Técnicas para resolver problemas de diafonía de protocolos de control de acceso al medio de red de área corporal.

Método (300) implementado por ordenador para la comunicación entre un dispositivo emisor y múltiplesdispositivos receptores a través de una red,

comprendiendo el dispositivo emisor:

generar una trama (S310) de preámbulo;

codificar una dirección de destino de un dispositivo (S320) receptor objetivo; y

transmitir la trama (S330) de preámbulo;

caracterizado porque la codificación es tal que la longitud de la trama de preámbulo es una función de ladirección de destino del dispositivo receptor objetivo.

Técnicas para resolver problemas de diafonía de protocolos de control de acceso al medio de red de área corporal La invención se refiere, en general, a protocolos de control de acceso al medio (MAC) utilizados en redes de área corporal (BAN) , y particularmente a técnicas para resolver problemas de diafonía en tales protocolos.

Una red de área corporal (BAN) se diseña principalmente para la monitorización y registro permanente de signos vitales. Una BAN a modo de ejemplo mostrada en la figura 1 incluye múltiples dispositivos 120 esclavo que son normalmente sensores que pueden o bien llevarse puestos o bien estar implantados en el cuerpo humano. Los dispositivos 120 esclavo monitorizan movimientos y parámetros corporales vitales, y se comunican entre sí a través de un medio inalámbrico. Los dispositivos 120 esclavo pueden transmitir datos de un cuerpo humano a uno o más dispositivos 130 maestro desde los que pueden reenviarse los datos, en tiempo real, a un hospital, clínica u otro lugar a través de de una red de área local (LAN) , una red de área amplia (WAN) , una red celular y similar.

Uno de los factores importantes en el diseño de una BAN es la eficiencia energética de los dispositivos 120 esclavo y/o los dispositivos 130 maestro. Puede lograrse un consumo de energía eficiente alternando de manera óptima los ciclos de trabajo de un dispositivo receptor (es decir, un dispositivo que recibe datos) entre un estado de escucha y un estado de espera. La radio de un dispositivo se apaga cuando el dispositivo ni transmite ni recibe datos, reduciendo así el consumo de energía del dispositivo. Un protocolo de control de acceso al medio (MAC) realiza una alternancia de ciclos de trabajo con la finalidad de minimizar tiempos de diafonía y escucha inactivos, emisiones en exceso, colisiones de transmisiones de datos y control de sobrecarga, que en última instancia lleva a ahorros de energía.

Las técnicas de alternancia de ciclos de trabajo de MAC incluyen modos síncronos y asíncronos. En un modo asíncrono, un dispositivo emisor (es decir, un dispositivo que transmite datos en el medio) y un dispositivo de escucha (es decir, un dispositivo que escucha el medio) tienen tiempos de activación y de espera independientes. Por tanto, no se requiere un mecanismo de sincronización explícito, tales como balizas.

Una técnica de muestreo de preámbulo se usa ampliamente en protocolos de MAC con alternancia de ciclos de trabajo asíncrona, tales como WiseMAC, B-MAC y X-MAC. 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, páginas 244-251, Alejandría, Egipto, junio de 2004. B-MAC se describe en "Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks", ACM SenSys, noviembre de 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.

Tal como se ilustra en la figura 2, en la técnica de muestreo de preámbulo todos los dispositivos escuchan periódicamente el medio durante una duración corta de tiempo "TL" y luego, si el medio está inactivo, vuelven a un estado de espera durante la duración "TCI". El tiempo TCI, entre dos tiempos de escucha sucesivos TL es un intervalo de comprobación. La combinación de intervalos de tiempo TCI y TL es un intervalo de tiempo de reactivación. Cuando un dispositivo emisor tiene datos que entregar, transmite un mensaje (preámbulo) 210 de reactivación (WUP) que es más largo que el intervalo de tiempo de comprobación TCI de un dispositivo receptor. En la técnica de muestreo de preámbulo, un mensaje 210 WUP sólo lleva preámbulos y no lleva ninguna otra información. Cuando un dispositivo receptor se reactiva, percibe el medio y detecta el mensaje 210 WUP. Esto obliga al dispositivo receptor a permanecer activo hasta que se reciban completamente los datos y/o el medio se vuelva inactivo nuevamente.

El muestreo de preámbulo puede conseguirse mediante un receptor de filtro adaptado que busca una secuencia de preámbulo conocida en la señal recibida. El muestreo de preámbulo se beneficia de la ganancia y repetición de procesamiento de una secuencia de símbolos conocida, permitiendo una detección de señal fiable.

La longitud del mensaje 210 WUP debe ser más larga que el intervalo de comprobación TCI para garantizar que un dispositivo receptor esté activo cuando se transmitan datos reales. Si un intervalo de comprobación TCI de un dispositivo receptor es muy largo, entonces las transmisiones de mensaje WUP pueden ocupar el medio durante un tiempo prolongado, impidiendo así que otros dispositivos accedan al medio. Otra desventaja de la técnica de muestreo de preámbulo es que los dispositivos vecinos no objetivo llegan a oír el mensaje 210 WUP y permanecen activos hasta que comienza la transmisión de datos. Como resultado, aumenta el consumo de energía de dispositivos en la red.

Para abordar el problema de la diafonía, el protocolo XMAC, aludido anteriormente, integra identificación (ID) del dispositivo objetivo (es decir, una dirección de destino) en el mensaje WUP. Por tanto, dispositivos vecinos no objetivo pueden saber que no son los receptores previstos basándose en la ID y volver a un estado de espera. El problema con este enfoque es que la señal WUP contiene bits de datos (es decir, una dirección de destino) que no se conocen de antemano. Por tanto, el receptor debe demodular la señal WUP y decodificar la información para recuperar la dirección de destino. Un proceso de demodulación es significativamente más complejo y consume más energía que una técnica de detección de preámbulo. En la técnica de detección de preámbulo, el dispositivo receptor busca una secuencia conocida de símbolos en la señal recibida.

El documento WO 2007/031685 aborda el problema de la diafonía y da a conocer la inclusión de direcciones en microtramas que forman un preámbulo, así como la numeración de tales microtramas.

Otra técnica para reducir el consumo de energía es incluir dos radios separadas en un dispositivo, una es una radio de reactivación (en espera) de baja potencia y la otra es una radio de comunicación de datos. Para reactivar un dispositivo receptor, un dispositivo emisor transmite una señal lo suficientemente fuerte (la "señal WUP") . La potencia de la señal WUP está por encima de un umbral predefinido. Cuando la radio de reactivación recibe una señal WUP, enciende su radio de comunicación de datos, permitiendo así que se comuniquen los dispositivos emisor y receptor. La radio de reactivación puede implementarse usando una técnica de detección de energía que es más sencilla y más eficiente energéticamente que la técnica de detección de preámbulo. Sin embargo, esta técnica de detección de energía también sufre el problema de diafonía, en el que dispositivos no objetivo vecinos reciben y se reactivan debido a señales WUP que no van dirigidas a los mismos. Por tanto, cuando un dispositivo emisor transmite la señal WUP es posible que todos los dispositivos vecinos se reactiven al mismo tiempo, aunque la señal estuviera prevista sólo para un dispositivo, por lo que se desperdicia energía.

Por tanto, sería ventajoso proporcionar una solución que resuelva los problemas de diafonía en protocolos MAC BAN.

Determinadas realizaciones de la invención incluyen un método que comprende generar una trama de preámbulo; codificar una dirección de destino de un dispositivo receptor objetivo como una longitud de la trama de preámbulo; y transmitir la trama de preámbulo.

Determinadas realizaciones de la invención incluyen además un método que comprende generar una señal de reactivación; codificar una dirección de destino de un dispositivo receptor objetivo como una duración de la señal de reactivación; y transmitir la señal de reactivación.

El objeto que se considera como la invención se expone particularmente y se reivindica con claridad en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las anteriores y otras características y ventajas de la invención se aclararán a partir de la siguiente descripción detallada tomada conjuntamente 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 una técnica de alternancia de ciclos... [Seguir leyendo]

1. Método (300) implementado por ordenador para la comunicación entre un dispositivo emisor y múltiples dispositivos receptores a través de una red, comprendiendo el dispositivo emisor:

generar una trama (S310) de preámbulo;

codificar una dirección de destino de un dispositivo (S320) receptor objetivo; y transmitir la trama (S330) de preámbulo;

caracterizado porque la codificación es tal que la longitud de la trama de preámbulo es una función de la dirección de destino del dispositivo receptor objetivo.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además seleccionar un canal de frecuencia para transmitir la trama de preámbulo, determinándose el canal de frecuencia basándose en la dirección de destino.

3. Método según la reivindicación 1, en el que la longitud de la trama de preámbulo es una suma de la trama de menor longitud que puede detectar de manera fiable un dispositivo receptor y un valor decimal de la dirección de destino.

4. Método según la reivindicación 1, en el que la longitud de la trama de preámbulo es una suma de la trama de menor longitud que puede detectar de manera fiable un dispositivo receptor y un valor calculado mediante una función hash, en el que la dirección de destino es una clave de entrada de la función hash.

5. Método según la reivindicación 2, en el que la selección del canal de frecuencia comprende además aplicar una función hash para correlacionar la dirección de destino con un número de identificación, ID, de un canal lógico.

6. Método según la reivindicación 1, en el que la dirección de destino es una dirección de control de acceso al medio, MAC, utilizada en una red de área corporal, BAN.

7. Método según la reivindicación 1, que comprende además codificar múltiples niveles de información como la longitud de la trama de preámbulo.

8. Método según la reivindicación 7, en el que la trama de preámbulo codificada comprende múltiples partes, codificándose la longitud de cada parte para representar un tipo específico de información.

9. Método implementado por ordenador para la comunicación entre un dispositivo emisor y múltiples dispositivos receptores a través de una red, comprendiendo el emisor:

generar una señal de reactivación;

codificar una dirección de destino de un dispositivo receptor objetivo; y transmitir la señal de reactivación caracterizado porque la codificación es tal que la duración de la señal de reactivación es una función de la dirección de destino del dispositivo receptor objetivo.

10. Método según la reivindicación 9, que comprende además seleccionar un canal de frecuencia para transmitir la señal de reactivación, determinándose el canal de frecuencia basándose en la dirección de destino.

11. Método según la reivindicación 9, en el que la duración de la señal de reactivación es una suma de la duración más corta de la señal de reactivación que puede detectar de manera fiable un dispositivo receptor y un valor decimal de la dirección de destino.

12. Método según la reivindicación 9, en el que la duración de la señal de reactivación es una suma de la duración más corta de la señal de reactivación que puede detectar de manera fiable un dispositivo receptor y un valor calculado mediante una función hash, en el que la dirección de destino es una clave de entrada de la función hash.

13. Método según la reivindicación 9, en el que la dirección de destino es una dirección de control de acceso al medio, MAC, utilizada en una red de área corporal, BAN.

14. Método según la reivindicación 9, que comprende además codificar múltiples niveles de información como la duración de la señal de reactivación.

15. Método según la reivindicación 14, en el que la señal de reactivación codificada comprende múltiples partes, codificándose la longitud de cada parte para representar un tipo específico de información.