用于无线传感和控制的低能耗通信方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于无线传感和控制的低能耗通信方法和装置，包括发送端和接收端，发送瑞向接收端发送数据包，每个数据包均采用尽可能高的发送速率发送，一旦数据包发送完毕，发送瑞电路即进入休眠状态。本发明着力于降低无线传感和控制中的通信能耗，这种能耗的降低并不是建立在牺牲通信系统的实时性以及准确性的基拙上的，反而对这两方面均有所增益。
【专利说明】用于无线传感和控制的低能耗通信方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑和工业控制、智能家居、无线通信以及模拟电路设计等【技术领域】 的内容，用于极低功耗下小信息量数据的快速、准确传输。
【背景技术】
[0002] 随着工业控制及智能建筑的发展，低功耗和实时性通信在无线传感网络中越来越 重要，为了保证传感器或者信息发送端能够在尽可能少的能量基础上发送必要的信息，而 且要保证信息发送的准确度，必须采取一系列措施来节约发送能量。对于发送端发送的数 据包，可以在数据编码、调制形式、发送和接收端等方面来采取措施减小能量消耗。而为了 保证信息发送的准确度，则可以将同一数据包重复发送多次，以保证接收端能够接收到正 确的信息。
[0003] 集成电路的功耗分为静态功耗和动态功耗。其中静态(或称稳态)功耗可用下列关 系来表7]^ :
[0004] Pstat= IstatVDD
[0005] 式中，Istat是在没有开关活动存在时在电源两条轨线之间流动的电流，Pstat代表静 态功耗，vDD代表电源电压。
[0006] 理想情况下CMOS电路的静态电流为零，因为PM0S和NM0S器件在稳态工作状态下 不会同时导通，但是实际上总会有泄漏电流流过位于晶体管源（或漏）与衬底之间反相偏置 的二极管结。由于结的泄漏电流是由热产生的载流子引起的，它们的数值随结温而增加，并 且呈指数关系。在85°C (民用硬件通常规定的结温上限）时，泄漏电流为室温时的60倍。 泄漏电流的一个越来越突出的来源是晶体管的亚阈值电流，因此阈值电压的选择代表了在 性能和静态功耗之间的权衡取舍。
[0007] 对于CMOS电路来说，起支配作用的是由充电和放电电容引起的动态功耗，可以设 电路的负载电容为Q，当它通过PM0S管充电的时候，它的电压从0升至V DD，此时电容从电 源吸取了一定的能量。该能量一部分消耗在PM0S器件中，而其余则存放在负载电容上。在 由高至低的翻转期间，这一电容被放电，于是存放的能量被消耗在NM0S管中。假设某个门 电路每秒通断i次，则功耗等于 ：
[0008]
【权利要求】
1. 一种用于无线传感和控制的低能耗通信方法，包括发送端和接收端，发送端向接收 端发送数据包，其特征在于，每个数据包均采用尽可能高的发送速率发送，一旦数据包发送 完毕，发送端电路即进入休眠状态。
2. 如权利要求1所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，发送端 和接收端均采用休眠-唤醒机制。
3. 如权利要求2所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，发送端 和接收端采用定时唤醒方式，使用大电容周期性充放电，通过选择合适大小的电容控制定 时时间。
4. 如权利要求2所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，发送端 和接收端的唤醒采用低功耗射频唤醒方式，利用波束供电，将接收到的射频能量转化为发 送端和接收端内部使用的直流能量，直流电流经过放大器放大后用来唤醒发送端和接收 端。
5. 如权利要求4所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，在射频 唤醒模块中加入导频计数器，只有当射频唤醒模块接收到足够数量的导频信号才会产生唤 醒中断信号。
6. 如权利要求4所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，在数据 包中加入目的地址信息，射频唤醒模块中加入一个比较器，只有当接收端ROM中储存的地 址和数据包的目的地址信息相同时，接收端才会开始接收数据包。
7. 如权利要求1所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，发送端 发送的数据采用ASK的调制方式。
8. 如权利要求7所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，在数据 包发送之前，依次将数据包的连续七个比特位分为一组，检查每一组中"1"的数量，如果 " 1"的数量在5个或者5个以上，这时要在这七位比特位之前加上一位" 1"，而这七位数据 每一位均需要取反，这样八位比特位就组成了一个字节；反之如果" 1"的数量低于5个，这 时要在这七位比特位之前加上一位" 0 "，七位数据位不需要变化，这样这八位比特位就组成 了一个字节；处理后的数据还是按照之前的顺序排列，每个字节的首位为取反标志位。
9. 如权利要求8所述的用于无线传感和控制的低能耗通信方法，其特征在于，数据包 的格式为将每个字节的首位设为取反标志位，用来表示本字节的数据是否取反，每个字节 的最后一位设为校验位，它的取值和它之前的那一位是相反的，数据包的最后四位设为哈 希校验位；接收端接收到数据包之后，会按照字节依次对数据包进行处理，首先判断字节的 首位是否为" 1"，如果首位为" 1"的话就将这个字节每一位均取反并丢弃这个字节的首位； 如果首位为"0"的话就只丢弃这个字节的首位，然后再将得到的七位数据位依次组合起来。
10. -种用于无线传感和控制的低能耗通信装置，其特征在于，包括： 发送端和接收端； 其中发送端包括： 微控制单元MCU，微控制单元MCU控制数据的采集或者开关命令的产生； 判断/取反模块，判断/取反模块判断每七位数据中" 1"的数量是否为5个或者5个 以上，如果是的话则将这七位取反并在七位数据之前加上一位" 1"，反之则对这七位数据不 做处理并在这七位数据之前加上一位"0" ； 编码模块，编码模块对数据进行编码； 发送模块，发送模块将数据包进行ASK调制并发送出去； 休眠模块，休眠模块在数据包发送结束之后使整个电路进入休眠状态； 接收端包括： 接收模块，接收模块接收到信号并解调； 解码模块，解码模块将接收到的数据解码； 判断/恢复模块，判断/恢复模块判断接收到的数据是否是取反后的数据，如果是取反 后的数据则将接收到的数据均取反并且丢弃首位，反之则不做处理并且丢弃首位； 微控制单元MCU，微控制单元MCU对接收到的数据或者命令进行处理； 休眠&唤醒模块，休眠&唤醒模块在数据包传送到后台处理后使接收端进入休眠状态。
11.如权利要求10所述的用于无线传感和控制的低能耗通信装置，其特征在于，休眠& 唤醒模块如果采用定时唤醒模式，则该模块还包括定时装置，用来定时唤醒接收端电路，如 果装置采用射频唤醒模式，则该模块还包括匹配接收装置，用于匹配接收地址符合的唤醒 数据包，产生电流信号并唤醒接收端。
【文档编号】H04W88/02GK104219743SQ201310216697
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月3日 优先权日:2013年6月3日
【发明者】王大庆, 贺光辉 申请人:博悦新信息科技(苏州）有限公司