针对节能身体传感器网络发现的方法、装置和系统 |
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| 申请号 | CN201180036054.8 | 申请日 | 2011-07-14 | 公开(公告)号 | CN103026761B | 公开(公告)日 | 2017-05-03 |
| 申请人 | 皇家飞利浦电子股份有限公司; | 发明人 | R·施米特; | ||||
| 摘要 | 当在医疗保健环境中监测患者时，监测 电池 供电的移动聚合器（MA） 传感器 （22）的 位置 ，所述移动聚合器传感器被安装在具有一个或多个其他装在患者上的传感器（12，S1，S2，S3）的患者上。所述MA（22）维持用于所述传感器（12，S1，S2，S3）的个人局域网（PAN）（24）并且将来自装在患者上的传感器（12，S1，S2，S3）的 信号 无线传输至有线网络（18）。当所述MA（22）来到市电供电的固定聚合器（FA）（16）的范围之内时，所述MA（22）被通知可利用所述FA（16），将患者数据通信的职责转移给所述FA（16），并且关闭其PAN以节约电池电 力 。如果所述患者移动离开所述FA（16）的范围，那么所述MA（22）再生所述PAN（24），并且恢复无线患者数据传输。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在固定通信模式和移动通信模式之间转换患者监测传感器组(52)与有线医疗保健网络(18)的通信模式的方法，其中，所述传感器组(52)包括一个或多个装在患者上的传感器(12，S1，S2，S3)和移动聚合器传感器(22)，并且其中，所述移动聚合器传感器能够聚合来自所述装在患者上的传感器(12，S1，S2，S3)的状态信息并将所聚合的状态信息发送到有线网络，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 针对节能身体传感器网络发现的方法、装置和系统[0001] 本发明应用于患者监测系统中，特别是关于生理监测系统。然而，将意识到，所描述的技术也可应用于其他监测系统、其他医疗保健信息收集场景、其他状态监测技术，等等。 [0002] 在半导体和电路小型化、生物传感器发展、以及无线通信中的最新进展已经使得具有板上处理及无线数据传送的小型集成传感器成为现实。这些传感器使用短程无线通信协议并且可以被组合至佩带式无线传感器网络，以采集关于个人的生理参数(心率、血氧饱和度、血压、温度、心电图(ECG)等)以及身体活动的数据。针对这些传感器网络的应用包括对老年人的家庭监测，对具有慢性病的、健康的、康复的患者的监测以及对医院中患者的监测。例如，患者可能具有附接到身体的几个无线生物传感器节点，并且传感器数据被无线地传输至无线网关，并且进一步通过有线网络传输到服务器以用于处理、可视化以及存储。在患者监测的情况下，该服务器可位于医院中。 [0003] 由于身体传感器是电池供电的，因此针对所有系统部件的低功耗，包括无线数据传输，是关键的性能参数。因而，低功率短程无线电通信技术对于所描述的系统和方法的无线连接是有用的。归因于其低功耗、低复杂性以及低成本而在医疗保健工业中获得关注的针对这一应用的一个无线技术是在IEEE 802.15.4标准中定义的无线个人局域网(WPAN)技术。IEEE 802.15.4 WPAN包括一个WPAN协调器以及一个或者多个终端设备。已经定义了多个物理信道，也即在2.4GHz ISM波段中是10个。WPAN通常在由PAN协调器所选定的一个频率中以某种方式运作，以最小化来自其他IEEE 802.14.5 WPAN或者非802.15.4通信的干扰。 [0004] 在该标准中已经定义了两种类型的网络节点：完整功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。RFD实现802.15.4原语的子集并且不能用作WPAN协调器。RFD无线电收发装置被尽可能关闭以最小化功耗。FFD具有在该 标准中定义的原语的完整实现，并且能够用作PAN协调器。虽然IEEE802.15.4定义了使用信标的任选的同步信道访问机制，该同步信道访问机制允许带宽预留以及允许WPAN协调器进入睡眠模式，但是绝大部分的WPAN实现并不使用该机制。为了减小功耗，无线电通信装置尽可能关闭。通常，PAN协调器必须一直打开以接收来自终端设备的传输。 [0005] 当前的最新机制给移动无线个人局域网（WPAN）设备赋予了重新发现固定聚合器（FA）的责任，因而增大了它们的功耗并且减少了它们的电池寿命。在最简单的情况下，传感器或者WPAN终端设备单独地扫描固定聚合器患者局域网（PAN）并且将发现报告给移动聚合器（MA）以允许MA放弃其PAN。MA本身不能扫描该MA所工作的信道之外的信道，因为MA必须能够从终端设备接收异步传输。在更有效的机制下，MA一次一个地指示终端设备执行扫描并且将结果报告给MA。即使在后者的方法中，由于终端设备的扫描以及由于终端设备和MA两者的传输信号而消耗了功率。更具体地，在每个节点或者传感器发出信标请求或者监听来自床边监测器或其他固定聚合器单元的传输的情况下，该节点或者各个监测器的电池寿命将缩短。 [0006] 本发明提供的新的和改进的系统及方法克服了以上提及问题和其他，其用于允许移动WPAN中的一个或多个移动设备发现它们的固定聚合器同时最小化电池供电的移动WPAN设备的功耗。 [0007] 根据一个方面，一种在固定通信模式和移动通信模式之间转换患者监测传感器组与有线医疗保健网络的通信模式的方法，包括在固定聚合器模块的范围之内检测所述传感器组，所述传感器组包括一个或多个装在患者上的传感器和移动聚合器传感器。所述方法还包括通知所述移动聚合器传感器其和所述一个或多个装在患者上的传感器处于所述固定聚合器模块的范围之内，以及，当所述固定聚合器模块处于范围之内时，将来自所述传感器组（52）的状态信息经由所述固定聚合器模块传送至有线网络。 [0008] 根据另一方面，一种便于在固定通信模式和移动通信模式之间转换患者监测传感器组与有线医疗保健网络的通信模式的系统，包括固定聚合器模块，当所述传感器组处于所述固定聚合器模块的范围之内时所述固定聚 合器模块检测所述传感器组，所述传感器组包括一个或多个装在患者上的传感器和移动聚合器传感器。所述固定聚合器通知所述移动聚合器传感器所述传感器组处于所述固定聚合器模块的范围之内。所述一个或多个装在患者上的传感器在所述传感器组被通知其处于所述固定聚合器模块的范围之内时经由所述固定聚合器模块将患者状态信息传送至有线网络，并且在所述传感器组不处于所述固定聚合器模块的范围之内时将患者状态信息经由移动聚合器模块传送至所述有线网络。 [0009] 根据另一方面，一种在固定通信模式和移动通信模式之间转换患者监测设备与有线医疗保健网络的通信模式的方法，包括监测移动传感器组的位置，所述移动传感器组包括一个或多个装在患者上的传感器以及保持移动聚合器个人局域网（MA-PAN）的移动聚合器传感器，来自所述传感器的所感测到的患者信息经由所述移动聚合器传感器个人局域网（MA-PAN）被转送至有线网络。所述方法还包括通知所述移动聚合器传感器其和所述一个或多个装在患者上的传感器处于市电供电的所述固定聚合器模块的范围之内，并且当所述传感器组处于所述固定聚合器模块的范围之内时，命令所述一个或多个装在患者上的传感器经由固定聚合器个人局域网（FA-PAN）将患者状态信息传送至所述有线网络。此外，所述方法还包括当所述传感器组处于所述固定聚合器模块的范围之内时终止所述MA-PAN，以便节约所述移动聚合器传感器的电池电力。 [0010] 一个优点在于节约了电池电力。 [0011] 另一优点在于当患者在监测区域附近移动时提供连续的患者监测。 [0012] 当阅读和理解了以下详细描述时，本领域普通技术人员将意识到本发明主题的仍进一步优点。 [0014] 图1图示了便于移动连接的系统，其针对布置在患者上的多个身体上无线传感器使用两个连接模式。 [0015] 图2图示了便于节约身体上设备或者传感器的电池电力的系统。 [0016] 图3图示了处于移动操作模式的系统，其中MA传感器已经开启了其自己的PAN（MA-PAN），并且该传感器已经与MA PAN连接，并且该MA 进一步将患者信息传输至有线网络。 [0017] 图4图示的系统中FA具有连接到其PAN的固定传感器，其中，所述传感器不是移动传感器组的部分。 [0018] 图5图示了处于移动操作模式的系统，其中MA传感器已经开启了其自己的PAN（MA-PAN），并且该传感器已经与MA PAN连接，并且该MA进一步将患者信息传输至有线网络。FA继续使得固定传感器与其PAN连接。 [0019] 图6图示了更详细地示出FA和MA并且耦合（例如，经由有线或者无线连接）至有线网络的系统。 [0020] 图7图示了在固定通信模式和移动通信模式之间转换患者监测传感器组与有线医疗保健网络的通信模式的方法。 [0021] 为了克服前述问题，所描述的系统和方法便于通过如下的方式来保存电池寿命：在移动和固定网络之间切换移动患者传感器，并且将确定患者携载的个人局域网（PAN）是否在固定聚合器附近的责任给了床边监测器，该床边监测器使用壁式电源并且因而不存在电池寿命问题。 [0022] 图1图示了便于移动连接的系统10，其针对布置在患者14上的多个身体上无线传感器12使用两个连接模式。在第一模式中，在右侧示出并且此后被称为固定模式（FM），所有的身体上传感器连接至固定聚合器（FA）16，该固定聚合器接收传感器数据并且经由有线网络18（例如，医院或者医疗保健环境网络）传输该数据。FA是市电供电的并且用作FA-PAN20的PAN协调器。除了用作移动传感器与有线网络的连接点之外，该FA可以处理数据。在第二操作模式中，在图1中的左侧示出并且此后被称为移动模式（MM），所监测的人已经离开了固定聚合器的服务区域。因此，身体上移动聚合器（MA）22产生传感器所连接的第二PAN，MA-PAN24。该移动聚合器接收传感器数据并且经由接入点26通过诸如IEEE802.11（无线LAN）的第二局域无线链路将数据转送至有线网络。该移动聚合器可以是独立的设备。在一个实施例中，MA22是身体传感器之一并且包含用于执行传感器数据的接收和转送的额外功能。当所监测的患者重新进入固定聚合器的服务区域时，身体上传感器12转换回第一操作模式，也即，它们重 新连接至固定FA-PAN20。移动聚合器然后放弃其MA-PAN24。在移动模式期间，移动聚合器的功耗可能增大以便一直接收短程无线电通信的传感器数据，并且经由局域网络无线电通信装置来传输该数据。 [0023] 在一个实施例中，FA16是床边监测器（未示出）的部分，其检测移动聚合器与节点或传感器之间的通信，并且基于信号强度来确定患者携带的PAN是否在范围之内。在另一实施例中，固定和移动单元两者都与WLAN连接并且可以使用WLAN网络来监测邻近性。在另一实施例中，移动聚合器从固定单元接收PAN信标请求以建立通信链路，所述通信链路建立邻近性。在另一实施例中，床边监测器可以包括第二短程无线电通信单元，其扫描来自各身体上传感器节点的信号或者给移动聚合器发送信标信号以建立邻近性。 [0024] 在另一实施例中，依赖于无线电通信信号的强度来确定无线传感器与固定聚合器的邻近性。然而，可以在服务器级别利用地图、资产追踪系统或者GPS系统来确定邻近性。 [0025] 图2图示了便于节约身体上设备或者传感器的电池电力的系统50。固定聚合器16发现移动PAN已经返回FA的附近并且FA和移动传感器组52之间的使用短程无线电通信的连接再次成为可能。这一方法改进了移动传感器S1，S2，S3的电池寿命，并且因而给用户（例如，外行、医疗服务提供者等）增加了方便。在一个实施例中，FA仅与作为和FA-PAN20连接的移动传感器组的部分的传感器连接。因而，图2示出了用于固定模式操作的示范性配置，其中FA16是用于FA-PAN的PAN协调器。三个精简功能设备（RFD）传感器S1，S2和S3，以及作为完整功能设备并且能够WLAN的第四个传感器（MA）22，连接到FA-PAN。MA的WLAN无线电通信装置（未示出）在这一实施例中不用于通信，并且被关闭以省电。来自传感器的所有数据通过FA路由到有线网络18并且到服务器54上。随着移动传感器组52移动离开FA16，与FA的通信不再可能，并且通信方案从图2所示的转变为图3所示的。 [0026] 图3图示了处于移动操作模式的系统60，其中MA传感器22已经开启了其自己的PAN（MA-PAN）24，并且传感器S1，S2和S3已经连接到MA-PAN，并且该MA进一步将患者信息传输至有线网络。该MA已经建 立了与WLAN基础设施的连接，并且使用这一链路将来自传感器数据转发至有线网络18。FA16在移动传感器组52已经离开之后不再有与其连接的任何设备，这使其短程无线电通信装置空闲。在该实施例中，针对来自MA22的传输，FA在所有信道中使用其短程无线电通信装置来扫描（被动扫描）MA-PAN24或者通过在所有信道中传输信标请求来扫描（主动扫描）MA-PAN24。MA也可经由有线网络在服务器54中存储其当前信道，从该服务器54，FA可以取回其当前信道以用于更有针对性的扫描。可以以几种方式来通知MA移动传感器组再次处于FA的附近。在一个实施例中，FA与MA在短程无线电通信链路上通信。在另一实施例中，FA与MA通过有线网络在WLAN链路上通信。在另一实施例中，MA检测来自FA的信标请求。 [0027] 图4图示了系统70，在系统70中FA16具有连接到其PAN20的固定传感器S4，S5，其中，传感器S4，S5不是移动传感器组52的部分。随着移动传感器组离开FA的覆盖区域并且开启其自己的PAN，S4和S5保持与FA的连接。在这种情况下，FA不能容易地改变其信道以扫描MA22，因为它必须保持与固定传感器S4和S5的连接。在该实施例中，针对来自MA的传输，FA使用第二板上短程无线电通信装置（未示出）来扫描MA-PAN。该扫描可以如前所述地是被动的或者主动的。能够通知MA可以经由参照图3所描述的机制来重新建立与FA的短程无线电通信连接。 [0028] 在另一实施例中，FA指示与其连接的固定传感器之一，例如S4或者S5，来扫描MA-PAN。该扫描可以如先前关于图3所描述地是被动的或者主动的。固定传感器将结果返回报告给FA。能够通知MA可以通过关于图3所描述的机制来重新建立与FA的短程无线电通信连接。 [0029] 图5图示了处于移动操作模式的系统，其中，MA传感器已经开启了其自己的PAN（MA-PAN），并且传感器已经与MA PAN连接，并且该MA进一步将患者信息传输至有线网络。FA继续使得固定传感器与其PAN连接。MA可在网络18中的服务器54上存储关于其WLAN连接（WLAN信道等）的信息，其中FA可以取回该信息以用于更有针对性的扫描。为了从来自MA的WLAN传输的成功接收推断MA处于短程无线电通信的范围，FA可将所接收的WLAN传输的信号强度（RSS）与预定阈值相比较。如果RSS 超过预确定阈值的情况下，则可以确定短程无线电通信连接是可能的。能够通知MA可以通过关于图3所描述的机制来重新建立与FA的短程无线电通信连接。 [0030] 图6图示了更详细地示出FA16和MA22并且耦合（例如，经由有线或者无线连接）至有线网络18的系统90。将意识到，在本文的各个实施例和图中所描述的每个设备（例如，固定聚合器、移动聚合器、服务器等），以及有线网络可包括存储器或者计算机可读存储介质和一个或多个处理器，所述存储器或者计算机可读存储介质存储且所述一个或多个处理器运行，用于执行本文中所描述的各种功能、动作、步骤、方法等等的计算机可执行指令。例如，FA16包括处理器92和存储器94，并且MA22包括处理器100和存储器102。所述存储器可以在其上存储有控制程序的计算机可读介质，例如光盘、硬盘驱动器等。计算机可读介质的常见形式包括，例如，软盘、柔性盘、硬盘、磁带、或者任何其他磁性存储介质，CD-ROM、DVD、或者任何其他光学介质，RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、它们变形、其他存储芯片或者盒式磁盘、或者处理器可以读取和执行的任何其他有形介质。在这一背景下，本文中描述的系统可被实现在或者实现为一个或多个通用目的计算机、（一个或多个）专用计算机、编程了的微处理器或者微控制器、以及外围集成电路元件、ASIC或者其他集成电路、数字信号处理器、硬接线电子或者逻辑电路如离散单元电路、可编程逻辑设备如PLD、PLA、FPGA、图形卡CPU（GPU）、或者PAL等。 [0031] 耦合到有线网络的服务器54包括医疗保健机构或者环境（例如，医院、疗养院、在家庭监护情况下患者的家等）的一个或多个地图110。此外，耦合到有线网络的FA、MA以及服务器54中的每个都分别包括GPS模块99，108，112，通过GPS模块可以追踪MA相对于FA的位置。在另一实施例中，该服务器包括资产追踪系统114，其与（各）地图110结合使用以追踪MA相对于FA的位置。 [0032] 系统90便于将患者监测传感器组（图2-5）与有线网络18的通信模式在固定通信模式和移动通信模式之间进行转换。在一个实施例中，固定聚合器模块检测传感器组和/或MA22何时处于自该固定聚合器模块的预定义 距离之内（例如，10米左右）。当确定MA处于FA的范围之内时，FA通知MA：通过MA通信的传感器组以及一个或多个装在患者上的传感器切换以通过FA将患者状态信息传送至有线网络18。 [0033] 本文中描述了几种检测MA的方式。在一个实施例中，FA包括短程无线电通信装置96，其扫描多个短程无线电通信信道以检测来自MA中的短程无线电通信装置104的传输，以便检测传感器组。额外地或者替代地，FA包括WLAN无线电通信装置98，其扫描多个WLAN无线电通信信道以检测来自MA中的WLAN无线电通信装置106的传输，MA使用所述WLAN无线电通信装置106将从传感器接收的患者信息传输至有线网络。 [0034] 在另一实施例中，FA的处理器92建立与有线网络的通信链路，并且MA的处理器100也建立与有线网络18的通信链路。服务器54使用地图112以及GPS模块或者资产追踪系统中的至少一个来监测移动聚合器传感器相对于固定聚合器模块的位置。 [0035] 在另一实施例中，短程无线电通信装置96和WLAN无线电通信装置98中的至少一个传输来自FA的信标信号，并且MA包括短程无线电通信装置104和WLAN无线电通信装置106中的至少一个，其响应于所述信标信号而传输指示移动聚合器传感器处于固定聚合器模块的预定义距离之内的信号。 [0036] MA当在处于固定聚合器的预定义距离之外时建立移动聚合器个人局域网（MA-PAN），经由MA-PAN接收来自一个或者更多患者传感器的患者参数数据，并且通过无线局域网（WLAN）通信链路将该患者参数数据传输至有线网络。该患者参数数据可非限制性地包括与患者参数相关的信息，包括与血压、心率、呼吸速率、体温、血氧水平等等相关的信息。 [0037] 图7图示了在固定通信模式和移动通信模式之间转换患者监测传感器组与有线医疗保健网络的通信模式的方法。在120，检测或者监测装在患者上的的移动传感器组的位置。该移动传感器组包括多个精简功能设备（RFD）和用作移动聚合器（MA）传感器的至少一个完整功能设备（FFD），该完整功能设备聚合来自该组中所有传感器的信息并且将该信息传输至有线网络。在122，关于MA是否处于FA的通信范围之内作出决策。如果否，则在124，将所感测的患者数据从传感器经由MA传输至有线网络。如果 MA处于FA范围之内，则在126，通知MA其处于FA范围之内。在128，传感器组开始传输所感测的信息至FA（例如，使用短程无线电通信链路等），该FA是市电供电的（例如，插入墙上等）。以这一方式，在MA保存了宝贵的电池电力。 [0038] 周期性或者连续地执行MA和移动传感器组的位置监测，从而如果MA移出FA范围之外，则传感器组恢复原状以通过MA进行传输从而将患者参数数据（例如，血压、心率、体温、呼吸速率、血氧水等）传送至有线网络（例如，经由WLAN通信链路等）。可以以各种方式如关于先前的图所描述地来执行确定MA相对于FA的位置（例如，GPS、资产追踪、信标信号和响应等）。 |
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