[发明专利]一种无线通信系统及其唤醒方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种无线通信系统及其唤醒方法。

背景技术

微功率(短距离)无线通信技术在上世纪末开始出现，经过十几年的发展，已经广泛应用于工业控制、家庭智能、无线遥控、安防报警、环境监测、智能抄表、有毒有害气体监测、物流、RFID等领域。近年来，国内国际上又将物联网作为金融危机后，未来经济发展新的增长点。而短距离无线通信技术，将在物联网(尤其是传感网)应用中得到更大的发展。

物联网概念几乎是伴随着低碳经济同时到来的。作为物联网的主要通信方式之一的短距离无线数字通信技术，必然要顺应低碳、低能耗的发展潮流，向低功耗、微功耗方向发展。另外，随着移动通信设备应用越来越广，电池供电的产品也越来越多，对功耗的要求更加苛刻。

那么，如何降低无线通信设备的总体功耗？显然，只降低发射机的发射功率，或者只降低接收机的电流消耗是不现实的。这种方法的效果不但不明显，而且会带来通信质量下降的恶劣后果。只有采用空闲时通信设备休眠的方式，才能大大地降低通信设备的平均功耗，达到降耗的目的。同时，用电池供电的设备，可以数倍甚至数千倍地延长电池的使用寿命。

对于由两个以上无线收发设备组成的任何结构、任何协议的半双工无线通信系统或网络，其中的某一个设备真正工作于发射或接收的时间是很少的。当通信设备不工作于发射，也不工作于接收时，使其进入休眠状态，则可大大降低平均功耗。因为休眠状态的电流消耗，只有微安级，甚至几个微安。而无线通信设备发射时的电流是数十毫安以上，接收电流也在十几到数十毫安之间。因此，引入休眠机制的通信系统，休眠时间越长，则平均能耗越低。

当某个或某组无线通信设备处于休眠状态时，其不接收也不发射，处于非工作状态，但是，当其它通信设备需要和其进行通信时，通信是不会成功的。这样，就需要一套流程或方法，使处于休眠状态的无线通信设备，在其它设备需要和它进行通信时，能感知并完成通信，即将处于休眠状态的无线通信设备唤醒，当前，将无线通信设备从休眠状态下唤醒的方法有多种，下面将具体描述。

一、定时唤醒通信法

定时唤醒通信法是参与通信的所有无线通信设备，按照一定的定时周期，或每次通信时约定下次通信的定时时间，定时时间到，则参与通信的多个设备同时从休眠状态进入工作状态，完成通信后再进入休眠的方法。定时唤醒通信法的工作时序如图1所示。

图1中T可以是常数，也可以是变量。当T是变量时，每次通信，所有参与通信的设备，必须约定下次通信的时间间隔T。t是工作时间，在这个工作时间内的某一时刻，当且仅当只能有一个设备处于发射状态，其它设备处于接收状态。很显然，T/t的比值越大，平均功耗就越小。

定时唤醒通信法的缺点有：

1）参与通信的所有无线通信设备，必须在时间上同步，则对时钟的要求较高；

2）初始同步需要较长的时间和复杂的流程；

3）不同无线通信设备的时钟，由于存在误差，会产生漂移，需要一套校准机制进行校准；

4）休眠时间越长，时钟漂移越大，一旦漂移过大或其它原因导致设备脱离同步，重新同步需要花费很大的代价，因为而脱离同步的设备，就脱离了系统；

5）通信实时性和灵活性不强，如果某设备有突发的通信需要，而其它设备仍在休眠，则不能在短时间内完成通信，只能等待定时时间到。

 二、信号强度唤醒法

信号强度唤醒法是利用接收机在某一时刻接收到的信号强度RSSI，通过设定的门限，判断系统在某一时间段内，是否产生通信需求，如果是，则设备从休眠状态进入工作状态的方法，这种方法又叫做模拟唤醒法。其时序图如图2所示。

使用信号强度唤醒法的系统中，设备有主从之分，发起通信的设备是主设备(只能有一个)，其它设备是从设备(一个或多个)。在大部分应用中，主从设备是固定的。但在一些比较复杂的系统中，主从设备的定义可以是动态的，某个设备在某一时刻，可能是主设备，也可能是从设备。

信号强度唤醒法的主设备工作流程如下：主设备在有通信需求时，首先发送持续时间为T_s的唤醒信号，该信号可以是载波，也可以是调制信号。T_s ≧ T + t。主设备发送完唤醒信号后，其假设其它的从设备都被唤醒，马上进入正常通信，和从设备进行数据交换，持续时间为T_c。数据交换完毕，从设备进入休眠。对于通信失败的从设备，主设备需要启动差错处理机制进行处理。