[发明专利]通过身体域网络介质访问控制协议使得能进行自适应频率捷变

说明书

本申请要求在2008年8月11日提交的美国临时申请No. 61/087,754的权益。

本发明总的涉及在身体域网络（BAN）中利用的介质访问控制（MAC）协议，具体地，涉及用于通过这样的协议支持自适应频率捷变的技术。

身体域网络（BAN）主要被设计用于持久地监视和记录生命指征。如图1所示的示范性BAN包括典型地为传感器的多个从设备120，它们可以是可佩戴的或可以被植入到人身体中。从设备120监视生命体的参数和运动，并通过无线介质互相通信。从设备120可以把来自身体的数据传送到一个或更多个主设备130，数据可以从这里通过局域网（LAN）、广域网（WAN）、蜂窝网等等实时地转发到医院、诊所或其它地方。

在设计BAN时，重要因素之一是从设备120和/或主设备130的能量效率。通过使得接收者设备（即，接收数据的设备）在收听状态与睡眠状态之间最佳地进行工作循环，可以达到高效率的能量消耗。当设备既不传送也不接收数据时，设备的无线电被关断，由此减小设备的能量消耗。工作循环是通过介质访问控制(MAC)协议而被执行的，目的是使得空闲收听和串音（overhearing）时间、数据传输的碰撞和控制开销最小化，这最终导致功率节省。

MAC工作循环技术包括同步和异步模式。在异步模式，发送者设备（即，在介质上传送数据的设备）和收听者设备（即，收听介质的设备）具有独立的睡眠和醒来时间，由此不需要诸如信标那样的明显的同步机制。

前同步采样技术被广泛地使用于异步工作循环MAC协议，诸如WiseMAC、B-MAC和X-MAC等。WiseMAC在EI-Hoiydi等人的 “WiseMAC:An Ultra Low Power MAC Protocol for the Downlink of Infrastructure Wireless Sensor Networks”中进一步描述, 该文发表在the Proceedings of the Ninth IEEE Symposium on Computers and Communication,（ISCC） 第244-251页, Alexandria, 埃及,2004年6月。B-MAC在Polastre等人的“Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Network”,ACM SenSys， 2004年11月中被描述，以及X-MAC协议发表在Buettner等人的“X-MAC:A Short Preamble MAC Protocol for Duty-Cycled Wireless Sensor Networks”,ACM SenSys， 2006。

如图2所例示的，在前同步采样技术中，所有的设备周期性地收听介质达时间“T_L”的短的持续时间,且如果介质是空闲的，则返回到睡眠状态达持续时间“T_CI”。在两个接连的收听时间T_L之间的时间T_CI是检验间隔。时间间隔T_CI和T_L的组合是唤醒时间间隔。当发送者设备有数据要递送时，它传送唤醒（WUP）消息210，这个唤醒消息比接收者设备的检验时间间隔T_CI要长。在前同步采样技术中，WUP消息210仅仅承载前同步，而不承载任何其它信息。当接收者设备醒来时，它侦听介质和检测WUP消息210。这迫使接收者设备保持醒着，直至数据被完全接收和/或介质再次变为空闲为止。

WUP消息210的长度必须比检验间隔T_CI更长，以保证在传送实际数据时接收者设备是醒着的。如果接收者设备的检验间隔T_CI是非常长的，则WUP消息传输可占用介质达持续很长的时间，由此阻止其它设备访问 该介质。

有几个被考虑用于BAN的频带，包括例如在美国的在401-406MHz的医疗设备无线电通信(MedRadio)服务。MedRadio频带打算被使用于非话音数据的传输，以支持牵涉到植入的和身体上佩戴的医疗设备的诊断和/或治疗应用。联邦通信委员会(FCC)已定义MedRadio规则，以保证有效的频谱共享以及减轻对于该频带的主要用户(例如，气象辅助、气象卫星、和地球勘探卫星服务)的有害干扰。

MedRadio服务的规定（provision）之一也要求外部编程器/控制发射机在发起通信会话之前执行先听后说(listen before talk，LBT)频率监视过程(即，监视它打算占用的一个或更多个信道)，以便选择适当的最小干扰信道来操作。