器2通用的固定邏輯信道RANDOM_CHANNEL_ADDRESS (例如0x123456等)，并對來自傳感器2的接收進(jìn)行監(jiān)視。在傳感器2啟動后，將該RANDOM_CHANNEL_ADDRESS設(shè)定到RALC，并發(fā)送加入BAN 的加入請求命令。此タト，MAC數(shù)據(jù)專用信道(MCLC)是除了從傳感器2向協(xié)調(diào)器3的加入請求命令外，在傳感器2和協(xié)調(diào)器3之間進(jìn)行命令發(fā)送接收的邏輯信道。MCLC是以超幀為單位進(jìn)行管理，該超幀被分割為η個(gè)GTS (Guaranteed Time Slot 保證時(shí)隙)。當(dāng)傳感器2加入BAN 吋，取得與協(xié)調(diào)器3的同歩，并通過從協(xié)調(diào)器3向傳感器2分配的GTS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。傳感器2在分配給自己的Device-ID的時(shí)隙(GTS)的定時(shí)通過MCLC，進(jìn)行命令的發(fā)送接收。另外，MCLC和DTLC可以是同一邏輯信道。數(shù)據(jù)訪問專用信道(DTLC)是用于在已經(jīng)加入BAN(已與協(xié)調(diào)器同歩)的多個(gè)傳感器2和協(xié)調(diào)器3之間進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送接送的信道。傳感器2在分配給自己的Device-ID的 GTS的定時(shí)通過本DTLC，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送接收。如圖3所示，協(xié)調(diào)器3將時(shí)隙31分配給作為管理對象的N個(gè)傳感器2，并在該時(shí)隙 31內(nèi)進(jìn)行協(xié)調(diào)器3與傳感器2之間的數(shù)據(jù)發(fā)送接收。例如如圖4的采樣周期映像所示，在按超幀周期SI構(gòu)成時(shí)隙L_1 L_n吋，協(xié)調(diào)器3對這些時(shí)隙L_1 L_n分配傳感器2_1 2_n。S卩，傳感器2_1分配給時(shí)隙L_l，此外
傳感器2_2依次分配給時(shí)隙L_2，此外傳感器2_N(在此N表示1、2.......η中的任意ー個(gè)
整數(shù))依次分配給時(shí)隙L_N。協(xié)調(diào)器3依次對該時(shí)隙L_1 L_n進(jìn)行監(jiān)視，并在與分配至各時(shí)隙L_1 L_n的傳感器2_1 2_n之間進(jìn)行無線信號的發(fā)送接收。另外，該超幀周期(Si)由下式(1)決定。SI (ms) = Min{傳感器2_1的發(fā)送間隔、，傳感器2_2的發(fā)送間隔t2，......，傳
感器2_n的發(fā)送間隔tn}.........(1)S卩，按照發(fā)送間隔最短的傳感器2來設(shè)定該超幀周期(Si)。此外，傳感器2的發(fā)送間隔tn雖然基于傳感器2的性質(zhì)，但滿足下式(2)。傳感器2的發(fā)送間隔tN(ms) = N*SI......... (2)接著，關(guān)于分配給各個(gè)傳感器2的時(shí)隙L_N的長度，需要在分配給傳感器2的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，需要滿足下式(3)。關(guān)于從傳感器2進(jìn)行的發(fā)送，除去由發(fā)送手續(xù)的開銷構(gòu)成的時(shí)隙間隙Tg后的值為實(shí)際能夠進(jìn)行發(fā)送的時(shí)間間隔。傳感器2以及協(xié)調(diào)器3必須在該時(shí)間間隔內(nèi)完成數(shù)據(jù)發(fā)送。時(shí)隙寬度(ms) = Si/最大收容傳感器數(shù)(ms)-TgX2......... (3)當(dāng)傳感器2啟動并加入應(yīng)用了本發(fā)明的近距離無線通信系統(tǒng)1的BAN吋，需要取得與協(xié)調(diào)器3的同歩。同步是指通過傳感器2與協(xié)調(diào)器3的雙向通信，協(xié)調(diào)器3向傳感器2側(cè)通知空閑時(shí)隙、時(shí)隙間隙Tg以及再同步SI計(jì)數(shù)等。然后，基于該信息等，在傳感器2與協(xié)調(diào)器3之間利用所分配的時(shí)隙L_n，在上述的時(shí)隙寬度中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。當(dāng)在該協(xié)調(diào)器3與傳感器2之間實(shí)際進(jìn)行同步時(shí)，基于圖5的時(shí)序圖以及圖6的流程圖執(zhí)行。另外，在下面的流程圖中，將應(yīng)用層記為“APP”，將MAC層記為“MAC”，將物理層記為“PHY”。首先，在步驟Sll中，進(jìn)行從應(yīng)用層到MAC層、物理層的通信開始的設(shè)定。該步驟 Sll的處理分別在傳感器2側(cè)和協(xié)調(diào)器3側(cè)中執(zhí)行。其結(jié)果為，傳感器2側(cè)和協(xié)調(diào)器3側(cè)分別被設(shè)定為可通信狀態(tài)。接著，將從傳感器2側(cè)的應(yīng)用層發(fā)出的發(fā)送請求通知給物理層，并通過無線通信鏈路將該發(fā)送請求從傳感器2側(cè)的物理層發(fā)送至協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層(步驟Si》。該傳感器2側(cè)的物理層與協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層的無線通信通過RALC發(fā)送。接著在步驟S13中，在協(xié)調(diào)器3中，基于在物理層中接收的發(fā)送請求，從該物理層向MAC層進(jìn)行用于請求時(shí)隙分配的通知。在協(xié)調(diào)器3側(cè)的MAC層中，在步驟S14中進(jìn)行傳感器2用的時(shí)隙分配。接著轉(zhuǎn)移到步驟S15，從協(xié)調(diào)器3側(cè)的MAC層向應(yīng)用層通知在步驟S14 中分配的時(shí)隙。此外，轉(zhuǎn)移到步驟S16，從協(xié)調(diào)器3側(cè)的MAC層向物理層通知在步驟S14中分配的時(shí)隙。接著轉(zhuǎn)移到步驟S17,通過無線通信鏈路將對應(yīng)該發(fā)送請求的應(yīng)答從協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層發(fā)送至傳感器2側(cè)的物理層(步驟S17)。該傳感器2側(cè)的物理層與協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層的無線通信鏈路基于RALC。作為該應(yīng)答的信息，包含關(guān)于在步驟S14中分配的時(shí)隙的信息。接著轉(zhuǎn)移到步驟S18，從傳感器2側(cè)的物理層向MAC層通知包含于應(yīng)答中的時(shí)隙的信息。接著在步驟S19中，進(jìn)行再同步計(jì)時(shí)器的重置。接著在傳感器2側(cè)中，從MAC層向應(yīng)用層確認(rèn)性地通知自己所分配的時(shí)隙。經(jīng)過上面的流程，能夠取得傳感器2和協(xié)調(diào)器3之間的同步，此外可以開始傳感器 2和協(xié)調(diào)器3之間的無線通信。在上述的步驟S14的時(shí)隙分配中，協(xié)調(diào)器3基于在步驟S12中預(yù)先接收的信息，如圖5所示對構(gòu)成超幀(Si)的時(shí)隙L_n按時(shí)序分配傳感器2。實(shí)際上，構(gòu)成該SI的時(shí)隙L的數(shù)量為η個(gè)，基于(3)式計(jì)算各時(shí)隙L的寬度。最初從傳感器2側(cè)進(jìn)行上述的步驟S12中示出的請求。在該圖5的例子中，協(xié)調(diào)器3經(jīng)由RALC 在與時(shí)隙L_1相應(yīng)的定時(shí)接收請求。接著協(xié)調(diào)器3在步驟S14中向傳感器2分配時(shí)隙，在本例中分配了時(shí)隙L_2。協(xié)調(diào)器3向傳感器2通知該分配的時(shí)隙L_2。傳感器2根據(jù)從該協(xié)調(diào)器3接收的信息可以知道自己被分配到時(shí)隙L_2。然后，進(jìn)行步驟S19的計(jì)時(shí)器重置， 并使接收等待的定時(shí)與時(shí)隙L_2 —致。然后，在接收到該分配時(shí)隙的通知后，解除等待從協(xié)調(diào)器3接收的狀態(tài)。即，之后的傳感器2與協(xié)調(diào)器3之間的無線通信在無信標(biāo)的情況下進(jìn)行。通過設(shè)定該解除狀態(tài)，能夠減少傳感器2的功耗。傳感器2在下ー個(gè)SI之后使接收等特定時(shí)與時(shí)隙L_2 —致。因此，在經(jīng)過對應(yīng)于 “偏移量+時(shí)隙寬度X時(shí)隙數(shù)”的時(shí)間后，作為發(fā)送定時(shí)，成為可以對協(xié)調(diào)器3發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)段。此外，下ー個(gè)SI之后的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)段按照SI的間隔依次設(shè)定。其結(jié)果為，傳感器2 能夠只將分配給自身的時(shí)隙L_2作為進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)機(jī)。并且，傳感器2在該通知的時(shí)隙L_2的定時(shí)處向協(xié)調(diào)器3進(jìn)行同步請求，井向協(xié)調(diào)器3發(fā)送實(shí)際數(shù)據(jù)。不只是一個(gè)傳感器2，對于其他的多個(gè)傳感器2也同樣進(jìn)行上述的處理動作。其結(jié)果為，按時(shí)間序列將傳感器2_1 2_n分配至構(gòu)成SI的各時(shí)隙L_1 L_n，井向各傳感器 2_1 2_n通知該分配的時(shí)隙L_1 L_n。并且，當(dāng)接收到所分配的時(shí)隙L_1 L_n的通知的各傳感器2_1 2_n向上述協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在與上述通知的再同步SI計(jì)數(shù)相應(yīng)的時(shí)隙的定時(shí)處進(jìn)行同步請求。對于各傳感器2_1 2_n，自己所分配的時(shí)隙的定時(shí)以外的時(shí)間為發(fā)送時(shí)間。其結(jié)果為，能夠減少近距離無線通信系統(tǒng)1整體的功耗。協(xié)調(diào)器3在對自己的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)與傳感器2的RTC之間的精度差別進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)同步定時(shí)的調(diào)整。在傳感器2與協(xié)調(diào)器3之間，各個(gè)設(shè)備保有的RTC會產(chǎn)生偏差，如果超過了各設(shè)備預(yù)料的分配時(shí)隙寬度的容許范圍，則協(xié)調(diào)器3將無法接收傳感器2 發(fā)送的數(shù)據(jù)。因此，需要再次設(shè)定超幀周期(Si)。IEEE802.15.4中的MAC等采用了利用來自協(xié)調(diào)器3的每個(gè)超幀的信標(biāo)進(jìn)行同步的方式。與此相対，在本發(fā)明中，傳感器2經(jīng)由RALC 加入BAN (association)后，從該傳感器2經(jīng)由MCLC在SI的每個(gè)相應(yīng)時(shí)隙內(nèi)連續(xù)發(fā)送固定長度字節(jié)尺寸的増量數(shù)據(jù)，并在協(xié)調(diào)器3側(cè)對SI數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)直到該數(shù)據(jù)中發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。 并且，在發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的時(shí)候，經(jīng)由RALC向傳感器2發(fā)送該計(jì)數(shù)-n (n 正數(shù))。理想為計(jì)數(shù)-1，但考慮到RTC的精度偏差，有時(shí)η運(yùn)用計(jì)數(shù)的5%左右。圖7是實(shí)現(xiàn)該同步定時(shí)的調(diào)整的流程圖。首先，在傳感器2側(cè)，從應(yīng)用層向MAC層通知用于進(jìn)行同步定時(shí)調(diào)整的請求。在接收到該請求的MAC層中，基于傳感器2的RTC依次生成増量數(shù)據(jù)，并向物理層進(jìn)行該增量數(shù)據(jù)的發(fā)送命令(步驟S2》。在傳感器2的物理層中接收該發(fā)送命令，并通過無線通信鏈路向協(xié)調(diào)器3側(cè)發(fā)送上述生成的増量數(shù)據(jù)(步驟 S23)。在協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層中，接收來自傳感器2的増量數(shù)據(jù)，并對MAC層進(jìn)行確認(rèn)請求 (步驟S24)。在MAC層中接收該確認(rèn)請求，并對是否在時(shí)隙內(nèi)接收了增量數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)(步驟S25)。S卩，在該步驟S25中，對于傳感器2確認(rèn)是否按照每個(gè)超幀在時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行了接收。 并且，反復(fù)執(zhí)行該步驟S22 S25的動作。此時(shí)，使増量數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)以1為單位為增加。此外，將該增量數(shù)據(jù)的發(fā)送間隔設(shè)定為Si。圖8示出該增量數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)的時(shí)序圖。從傳感器2依次發(fā)送增量數(shù)據(jù)D。當(dāng)以對發(fā)送該增量數(shù)據(jù)D的傳感器2分配了時(shí)隙L_2的情況為前提時(shí)，對于該時(shí)隙L_2，依次從
傳感器2發(fā)送增量數(shù)據(jù)D。以數(shù)據(jù)D_l、數(shù)據(jù)D_2........數(shù)據(jù)D_k-1、數(shù)據(jù)D_k的順序依次
發(fā)送該増量數(shù)據(jù)D。此外，基于傳感器2側(cè)的RTC生成該增量數(shù)據(jù)D_1 D_k的發(fā)送間隔。協(xié)調(diào)器3利用時(shí)隙L_2接收這種増量數(shù)據(jù)D_1 D_k。因?yàn)樵隽繑?shù)據(jù)D_1 D_k 是以基于傳感器2側(cè)的RTC的SI的間隔發(fā)送的，所以協(xié)調(diào)器3也以SI間隔接收該增量數(shù)
據(jù)D_1 D_k。在協(xié)調(diào)器3側(cè)的SI (SI_1、SI_1........SI_k_l、SI_k)中依次接收各增量
數(shù)據(jù)D_1 D_k。但是，在該協(xié)調(diào)器3側(cè)設(shè)定的SI只是基于協(xié)調(diào)器3自身的RTC而設(shè)定的。協(xié)調(diào)器 3的RTC不一定與傳感器2的RTC具有相同的精度，經(jīng)常會發(fā)生稍許的偏差。這種情況下， 時(shí)隙L_2中的増量數(shù)據(jù)D的接收位置會對應(yīng)于増量數(shù)據(jù)D的計(jì)數(shù)的增加而慢慢錯(cuò)位。在圖 8示出的例子中，到増量數(shù)據(jù)D_k-1為止，可以利用SI_k-l的時(shí)隙L_2接收，但是無法利用 SI_k的時(shí)隙L_2接收增量數(shù)據(jù)D_k。
S卩，意味著因?yàn)閰f(xié)調(diào)器3側(cè)的RTC與傳感器2側(cè)的RTC之間的偏差，從發(fā)送次數(shù)為第k次的増量數(shù)據(jù)D_k開始，無法在協(xié)調(diào)器3側(cè)接收。因此意味著，在從傳感器2向協(xié)調(diào)器 3發(fā)送通常的實(shí)際數(shù)據(jù)時(shí)，同樣地在協(xié)調(diào)器3側(cè)也會從第k次開始無法接收。因此，通過圖7的步驟S22 SM的過程反復(fù)發(fā)送増量數(shù)據(jù)D，并反復(fù)進(jìn)行步驟S25 的接收確認(rèn)，從而能夠識別從第幾次開始在協(xié)調(diào)器3側(cè)無法接收增量數(shù)據(jù)。在此為從發(fā)送次數(shù)為第k次開始無法接收的情況，因?yàn)樵撛隽繑?shù)據(jù)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的是SI_K，所以可以很容易地在協(xié)調(diào)器3側(cè)對該k進(jìn)行計(jì)數(shù)。并且，在發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的定時(shí)處，在步驟S26中算出重置次數(shù)。該重置次數(shù)由發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的次數(shù)k-x (在此χ為正數(shù))來表示。S卩，該重置次數(shù)由比發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的次數(shù)小的數(shù)來表示。接著，協(xié)調(diào)器3向傳感器2通知該重置次數(shù)。實(shí)際上，在步驟S27中，從MAC層向物理層進(jìn)行應(yīng)答請求。在步驟S28中，協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層通過無線通信鏈路發(fā)送重置次數(shù)，其中，該無線通信鏈路經(jīng)由RALC在協(xié)調(diào)器3側(cè)的物理層與傳感器2側(cè)的物理層之間建立。傳感器2側(cè)的物理層向MAC層通知該接收的重置次數(shù)，進(jìn)而MAC層向應(yīng)用層通知該重置次數(shù)。由此可知接收了重置次數(shù)的傳感器2在進(jìn)行了與重置次數(shù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送后，將 RTC重置即可。即，在傳感器2側(cè)在進(jìn)行了與重置次數(shù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送后將RTC重置，通過反復(fù)執(zhí)行該動作能夠防止在協(xié)調(diào)器3側(cè)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。進(jìn)而，通過自動校正該傳感器2與協(xié)調(diào)器3的計(jì)時(shí)器本身的偏差(漂移)，能夠進(jìn) ー步減少同步消息的收發(fā)次數(shù)。能夠通過與經(jīng)過時(shí)間成比例的一次函數(shù)來表現(xiàn)傳感器2側(cè)與協(xié)調(diào)器3側(cè)的時(shí)刻偏差，因此，能夠在傳感器2與協(xié)調(diào)器3之間的初始化過程中或者數(shù)據(jù)發(fā)送中生成該函數(shù)，并延長到同步為止的經(jīng)過時(shí)間。通過此方式，減少了傳感器2與協(xié)調(diào)器 3之間的同步消息數(shù)量，并減少了傳感器2側(cè)的無線接收等待次數(shù)，從而能夠進(jìn)一歩抑制數(shù)據(jù)接收等待的功耗。此外，在從傳感器2向協(xié)調(diào)器3發(fā)送實(shí)際數(shù)據(jù)之前，通過上述的流程，能夠在傳感器2側(cè)預(yù)先取得重置次數(shù)。因此，在發(fā)送實(shí)際數(shù)據(jù)吋，能夠從傳感器2相對于協(xié)調(diào)器3進(jìn)行再同歩。圖9是基于該重置處理動作的再同步的流程圖。首先，在步驟S41中，因?yàn)橐呀?jīng)到達(dá)重置次數(shù)，因此從應(yīng)用層向MAC層，進(jìn)而從MAC層向物理層發(fā)送用于進(jìn)行再同步的請求。 接著通過MCLC從傳感器2向協(xié)調(diào)器3發(fā)送再同步的請求，并在協(xié)調(diào)器3內(nèi)從物理層向MAC 層進(jìn)行再同步的指示。在MAC層中，對協(xié)調(diào)器3側(cè)的RTC進(jìn)行重置(步驟S44)。接著從MAC層向物理層通知再同步的應(yīng)答(步驟S45)。接著通過MCLC從協(xié)調(diào)器 3的物理層向傳感器2的物理層進(jìn)行再同步的回復(fù)(步驟S46)。在傳感器2側(cè)，從物理層向MAC層進(jìn)行再同步的指示(步驟S47)，并在該MAC層中進(jìn)行RTC的重啟、即重置(步驟 S48)。接著，在步驟S49中，從MAC層向應(yīng)用層進(jìn)行再同步的確認(rèn)的聯(lián)絡(luò)。該再同步SI計(jì)數(shù)除上述的在線設(shè)定的方法外，還有在傳感器2加入BAN時(shí)預(yù)先設(shè)定已然測定的計(jì)數(shù)的方法。但是，當(dāng)使用該方法吋，需要傳感器2的計(jì)時(shí)器具備一定的品質(zhì)。關(guān)于再同步SI計(jì)數(shù)，在實(shí)測中，在192ms的SI周期中，再同步計(jì)數(shù)為1500，作為ー個(gè)評價(jià)指標(biāo)，可將再同步計(jì)數(shù)設(shè)為200左右。此外雖然傳感器2側(cè)與協(xié)調(diào)器3側(cè)之間的計(jì)時(shí)器漂移不同，但該漂移是經(jīng)過時(shí)間的一次函數(shù)，關(guān)注于此設(shè)置偏移量即可。該一次函數(shù)F(t)可以由下(4)式等表示。F(t) = F( Σ Mk = 1(Tc, k-Tsn, k)/U, t) = α t+β......... (4)該式(4)對決定時(shí)隙定時(shí)的RTC值(時(shí)間)的快慢情況本身進(jìn)行校正，使其加快或放慢，從而進(jìn)ー步延長再同步SI計(jì)數(shù)。對該再同步計(jì)數(shù)的考慮方法進(jìn)行說明。例如如圖10所示，考慮SI為SI_1........
SI_3.......那樣連續(xù)的情況。該SI_1被定義為從t0開始到tl終止的區(qū)間[t0，tl]，
該SI_3被定義為從t2開始到t3終止的區(qū)間[t2，t3]。此時(shí)，如圖10所示，tl被定義為 tO+SI_lX再同步SI計(jì)數(shù)，t3被定義為t2+SI_3X再同步SI計(jì)數(shù)。此時(shí)，在SI_1和SI_3中，發(fā)生漂移的結(jié)果為，該SI_1和SI_3的長度一點(diǎn)點(diǎn)地偏離。該偏離可以表示為一次函數(shù)。例如，當(dāng)SI_3比SI_1長時(shí)，在[t0，t3]間，SI_3_SI_1的時(shí)間延遲，即，在[t0，t3] 間，通過將計(jì)算SI的RTC的時(shí)間加快SI_3-SI_1，能夠校正[to, t3]區(qū)間內(nèi)的伴隨漂移的時(shí)間偏差。S卩，協(xié)調(diào)器3基于以自身的RTC與傳感器2的RTC之間的差值作為式中示出的比例常數(shù)α和β的一次函數(shù)，決定再同步定時(shí)即可。在此β通常為0。但因?yàn)橛袝r(shí)在初始化處理時(shí)產(chǎn)生偏移，所以可以將該偏移量反應(yīng)到上述β中。對于各Si，也同樣可以基于上述思想對RTC的漂移進(jìn)行校正，這可以使用上述的一次函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。另外，關(guān)于該再同步定時(shí)的校正，在協(xié)調(diào)器3側(cè)，可以基于以自身的RTC與傳感器 2的RTC之間的差值作為比例常數(shù)α的一次函數(shù)來確定再同步定吋，在傳感器2側(cè)，可以基于以傳感器2自身的RTC與協(xié)調(diào)器3的RTC之間的差值作為比例常數(shù)α和β的一次函數(shù)，來校正傳感器2自身的RTC。另外，本發(fā)明以佩帶于人體的可佩帶傳感器為前提對傳感器2進(jìn)行了說明，但不限于此，可以應(yīng)用于人體以外的其他所有傳感器。標(biāo)號說明1 近距離無線通信系統(tǒng)2 傳感器3 協(xié)調(diào)器
權(quán)利要求
1.一種近距離無線通信系統(tǒng)，其在多個(gè)傳感器與至少一個(gè)協(xié)調(diào)器之間發(fā)送接收無線信號，該近距離無線通信系統(tǒng)的特征在于，所述協(xié)調(diào)器基于預(yù)先從各所述傳感器接收的信息，對構(gòu)成超幀的各時(shí)隙按時(shí)序分配各所述傳感器，并將所述分配的時(shí)隙通知給各所述傳感器，所述傳感器在向所述協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在不從所述協(xié)調(diào)器接收信標(biāo)的情況下按照所述通知的時(shí)隙的定時(shí)進(jìn)行同步請求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器基于自身的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)與所述傳感器的RTC之間的差算出重置次數(shù)， 進(jìn)而向所述傳感器發(fā)送該算出的重置次數(shù)，所述傳感器使該傳感器的RTC增加，直至從所述協(xié)調(diào)器接收的所述重置次數(shù)后，對所述協(xié)調(diào)器進(jìn)行再同步請求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近距離無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器按照每個(gè)超幀接收基于所述傳感器的RTC依次生成的增量數(shù)據(jù)，并基于直到該增量數(shù)據(jù)脫離分配給該傳感器的時(shí)隙為止的增量次數(shù)，算出重置次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的近距離無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器基于以自身的RTC與所述傳感器的RTC之間的差值為比例常數(shù)α的一次函數(shù)來確定再同步定時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的近距離無線通信系統(tǒng)，其特征在于，基于以傳感器自身的RTC與所述協(xié)調(diào)器的RTC之間的差值為比例常數(shù)α的一次函數(shù)， 來校正傳感器自身的RTC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的近距離無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器是可以佩帶于人體的可佩帶傳感器。
7.—種傳感器，其特征在于，其用于權(quán)利要求1 6中任意一項(xiàng)所述的近距離無線通信系統(tǒng)。
8.—種近距離無線通信方法，在多個(gè)傳感器與一個(gè)協(xié)調(diào)器之間發(fā)送接收無線信號，該近距離無線通信方法的特征在于，所述協(xié)調(diào)器基于預(yù)先從各所述傳感器接收的信息，對構(gòu)成超幀的各時(shí)隙按時(shí)序分配各所述傳感器，并將所述分配的時(shí)隙通知給各所述傳感器，所述傳感器在向所述協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在不從所述協(xié)調(diào)器接收信標(biāo)的情況下，按照所述通知的時(shí)隙的定時(shí)進(jìn)行同步請求。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的近距離無線通信方法，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器基于自身的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)與所述傳感器的RTC之間的差算出重置次數(shù)， 進(jìn)而向所述傳感器發(fā)送該算出的重置次數(shù)，所述傳感器使該傳感器的RTC增加，直至從所述協(xié)調(diào)器接收的所述重置次數(shù)后，對所述協(xié)調(diào)器進(jìn)行再同步請求。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的近距離無線通信方法，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器按照每個(gè)超幀接收基于所述傳感器的RTC依次生成的增量數(shù)據(jù)，并基于直到該增量數(shù)據(jù)脫離分配給該傳感器的時(shí)隙為止的增量次數(shù)，算出重置次數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的近距離無線通信方法，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器基于以自身的RTC與所述傳感器的RTC之間的差值為比例常數(shù)α的一次函數(shù)來確定再同步定吋。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的近距離無線通信方法，其特征在干，基于以傳感器自身的RTC與所述協(xié)調(diào)器的RTC之間的差值為比例常數(shù)α的一次函數(shù)， 來校正傳感器自身的RTC。
13.根據(jù)權(quán)利要求8 12中任意一項(xiàng)所述的近距離無線通信方法，其特征在干， 在與作為佩帶于人體的可佩帶傳感器的所述傳感器之間發(fā)送所述無線信號。
全文摘要
特別在各傳感器的計(jì)時(shí)器精度不同的情況下，也能夠盡可能地減少傳感器側(cè)的數(shù)據(jù)等待的機(jī)會，從而減小傳感器側(cè)的消耗輸出。協(xié)調(diào)器3基于預(yù)先從各傳感器2接收的信息，對構(gòu)成超幀的各時(shí)隙按時(shí)序分配所述各傳感器，并將所分配的時(shí)隙通知給各傳感器2，傳感器2在向協(xié)調(diào)器3發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在不從協(xié)調(diào)器接收信標(biāo)的情況下，按照所通知的時(shí)隙的定時(shí)進(jìn)行同步請求。
文檔編號H04W84/18GK102598814SQ201080049219
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者黑田正博 申請人:獨(dú)立行政法人情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)