[发明专利]一种结合检测和调度机制的低功耗唤醒方法

说明书

本发明涉及对低功耗无线通信技术领域，具体来讲是一种结合检测和调度机制的低功耗唤醒方法，包括主节点在需要唤醒从节点时，编码产生具有自相关特性的一串连续比特流，并将这串比特流等长分开并形成段；在每段起始位置以及最后一段的结束位置插入时间同步消息形成唤醒数据段，再由唤醒数据段排列连接最终构成唤醒数据包；主节点将唤醒数据包调制成无线信号并持续发送，从节点在休眠模式下周期性的启动无线接收功能，并对接收到无线数据进行解码，本发明通过检测和调度的方法增加休眠时间，避免了节点由于过早唤醒而导致的能量消耗。

技术领域

本发明涉及对低功耗无线通信技术领域，具体来讲是一种结合检测和调度机制的低功耗唤醒方法。

背景技术

随着物联网、无线传感器网络(WSN)等应用的不断发展，对低功耗无线通信技术也有了更高的要求。由于大部分无线终端设备受环境制约无法实现外接电源，而采用内置电池供电，如何充分提高电池的工作效率，延长其工作时间，对低功耗无线通信系统具有重要意义。

一个从节点的理想状态应该是：当主节点有信息传送给模块时，模块处于接收状态，当有信息要发送时，从节点处于发送状态，在其他时间从节点总是处于休眠状态。通过在休眠状态和工作状态来回切换，减少不必要的接收状态，可以有效降低节点系统功耗，提高通信效率。

MAC层协议决定无线信道的使用方式，以及无线通信资源在无线节点之间的分配。MAC层协议可以概略地分为两大类：基于调度的协议和基于检测的协议。

在基于调度的MAC协议中，各从节点通信是通过时域或频域协调进行的。如TDMA类型的MAC协议中，首先进行时钟同步，再为每个无线接收模块分配一个侦听时隙。调度的好处是保证了发送方和接收方在一个很小的时间段中几乎同时保持活动状态，而在其他大多数时间处于休眠状态，从而节省了能耗。但是，一般来说，基于调度的协议要求实现节点间的同步而缺乏伸缩性，调度维护和在竞争区间中的空闲侦听也导致了额外开销。

在基于检测的MAC协议，从节点是通过基于射频能量或者符号解码等信道活动检测来判断是否开始接收数据。射频检测是周期进行的，这允许从节点在大部分时间里关闭射频从而节约能量。这种异步协议在实现上更简单，减少了同步开销，也节约了程序空间。但是在基于检测的MAC协议中，如果从节点过早的被唤醒，就需要等待较长的主节点发送唤醒信号时间，这期间的能量消耗是无用的。

所以基于上述问题，我们要提出一种结合检测和调度机制的低功耗唤醒方法用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合检测和调度机制的低功耗唤醒方法，通过特殊信道编解码的自相关性检测来快速识别虚假信号和干扰信号，通过插入时间同步消息的方法进行时间同步，从而减少侦听时间，进一步降低从节点功耗。

本发明提供了一种结合检测和调度机制的低功耗唤醒方法，包括以下步骤：

S1、主节点在需要唤醒从节点时，编码产生具有自相关特性的一串连续比特流，并将这串比特流等长分开并形成段；在每段起始位置以及最后一段的结束位置插入时间同步消息形成唤醒数据段，再由唤醒数据段排列连接最终构成唤醒数据包；

S2、主节点通过射频芯片将唤醒数据包调制成无线信号，并持续发送，时长为Ts；

S3、从节点在休眠模式下周期性的启动无线接收功能，并对接收到无线数据进行解码，判断唤醒码流的自相关性是否达到匹配条件；

S4、如果未达到匹配条件则立即关闭射频进入休眠，否则继续接收数据直至获取到时间同步消息为止；

S5、从节点解析时间同步消息获取索引信息，并根据已知的数据段长度以及无线数据传输波特率计算出主节点剩余唤醒码发送的时长Tw；

S6、从节点根据主节点剩余唤醒码发送时长选择重新进入休眠状态，休眠Tw时间后再唤醒，并进入正常通信模式。