[发明专利]具有FRAM的无线传感器

说明书

技术领域

本发明总体涉及在无线传感器模块中使用铁电随机存取存储器(FRAM)，且更具体地涉及使用该FRAM来记录由传感器模块收集的数据。

背景技术

远程无线传感器网络可以包括散布在家庭、办公室建筑或工厂中用以帮助能量管理、提高舒适度、安全、诊断和其他应用的传感器节点。

在实施无线传感器网络时，电池寿命是关键的考虑因素，因为很多电池运行的传感器可能位于不可到达的位置。此外，更换大量传感器节点中的电池将带来巨大的操作成本和环境成本。这些无线节点的无线电功率是电池消耗的主要原因。在低数据速率低功率应用中，例如ZigBee这样的RF标准是流行的。ZigBee和其他低功率RF标准使用由IEEE802.15.4定义的MAC层和PHY层。对802.15.4的修改(其被称为802.15.4e)使用具有占空比(duty-cycled)的MAC(媒体接入控制)来降低无线电功耗。即使无线电是具有占空比的，在该应用中其仍然消耗大部分的电流。在无线传感器网络中，决定电池寿命的决定参数之一是在RF传输期间的总体能耗。发送大量的传感器收集数据决定了更高的RF占空比，增加了系统的能耗，且降低了无线传感器网络的总体电池寿命。

附图说明

下面将仅通过示例并参考附图来描述根据本发明的特定实施例：

图1是无线传感器网络(WSN)的图示；

图2是用在图1的网络中的无线传感器的框图；

图3是描述电池寿命对比RF占空比的曲线图；

图4是描述针对不同MCU功耗的电池寿命对比RF占空比的比较的曲线图；

图5是描述针对聚合数据记录系统的FRAM对比闪存系统电池寿命的曲线图；

图6是描述图1的WSN中的数据记录的流程图；

通过附图和从后续的详细说明，当前实施例的其余特征将是显而易见的。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的具体实施例。为了保持一致，多个附图中的相同的元素由相同的参考数字表示。在本发明的实施例的以下详细说明中，很多具体细节被阐述以提供对本发明的更彻底的理解。然而，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，本发明可以在不具有这些具体细节的情况下被实现。在其他实例中，未详细描述公知的特征，以避免不必要地复杂化本说明。

远程无线传感器网络可以包括散布在家庭、办公室建筑或工厂中用以帮助能量管理、提高舒适度、安全、诊断和其他应用的传感器节点。

铁电随机存取存储器(FRAM)是一种具有和DRAM(动态随机存取存储器)类似的行为的非易失性存储器技术。每个独立位/比特可以被存取，但不同于EEPROM(电可擦可编程只读存储器)或闪存，FRAM不需要特殊序列来写入数据，其也不需要电荷泵来达到所要求的更高编程电压。本发明的实施例可以使用FRAM技术来减小与无线网络中传感器节点内的数据记录相关联的能量成本。FRAM技术使得能够在每个远程传感器节点中使用网络内本地存储，以减小总体通信需求。在这种情况下，和与RF(射频)通信相关的能量需求相比，使用FRAM的端节点网络内本地存储的功耗明显更低。要发送的数据量和RF占空比决定了系统的电池寿命。

通过使传感器能够基于随时间收集的历史数据对其数据收集执行适应性变化，可以实现通信能量成本的总体减小。如果传感器基于在预定义采样周期上观察到的趋势没有检测到任何明显的改变，则传感器可以选择忽视数据。传感器可以利用缘于FRAM的更低能量需求的与算法相关的低计算能量需求来建立预测时间序列模型。这些时间序列模型要求大量的历史数据以建立所要求的准确度，并且仅能够通过例如FRAM这样的低能耗存储器技术来实现以利用本地存储。可以通过减小经由RF传递的数据量来实现能量成本的明显减小。

与FRAM相关的更低能量成本还可以允许依赖于Hash表聚合传感器收集的数据以执行重复分组抑制。这些Hash表通常太大而不能在具有类似能耗要求的RAM中执行。基于FRAM的数据管理方案可以被用来以低能量成本存储这些Hash表，从而改善传感器节点的性能。