Método (500) para realizar un ciclo de servicio de control de acceso al medio MAC en una red de áreacorporal BAN que comprende:

enviar un mensaje de activación WUP desde un nodo de envío hasta uno o más nodos receptores objetivocuando un medio inalámbrico de la BAN está libre (S510);

determinar si al menos un nodo receptor objetivo ha respondido con un mensaje LISTO durante un intervalode tiempo de rastreo del nodo de envío (S520); caracterizado por

repetir el mensaje WUC si no se recibe ningún mensaje LISTO;

determinar si un número de mensajes WUP transmitidos por el nodo de envío supera un umbral predefinidocuando no se recibió el mensaje LISTO (S540); y

ajustar el nodo de envío para funcionar en un modo de TURNOS cuando el número de mensajes WUPsupera el umbral predefinido (S550),

en el que el modo de TURNOS impide transmisiones WUP continuas por un único nodo de envíoy en el que las operaciones realizadas por el nodo de envío durante el modo de TURNOS incluyen además:recibir un mensaje TURNO enviado desde al menos un nodo vecino del nodo de envío, en el que elmensaje TURNO es una petición para transmitir mensajes WUP por el al menos un nodo vecino;determinar si aceptar el mensaje TURNO;

recodificar un ID del al menos un nodo vecino en el campo SECUENCIA DE TURNOS del elemento deenvío indicado cuando se acepta el mensaje TURNO, de tal manera que tanto el nodo de envío como elnodo vecino pueden transmitir mensajes WUP según un orden designado en el campo SECUENCIA DETURNOS.

Técnicas de ciclo de servicio en protocolos de control de acceso al medio (MAC) para redes de área corporal.

Esta solicitud reivindica el beneficio de de las solicitudes provisionales estadounidenses n.os 61/087.740 y 61/087.742 presentadas ambas el 11 de agosto de 2008.

La invención se refiere de manera general a protocolos de control de acceso al medio (MAC) utilizados en redes inalámbricas y, más particularmente, a protocolos MAC utilizados en redes de sensores inalámbricas de baja potencia, tales como redes de área corporal (BAN) .

Una red de área corporal (BAN) está diseñada principalmente para la monitorización y el registro permanente de signos vitales. Una BAN a modo de ejemplo, tal como se muestra en la figura 1, incluye múltiples nodos 120 que son normalmente sensores que pueden o bien llevarse o bien implantarse en el cuerpo humano. Los nodos 120 monitorizan movimientos y parámetros corporales vitales, y se comunican entre sí por medio de un medio inalámbrico. Los nodos 120 pueden transmitir datos desde un cuerpo hasta uno o más dispositivos 130 desde los que pueden retransmitirse los datos, en tiempo real, a un hospital, clínica o en otra parte por medio de una red de área local (LAN) , una red de área ancha (WAN) , una red celular y similares.

Uno de los factores importantes al diseñar una BAN es la eficiencia energética de los nodos 120 y/o dispositivos

130. Puede lograrse un consumo de energía eficiente realizando óptimamente ciclos de servicio de un nodo receptor (es decir, un nodo que recibe datos) entre un estado de escucha y un estado inactivo. La radio de un nodo se apaga (es decir se pone en un estado inactivo) cuando el nodo no transmite ni recibe datos, ahorrando de este modo energía. Un ciclo de servicio se realiza mediante un protocolo MAC con el fin de minimizar la escucha en espera, escucha no intencionada, colisiones y controlar la sobrecarga lo que en última instancia lleva a ahorrar energía.

En la técnica relacionada se dan a conocer varias técnicas de ciclo de servicio de MAC síncronos y asíncronos. Un ciclo de servicio síncrono incluye anunciar periódicamente planificaciones de inactivación y activación y sincronizar tiempos activos de nodos receptores. Esto requiere un mecanismo de sincronización explícito, tal como balizas. En un ciclo de servicio asíncrono, un nodo de envío (es decir, un nodo que envía datos) y un nodo de escucha (es decir, un nodo que escucha al medio) tiene tiempos inactivos y activos independientes, y esta técnica no requiere ningún mecanismo de sincronización.

Se usa ampliamente una técnica de muestreo de preámbulo en los protocolos MAC para ciclo de servicio asíncrono, tales como WiseMAC, B-MAC y X-MAC. El WiseMAC se describe adicionalmente en “WiseMAC: An Ultra Low Power MAC Protocol for the Downlink of Infrastructure Wireless Sensor Networks” por El-Hoiydi, et al. publicado en Proceedings of the Ninth IEEE Symposium on Computers and Communication, ISCC’04, páginas 244-251, Alejandría, Egipto, junio de 2004. El B-MAC se describe en “Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks”, ACM SenSys Nov. 2004 por Polastre, et al., y el protocolo X-MAC está publicado en “X-MAC: A Short Preamble MAC Protocol for Duty-Cycled Wireless Sensor Networks” ACM SenSys 2006, por Buettner et al.

El documento US 2006/0135145 A1 da a conocer un método y aparato para una comunicación de energía reducida en una red ad hoc.

Tal como se ilustra en la figura 2, en la técnica de muestreo de preámbulo todos los nodos escuchan periódicamente el medio durante una corta duración de tiempo “TL” y entonces vuelven a un estado inactivo durante la duración de un tiempo “TCl” si el medio está en espera. El tiempo TCl entre dos tiempos de escucha sucesivos TL es un intervalo de comprobación. La combinación de intervalos de tiempo TCl+TL es un intervalo de tiempo de activación. Cuando un nodo de envío tiene datos para entregar, transmite un mensaje 210 de activación (WUP) que es más largo que el intervalo de tiempo de comprobación TCl de un nodo receptor. En la técnica de muestreo de preámbulo el mensaje 210 WUP sólo lleva preámbulos y no lleva ninguna otra información. Cuando un nodo receptor se activa, detecta el medio y detecta el mensaje 210 WUP. Esto fuerza al nodo receptor a permanecer activo hasta que los datos se reciben totalmente y/o el medio se pone en espera otra vez.

La longitud del mensaje 210 WUP debe ser más larga que el intervalo de comprobación TCl para garantizar que un nodo receptor está activo cuando se transmiten datos reales. Si un intervalo de comprobación TCl de un nodo receptor es muy largo, entonces las transmisiones de mensaje WUP pueden ocupar el medio durante un tiempo muy largo, impidiendo de este modo que otros nodos accedan al medio.

Otra desventaja del estado actual de las técnicas se ilustra en la figura 3 que describe un escenario a modo de ejemplo en el que los nodos 300-A, 300-B, 300-C y 300-D son vecinos en una BAN. En el siguiente escenario, un nodo 300-A de envío trata de enviar datos a un nodo 300-B receptor, y un nodo 300-C de envío trata de enviar datos a un nodo 300-D receptor. Todos los nodos 300-A, 300-B, 300-C y 300-D están dentro del rango de transmisión y recepción unos de otros.

En el tiempo T1, el nodo 300-A de envío está listo para enviar datos al nodo 300-B receptor, que se planifica para

activarse en un tiempo T4. Durante los tiempos T1 a T4 el nodo 300-A ocupa el medio enviando una serie de mensajes 320 de activación (WUP) al nodo 300-B receptor. EN un tiempo T2, el nodo 300-C de envío tiene un paquete de datos listo para transmitirse al nodo 300-D receptor. Sin embargo, el nodo 300-C de envío tiene que esperar a que el medio se ponga en espera. El nodo 300-D receptor se activa en un tiempo T3 y descubre que no está entre los nodos receptores objetivo, ya que el nodo 300-C de envío potencial no puede transmitir sus mensajes WUP porque el medio está ocupado mediante el nodo 300-A. Como resultado, el nodo 300-D vuelve a un estado inactivo. Por tanto, el nodo 300-C de envío perdió la oportunidad de transmitir paquetes al nodo 300-D receptor cuando el nodo 300-D se activó, ya que el medio estaba ocupado por el nodo 300-A. Además, el nodo 300-A de envío tiene que esperar un largo periodo de tiempo para entregar datos al nodo 300-B. Esto degrada significativamente el rendimiento del protocolo MAC de BAN provocando una latencia aumentada, rendimiento reducido y consumo de energía aumentado.

Por tanto, sería ventajoso proporcionar una solución eficaz para protocolos MAC para ciclos de servicio.

Ciertas realizaciones de la invención incluyen un método y código ejecutable por ordenador para realizar un ciclo de servicio de control de acceso al medio (MAC) en una red de área corporal (BAN) . El método comprende enviar un mensaje de activación (WUP) desde un nodo de envío hasta uno o más nodos receptores objetivo cuando un medio inalámbrico de la BAN está libre; determinar si al menos un nodo receptor objetivo ha respondido con un mensaje LISTO durante un intervalo de tiempo de rastreo del nodo de envío; determinar si un número de mensajes WUP transmitidos por el nodo de envío supera un umbral predefinido, cuando no se recibió el mensaje LISTO; y ajustar el nodo de envío para funcionar en un modo de TURNOS cuando el número de mensajes WUP supera el umbral predefinido.

El objeto que se considera como la invención se destaca particularmente y se reivindica con claridad en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las características y ventajas anteriores y otras de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos.

La figura 1 es un diagrama esquemático de una red inalámbrica de área corporal.

La figura 2 es un diagrama para ilustrar el funcionamiento de protocolos MAC para ciclo de servicio asíncrono.

La figura 3 es un diagrama para demostrar los inconvenientes de protocolos MAC para ciclo de servicio asíncrono.

La figura 4 es un diagrama para ilustrar los principios de las técnicas de ciclo de servicio proporcionadas según ciertas realizaciones de la invención.

La figura 5 es un diagrama de flujo para describir el método de ciclo de servicio implementado según una realización de la invención.

1. Método (500) para realizar un ciclo de servicio de control de acceso al medio MAC en una red de área corporal BAN que comprende:

enviar un mensaje de activación WUP desde un nodo de envío hasta uno o más nodos receptores objetivo cuando un medio inalámbrico de la BAN está libre (S510) ;

determinar si al menos un nodo receptor objetivo ha respondido con un mensaje LISTO durante un intervalo de tiempo de rastreo del nodo de envío (S520) ; caracterizado por

repetir el mensaje WUC si no se recibe ningún mensaje LISTO;

determinar si un número de mensajes WUP transmitidos por el nodo de envío supera un umbral predefinido cuando no se recibió el mensaje LISTO (S540) ; y

ajustar el nodo de envío para funcionar en un modo de TURNOS cuando el número de mensajes WUP supera el umbral predefinido (S550) ,

en el que el modo de TURNOS impide transmisiones WUP continuas por un único nodo de envío

y en el que las operaciones realizadas por el nodo de envío durante el modo de TURNOS incluyen además:

recibir un mensaje TURNO enviado desde al menos un nodo vecino del nodo de envío, en el que el mensaje TURNO es una petición para transmitir mensajes WUP por el al menos un nodo vecino;

determinar si aceptar el mensaje TURNO;

recodificar un ID del al menos un nodo vecino en el campo SECUENCIA DE TURNOS del elemento de envío indicado cuando se acepta el mensaje TURNO, de tal manera que tanto el nodo de envío como el nodo vecino pueden transmitir mensajes WUP según un orden designado en el campo SECUENCIA DE TURNOS.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además:

escuchar el medio durante un intervalo de rastreo seleccionado aleatoriamente (S515) ;

recodificar los números ID de identificación de nodos receptores objetivo que respondieron con un mensaje LISTO (S530) ; y

transmitir paquetes de datos a cada nodo receptor objetivo de que el número ID de cada receptor objetivo está grabado el nodo de envío.

3. Método según la reivindicación 2, que comprende además:

determinar si se recibió un mensaje de control especial (S560) ; y

finalizar las transmisiones de mensajes WUP tras recibir el mensaje de control especial.

4. Método según la reivindicación 1, en el que el mensaje WUP incluye al menos uno de un ID del nodo de envío, un número de secuencia del mensaje WUP que se incrementa después de cada transmisión WUP, una planificación de activación del nodo de envío, direcciones de los nodos receptores objetivo, un mapa de bits de niveles de prioridad de paquetes de datos pendientes, ranuras de tiempo asignadas a los nodos receptores objetivo, una duración prevista de la transmisión de datos a cada uno de los nodos receptores objetivo, y un campo SECUENCIA DE TURNOS.

5. Método según la reivindicación 4, en el que el campo SECUENCIA DE TURNOS especifica qué nodos vecinos del nodo de envío pueden transmitir mensajes WUP y un orden en el que deben enviarse mensajes WUP durante el modo de TURNOS.

6. Método según la reivindicación 1, en el que un nodo vecino genera y transmite el mensaje TURNO cuando se satisfacen las siguientes condiciones: el nodo vecino no está entre los nodos receptores objetivo del nodo de envío; el nodo vecino está listo para enviar sus mensajes WUP; un mensaje WUP del nodo vecino tiene al menos un nodo receptor objetivo no superpuesto con el nodo de envío; y el nodo vecino no escuchó de manera no intencionada ningún mensaje LISTO durante un intervalo de rastreo actual del nodo de envío.

7. Método según la reivindicación 1, en el que el nodo de envío acepta el mensaje TURNO cuando no se recibieron mensajes LISTO durante un intervalo de rastreo actual del nodo de envío.

8. Método según la reivindicación 1, que comprende además enviar mensajes WUP, mediante el nodo de envío, del al menos un nodo vecino, de tal manera que el nodo de envío actúa como proxy para el al menos un nodo vecino.

9. Método según la reivindicación 8, que comprende además:

recibir un mensaje PROXY enviado desde el al menos un nodo vecino;

añadir al menos nodos receptores objetivo del al menos un nodo vecino en todos los mensajes WUP transmitidos por el nodo de envío; y

transmitir los mensajes WUP a dispositivos receptores objetivo tanto del al menos un nodo vecino como del nodo de envío.

10. Método según la reivindicación 1, que comprende además habilitar tanto el al menos un nodo vecino como el nodo de envío para transmitir sus mensajes WUP en diferentes ranuras de tiempo de un intervalo de rastreo, en el que el intervalo de rastreo es un intervalo de tiempo entre dos mensajes WUP consecutivos.

11. Método según la reivindicación 2, que comprende además:

acumular paquetes de datos dirigidos a múltiples receptores con un mensaje WUP y realizar al menos una de las siguientes etapas:

enviar los paquetes de datos como un flujo a un único nodo receptor objetivo en un modo de ráfaga; y

enviar los paquetes de datos sin el mensaje WUP cuando los paquetes de datos son pequeños o el nodo de envío es consciente de un tiempo de activación del receptor del nodo receptor.

12. Método según la reivindicación 2, en el que los paquetes de datos pueden o bien difundirse o bien multidifundirse a nodos receptores objetivo grabados en el nodo de envío.

13. Medio legible por ordenador que tiene almacenado en el mismo un código ejecutable por ordenador, que cuando se ejecuta, provoca que un procesador realice un ciclo de servicio de control de acceso al medio MAC en una red de área corporal BAN, que comprende:

enviar un mensaje de activación WUP desde un nodo de envío hasta uno o más nodos receptores objetivo cuando un medio inalámbrico de la BAN está libre (S510) ;

determinar si al menos un nodo receptor objetivo ha respondido con un mensaje LISTO durante un intervalo de tiempo de rastreo del nodo de envío (S520) ; caracterizado por

repetir el mensaje WUC si no se recibe ningún mensaje LISTO;

determinar si un número de mensajes WUP transmitidos por el nodo de envío supera un umbral predefinido cuando no se recibió el mensaje LISTO (S540) ; y

ajustar el nodo de envío para funcionar en un modo de TURNOS cuando el número de mensajes WUP supera el umbral predefinido (S550) , en el que el modo de TURNOS impide transmisiones WUP continuas por un único nodo de envío, y en el que las operaciones realizadas por el nodo de envío durante el modo de TURNOS incluyen además:

recibir un mensaje TURNO enviado desde al menos un nodo vecino del nodo de envío, en el que el mensaje TURNO es una petición para transmitir mensajes WUP por el al menos un nodo vecino;

determinar si aceptar el mensaje TURNO;

recodificar un ID del al menos un nodo vecino en el campo SECUENCIA DE TURNOS del elemento de envío indicado cuando se acepta el mensaje TURNO, de tal manera que tanto el nodo de envío como el nodo vecino pueden transmitir mensajes WUP según un orden designado en el campo SECUENCIA DE TURNOS.