[发明专利]一种低功耗无线通信省电方法

说明书

本发明提供了一种低功耗无线通信省电方法，涉及无线通讯技术领域，解决了目前改进的双发模式的休眠时间的加长，会导致发射选通脉冲的时间同步增加，当发射的次数超过一定数量，省电效果就不明显了的不足。该方法步骤为：设置同步信标的时隙间隔；设置选通脉冲晶体精度；所述晶体精度范围为：+/‑10～20ppm；设置选通脉冲次数；设置选通脉冲的通信速率；所述选通脉冲的通信速率为20kbps；将接收方信道划分嗅探时长、扫描时长及休眠时长，并分别计算其值。本发明本发通过引入不严格同步的技术，调整设置参数，降低选通脉冲时长，不需要高成本的高精度晶体，大大降低频繁发送数据所需的功耗。

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种低功耗无线通信省电方法。

背景技术

一般情况下，无线通信产品为了降低功耗，会从几个方面考虑，一是硬件的设计，如尽可能降低微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)、射频器件的发射、接收、待机状态的功耗；二是从控制软件的设计方面考虑，如关闭不需要的外设，优化软件工作流程等；三是从通信协议角度考虑，如优化收、发、待机时间比例，增加休眠状态等。前面两种方法比较通用，不同产品的设计方案大多类似，省电效果也差不多。而第三种方法的设计相差比较大，省电效果也有很大差异。从通信协议角度设计的模式主要有单发模式、被动双发模式、双发模式、改进的双发模式以及全网同步模式。被动双发模式在单发模式的休眠状态、数据上报状态中增加了一个接收窗口，用于接收对方的命令或数据，这两种模式设计简单，省电效果好，不需要贵重的高精度晶体，成本低，然而应用受到诸多的限制，进而出现了双发模式、改进的双发模式以及全网同步模式。而全网同步模式要求全网络的节点的休眠与唤醒时间都能够严格同步，由于有严格同步机制，不必为通信双方的连接过程浪费过多的能量来发送前导码，因此能够非常省电。但是由于严格同步需要精度非常高的问卜或恒温晶体(最少需要±0.5ppm)，而且这种晶体本身需要消耗能量(休眠情况下一般为2-5uA)。同时，如果节点一天发送一次数据，在这么长时间段要保持同步，技术上实现非常困难而且成本比较高，因此现实应用比较少使用。

在双发模式中接收机时长性启动，探测空中是否有属于自己的信息。如果探测到与自己相关的信息，继续接收直到接收完所有数据；如果没有与自己相关的信息，则在接收唤醒截止时间到来时，自动转入到休眠状态。如果有事件或数据需要发送，则提前探测空中是否有信号占用信道，如果有，则退避一段时间后重新探测；如果没有，则发送数据。该模式的优点是可以让节点随时发送和接收数据，能够组成星型、树型或mesh通信网络，不需要贵重的高精度晶体，成本低。缺点则是功耗比较高，为了能够可靠通信，接收唤醒时间需要一个比较长的时长，而为了省电，可以把休眠时间设置长一些，随着休眠时段的增加，发送数据时，前导码的长度也必须增加，最短也必须覆盖一个休眠时长，否则无法保证一次发送数据的时间内可靠通信。如果多次发送数据，功耗就无法支撑电池寿命的要求。

改进的双发模式在双发模式的基础上增加了选通信号并将收发器配置为嗅探模式。如果信道扫描超时到期并且没有收到有效的选通信号，它将立即返回休眠状态；否则，它将以选通确认回复(Acknowledgement，ACK)，表明它现在已醒来并准备接收传入的数据包。如果有效数据包在一定时间内未到达，则该节点应立即返回休眠状态；如果有节点希望发送数据包，该设备应首先执行待冲突避免的载波侦听多址(Carrier sense multipleaccess with collision avoidance，CSMA-CA)算法进行信道空闲状态检测，如果检测到空闲信道，发送方应开始发送一系列唤醒选通信号。该模式过将连续接收和发射的时间分成几段，并且在每一段都增加休眠过程，以降低功耗，但是根据测算，当每天多次发送数据时，整体功耗还是比较高，无法达到要求。

总之，对于双发和改进的双发模式，都为了省电，需要尽可能增加休眠时间，但是休眠时间的加长，会导致发射的时间同步增加，如果发射的次数超过一定数量，省电效果就不明显了。

发明内容

本发明要解决的技术问题针对上述双发模式及改进的双发模式在低功率无线通信领域存在省电效果差的问题，提供了一种低功耗无线通信省电方法。