СИСТЕМА И СПОСОБ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ О РАБОЧЕМ ЦИКЛЕ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ Российский патент 2016 года по МПК A61B5/00 H04L29/08 H04W52/22 

Настоящая заявка относится к беспроводным устройствам. В частности, она относится к беспроводным сетям датчиков, таким как нательные сети (BAN) или сети пациентов (PAN), которые осуществляют контроль физиологических параметров пациента и передают данные, относящиеся к считанным параметрам, в систему управления.

Традиционно пациенты контролировались с использованием блоков считывания, соединенных проводами с базовой станцией. Эти провода препятствовали мобильности пациентов и были трудоемкими для установки. Чтобы улучшить мобильность пациентов, облегчить установку и устранить нагромождение проводов, были разработаны беспроводные блоки считывания. Некоторые пациенты требуют непрерывного контроля физиологических параметров, таких как ЭКГ, SpO₂, давление крови, содержание сахара в крови и т.п. При достаточно хорошей возможности перемещения в обычном для них обществе, они были ограничены больничным помещением, больничной палатой, палатой для выздоравливающих или своим домом, чтобы облегчить непрерывный контроль физиологических параметров. При выходе из этих зон, пациенты рисковали стать неконтролируемыми.

Чтобы непрерывно контролировать физиологические параметры пациентов, не ограничивая их деятельность, желательно иметь возможность устанавливать на теле пациента датчики, которые, насколько это возможно, являются легкими и компактными, а также способными к осуществлению связи друг с другом и базовой станцией с помощью беспроводных технологий. Нательная сеть (BAN) содержит многочисленные узлы, обычно являющиеся датчиками, которые могут быть пригодны для ношения на теле или имплантации в человеческое тело. Такие узлы контролируют жизненно важные параметры тела и/или перемещения и осуществляют связь друг с другом через беспроводную среду. Такие узлы могут передавать физиологические данные от тела на блок управления, от которого данные могут быть переданы в реальном времени в больницу, клинику или в другое место по локальной сети (LAN), глобальной сети (WAN), сотовой связи и т.п.

Требования к проектированию BAN содержат требование энергетической эффективности узлов при строгом соблюдении геополитических нормативных требований в отношении использования спектра радиочастот. В Соединенных Штатах Федеральная комиссия связи (FCC) делит спектр частот связи на многочисленные полосы, которые выделяются, сдаются в аренду или продаются конкретным пользователям/отраслям (например, радио, телевидение, спутниковая связь, сотовая связь и т.д.). FCC устанавливает и контролирует соблюдение технических требований в ответ на растущую потребность доступа к спектру. Введенные ограничения содержат полосу частот, ширину полосы, ограничения по рабочему циклу, ограничения по максимальной мощности передачи, конкретный показатель поглощения, и т.п.

Для продвижения беспроводных медицинских устройств FCC выделила диапазон частот 401-406 МГц для Службы радиосвязи медицинских устройств (MedRadio) на основе совместного использования, вторичного использования и отсутствия помех. Диапазоны для MedRadio предназначены для использования беспроводных устройств связи сверхнизкой мощности, к которым относятся имплантируемые и носимые на теле медицинские устройства, используемые для диагностических и терапевтических функций. Примерами медицинских устройств, имплантированных в тело человека, которые могут использовать диапазоны MedRadio для связи, являются кардиальные дефибрилляторы, кардиостимуляторы, нервные/мозговые стимуляторы, имплантированные насосы для подачи лекарств и т.п. Устройства, носимые на теле, такие как устройства для ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ и слуховые аппараты, также могут использовать полосы MedRadio для беспроводной связи.

FCC обязала, чтобы рабочий цикл передачи устройств MedRadio, работающих в диапазонах 405-406 МГц или 401-402 МГц, не превышал 0,1%, основываясь на общем времени передачи в течение одночасового интервала. Рабочий цикл определяется как выраженное в процентах отношение максимального времени включенного состояния передатчика на одной или более несущих частотах к периоду времени, равному одному часу. В Европе нескольких других выделенных диапазонов имеют ограничения по рабочему циклу. Например, промышленные, научные и медицинские (ISM) устройства, работающие в диапазоне 433,05-434,79 МГц, имеют ограничение по рабочему циклу 10%, работающие в диапазоне 868-868,6 МГц, имеют ограничение по рабочему циклу 1%, и работающие в диапазоне 868,7-869,3 МГц имеют ограничение по рабочему циклу 0,1%.

Недавно FCC выпустила уведомление о предложенном правиле, позволяющем совместное вторичное использование диапазона 2,36-2,40 ГГц для беспроводных медицинских сетей по технологии медицинской нательной сети (MBAN), документ FCC Notice of Proposed Rulemaking 09-57, июнь 2009 г. Сети MBAN предназначены для поддержки медицинских устройств, носимых на теле и используемых для диагностических и терапевтических применений. В уведомлении FCC предписала ограничить максимальный рабочий цикл устройств, работающих в сетях MBAN, до 25%.

В типичном сеансе связи, например, с использованием протокола MAC IEEE 802.11b, отправитель передает на приемник сообщение запроса на отправку (RTS). После приема сообщения RTS приемник передает сообщение готовности к приему (CTS), которое отключает другие беспроводные узлы вблизи него и позволяет отправителю сообщения RTS начать передачу данных. После получения сообщения CTS отправитель передает данные и после безошибочного приема данных приемник передает сообщение подтверждения приема (ACK).

Для каждого передатчика прямой обязанностью является слежение за своим текущим рабочим циклом, приостановка передачи, когда рабочий цикл достигает максимального предела, и возобновление передач, когда рабочий цикл находится в пределах допустимых пределов. Однако, отправитель может не знать о текущем рабочем цикле приемника, которому предназначена его передача. Приемник, которому предназначена передача, может запретить ответ отправителю с помощью сообщения CTS или ACK, потому что приемник достиг ограничения для своего рабочего цикла. Отправитель может прийти к неправильному заключению, что сообщение вступило в конфликт, полученное сообщение содержит ошибки, приемник находится вне диапазона, приемник не работает (то есть, разряжена батарея), приемник находится в режиме ожидания и т.п. Отправитель может повторно передать сообщение или пассивно слушать, ожидая входящее сообщения. Следовательно, отправитель тратит впустую ценную энергию, ширину полосы, рабочий цикл, ресурсы и т.п. По меньшей мере, из-за недостатков, описанных выше, было бы поэтому полезно обеспечить решение по обмену информацией о рабочем цикле между устройствами, чтобы поддерживать требования к приложениям.

Настоящая заявка обеспечивает новые и улучшенные систему и способ обмена информацией о рабочем цикле в беспроводных сетях нательных сетей, которые решают описанные выше и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом, представляется беспроводное медицинское устройство. Беспроводное медицинское устройство содержит по меньшей мере одно из датчика или привода. Датчик контролирует физиологические данные пациента, в то время как привод доставляет терапию для пациента. Устройство содержит беспроводной приемопередатчик, который передает и/или принимает пакеты управления (например, маяковые сигналы) и/или информационные пакеты, связанные по меньшей мере с одним из контролируемых физиологических данных или доставленной терапии. Беспроводной приемопередатчик должен соблюдать предварительно определенные ограничения по рабочему циклу, которые определяют максимальное время состояния включенного передатчика в пределах предварительно определенного временного окна. Модуль рабочего цикла определяет параметры рабочего цикла беспроводного приемопередатчика в соответствии с ограничением по рабочему циклу. Модуль связи управляет приемопередатчиком, чтобы широковещательно, одноадресно и/или многоадресно передавать по меньшей мере один параметр рабочего цикла при передаче пакета управления или информационного пакета или подтверждать прием информационного пакета от соседнего беспроводного медицинского устройства.

В соответствии с другим аспектом, представляется способ беспроводной передачи медицинской информации. Способ содержит по меньшей мере одно из контроля физиологических данных пациента или доставки терапии пациенту. Информационные пакеты, связанные по меньшей мере с одним из контролируемых физиологических данных или доставленной терапии, передаются и/или принимаются с помощью беспроводных технологий. Беспроводная передача имеет ограничение по рабочему циклу, которое определяет максимальное время состояния включенной передачи в течение предварительно определенного временного окна. Параметры беспроводной передачи, связанные с рабочим циклом, определяются в соответствии с ограничением по рабочему циклу. По меньшей мере один параметр рабочего цикла передается широковещательно, одноадресно и/или многоадресно при передаче информационного пакета или пакета управления или при подтверждении приема информационного пакета от соседнего беспроводного медицинского устройства.

Одно из преимуществ состоит в улучшенном соблюдении установленных требований.

Другое преимущество состоит в оптимизации передачи критической медицинской информации.

Другие преимущества настоящего изобретения станут понятны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.

Изобретение может принимать форму различных компонент и расположений компонент и различных этапов и расположений этапов. Чертежи служат только для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.

Фиг. 1 - схематическое изображение медицинской беспроводной сети;

Фиг. 2 - подробное изображение одного из беспроводных медицинских устройств, показанных на фиг. 1;

Фиг. 3 - схематическое изображение медицинского устройства концентратора, показанного на фиг. 1; и

Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций, изображающая способ действия.

Как показано на фиг. 1, множество беспроводных медицинских устройств содержит медицинское устройство 10 концентратора и множество беспроводных медицинских устройств 12, расположенных вблизи тела пациента, для контроля и записи различных физиологических параметров, проведения терапии и т.п. Беспроводные медицинские устройства 12 с помощью беспроводных технологий осуществляют связь с медицинским устройством 10 концентратора. Предполагаются различные беспроводные медицинские устройства, такие как датчик 14 внутреннего уха, соединенный с соответствующим электронным модулем 16, расположенным, по меньшей мере частично, в ухе пациента, чтобы измерять температуру, кровяное давление, частоту пульса и т.п. В другом примере, беспроводные медицинские устройства 12 могут содержать монитор ЭКГ, имеющий множество датчиков ЭКГ или электродов 18, соединенных с электронным модулем 20, который измеряет и интерпретирует считанные сигналы. В другом примере, датчик 22 Sp0₂ считывает содержание кислорода в крови и частоту пульса, которые передаются соответствующим электронным модулем 24. В качестве другого примера, инфузионный насос или другой привод 26 вводит или как-либо иначе подает лекарства в тело пациента под управлением электрических сигналов от соответствующего электрического модуля 28. Другие беспроводные медицинские устройства 12, которые считывают физиологические параметры или доставляют терапию, содержат кардиостимуляторы, слуховые аппараты, видеоустройства, протезированные конечности, искусственные органы и т.п.

Беспроводной концентратор 10 передает сигналы, принятые от беспроводных медицинских устройств 12, другим беспроводным медицинским устройствам 29, таким как компьютерные рабочие станции, сотовые телефоны, персональные цифровые помощники, планшетные компьютеры и т.п., через инфраструктурную сеть 30. Связь между концентратором и беспроводной сетью 30 может осуществляться через WiFi, Интернет, сотовую связь, радиочастотные передачи с относительно большой мощностью и т.п. Беспроводные медицинские устройства 12 и концентратор 10 могут взаимодействовать друг с другом в различных конфигурациях. Например, в сети с топологией звезды каждое из беспроводных медицинских устройств 12 связывается напрямую с медицинским устройством 10 концентратора. Устройство концентратора принимает пакеты подтверждения или пакеты маяковых сигналов от устройств 12, например, чтобы синхронизировать устройства в ожидании отправки и приема информационных пакетов, сигналов управления и т.п. от концентратора 10. В ячеистой сети устройства 12 связываются напрямую друг с другом и концентратором 10. Некоторые из устройств 12 могут связываться напрямую с концентратором 10 или могут связываться опосредованно с концентратором 10 через другие устройства, такие как компьютеры, PDA, мобильные телефоны и т.п. Эти другие устройства могут связываться напрямую с беспроводными медицинскими устройствами 29 или опосредованно через инфраструктурную сеть 30, а не через концентратор 10.

Как показано на фиг. 2, каждое беспроводное медицинское устройство 12 содержит по меньшей мере одно из датчика 14, 18, 22, контролирующего физиологические данные пациента, или привода 26, доставляющего терапию для пациента. Электронный модуль 20, 24, 28, связанный с каждым датчиком, приводом или их комбинацией, содержит беспроводной приемопередатчик 40 с передатчиком 42 и приемником 44, которые передают и принимают, соответственно, информацию и/или управляют пакетами в/из по меньшей мере одного из соседнего беспроводного медицинского устройства 12 и беспроводного концентратора 10. Каждый беспроводной передатчик 42 имеет ограничение по рабочему циклу, которое ограничивает время включенного состояния передатчика относительно предварительно определенного временного окна. Например, передатчик может быть ограничен рабочим циклом 25% для одночасового временного окна. Это ограничивает время включенного состояния передатчика самое большее 900 секундами в течение время любого временного окна продолжительностью 1 час.

Модуль 50 рабочего цикла определяет параметры рабочего цикла беспроводного приемопередатчика. Параметры рабочего цикла содержат текущий рабочий цикл передачи, который вычисляется с учетом количества времени, в течение которого передатчик находится во включенном состоянии за время текущего временного окна, остающийся рабочий цикл передачи, который определяет доступный (для использования) рабочий цикл во время текущего временного окна, и смещение по времени относительно текущего времени, когда будет доступен достаточный рабочий цикл.

Модуль 52 управления рабочим циклом определяет режим передачи для приемопередатчика 40, основываясь, по меньшей мере, на одном из параметров текущего рабочего цикла, остающегося рабочего цикла или смещения по времени для беспроводного медицинского устройства и таких же параметрах соседних беспроводных медицинских устройств. Режим передачи содержит режим фрагментации, который фрагментирует информационные пакеты по множеству временных окон, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу. В режиме модуляции по меньшей мере один из параметров частотной или амплитудной модуляции приемопередатчика 40 регулируется, чтобы уменьшить время передачи пакета, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу. В режиме сжатия информационный пакет сжимается, чтобы уменьшить время передачи пакета, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу. В режиме задержки передача пакета задерживается до последующего временного окна, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу. В режиме агрегации меньшие пакеты агрегируются в больший пакет, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу. В режиме приоритета пакеты с более высоким приоритетом передаются в текущем временном окне, а информация с более низким приоритетом передается в последующих временных окнах, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу.

Модуль 60 связи принимает физиологическую информацию, считанную датчиком 14, 18, 22, через модуль 62 управления датчиками или приводами. Модуль 62 управления также осуществляет связь с приводом 26, чтобы управлять его работой в соответствии с принятыми информационными пакетами. Модуль связи упаковывает считанную информацию и другую информацию о передаче, такую как подтверждения и т.п., в информационные пакеты. Модуль связи управляет приемопередатчиком, чтобы передавать пакеты с рабочим циклом, назначенным модулем 50 рабочего цикла и модулем 52 управления рабочим циклом.

Устройство 64 памяти хранит информацию для более поздней передачи, информацию о других беспроводных медицинских устройствах в нательной сети, такую как остающийся рабочий цикл и т.п. Например, когда другие беспроводные медицинские устройства достигли или приближаются к ограничению по своему рабочему циклу, они могут прекратить отправку подтверждений. Отслеживая остающийся рабочий цикл других беспроводных медицинских устройств, модуль связи знает, должны ли приниматься сигналы подтверждения, и тип подтверждения, которое должно ожидаться, будут ли изменены параметры модуляции или расширения, будут ли сжиматься данные, насколько могут быть сжаты данные, ожидать ли передачу сообщений в другой полосе частот, задержка при передаче и продолжительность ожидаемой задержки и т.п.

Как показано на фиг. 3, медицинское устройство 10 концентратора содержит первый приемопередатчик 40', который связывается с другими беспроводными медицинскими устройствами нательной сети, и второй приемопередатчик 40", который связывается с инфраструктурной сетью 30. Беспроводной концентратор может быть соединен с датчиком физиологических данных и/или приводом подобно другим беспроводным медицинским устройствам или может функционировать просто как центральный контроллер или координатор и для передачи физиологических данных и/или соответствующей терапевтической информации к сети 30 и от нее. Для связи с другими беспроводными медицинскими устройствами 12 нательной сети беспроводной концентратор 10 содержит модуль 50' рабочего цикла, определяющий параметры рабочего цикла, и модуль 52' управления рабочим циклом, определяющий режим передачи, основываясь, по меньшей мере, на одном из параметров текущего рабочего цикла или остающегося рабочего цикла или смещения по времени для себя и других беспроводных медицинских устройств. Модуль 60' связи управляет приемопередатчиком 40', чтобы широковещательно, одноадресно и/или многоадресно передавать по меньшей мере один параметр рабочего цикла при передаче информации или пакета управления или при подтверждении приема информационного пакета в режиме передачи, как указывается модулем 50' рабочего цикла и модулем 52" управления рабочим циклом. Если блок 10 концентратора соединен с датчиком или приводом, то он также содержит модуль 62' управления датчиком или приводом.

Беспроводной концентратор также содержит модуль 70 планирования, который планирует временные кадры (известные также как суперкадры) беспроводных медицинских устройств 12 в соответствии с параметрами рабочего цикла соответствующих беспроводных медицинских устройств 12. Модуль планирования управляет модулем 60' связи и приемопередатчиком 40', чтобы передавать и принимать пакеты во время запланированных временных кадров при осуществлении связи с соответствующими беспроводными медицинскими устройствами 12. Модуль 70 планирования может принимать параметры рабочего цикла непосредственно от модуля 60' связи или от устройства 64' памяти.

Беспроводной концентратор 10 также содержит модуль 60" связи для управления приемопередатчиком 40", чтобы осуществлять связь с сетью 30. Модуль 50" рабочего цикла и модуль 52" управления рабочим циклом управляют рабочим циклом, в котором приемопередатчик 40" осуществляет связь с сетью 30 согласно требованиям к рабочему циклу, и соответственно управляют рабочим циклом, как обсуждалось выше.

Как показано на фиг. 4, рабочий цикл определяется как процент времени, когда передатчик находится во включенном состоянии в пределах предварительно определенного временного окна, например, за прошедший один час. Каждое беспроводное устройство вычисляет и следит за своим собственным рабочим циклом. Рабочий цикл вычисляется для скользящего временного окна путем суммирования продолжительностей включенного состояния передатчика внутри временного окна и преобразования этой суммы в процент относительно продолжительности временного окна. Если передатчик включен в общей сложности в течение 36 секунд за прошлый один час (3600 секунд), то текущий рабочий цикл составляет 1%. Если передатчик был выключен в течение прошлого часа, то текущий рабочий цикл составляет 0%.

Рабочий цикл может быть выражен в битах, символах, временных кадрах или в других соответствующих единицах измерений. На этапе 102 вычисляются параметры рабочего цикла, такие как текущий рабочий цикл, остающийся рабочий цикл и смещение по времени. Передатчик следит за количеством времени, которое он проводит во включенном состоянии в пределах заданного временного окна, чтобы вычислить рабочий цикл. При беспроводной связи на основе пакетов/кадров это вычисление может быть сделано на основе пакета/кадра только выше уровня PHY. Таким образом, информация о рабочем цикле легко доступна на уровне MAC.

Устройство может выбрать вариант, чтобы не исчерпывать все время пребывания во включенном состоянии в одном сеансе или при связи с одним соседним устройством. Предпочтительнее, доступный рабочий цикл может быть разделен между соседними устройствами и/или на множество сеансов связи. Следовательно, для осуществляющего связь беспроводного медицинского устройства полезно знать, сколько времени доступно в текущем сеансе с соседним устройством. Например, устройство резервирует 10% доступного времени в пределах предварительно определенного окна временного интервала для связи с передачей кадров данных соседнему устройству и 5% доступного времени для подтверждений кадров, принятых от этого соседнего устройства. Еще 10% доступного времени, например, могут быть выделены для управления или кадров управления, таких как маяковые сигналы. Устройство резервирует часть рабочего цикла для намеченных целей на этапе 104.

На этапе 106 каждый приемник принимает информацию о рабочем цикле соседних беспроводных медицинских устройств 12, с которым он осуществляет связь. На этапе 108 принятые параметры рабочего цикла соседних устройств запоминаются в устройстве памяти. Устройство использует эту отслеживаемую информацию о рабочем цикле в сочетании со своим собственным текущим рабочим циклом, чтобы оптимизировать времена, доступные для передачи.

На этапе 110 каждый приемник определяет режим оптимизации передачи, который оптимизирует эффективность передачи, основываясь на предварительно определенных требованиях к рабочему циклу и информации о рабочем цикле, полученной на этапе 106 от соседних беспроводных медицинских устройств 12.

Различные режимы оптимизации передачи содержат фрагментацию большого пакета на малые пакеты, так как передача меньших пакетов экономит рабочий цикл или предотвращает превышение ограничения по рабочему циклу. Другой дополнительной возможностью для передатчика является использование способа модуляции более высокого порядка, например, 16 QAM вместо QAM (или QPSK), чтобы уменьшить время радиопередачи для сохранения рабочего цикла. В качестве другой дополнительной возможности, передача пакета задерживается до времени, когда передача пакета не будет вызывать превышение ограничения по рабочему циклу. Один из режимов оптимизации передачи располагает информацию, которая должна передаваться, по приоритетам. Информация с более высоким приоритетом передается первой, если значение рабочего цикла недостаточно. Когда значение рабочего цикла недостаточно, периодические служебные управляющие сообщения задерживаются. Если ожидающие передачи приоритетные сообщения не могут быть переданы из-за ограничений по рабочему циклу, то передатчик указывает, что он имеет для приемника ожидающие передачи сообщения с высоким приоритетом, и смещение по времени, указывающее, когда передачи возобновятся. Таким образом, приемник может быть готов принять эти сообщения, включаясь в указанное время и резервируя соответствующий рабочий цикл для подтверждений. Длительность пакета может быть уменьшена за счет удаления из пакета дополнительных полей управления.

Другой режим оптимизации содержит режим резервирования, в котором концентратор 10 или беспроводные медицинские устройства 12 периодически рассылают сообщение опроса или сообщение маякового сигнала, которое указывает доступное время передачи, например, основываясь на текущем рабочем цикле. В ответ на сообщение опроса или маякового сигнала другие беспроводные медицинские устройства 12 могут конкурировать за передачу сообщения резервирования, чтобы резервировать будущий временной кадр для передачи данных. Предстоящие временные окна резервируются для передачи данных среди соседних устройств, так чтобы в каждом из устройств рабочий цикл в текущем временном окне не превышался.

Другим режимом оптимизации передачи является режим сжатия, в котором данные могут быть сжаты, чтобы сэкономить время передачи. Кроме того, данные могут быть агрегированы, чтобы уменьшить время передачи, например, вместо передачи необработанных данных перед передачей данные могут быть агрегированы или отфильтрованы. В режиме кодирования схема кодирования передатчика 42 регулируется, чтобы кодировать больше информации в текущем временном окне, так чтобы не превышалось ограничение по рабочему циклу. Например, когда доступный рабочий цикл имеется в избытке, то тогда передатчиком может использоваться коэффициент кодирования 1/3, который означает, что передаются меньшее количество информационных битов и большее количество избыточных битов. С другой стороны, когда рабочий цикл недостаточен, коэффициент кодирования может быть доведен до 1/1, чтобы передавать больше информационных битов. Режим агрегации кадра может использоваться, чтобы объединять многочисленные короткие кадры в один большой кадр для уменьшения служебной информации (то есть, заголовка PHY и/или заголовка MAC) и экономить рабочий цикл.

В режиме подтверждения политика подтверждения изменяется, например, с политики индивидуального подтверждения на политику накопительного подтверждения, так чтобы в текущем временном окне ограничение по рабочему циклу не превышалось. Например, когда приемник испытывает нехватку в остающемся рабочем цикле, политика подтверждения может быть изменена на политику накопительного подтверждения, когда многочисленные принятые пакеты подтверждаются в совокупности, или на политику неподтвержденной доставки, когда принятые пакеты не подтверждаются, в отличие от индивидуальной политики подтверждения, когда каждое сообщение данных подтверждается индивидуально. Если потенциальный отправитель знает, что приемник неспособен передать подтверждения из-за ограничений по рабочему циклу, то отправитель задерживает свои передачи до того времени, когда приемник станет способным давать подтверждения. Альтернативно, отправитель может передавать сообщения, если он не превысил свое ограничение по рабочему циклу, но может ожидать подтверждений в более позднее время. Передающее устройство не должно повторно отправлять переданные пакеты при отсутствии подтверждения в течение соответствующей продолжительности времени.

В режиме повторной попытки ограничение повторной попытки повторных передач неподтвержденных пакетов может варьироваться в соответствии с доступным рабочим циклом, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу. Например, попытки повторной передачи могут ограничиваться одной попыткой вместо трех или более попыток, когда рабочий цикл достаточен и все же невелик.

В режиме спектра полоса рабочих частот переключается на менее ограничительную полосу, так что информация передается таким образом, что нормативные требования удовлетворяются. Например, когда группа беспроводных медицинских устройств 12 и/или концентратор 10 не могут продолжать обмен пакетами из-за ограничений по рабочему циклу, устройства 10, 12 могут переключиться на другой канал или в другую полосу частот, которая не ограничивает рабочий цикл, или по меньшей мере является менее ограничительной для рабочего цикла. Например, пара медицинских устройств, осуществляющих связь по каналу на частоте 2,36 ГГц, может принять решение переключить каналы на частоту ISM 2,4 ГГц, когда их текущий рабочий цикл приближается к нормативному ограничению. В Соединенных Штатах канал 2,36 ГГц имеет 25-процентное ограничение по рабочему циклу, наложенное FCC; тогда как на диапазон ISM 2,4 ГГц никакого ограничения на рабочий цикл нет. Из-за близости диапазона ISM 2,4 ГГц и диапазона 2,36 ГГц, одни и те же радиопередатчики и приемники могут эффективно работать в обоих диапазонах. В другом варианте осуществления концентратор 10 и беспроводные медицинские устройства 12 содержат множество передатчиков 42, каждый из которых настроен на собственную частоту с соответствующим ограничением по рабочему циклу, которое контролируется модулем 50 рабочего цикла.

В режиме соединения каналов многочисленные частотные каналы объединяются, чтобы увеличить скорость передачи пакетов, так чтобы в текущем временном окне ограничение по рабочему циклу не превышалось. Например, рабочий цикл сохраняется за счет объединения многочисленных частотных каналов, таких как 2,36 ГГц и 2,4 ГГц, чтобы увеличить скорость передачи пакетов. Режим связи каналов увеличивает объем данных пакета, которые могут быть переданы в пределах подобного временного окна.

В режиме расширения параметры расширения для приемопередатчика 40 регулируются, чтобы уменьшить время передачи пакета для экономии рабочего цикла. Например, при способе прямой последовательности расширения спектра, вместо кодирования 4 битов данных с помощью последовательности псевдошума (PN) из 32 элементов, передатчик может кодировать 4 бита данных с помощью последовательности PN из 16 элементов, удваивая, таким образом, скорость передачи данных.

На этапе 112 параметры рабочего цикла, такие как текущий рабочий цикл, значение остающегося рабочего цикла и смещение по времени, вставляются в пакет, который будет передаваться. В одном из вариантов осуществления каждый пакет начинается с заголовка PHY, сопровождаемого заголовком MAC. Дополнительные данные, связанные с рабочим циклом, в заголовке MAC или в других соответствующих местах в пакете информируют приемник, такой как соседнее беспроводное медицинское устройство или основное устройство, о продолжительности времени, в течение которого передатчик может находиться во включенном состоянии, прежде чем будет принудительно выключен. Текущий рабочий цикл может быть вычислен с предположением об успешной передаче имеющегося пакета. Значение остающегося рабочего цикла служит показателем значения рабочего цикла, доступного для текущего сеанса связи, содержащего всю последовательность обмена пакетами.

На этапе 114 передачи разумным образом планируются в соответствии с принятыми параметрами рабочего цикла устройств 10, 12 сети BAN. Зная доступную информацию о рабочем цикле своих соседних устройств, одно из беспроводных медицинских устройств 10, 12 может разумно спланировать свои передачи такому соседнему устройству. Если соседнее устройство достигло ограничения по своему рабочему циклу, то передачи этому соседнему устройству планируются на более позднее время. В одном варианте осуществления устройство 10 концентратора принимает и следит за параметрами рабочего цикла от всех беспроводных медицинских устройств 12 и определяет обоснованный график передач с помощью имеющегося модуля 70 планирования. В другом варианте осуществления беспроводные медицинские устройства 12 выполняют планирование с помощью имеющегося модуля 52 управления рабочим циклом.

Прежде чем попытаться передать пакет, передатчик проверяет, не вызовет ли передача имеющегося пакета превышение предварительно определенного ограничения по рабочему циклу. Если нет, то на этапе 116 пакет передается.

Информация о рабочем цикле может использоваться для планирования режима 118 ожидания, когда передатчик или приемник входит в режим ожидания, чтобы сберечь срок службы батареи. Если беспроводное устройство 12 неспособно осуществлять передачу из-за имеющихся ограничений по рабочему циклу, оно может перевести себя в режим ожидания до того времени, когда передача снова будет разрешена, экономя, таким образом, энергию. Альтернативно, устройство 10 концентратора может дать команду беспроводному медицинскому устройству 12 войти или спланировать режим ожидания.

Временной кадр, например, период маякового сигнала или суперкадр, может быть предварительно определен в соответствии с нормативными требованиями, и все устройства синхронизируются с этим временным кадром. На этапе 120 устройство 10 концентратора, осуществляющее связь с другими беспроводными медицинскими устройствами 12 нательной сети, периодически рассылает сообщение опроса или маяковый сигнал, который указывает доступный объем времени передачи, например, основываясь на текущем рабочем цикле. В ответ на сообщение опроса или маякового сигнала, другие беспроводные медицинские устройства 12 могут конкурировать за передачу сообщения резервирования, чтобы резервировать будущий временной кадр для передачи данных. Во время активного участка временного кадра устройства могут обмениваться сообщениями и могут достигнуть ограничения по рабочему циклу, заставляющего их прекратить дальнейшую передачу до тех пор, пока не начнется новый временной кадр.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Другими людьми после прочтения и понимания предшествующего подробного описания могут быть проведены модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение должно истолковываться как содержащее все такие модификации и изменения, до тех пор, пока они попадают в рамки объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.

Группа изобретений относится к беспроводным медицинским устройствам, в частности к беспроводным сетям датчиков, и может быть использована для контроля физиологических параметров пациента и передачи данных в систему управления. Беспроводное медицинское устройство (12) включает в себя по меньшей мере один датчик (14, 18, 22), контролирующий физиологические данные пациента, и привод (26), доставляющий терапию пациенту. Беспроводной приемопередатчик (16, 20, 24, 28) передает и принимает информационные пакеты, связанные по меньшей мере с одним из контролируемых физиологических данных или доставляемой терапии. Беспроводной приемопередатчик имеет ограничение по рабочему циклу, представляющее собой максимальное время включенной передачи в течение предварительно определенного временного окна. Модуль (50) рабочего цикла определяет параметры рабочего цикла для беспроводного приемопередатчика в соответствии с ограничением по рабочему циклу. Модуль (60) связи управляет приемопередатчиком, чтобы широковещательно передавать по меньшей мере один параметр рабочего цикла, когда передается информационный пакет или когда подтверждается прием информационного пакета от соседнего беспроводного медицинского устройства. Группа изобретений обеспечивает повышение надежности работы беспроводных медицинских устройств посредством улучшенного соблюдения установленных требований и оптимизации передачи критической медицинской информации. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Беспроводное медицинское устройство (12), содержащее:
по меньшей мере одно из датчика (14, 18, 22), выполненного с возможностью контролировать физиологические данные пациента, и привода (26), выполненного с возможностью доставлять терапию пациенту;
беспроводной приемопередатчик (16, 20, 24, 28), выполненный с возможностью передавать и/или принимать информационные пакеты, связанные по меньшей мере с одним из контролируемых физиологических данных и доставленной терапии, причем беспроводной приемопередатчик (16, 20, 24, 28) имеет ограничение по рабочему циклу, представляющее собой максимальное время включенной передачи в течение предварительно определенного временного окна;
модуль (50) рабочего цикла, выполненный с возможностью определять параметры рабочего цикла беспроводного приемопередатчика (16, 20, 24, 28) в соответствии с ограничением по рабочему циклу;
модуль (60) связи, выполненный с возможностью управлять приемопередатчиком (16, 20, 24, 28), чтобы широковещательно передавать по меньшей мере один параметр рабочего цикла, когда передается информационный пакет или когда подтверждается прием информационного пакета от соседнего беспроводного медицинского устройства (12).

2. Беспроводное медицинское устройство (12) по п. 1, в котором модуль связи выполнен с возможностью управлять приемопередатчиком (16, 20, 24, 28) для приема по меньшей мере одного параметра рабочего цикла от соседних беспроводных медицинских устройств (12).

3. Беспроводное медицинское устройство (12) по любому из пп. 1 и 2, в котором параметры рабочего цикла включают в себя по меньшей мере одно из:
текущего рабочего цикла передачи, определяющего рабочий цикл в пределах текущего временного окна;
остающегося рабочего цикла передачи, определяющего доступный рабочий цикл в пределах текущего временного окна; и
смещения по времени относительного текущего времени, когда достаточный рабочий цикл станет доступен.

4. Беспроводное медицинское устройство (12) по п. 2, дополнительно включающее в себя:
модуль (52) управления рабочим циклом, выполненный с возможностью определять режим передачи, основываясь по меньшей мере на одном из параметров текущего рабочего цикла, остающегося рабочего цикла и смещения по времени для беспроводного медицинского устройства (12) и соседних беспроводных медицинских устройств (12).

5. Беспроводное медицинское устройство (12) по п. 4, в котором режим передачи включает в себя:
режим фрагментации, который фрагментирует информационный пакет по множеству временных окон, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим модуляции, который регулирует одну из частотной и амплитудной модуляции приемопередатчика (16, 20, 24, 28), чтобы уменьшить время передачи информационного пакета, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим сжатия, который сжимает информационный пакет, чтобы уменьшить время передачи информационного пакета, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим задержки, который задерживает передачу информационного пакета до последующего временного окна, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим повторной попытки, который изменяет попытки повторной передачи неподтвержденных пакетов, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим кодирования, который регулирует схему кодирования приемопередатчика (16, 20, 24, 28), чтобы кодировать информацию в текущем временном окне, так чтобы не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим подтверждения, который регулирует политику подтверждения, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим агрегации кадров, который агрегирует меньшие информационные пакеты в единый больший информационный пакет, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу; и
режим приоритета, который передает информационные пакеты с более высоким приоритетом в текущем временном окне и передает информацию с более низким приоритетом в последующих временных окнах, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу.

6. Беспроводное медицинское устройство (12) по п. 4, в котором модуль (52) управления рабочим циклом выполнен с возможностью планировать продолжительность ожидания, которое переводит приемопередатчик (16, 20, 24, 28) в состояние пониженного потребления мощности до тех пор, пока для передачи не станет доступен достаточный рабочий цикл.

7. Беспроводная нательная сеть, содержащая:
множество беспроводных медицинских устройств (12) по любому из пп. 1-2, 4-6; и
беспроводной концентратор (10), выполненный с возможностью обеспечивать взаимодействие множества беспроводных медицинских устройств (12) с медицинской инфраструктурной сетью (30).

8. Беспроводная нательная сеть по п. 7, в которой беспроводной концентратор (10) включает в себя:
беспроводной приемопередатчик (16, 20, 24, 28), выполненный с возможностью принимать контролируемые физиологические данные по меньшей мере от одного беспроводного медицинского устройства (12) и передавать сигнал управления приводом для управления приводом, чтобы доставлять терапию, причем беспроводной приемопередатчик (16, 20, 24, 28) имеет предварительно определенное ограничение по рабочему циклу, представляющее собой максимальное время включенной передачи в течение предварительно определенного временного окна;
модуль планирования, выполненный с возможностью планировать передачи беспроводными медицинскими устройствами (12) в соответствии с параметрами рабочего цикла соответствующих беспроводных медицинских устройств (12); и
модуль управления, выполненный с возможностью управлять беспроводными медицинскими устройствами, чтобы передавать и/или принимать пакеты в соответствии с запланированными передачами.

9. Способ для нательной сети, содержащий этапы, на которых:
создают беспроводную нательную сеть, включающую в себя множество беспроводных медицинских устройств (12) по любому из пп. 1-2, 4-6 и по меньшей мере один беспроводной концентратор (10), который обеспечивает взаимодействие множества беспроводных медицинских устройств (12) с медицинской инфраструктурной сетью (30); и
обеспечивают взаимодействие множества беспроводных медицинских устройств (12) через беспроводной концентратор с медицинской инфраструктурной сетью (30).

10. Способ беспроводной передачи медицинской информации, содержащий этапы, на которых:
выполняют по меньшей мере одно из контроля физиологических данных пациента и доставки терапии пациенту;
осуществляют беспроводную передачу и/или прием информационных пакетов, связанных по меньшей мере с одним из контролируемых физиологических данных и доставленной терапии, причем беспроводная передача имеет ограничение по рабочему циклу, представляющее собой максимальное время включенной передачи в течение предварительно определенного временного окна;
определяют параметры беспроводной передачи, связанные с рабочим циклом, в соответствии с ограничением по рабочему циклу;
широковещательно передают по меньшей мере один параметр рабочего цикла, когда передают информационный пакет или когда подтверждают прием информационного пакета от соседнего беспроводного медицинского устройства (12).

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
принимают по меньшей мере один параметр рабочего цикла от соседних беспроводных медицинских устройств (12).

12. Способ по любому из пп. 10 и 11, в котором параметры рабочего цикла включают в себя по меньшей мере одно из:
текущего рабочего цикла передачи, определяющего рабочий цикл в пределах текущего временного окна;
остающегося рабочего цикла передачи, определяющего доступный рабочий цикл в пределах текущего временного окна; и
смещения по времени относительного текущего времени, когда достаточный рабочий цикл станет доступен.

13. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
определяют режим передачи, основываясь по меньшей мере на одном из параметров текущего рабочего цикла, остающегося рабочего цикла и смещения по времени для беспроводного медицинского устройства (12) и соседних беспроводных медицинских устройств (12).

14. Способ по п. 13, в котором режим передачи включает в себя:
режим фрагментации, который фрагментирует информационный пакет по множеству временных окон, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим модуляции, который регулирует один из параметров частотной и амплитудной модуляции приемопередатчика (16, 20, 24, 2 6), чтобы уменьшить время передачи информационного пакета, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим сжатия, который сжимает информационный пакет, чтобы уменьшить время передачи информационного пакета, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим задержки, который задерживает передачу информационного пакета до последующего временного окна, так чтобы в текущем окне передачи не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим повторной попытки, который изменяет попытки повторной передачи неподтвержденных пакетов, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим кодирования, который регулирует схему кодирования приемопередатчика (16, 20, 24, 28), чтобы кодировать информацию в текущем временном окне, так чтобы не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим подтверждения, который регулирует политику подтверждения, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу;
режим агрегации, который агрегирует меньшие информационные пакеты в единый больший информационный пакет, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу; и
режим приоритета, который передает информационные пакеты с более высоким приоритетом в текущем окне передачи и передает информацию с более низким приоритетом в последующих окнах передачи, так чтобы в текущем временном окне не превышалось ограничение по рабочему циклу.

15. Способ по любому из пп. 13 и 14, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
планируют продолжительность ожидания, которое переводит приемопередатчик (16, 20, 24, 28) в состояние пониженного потребления мощности до тех пор, пока для передачи не станет доступен достаточный рабочий цикл.