JP5647151B2 - オンボディ及びオフボディ通信用の送受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、送受信装置、特に、オンボディ（on-body）及び／又はオフボディ（off-body）送受信器の間の最適化された通信に対するアンテナシステムを提供する送受信器を持つ送受信装置に関する。本発明は、特に、排他的にではないが、IEEE 802, Part 15.4: "Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)"と題された規格、又はIEEE 802, Part 15.6: "Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Persona Area Networks (WPANs) used in or around a body"と題された規格の下で使用するのに適しており、これらの規格は、低い転送速度を持つ短距離無線ネットワーク内の通信に関する。

ＥＣＧ、ＳｐＯ２及び血圧のような医療又は生理学的データを取得するハードワイヤードセンサは、長い間知られている。より最近では、無線通信ネットワークを用いてワイヤ又はケーブルを使用することなしに、この種のセンサを互いに又はデータシンクにリンクすることに努力が注がれている。当業者の世界において、無線センサネットワークは、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）の名称で知られている。この場合に起こるのは、患者に関する生理学的データが、センサにより取得され、短距離ＲＦサービスを用いて、短距離だけ離れて位置する患者モニタに又は病院に導入された無線ネットワークに送信されることである。この場合に有利なのは、無線センサの使用の結果として、患者が体を支持するために大幅に少数のケーブルが存在することである。過去、従来のセンサは、それぞれのケーブルを介して患者モニタにデータを送信していた。この多数のケーブルを省くことは、より大きな自由度を患者に与える。例えば、このようにして、患者がベッドから起き上がることを容易に可能にする。しかしながら、この場合に、患者が起き上がる又は病院内を歩き回る場合でさえ、ネットワークが高い信頼性で患者情報システムにデータを供給する必要があるという事実が、考慮される。

規格IEEE 802.15.4は、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）に対する仕様を提供する。この規格は、特に、この種のネットワークの物理層及び媒体アクセス制御層を記載している。前記規格の下で、スーパーフレームに分割されたチャネルの形式で通信リンクが特定される。前記スーパーフレームは、複数のタイムスロットを有する。これらは、ビーコンデータセットで開始し、前記ビーコンデータセットにより同期される。前記スーパーフレームは、アクティブ及び非アクティブ部分に分割されることができ、この場合、非アクティブ部分の間に送受信装置がエネルギ節約モードに切り替わることが可能である。

上述の規格は、短距離ＲＦ技術を記載しており、０．２ｍないし１０ｍの送受信装置間の典型的な距離に対して開発された。

無線センサの分野の多くの応用に対して、主な検討事項は、送受信装置による低いエネルギ消費である。このように、本出願人は、例えば、複数の生物医学センサの助けで患者の健康の状態をモニタする無線通信システムを開発している。様々な生物医学センサが、オンボディ無線ネットワークにリンクされる。送受信装置は、患者の健康状態に関するデータを取得及び送信するために互いと及び周りの世界と通信する。各送受信装置は、１以上のセンサと、処理ユニットと、通信ユニットとを含む。前記通信ユニットは、本文中で送受信器とも称される。

この種のネットワークの送受信装置に対するエネルギの供給は、可能な限り小さなタイプのバッテリを用いて、前記バッテリが変更又は再充電される必要なしに、数週間又は数カ月にわたり、保証されることを必要とする。前記バッテリに蓄積されるエネルギの限定的な量は、前記センサの動作、すなわち測定値の取得及び前記送受信器を介する通信をカバーするのに十分でなければならない。

本発明の根本的な目的は、送信及び受信の条件を最適化することにより、送信モード及び受信モードの両方において送受信器を動作するのに必要とされるエネルギの量を減少させる、冒頭の段落に詳述された種類の構成及びプロセスを規定することである。

本発明によると、この目的は、請求項１に記載のフィーチャのおかげで冒頭の段落において述べられた種類の装置により達成される。本発明は、送受信器の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルを処理する送受信装置を有する。前記送受信器は、オンボディ通信に対する第１のアンテナシステム及びオフボディ通信に対する他の第２のアンテナシステムを有する。

前記送受信装置は、オンボディ通信に対して、１以上のデータペイロードを予約し、このときに、前記オンボディ通信に対する第１のアンテナシステムを前記送受信器に割り当てることができる。

更に、前記送受信装置は、オフボディ通信に対して１以上のデータペイロードを予約し、この時間間隔において、前記オフボディに対する第２のアンテナシステムを前記送受信器に割り当てることができる。

これの有利な結果は、最適に適合されたアンテナシステムが、体の近くでの通信及び体から離れた通信に対して、それぞれ利用可能であることである。オンボディデータペイロード及びオフボディデータペイロードの割り当てにより、前記アンテナシステムの非最適選択により引き起こされるネットワーク内の衝突を減少させることが可能である。

本発明によると、最適なアンテナ極線図（polar diagram）とチャネルに対する使用権との間のマッチは、有利には、無線チャネルにおいて最適化されたデータスループットを生じる。これと関連して、高周波により引き起こされる患者に対するストレスの減少が存在する。他の有利な結果は、前記送受信装置のアンテナシステムが、メッセージが送信されるべき送り先に向けられる最適化された形のため、低い送信パワーのみが要求されることである。また、有利な結果であるのは、前記無線チャネルにおけるユーザに対する使用権の最適化された付与のため、それぞれの送受信器は、時々、エネルギ節約スリープモードで動作されることができる。より効果的なエネルギの使用は、このようにして達成され、これは、前記センサのバッテリに基づく持続時間を向上させる。

アンテナシステムにより意味されるのは、少なくとも１つのアンテナを有する構成である。しかしながら、前記アンテナと同様に、アンテナシステム内に存在しうるのは、例えばスイッチ、継電器、減衰器、位相シフタ等のようなアンテナの極線図を変更する装置である。

本発明は、ネットワークコーディネータが、スーパーフレームにおいてオンボディ通信に対するタイムスロット及びオフボディ通信に対するタイムスロットを提供する、上で規定された装置をもカバーする。これの有利な結果は、タイムスロットの割り当てのため、前記無線チャネルを管理するために、より少ない作業が行われなければならないことである。前記無線チャネル上のプロトコルトラフィックの量は、したがって、下がり、それと引き換えに、データのスループットが上がる。

本発明は、オンボディ通信及び／又はオフボディ通信に対するデータペイロードの同期が、前記ネットワークコーディネータにより生成された少なくとも１つのビーコンペイロードを用いて実行される、上で規定された装置をも提供する。

一実施例において、前記ネットワーク上の各送受信装置は、オンボディ装置又はオフボディ装置との通信に対するタイムスロットを、場合によっては前記ネットワークコーディネータから、要求することができ、前記ネットワークコーディネータは、ビーコンペイロードを用いて、送信及び受信に対して、タイムスロットに対する使用権をネットワークユーザに付与する。これと同様に、前記ネットワークコーディネータは、スーパーフレームにおいて、各々がオンボディ又はオフボディ通信に対するコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）の形式又は保証タイムスロット（ＧＴＳ）の形式のタイムスロットを提供することもできる。

コンテンションアクセスにより意味されるのは、チャネルにアクセスする方法であり、前記方法において、各ユーザが前記チャネルを受信器として観測し、静止中断（quiescent pause）が生じた場合、すなわち他のユーザからの信号が前記チャネル上に受信されなくてもよい場合にのみ送信に変更する。

同様に、コンテンションアクセス期間により意味されるのは、チャネルにアクセスする上述の方法が実行されている時間期間である。

保証タイムスロット（ＧＴＳ）の割り当てにより意味されるのは、チャネルにアクセスする方法であり、前記方法において、少なくとも１人のユーザが、問題の時間期間に対して前記チャネルを使用する排他的な権利を付与される。

これの有利な結果は、前記保証タイムスロットのため、アクセスが前記無線チャネルに対して求められる場合の、より少ない衝突である。個別の送受信器の間の通信に対する保証された使用権の付与により、データのスループットの増加が存在する。更に、全ての送受信器は、常に受信できる必要はなく、代わりに、前記受信器の一部が、前記エネルギ節約スリープモードで動作されてもよく、この結果は、個別の送受信器のエネルギ消費の大幅な減少である。

本発明の他の好適な実施例において、オンボディで構成されるネットワークコーディネータは、第１の及び第２のアンテナシステムを用いて並列にビーコンペイロードを送信する。

これの有利な結果は、前記ネットワーク上の如何なる装置も、ネットワークコーディネータの機能を実行することができ、オンボディで構成された装置でさえも、ビーコンペイロードの最適な放出に備えることである。

他の実施例において、本発明は、前記第１のアンテナシステム及び少なくとも１つの他のアンテナシステムを持つコンバータを提供し、前記他のアンテナシステムは、中距離ＲＦリンク規格に従う通信リンクを対象とする。

これの有利な結果は、患者のＢＡＮとのリンクが、前記患者がどこにいるかに関係無しにいつでも確立され、又は連続的に維持されることができ、すなわち、前記患者がベッドにいるか又は病院を歩き回っているかは問題にならないことである。

本発明は、少なくとも１つの送受信器装置の間の無線通信に対するシステムをも提供し、前記システムは、
・患者の体の上に配置された送信器装置と、
・オフボディに配置された送受信ユニットと、
を有する。

送受信装置により意味されるのは、送受信ユニットと同様に、センサユニット、ディスプレイ、プロセッサ及びメモリ、アンテナ、スイッチ、測定装置、制御装置及び調節装置等のような他の機能ユニットをも含む。この種の送受信装置の例は、ハブ、ゲートウェイ、プロトコルコンバータ、患者モニタ、センサ等である。

送受信ユニットにより意味されるのは、例えば送信器、受信器、送受信器、アンテナスイッチ、ケーブル、導波管、継電器、電子回路等のような、無線周波数信号を生成、伝導、処理又は切り替えをする装置である。

本発明は、コンバータの機能を実行する本発明による送受信装置を持つ、上で規定されたシステムをも提供する。このコンバータは、オンボディ／オフボディ通信に対する無線リンク規格の間のデータを無線リンクに対する所望の他の規格に変更するように機能し、及び／又はオンボディ又はオフボディ通信に対するプロトコルと他の無線サービスとの間で変換するように機能する。短距離ＲＦリンク及び中距離ＲＦシステムリンクが、同時に存在する場合、これは、前記ＢＡＮが、重複して前記システム内にリンクされることを保証する。この場合に有利なのは、２つのリンクのいずれかが失敗する、又は干渉若しくは途絶を受ける場合に、他方のリンクが依然として利用可能であることである。

本発明は、前記ネットワーク上の如何なる送受信装置もネットワークコーディネータの機能を引き受けることができ、前記ネットワークコーディネータの機能が、最初にオンに切り換えられた前記ネットワーク上の送受信装置に割り当てられる、上で規定されたシステムをも提供する。

本発明は、患者に配置されたセンサと患者情報センタとの間でデータを交換する上で規定されたシステムをも提供し、前記システムは、
・患者モニタを介するオフボディ通信、又は
・コンバータに対するオンボディ通信リンク及び第３のアンテナシステムを介してなされた中距離ＲＦリンク上の前記コンバータを用いるデータの交換、
を有する。これの有利な結果は、前記アンテナシステムの選択が前記ＲＦリンクとは関係なく最適化されるので、電磁環境適合性、エネルギ効率及びデータスループットに関する動作が、前記患者がどこにいるかに関係なく最適であることが保証されることである。

更に、本発明は、送受信装置が、時間的に互いに後に続くスーパーフレームに送信チャネルを分割するＭＡＣプロトコルプロセスをも提供する。前記スーパーフレームは、少なくともビーコンペイロード、オンボディ通信に対するデータペイロード及びオフボディ通信に対するデータペイロードを有する。ＭＡＣプロトコルプロセスにより意味されるのは、ＩＳＯ−ＯＳＩ層２において媒体アクセスを制御するプロセスである。前記ＭＡＣ層は、下から２番目の層であり、複数のプロセッサが共用する物理送信媒体を分配する方法を調節するネットワークプロトコル及びコンポーネントを有する。

前記ビーコンペイロードは、前記ネットワークコーディネータにより生成される。オンボディ通信に対するデータペイロードに対する送信範囲は、０ないし２０ｍであり、好ましくは０ないし２ｍであり、オンボディ通信に対するアンテナシステムは、オンボディ通信に対するデータペイロードにより占有される時間期間中に使用される。オフボディ通信に対するデータペイロードに対する送信範囲は、０ないし１００ｍ、好ましくは０ないし１５ｍであり、オフボディ通信に対するアンテナシステムは、この目的で使用される。

本発明は、上で規定されたＭＡＣプロトコルプロセスをも提供し、前記ＭＡＣプロトコルは、前記ネットワークコーディネータとして送受信装置を提供し、前記ネットワークコーディネータは、前記ビーコンペイロードを用いてタイムスロットを割り当てることによりオンボディ及びオフボディ無線トラフィックを調整する。

本発明は、各送受信装置が、要望通りにデータペイロードに対する多くの時間間隔に、好ましくは１６の時間間隔に、前記スーパーフレームを分割する、上で規定されたＭＡＣプロトコルプロセスをも提供する。

前記スーパーフレームにおいて、
１以上のデータペイロードは、オンボディ通信に対して予約され、前記送受信器に割り当てられたアンテナシステムは、この場合に第１のアンテナシステムであり、及び／又は、
１以上のデータペイロードは、オフボディ通信に対して予約され、前記送受信器に割り当てられるアンテナシステムは、この場合に第２のアンテナシステムである。

これの有利な結果は、前記時間間隔の割り当て及び前記データペイロードの長さの割り当てのため、データスループットの選択、送信されるデータ量の選択及びデータの測定に対する時間の選択において大きなフレキシビリティが存在する。

本発明は、送受信装置が、場合によっては前記オンボディ又はオフボディ通信に使用されるプロトコルプロセスと他のプロトコルプロセスとの間で、例えばハブ、ブリッジ又はゲートウェイの形で、プロトコルコンバータとして機能する、上で規定されたＭＡＣプロトコルプロセスをも提供する。上述の利点を持つのと同様に、プロトコルコンバータの提供は、データの変換に対する最も有利なプロトコルプロセスが無線サービスにおいて選択されることを可能にする。

他の実施例は、図面を参照して以下に説明される。

ＢＡＮの２つのバージョン、すなわちオンボディＢＡＮ及びオフボディＢＡＮの概略図である。 送受信装置に対するシステムアーキテクチャの一実施例を示す。 送受信装置に対するシステムアーキテクチャの代替実施例を示す。 スーパーフレームの一実施例を示す。 スーパーフレームの他の実施例を示す。 スーパーフレームの他の代替実施例を示す。 スーパーフレームの代替実施例を示す。 タイムスロットに対する要求の概略的表現である。 スーパーフレーム内のタイムスロットの割り当てを示す。 スーパーフレームに関するビーコンペイロードの一実施例を示す。 オンボディ通信に対する極線図を示す。 オフボディ通信に対する極線図を示す。 ２つのアンテナを有するアンテナアレイを示す。 図１２に示されるアンテナアレイからの可能な放出される放射線を示す。

本発明の典型的な応用は、図１に記載されるものにおいて見つけられ、これは、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）を示す。体に取り付けられた、又は例えば接着剤で結合されたセンサ１０１、１０３は、ＥＣＧ、ＳｐＯ２飽和度及び血圧を測定し、患者情報センタ１０７に対する無線リンクを確立し、前記患者に関するデータを送信するのに使用される。

図１に示されるのは、ボディエリアネットワークの使用の典型である２つのシナリオである。ベッドに横たわる患者が、図１の左側に示され、起きて病院を歩き回る患者が、右側に示される。前記ベッドに横たわる患者の場合、送受信装置は、測定センサ及びIEEE規格802.15.4で動作する送受信器を取り付けられる。センサ１０１は、ベッドのそばに配置された患者モニタ１０５に直接的にリンクされる。患者モニタ１０５は、例えば医療スタッフに対するステーションとして機能する部屋に配置された患者情報センタ１０７に直接的にリンクされる。

図１の右側において、前記センサからのデータを受信する収集センタとして及び例えばハブのようなプロトコルコンバータとして同時に機能する送受信装置１０３が、提供される。この実施例において、前記センサは、まず、短距離ＲＦプロトコルを用いてプロトコルコンバータ１０３と通信し、プロトコルコンバータ１０３は、中距離ＲＦプロトコルにおいて、例えばＷＬＡＮを介して、アクセスポイント１１３に前記データを送信し、これは、患者情報センタ１０７に対する無線リンクを確立する。

測定値の無線取得は、前記患者が自由に動き回ることを可能にし、結果的に、前記通信がオンボディ指向又はオフボディ指向である通信として区別される要望が生じ、これにより適切な送信プロトコルが常に使用されることができる。

オンボディ通信に対する典型的なプロトコルは、規格IEEE 802.15.4の下の短距離ＲＦプロトコルであり、この規格は、しばしば、誤ってZigBeeと称される。この規格は、低速度無線パーソナルエリアネットワークに対する物理層及びＭＡＣ層を規定する。この規格の下で、送受信装置は、ネットワークコーディネータの役割を引き受ける。この実施例において、前記ネットワーク上でオンにされる最初の装置が、前記ネットワークコーディネータである。前記ネットワークコーディネータは、前記ネットワークの個別のユーザ間のデータトラフィックを整理する責任がある。このタスクは、一方で、前記無線チャネルをタイムスロットに分割することを有し、前記タイムスロットは、送信側及び受信側においてデータが交換される短い時間間隔であり、この場合、前記チャネルに対するアクセスは、例えば保証される又は保証されないアクセス権を与える規則のような、以下の異なる規則により付与されることができる。前記ネットワークコーディネータは、この規格IEEE 802.15.4によってスーパーフレーム構造への前記無線チャネルの分割を規定する。これが意味するのは、前記ネットワークコーディネータが、同期信号としてビーコンペイロードを発し、このようにして好ましくは１６のタイムスロットの時間ベース構造をプリセットすることである。データペイロードにより意味されるのは、輸送される場合にユニットとして扱われる複数のビットである。前記データペイロードは、好ましくは、持続時間がタイムスロットの持続時間と同じ長さを持つように設計される。前記ビーコンペイロードは、同時に、同期信号及び前記無線チャネルに対する設定情報のキャリアである。スーパーフレームは、好ましくは全て同じ長さを持ち、かつデータペイロードにより占有されることができる１６の時間間隔を有する。前記データペイロードは、この場合、アクティブデータペイロードとして又は非アクティブ若しくはインアクティブデータペイロードとしてマークされることができる。アクティブデータペイロード又はアクティブ時間間隔により意味されるのは、前記データペイロード又は前記時間間隔が、前記ネットワーク上の全てのユーザがいつでも送信又は受信でき、前記ビーコンペイロードにおいて示されるコマンドにより指示される通りに送信又は受信に切り換えられることができる期間を構成することである。用語非アクティブデータペイロード又は非アクティブタイムスロットは、前記ネットワーク上の装置が、この時間中に前記エネルギ節約スリープモードに切り替えられ、前記送受信装置の送信器及び／又は受信器がオフに切り換えられることを意味する。

本発明による送受信装置の一実施例が、図２ａに示される。前記装置は、オンボディ通信に対する第１のアンテナシステム２０１及びオフボディ通信に対する第２のアンテナシステム２０３がスイッチ２１３又は同様の適切な装置を用いて送受信器２０５に割り当てられることができる無線周波数（ＲＦ）送受信器２０５を有する。この実施例において、このプロセスは、前記送受信器により制御される。しかしながら、他の実施例において、前記割り当ては、例えばプロセッサ２０９のような他のユニットにより制御されてもよい。送受信装置２１９は、プロセッサ２０９、メモリ２１１及び測定値を取得するセンサ２０７をも有する。一実施例において、送受信器２０５、切り替え装置２１３、第１のアンテナシステム２０１及び第２のアンテナシステム２０３を有する送受信装置２１９は、患者モニタ１０５又はハブ１０３の形を取りうる。図２ｂに示される代替実施例において、送受信装置２１９は、ハブ又はプロトコルコンバータ１０３の形式の場合に、１以上の送受信器又は２より多いアンテナシステム２０１、２０３、２２１を有してもよい。基本的なアイデアは、オンボディ通信に対するアンテナシステム２０１とオフボディ通信に対するアンテナシステム２０３との間で切り換えることができ、したがって、多くの場合、最適化された受信又は送信極線図が送受信器２０５に対して利用可能であることを可能にすることである。

図３は、オンボディ３０３及びオフボディ３０５通信を対象とした個別のタイムスロット３０９を持つスーパーフレーム３１１を示す。ビーコンペイロード３０１を用いて、前記コーディネータは、前記スーパーフレームの構造がどのように構成されるか、及びいずれのタイムスロットが、非アクティブ期間３０７又はオンボディ及びオフボディ通信に対する期間３０３、３０５であることを意図されるかをネットワークユーザに通知する。オンボディ通信３０３を対象とする時間中に、前記ネットワーク上の全ての送受信器２０５は、オンボディに構成され、所定の場合に対してこれがどちらのアンテナシステムであっても、オンボディ通信に対して第１のアンテナシステム２０１を使用し、これに対し、オフボディ通信を対象とする時間３０５中に、前記ネットワーク上の全ての送受信器２０５は、所定の場合にこれがいずれであっても、オフボディ通信に対する第２のアンテナシステム２０３に対するリソースを持つ。非アクティブ期間３０７としてマークされる時間中に、全ての装置は、スリープモードに入り、この場合、送受信器２０５は、例えば停止され、これは、送受信装置２１９の電流消費が非常に低いことを意味する。

図４に示されるのは、本発明による新しいスーパーフレーム構造３１１である。この構造において、オンボディ通信及びオフボディ通信に対してそれぞれ設計されたコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）４０１、４０３と称されるものが提供される。オンボディＣＡＰ４０１中に、オンボディに構成されたセンサのみが、競争又は競合において、前記チャネルを使用する権利を取得することを可能にされ、このようにして、互いと通信することを可能にされる。前記無線チャネル上の衝突を回避するために、ボディセンサは、送信前に、媒体、すなわち前記無線チャネルが、フリーであるかどうかを確認する（リッスンビフォアトーク、ＣＳＭＡ／ＣＡ）。同様のプロセスは、オフボディＣＡＰ４０３の場合に実行され、この場合に、オンボディで構成されたセンサがオフボディ装置と通信することを可能にし、逆にオフボディ装置がオンボディで構成されたセンサに対するリンクを確立することを可能にする。リッスンビフォアトーク原理は、後者の場合にも適用される。前記無線チャネルが、他の無線システムと共有され、全てのユーザが、互いと干渉することを回避するためにリッスンビフォアトーク原理で前記チャネルにアクセスするので、前記ＣＡＰは、好ましくは、不定期な、孤立した又は間欠的な通信に対して設計される。

図５において、保証タイムスロット（ＧＴＳ）５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７への前記スーパーフレームの時間による分割の一実施例が示される。これの有利な結果は、前記無線チャネルがアクセスされる場合に、ネットワークコーディネータの使用のため、衝突の可能性が低いことである。データのスループットも、これにより増大され、これは、エネルギ消費の減少が関与する限り既知の効果を持つ。例えば、オンボディ通信に対する保証タイムスロットＧＴＳ５０１中に、ボディセンサＡは、ボディセンサＢと連絡しており、この場合、装置Ａは、リッスンビフォアトーク規則を見ることなしに装置Ｂを目標とするパケットの発信に対してタイムスロットＧＴＳ５０１全体を使用する。オフボディ装置が保証タイムスロット（ＧＴＳ）５０５、５０６、５０７を用いて他のオフボディ装置と通信することを意図する同様の成り行きに対する実施例が提供される。前記ＧＴＳは、データの定期的な交換を行うユーザ間の通信を対象とする。ＧＴＳの割り当ては、データトラフィックの公安が不定期であるが、同じ周波数チャネル上で動作する他のユーザとの衝突を回避することを意図される。

図６は、スーパーフレーム構造３１１の実施例を示す。前記スーパーフレーム構造は、前記ネットワークコーディネータのビーコンペイロード３０１で始まる。前記ビーコンペイロードは、スーパーフレーム構造３１１が分割される様式に関するコマンドを含む。スーパーフレーム構造３１１のアクティブ期間は、オンボディ通信に対するＣＡＰ（コンテンションアクセス期間）タイムスロット６０１及びオフボディ通信に対するＣＡＰタイムスロット６０４、並びにオンボディ通信に対するＧＴＳ（保証タイムスロット）タイムスロット６０２、６０３及びオフボディ通信に対するＧＴＳタイムスロット６０５、６０６、６０７を有する。

タイムスロットを予約する方法が、図７に示される。ＣＡＰ及びＧＴＳを用いるオフボディ通信及びオンボディ通信に対するタイムスロットが割り当てられることを可能にするために、タイムスロットは、前記ネットワークコーディネータにおいて予約されることができる。この目的で、装置は、保証タイムスロット仕様（ＧＴＳスペック）７０３を用いて通信要件を指定するパラメータ、例えば要求されるタイムスロットの数、送信アドレス及び受信アドレス７０５を、タイムスロット要求（ＴＳ要求）７０１の形式で前記ネットワークコーディネータに送信する。

図８は、保証タイムスロット要求（ＧＴＳ要求）８０３に基づいて、ＣＡＰ及びＧＴＳを用いてオフボディ及びオンボディ通信に対して前記ネットワークコーディネータに送信されるビーコンペイロード送信のコンテンツ（スーパーフレームスペック）８０１を示す。前記ネットワークコーディネータは、その時点で適用するスーパーフレーム構造を前記ネットワークユーザに通知する。一実施例は、リスト８０７が記憶されたビーコンペイロードの送信を有し、リスト８０７は、前記タイムスロットが発生するシーケンス、データペイロードの受信者及び受け手の詳細、オンボディ又はオフボディ配向の形式の配向、送信権がＣＡＰにより与えられるのか又はＧＴＳにより与えられるのか、期間がアクティブであるのか又は非アクティブであるのか及び持続時間を有する。

図９は、タイムスロットへの分割の詳細な結合した例を示す。スーパーフレーム仕様（スーパーフレームスペック）を与えるビーコンペイロード８０１は、データアイテム８０７、すなわち、タイムスロット持続時間（マイクロ秒）、オンボディＣＡＰタイムスロットの数、オンボディＧＴＳタイムスロットの数、個別のＧＴＳタイムスロットの仕様、オフボディＣＡＰタイムスロットの数、オフボディＧＴＳタイムスロットの数、個別のオフボディＧＴＳタイムスロットの仕様及び非アクティブタイムスロットの数を有する。一般にビーコンペイロード８０１において既知にされるように前記ネットワークコーディネータに送信される保証タイムスロット（ＧＴＳスペック）に対する要求８０３は、タイムスロットの数、送信器アドレス及び受信器アドレスに関するデータ８０５を含み、送信の場合に、ビーコンペイロード９０１は、例えば前記パラメータを与えるデータ及び数字９０３の列の形式の前記スーパーフレームの使用を含む。前記ビーコンペイロードによりプリセットされたものに従って、前記スーパーフレームは、この場合、図９の下の部分に示される形式でまとめられる。

前記ネットワークコーディネータにより発信されたスーパーフレームを用いて、前記ビーコンペイロードのコンテンツは、前記ビーコンペイロード内で与えられた情報を参照することにより、いつオンボディ及びオフボディ通信が行われるかを全ての装置に通知する。これに基づき、前記送受信装置は、特に人体の長手方向に向けられた全方向極線図を持つことを特徴とするオンボディ通信に対するアンテナシステム、又は人体から離れる方に向けられた極線図を持つことを特徴とするオフボディ通信に対するアンテナシステムを前記送受信器に割り当てる。

前記ネットワークコーディネータの機能がオンボディ装置により実行される好適な実施例において、前記ビーコンペイロードは、オンボディ通信に対する第１のアンテナシステム及びオフボディ通信に対する第２のアンテナシステムをも用いて並列に送信される。

図１０は、オンボディ通信に対するアンテナシステムに対する好適な極線図を描く。この種のアンテナシステムは、好ましくは、全方向極線図１００１を持つ。一実施例において、前記極線図は、特に人体の長手方向に向けられることを意図される。この種の全方向極線図は、例えば、人体の表面に垂直に配置された点において最大範囲を持つ方向に向けられるように配置される場合に、単一のダイポールアンテナ又は単一のモノポールアンテナにより生成される。しかしながら、適切な極線図を持つアンテナ方向又はアンテナ装置が、例えばスロット化アンテナ又はプリント回路基板アンテナのような、アンテナ又はストリップアンテナとして使用されることも可能である。基本的に、意図は、前記アンテナが、前記送受信器と一緒に又は別々に、図１０に示される極線図１００１に近い極線図を持つように構成されることである。

最適化された極線図が存在する場合に、かつ送信器と受信器との間の距離が一般に小さいという仮定の下で、放射されるパワーは、非常に低いレベルの送信パワーに減少されることができる。また、オンボディ通信に対する送信パワーは、オフボディ通信に対する送信パワーより低いことができ、これにより特に人体に対する悪影響の減少が最適化される。

図１１は、オフボディ通信に対するアンテナ図１１０１の一実施例を示す。オフボディ通信に対するアンテナシステム及び送受信器の実施例に適切なのは、人体に対する低い浸透深さを持つ高い動作周波数である。人体への比較的高い浸透深さ、及びこれに関連して強力な容量結合を持つ低い周波数は、中距離又は長距離通信リンクに対して適切ではない。前記送受信器又は前記送受信装置１０１、ハブ１０３又はプロトコルコンバータ１０３等のいずれかにおける適切に決定された位置における前記アンテナの配置により、極線図１１０１が、例えば患者モニタ１０５のような患者からオフボディで構成された送受信器が、配向された極線図により到達されることができるように配向されることが意図される。パッチアンテナは、フットプリントに対する前記アンテナの長手範囲が人体の表面に平行に構成される場合に、オフボディに向けられた配向された極線図を発することができる。オンボディ通信と比較して、より高い送信パワーがオフボディ通信に対して使用されるので、ストリップアンテナ構成又はパッチアンテナが、好ましくは、使用される。これは、ストリップアンテナ構成が配向された極線図を持つので、人体が高レベルの送信パワーに対して遮蔽されることを可能にする。

図１２は、例として、少なくとも２つのアンテナ１２０１、１２０３を持つアンテナアレイを示す概略図である。しかしながら、より多数のアンテナが使用されることも可能である。放射される無線周波数パワーは、少なくとも２つの同相のアンテナ信号に分離される。前記２つのアンテナ信号の発信パラメータは、この場合に異なって重みづけされることができる。一実施例において、１つのアンテナ信号は、位相シフタ１２０５を用いて他方に対して遅延されることができる。位相シフタ１２０５自体は、マイクロプロセッサを用いて無線周波数システムを制御するシステムにより又はプロセッサにより制御される。前記位相シフタを用いて、位相シフタ１２０５は、例えばオンボディ又はオフボディ通信のような存在する実際の要件に対して前記アンテナの極線図の向きをマッチさせる。

好適な実施例において、異なって偏波されたアンテナ構成が、第１のアンテナシステム１２０１及び第２のアンテナシステム１２０３に対して使用される。このようにして、オンボディ通信に対するリンクは、例えば、水平に偏波されたアンテナを用いて作成されることができるのに対し、オフボディ通信に対するリンクは、垂直に偏波されたアンテナにより作成されることができる。他の実施例において、垂直及び水平に向けられたアンテナは、右旋性又は左旋性円偏波を与えるアンテナにより置き換えられることもできる。

好適な実施例において、単一のアンテナアレイも、前記第１の及び第２のアンテナシステムとして使用されることができ、前記アンテナの第１のグループに対する送信信号のフィードは、直接的に行われ、前記アンテナアレイのアンテナの第２のグループに対する送信信号のフィードは、位相シフトとともに行われる。このようにして、オンボディ及びオフボディ通信に対する異なる極線図が、単一のアンテナアレイを用いて生成されることができる。前記送受信器は、この目的で位相シフタ１２０５を持つ。この種の実施例は、前記極線図が好適な方向に操作されることを可能にする。これは、患者が病院を歩き回り、前記患者が身に付けたセンサが周囲とデータを交換している場合に好適である実施例である。

図１３は、異なる位相シフトに対する異なる極線図１３０１を示す。代替的に、例えばオンボディリンクに対して使用される容量性ＲＦアンテナシステムのような低周波アンテナシステムを使用することも可能である。この種の構成は、容量性電気導体として人体を使用する。

本発明は、記述及び図面を用いて詳細に記載及び描写されているが、前記記述及び図面は、単に説明的であり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は、開示されている実施例に限定されない。

開示された実施例に対する他の変形例は、実際に実施する又は前記記述又は図面又は添付の請求項を検討する場合に当業者が思い付きうる。請求項に関して、単語"有する"は、他のより幅広い要素又はステップを除外しない。また、不定冠詞"１つの"は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は１つのユニットは、請求項で述べられた単一の又は複数の機能を実行することができる。フィーチャが個別の請求項、又は互いに独立に与えられた請求項に現れるという単なる事実は、このようなフィーチャの組み合わせも有利に使用されることができる可能性を除外しない。コンピュータプログラムは、別個のコンポーネントとして又はハードウェアに対するアクセサリとして供給される、例えば光記憶媒体又は半導体記憶媒体のようなデータ運搬媒体において記憶又は販売されることができる。コンピュータプログラムは、例えばインターネット上で又は有線若しくは無線電気通信システムを介してのような異なる形で配信されることもできる。請求項内の参照番号は、本発明を限定すると解釈されるべきでない。

１０１：センサ
１０３：ハブ
１０５：患者モニタ
１０７：患者情報センタ
１０９：IEEE 802.15.4短距離無線
１１１：IEEE 802.11中距離無線
２０１：オンボディ通信に対するアンテナシステム
２０３：オフボディ通信に対するアンテナシステム
２０５：送受信器
２０７：センサ
２０９：プロセッサ
２１１：メモリ
２１３：スイッチ
２１５：オンボディ通信に対するアンテナ１
２１７：オフボディ通信に対するアンテナ２
２１９：送受信装置
３０１：ビーコンペイロード又はビーコン
３０３：オンボディ通信
３０５：オフボディ通信
３０７：非アクティブ期間
３０９：タイムスロット
３１１：スーパーフレーム
３１３：時間
４０１：オンボディコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）
４０３：オフボディコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）
５０１：オンボディＧＴＳ１
５０２：オンボディＧＴＳ２
５０３：オンボディＧＴＳ３
５０４：オンボディＧＴＳ４
５０５：オフボディＧＴＳ１
５０６：オフボディＧＴＳ２
５０７：オフボディＧＴＳ３
６０１：オンボディＣＡＰ
６０２：オンボディＧＴＳ１
６０３：オンボディＧＴＳ２
６０４：オフボディＣＡＰ
６０５：オフボディＧＴＳ１
６０６：オフボディＧＴＳ２
６０７：オフボディＧＴＳ３
７０１：タイムスロット要求
７０３：ＧＴＳ仕様
７０５：ＧＴＳ仕様のコンテンツ
７０７：タイムスロット要求のコンテンツ
８０１：スーパーフレーム要求
８０３：ＧＴＳ仕様
８０５：ＧＴＳ仕様のコンテンツ
８０７：スーパーフレーム要求のコンテンツ
９０１：ビーコンペイロード
９０３：ビーコンペイロードのコンテンツ
９０５：ユーザ２からユーザ３へのオンボディ無線トラフィック
９０７：ユーザ４からユーザ５へのオンボディ無線トラフィック
９１１：ユーザ２からユーザ１へのオフボディ無線トラフィック
９１３：ユーザ３からユーザ１へのオフボディ無線トラフィック
９１５：ユーザ５からユーザ１へのオフボディ無線トラフィック
１００１：極線図
１１０１：極線図
１２０１：アンテナシステム１
１２０３：アンテナシステム２
１２０５：位相シフタ（０ないし３６０°）
１２０７：信号スプリッタ
１２０９：無線周波数入力
１３０１：極線図

Claims (15)

1. オンボディ通信に対する第１のアンテナシステム及びオフボディ通信に対する第２のアンテナシステムを持つ送受信器により使用される、媒体アクセス制御プロトコル又は略してＭＡＣプロトコルを処理する送受信装置において、前記送受信装置は、
   オンボディ通信に対して１以上のデータペイロードを予約し、当該データペイロードにより占有される時間間隔に対して前記第１のアンテナシステムを前記送受信器に割り当て、
   オフボディ通信に対して１以上のデータペイロードを予約し、当該データペイロードにより占有される時間間隔に対して前記第２のアンテナシステムを前記送受信器に割り当てる、
   ように設計され、
   前記オンボディ通信に対する第１のアンテナシステムが、人体の長手方向に向けられた全方向極線図を持ち、
   前記オフボディ通信に対する第２のアンテナシステムが、人体から離れる方に向けられた極線図を持つ、
   送受信装置。
2. 前記装置が、無線チャネルをスーパーフレームにおけるオンボディ通信に対するタイムスロット及びオフボディ通信に対するタイムスロットに分割するネットワークコーディネータを有する、請求項１に記載の装置。
3. オンボディ通信及び／又はオフボディ通信に対する前記データペイロードの同期が、前記ネットワークコーディネータにより生成される少なくとも１つのビーコンペイロードを用いて実行される、請求項２に記載の装置。
4. 各送受信装置が、前記ネットワークコーディネータからオンボディ及びオフボディ装置との通信に対するタイムスロットを要求することができ、前記ネットワークコーディネータが、ビーコンペイロードを用いて、送信及び受信に対して、タイムスロットに対する使用権をネットワークユーザに付与する、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記ネットワークコーディネータが、スーパーフレームにおいて、オンボディ通信に対するコンテンションアクセス期間又は保証タイムスロットの形式のタイムスロット、及びオフボディ通信に対するコンテンションアクセス期間又は保証タイムスロットの形式のタイムスロットを提供する、請求項２、３又は４に記載の装置。
6. オンボディで構成されたネットワークコーディネータが、前記第１の及び第２のアンテナシステムを用いて並列に前記ビーコンペイロードを発する、請求項３又は４に記載の装置。
7. 前記装置が、少なくとも１つの他のアンテナシステムを持ち、前記他のアンテナシステムが、中距離ＲＦリンク規格に従う通信リンクを対象とする、請求項２、３、４、５又は６に記載の装置。
8. 請求項１に記載の少なくとも１つの送受信装置の間の無線通信に対するシステムにおいて、
   患者の体の上に配置された送受信装置と、
   オフボディで配置された患者モニタと、
   を有するシステム。
9. 前記送受信装置が、コンバータの機能を実行し、前記送受信装置が、短距離オンボディ／オフボディ通信に対する無線リンク規格と中距離ＲＦリンクに対する規格との間、及び／又は前記オンボディ又はオフボディ（短距離通信）に対するプロトコルと中距離ＲＦサービスとの間でデータを変換する、請求項８に記載のシステム。
10. ネットワーク上の前記送受信装置が、ネットワークコーディネータの機能を実行することができ、前記ネットワークコーディネータの機能が、最初にオンに切り換えられた前記ネットワーク上の送受信装置に割り当てられる、請求項８に記載のシステム。
11. 前記システムが、患者上に配置されたセンサと患者情報センタとの間でデータを交換し、前記システムが、
    前記患者モニタを介するオフボディ通信リンク、又は
    前記送受信装置に対するオンボディ通信リンクであって、中距離ＲＦリンクを介する前記送受信装置を用いるデータの交換が第３のアンテナシステムを介して行われる、当該オンボディ通信リンク、
    を有する、請求項９に記載のシステム。
12. 送受信装置が送信チャネルをスーパーフレームに分割するＭＡＣプロトコル方法において、前記スーパーフレームが、時間的に互いの後に続き、前記スーパーフレームが、
    少なくとも１つのビーコンペイロードと、
    ２０ｍまで、好ましくは２ｍまでの距離にわたるオンボディ通信に対する少なくとも１つのデータペイロードであって、オンボディ通信に対する第１のアンテナシステムが、オンボディ通信に対するデータペイロードにより占有される時間間隔中に使用され、前記オンボディ通信に対する第１のアンテナシステムが、人体の長手方向に向けられた全方向極線図を持つ、当該オンボディ通信に対する少なくとも１つのデータペイロードと、
    １００ｍまで、好ましくは４ｍまでの距離にわたるオフボディ通信に対する少なくとも１つのデータペイロードであって、オフボディ通信に対する第２のアンテナシステムが、オフボディ通信に対するデータペイロードにより占有される時間間隔中に使用され、前記オフボディ通信に対する第２のアンテナシステムが、人体から離れる方に向けられた極線図を持つ、当該オフボディ通信に対する少なくとも１つのデータペイロードと、
    を有する、ＭＡＣプロトコル方法。
13. 前記ＭＡＣプロトコル方法が、ネットワークコーディネータとして送受信装置を提供し、前記ネットワークコーディネータが、タイムスロットを割り当てることによりオンボディ及びオフボディ無線トラフィックを調整する、請求項１２に記載のＭＡＣプロトコル方法。
14. 各送受信装置が、
    オンボディ通信に対して１以上のデータペイロードを予約し、これらのデータペイロードにより占有される時間間隔に対して、前記送受信器に割り当てられたアンテナシステムが、前記第１のアンテナシステムである、及び／又は
    オフボディ通信に対して１以上のデータペイロードを予約し、これらのデータペイロードにより占有される時間間隔に対して、前記送受信器に割り当てられたアンテナシステムが、前記第２のアンテナシステムである、
    ようにデータペイロードに対する時間間隔に前記スーパーフレームを分割する、請求項１２に記載のＭＡＣプロトコル方法。
15. 送受信装置が、オンボディ又はオフボディ短距離ＲＦ通信に対するプロトコル方法と、異なるプロトコル方法を使用する中距離ＲＦ通信との間のプロトコルコンバータ、例えばハブ、ブリッジ又はゲートウェイとして機能する、請求項１２に記載のＭＡＣプロトコル方法。

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