专利名称：家庭无线子网的功耗节省方法
技术领域：
本发明属于家庭应用网络技术领域，更明确地说涉及家庭无线子网的功耗节省方法的改进。
背景技术：
无线子网是家庭应用网络中的一个子网，无线子网包括多个无线模块。在无线子网中，这些模块之间交换控制命令和数据信息。在一些无线子网的应用中，有些家电设备以及和设备相连的无线模块是电池供电，例如墙上的传感器、隐蔽场所的安全监视器等等，当这些设备设置在理想的环境中后，很难更换和补充它们的电池。
一般来说，在无线子网中，无线模块(无线收发器)需要消耗更多的功率，在一些情况下，加载的无线模块消耗的功率可能要比家电消耗的功率多。要保持电池供电设备较长的工作寿命，无线模块的功率消耗是重要的环节。
无线模块的功率消耗和以下因素相关模块的工作状态；模块的工作环境；模块的工作周期。
迄今为止，当一个家庭无线子网中有多个无线模块时，其中每一个模块在任何时候都会随机发射信息。这些信息中不仅有数据信息，还有很多控制信息和网络信息。这些信息同时在子网中通信。因此，其功率损耗必然很大，电池等供电设备的工作寿命也就较短。
家庭无线子网是一个新成果，目前应用主要集中在家电上，功率消耗不是很严重的问题。当家庭无线子网扩展到传感器领域，节省功耗会是一个关键的技术。对于无线通讯，虽然已经有一些节省功耗的技术，但是这些技术不一定适合家庭无线子网。最关键的难点在于怎样在每个无线模块上节省功耗和网络中心节点怎样随时唤醒无线模块。
发明内容
本发明的目的，就在于为家庭无线子网引入一种功耗节省方法。这种方法能够克服上述已有技术的缺点和不足，合理地控制无线模块的工作状态，使无线收发器仅工作在适当的周期。因而能有效地节省电能、延长电池及其它供电设备的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明与家庭无线子网相关的内容(1)在一个局限空间内，每一台家电负载一个无线模块构成的多个无线子节点；(2)多个无线子节点分别与一个中心节点直接联接通信，而且实现子节点之间的通信，建立的星状拓扑家庭无线子网。本发明首先应为家庭无线子网建立一个星状拓扑在一个局限空间内(范围小于50m)，每一个家电负载一个无线模块(子节点)，这些无线节点构建一个家庭无线子网。家庭无线子网的拓扑结构局限在星状拓扑。在星状拓扑中，有一个中心节点和多个无线子节点。上电后，中心节点和多个子节点联接，建立无线家电网络。每个无线子节点直接和中心节点通信。同时通过中心节点，实现子节点间的通信。
本发明还包括以下步骤(3)对每一个子节点都设置正常和睡眠两种工作模式的步骤；(4)使处于正常工作模式的子节点接收中心节点的命令，同时工作在正常功耗的发送和接收两种工作状态的步骤；(5)使处于睡眠工作模式的子节点，接收中心节点的命令，只工作在低功耗的接收工作状态的步骤。
(6)中心节点与子节点不同，中心节点向所有的或者某一个或者某几个子节点发送信标信息包的步骤；(7)信标信息包为所有的子节点建立一个时间坐标，并且指出下一个信标信息的起始时间的步骤；(8)所发送的信标信息包还包含目标地址、信标信息标识和信标次序等信息。
家庭无线子网中的信标信号为中心节点发射一个特殊的信息包—信标信息包。信标信息为所有无线模块的工作建立一个时间尺度亦即时间坐标或时域。每一个信标信号指出下一个信标信息的起始时间。家庭无线子网的工作与信标信息同步。
信标信息可以被广播给所有的节点，也可以发送给一个或几个期望的节点。信标信息还包列出以下信息目标地址、信标信息标识和信标次序。
(9)处于睡眠工作模式的子节点仅在时间窗口按照时间坐标，查询和监控来自中心节点的信标信息。
(10)上述处于睡眠工作模式的子节点接收到的信标信息与己有关，即切换到正常工作模式、执行中心节点的命令并且设法和中心节点通讯。
(11)处于正常工作模式的子节点在完成上述通讯过程后，重新切换到睡眠工作模式。
(12)设备和子节点连接后，设备会等待子节点并且与中心节点通讯。通讯完成后，子节点返回到睡眠工作模式。
本发明家庭无线子网的无线子节点的工作模式有两种正常工作模式和睡眠工作模式。在正常工作模式，基于相关应用命令，无线模块(子节点)同时工作在发送状态和接收状态，功率消耗处于正常水平。在睡眠工作模式，无线模块(子节点)工作在低功耗(节省功率模式)状态。例如仅仅维持系统时钟的工作。除了周期性的接收工作，无线模块主要处于静止状态。功耗小于正常工作模式功耗的1/100。
计算估计如下每个设备每次发送的信息包长度不超过几百个字节。家庭无线子网中的传输速度不低于10Kb/s。无线子节点也可以发较短的信息包。网络中，要求设备发送和接收信息包的次数不超过100次。如果采用本专利建议的功率节省技术，功耗将只是原来功耗的1/100。
在睡眠工作模式，在时间窗口，模块接收工作周期性醒来，等待信标信息到达的时刻。在这个窗口，模块查询和监控来自中心节点的信标信息。
如果接收到的信标信息包与无线节点有关，这个无线节点切换到正常工作模式并且执行命令。例如从中心节点接收数据信息和命令信息。
当模块接收到信标信息并且有数据和命令在节点等待时，模块才发射命令或数据给中心节点。
同时，模块从信标信息中获得信标次序下一个信标信息到达的时间。
然后模块重新切换到睡眠工作模式。在下一个信标信息到达之前，模块重新等待。
因此，控制无线模块工作周期的本发明就是建立一个工作程序。有了这个规则，所有的无线模块都有以下的工作状态网关与所有的模块同步；当有信息等待发给无线模块时，模块启动发射端；当模块被通知相关信息正在等待时，模块仅启动接收端工作。
本发明的目的就是这样完成的。
本发明有了上述工作程序，功耗可以被限制到一个很低的水平。对家电和负载的无线模块来说，电池可以维持更长的寿命。本发明为家庭无线子网引入了一种功耗节省方法。这种方法能够克服上述已有技术的缺点和不足，合理地控制无线模块的工作状态，使无线收发器仅工作在适当的周期。因而能有效地节省电能、延长电池及其它供电设备的使用寿命。它可广泛应用于家庭无线子网中，完成家庭监测和安全保护等。
图1为本发明家庭无线子网的星状拓扑结构图。
图2为子节点获得信标的次序图。
具体实施例方式
实施例1。一种家庭无线子网的功耗节省方法，如图1～图2所示。它包括(1)在一个局限空间内，每一台家电负载一个无线模块构成的多个无线子节点；(2)多个无线子节点分别与一个中心节点直接联接通信，而且实现子节点之间的通信，建立的星状拓扑家庭无线子网；(3)对每一个子节点都设置正常和睡眠两种工作模式的步骤；(4)使处于正常工作模式的子节点接收中心节点的命令，同时工作在正常功耗的发送和接收两种工作状态的步骤；(5)使处于睡眠工作模式的子节点，接收中心节点的命令，只工作在低功耗的接收工作状态的步骤。
实施例2。一种家庭无线子网的功耗节省方法。它是在实施例1的基础上，还包括了以下步骤(1)中心节点向所有的或者某一个或者某几个子节点发送信标信息包的步骤；(2)信标信息包为所有的子节点建立一个时间坐标，并且指出下一个信标信息的起始时间的步骤；(3)所发送的信标信息包还包含目标地址、信标信息标识和信标次序等信息。
上述处于睡眠工作模式的子节点仅在时间窗口按照时间坐标，查询和监控来自中心节点的信标信息。处于睡眠工作模式的子节点接收到的信标信息与己有关，即切换到正常工作模式并且执行中心节点的命令或者发射命令或数据给中心节点。上述处于正常工作模式的子节点在执行中心节点的命令或者发射命令或数据给中心节点后，重新切换到睡眠工作模式。
中心节点和每一个子节点均以微处理器控制。
实施例1和实施例2能合理控制子节点和中心节点的工作状态，有效节电，延长电池等电源的使用寿命。它可广泛应用于家庭无线子网中。
权利要求
1.一种家庭无线子网的功耗节省方法，它包括(1)在一个局限空间内，每一台家电负载一个无线模块构成的多个无线子节点；(2)多个无线子节点分别与一个中心节点直接联接通信，而且实现子节点之间的通信，建立的星状拓扑家庭无线子网；其特征在于它还包括以下步骤(3)对每一个子节点都设置正常和睡眠两种工作模式的步骤；(4)使处于正常工作模式的子节点接收中心节点的命令，同时工作在正常功耗的发送和接收两种工作状态的步骤；(5)使处于睡眠工作模式的子节点，接收中心节点的命令，只工作在低功耗的接收工作状态的步骤。
2.按照权利要求1所述的家庭无线子网的功耗节省方法，其特征在于它还包括以下步骤(1)中心节点与子节点不同，中心节点向所有的或者某一个或者某几个子节点发送信标信息包的步骤；(2)信标信息包为所有的子节点建立一个时间坐标，并且指出下一个信标信息的起始时间的步骤；(3)所发送的信标信息包还包含目标地址、信标信息标识和信标次序等信息。
3.按照权利要求2所述的家庭无线子网的功耗节省方法，其特征在于所述的处于睡眠工作模式的子节点仅在时间窗口按照时间坐标，查询和监控来自中心节点的信标信息。
4.按照权利要求3所述的家庭无线子网的功耗节省方法，其特征在于所述的处于睡眠工作模式的子节点接收到的信标信息与已有关，即切换到正常工作模式并且执行中心节点的命令或者发射命令或数据给中心节点。
5.按照权利要求4所述的家庭无线子网的功耗节省方法，其特征在于所述的处于正常工作模式的子节点在执行中心节点的命令或者发射命令或数据给中心节点后，重新切换到睡眠工作模式。
6.按照权利要求1到5中任一个权利要求所述的家庭无线子网的功耗节省方法，其特征在于所述的节省功率的中心节点和每一个子节点均以微处理器控制。
全文摘要
一种家庭无线子网的功耗节省方法，属于家庭网络技术。每台家电负载一个无线模块构成多个子节点，子节点与中心节点直接通信建立星状拓扑无线子网。每个子节点都设置正常和睡眠两种工作模式。正常工作的子节点接收中心节点的命令工作在发送和接收两种状态。睡眠工作的子节点只工作在低功耗的接收状态。中心节点向子节点发送信标信息包，建立时间坐标，并指出下一信标信息的起始时间。睡眠子节点仅监控中心节点的信标信息。当信息与已有关，即切换到正常工作。执行命令或者发射命令或数据给中心节点后重新切换到睡眠模式。它能合理控制子节点和中心节点的工作状态，有效节电，延长电池等电源的使用寿命。可广泛应用于家庭无线子网中。
文档编号H04L12/10GK1529469SQ0313505
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者喻子达, 王宏伟, 郦亮, 李莉, 刘世敏, 冯承文, 矫永英 申请人:青岛海尔科技有限公司, 赫立讯科技(北京)有限公司