[发明专利]高带宽无线网格网络的电源管理

说明书

本专利申请要求题为“高带宽无线网格网络的电源管理”并于2014年10月3日在美国专利商标局提交的第62/059286号美国专利申请的优先权的益处。

技术领域

本发明一般涉及无线电信网络领域。更具体地，本发明涉及电池供电或自主的高带宽无线网格网络的电源管理。

背景技术

像Dust网络，ZigBee或DASH7一样，无线网格网络技术(以下简称“WS网络”)是典型地为静态多跳无线传感器网络的拓扑结构进行优化的。它们的带宽通常限制在千波特/秒(kbps)的速度。由于典型的无线路由器可能在D号电池或类似电池上持续多年，所以这种网络消耗的功率非常低。因此，在不能使用有线网络或使用有线网络困难的环境中，例如地下矿井或隧道中，这样的无线网格网络是可期望的。

相反地，Wi-Fi或其他高带宽的无线网格网络(以下简称“WHB网络”)提供典型地以Mbps测量的带宽。然而，在这种高带宽网络中使用的典型无线路由器，在D号电池或类似电池上持续最多几个小时。

其他网络，如光纤以太网网络(以下简称“光纤网络”)，提供典型地以Mbps或Gbps测量的带宽。在这种光纤网络中使用的交换机和/或路由器通常在D号电池或类似电池上持续最多几个小时。

WS网络基于超低功耗集成电路，该集成电路具有毫安级别深度睡眠模式并且能够非常快速通常在几毫秒内唤醒并返回深度睡眠模式。

例如，尽管每秒执行10次基本的低带宽联网功能，但是基于这种类型的超低功率集成电路的器件可以具有小于1％的占空比，并且具有10uW的时间平均功耗。

1- 睡眠97ms，消耗3uW；

2- 1ms内唤醒，消耗1000uW；

3- 执行联网功能1ms，消耗3000mW；和

4- 1ms内回到睡眠，消耗1000uW。

相比之下，WHB网络中使用的集成电路具有功率效率低几个数量级的深度睡眠模式，通常消耗超过5000uW(1mA@5V)，唤醒过程也是长几个数量级，通常几秒钟，这使得它不适合要求“总是在”或“总是活的”的高频负载循环同时结合低有效占空比。

例如，基于用于执行相同低带宽联网功能的该另一种类型的集成电路的设备通常将运行如下：

1- 睡眠约97ms，消耗约5000uW；

2- 在约为3000ms内唤醒，消耗大约50000uW；

3- 在约为1ms内执行联网功能，消耗大约500000uW；

在约为3000ms内返回睡眠，消耗大约50000uW。

对于该具体示例，使用WHB网络电子产品与使用WS网络电子产品执行相同的低带宽联网功能相比，净结果将是功耗要高出50000+。相差几个数量级是惯例。

适用于WS网络领域的Newtrax加拿大专利2,676,046中的关键发明是一种通过颠覆无线电信系统的传统范例来加速点对点(ad hoc)网络发现和快速移动终端同步并且没有对形成网络基础设施的静态无线路由器的电池寿命产生显著影响的方法，在传统范例中，传统地是以假定是由电网线路供电的固定基站(蜂窝塔，RFID标签读取器)的较高功耗为代价最小化移动电池供电终端(蜂窝电话，RFID标签)功耗。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种对低带宽无线网络的持续访问，并且在客户端(例如但不限于计算机)需要时提供高带宽连接。

本发明的上述目的和其它目的是通过提供配置成连接到低带宽网络和高带宽网络并仅根据需要激活高带宽网络以减小功耗的无线交换设备来实现的。

本发明还涉及一种使用至少一个无线交换设备来降低网络的功耗的方法，所述无线交换设备连接到低带宽网络和高带宽网络，所述无线交换设备连接到至少一个网络节点和被停用的高带宽网络。该方法包括以下步骤：使用无线交换设备和至少一个网络节点之间的低带宽网络提供持续的无线连接，在接收到来自至少一个网络节点之一的对无线交换设备的激活请求时激活所述高带宽网络，及触发高带宽网络的停用。

本发明的一个方面，当满足至少一个预定条件时，触发高带宽网络的停用。预定条件优选地在经过预定时间限制时或者在预定持续时间内在高带宽网络上没有数据交换时发生。

本发明的另一方面，该方法可用于由两个或多个无线交换设备组成的网络中。

本发明的另一方面，该方法还包括使用低带宽网络将高带宽网络的激活请求从无线交换设备传播到至少一个其他无线交换设备。