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超宽带无线电技术在医疗设备中的应用

来源:    作者:     发布时间:2015-04-08 06:30:44     点击数:

  如图2所示为由三个UWB设备构建的一个点对点网络。其中,设备A对设备C来说是不可见的。位于图中左侧的设备A即便不能“侦听”到设备C,也有可能知道设备C的存在及其所占用的时隙,因为设备A可通过所谓的“信标”(beacon)来了解设备C。信标中包含有相邻近设备的相关信息,因而设备可以彼此了解。在能够相互接收信息的所有设备之间,可以进行任何方向的直接传输数据。

  UWB采用时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)方式,即按照时绕行电感隙和帧来组织传输。UWB传输时隙组合构成超帧(见图4)。超帧分为信标段(BP)和数据传输段(DTP)。信标及有效数据占据超帧的256个媒体访问时隙,一个媒体访问时隙持续256μs,一个超帧持续65.5ms。所有能相互“侦听”到的网络成员都通过收听到的信标来与超帧同步。信标中的信息可视为网络成员的通信通道。


图2。对一个电感器厂家点对点网络中的三个UWB设备的描述。

由于按时隙来组织通道,因此并不需要每个设备每时每刻都在接收和发送数据。一个设备只需每隔65.5ms被唤醒来收听信标;如果该设备没有任何任务,将重新返回睡眠状态,类似于手机延长电池寿命的睡眠模式。这样就延长了电池供电系统的工作时间。

  UWB的无线接口很像电缆:如果有多个通信成员而通道又有限,就必须对访问权限进行管理。当打算发送信息到某一通道时,该设备成员需要进行“侦听”以确定该通道是否已被别的设备占用。如果其发现该通道空闲,就发送信息。

  当然,有可能两个设备同时侦听该通道,都发现它是空闲的,并同时向其发送信息,这就是所谓的“冲突”。发生“冲突”时,设备将尝试稍后再访问通道。这期间,每个设备在重试前都等待一个随机时长。优先级较高的设备可能比优先级较低的设备先进行重试。这种“竞争访问”机制是20世纪70年代随以太网发明的,也常用于WLAN。显然,如果要以最低延迟持续地传输一段视频流,这种方法就行不通了。


图3 超级帧被划分成 信标段(BP)和数据传送段(DTP)

  为确保能无中断地传输视频流,UWB采用了分布式驻留协议(DRP)。由于UWB基于TDMA,网络成员可保留一些固定的时隙(媒电感器生产厂家体访问时隙)以保障和另一设备的通信。保留通道占用时隙的相关信息在信标时段传送。如果某一时隙被标记为“硬保留”,任何第三方都不可占用该时隙。这是保障视频传输要求的确定性数据传输速率所必须的。

实施方工字电感器案

  图5所示为内窥镜摄像头单元的框图。窥镜的框图与之相似,除了数字视频接口为显示控制器所取代。UWB物理层基于Wionics Research的RTU7012双波段PHY,符合WiMedia PHY 1.1 和PHY 1.2规范。它可以用于频带组1和3。

  在这个例子中,UWB流媒体MAC由苏黎世应用科学大学设计并通过ASIC或FPGA实现,且针对实现低延时的数据传输进行了优化。为了方便将MAC集成到任何系统级芯片(SoC), 将ARM高级主机总线(AHB)用作数据传输总线,将ARM外设总线用作控制总线。这些接口使得MAC非常适合集成到基于ARM的系统级芯片。

  UWB标准的许多参数都由微控制器固件来控制。这样,在需要增添其它高层协议(如无线USB)时,无须修改任何硬件。使用固件实施方案,可以在规范发生变更的情况下降低风险和提高灵活性。


图4电子内窥镜单元的框图

MAC可在UWB设备间以任何方向传输任何数据---而不局限于视频。在这个具体的视频应用中,来自摄像闲的信号通过数字视频接口和AHB传送到SDRAM,该SDRAM用作一个视频中间缓冲器(见图5)。MAC从该SDRAM提取视频数据,并将其传送到UWB网络进行传输。反过来,UWB物理层接收到的数据则被传送到SDRAM。1

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