专利名称：用于延长信标网络中节点的电池寿命的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及通信系统，更具体涉及用于延长信标网络内节点的电池寿命的方法和设备。
背景技术：
多数通用的接收机都是周期性的“唤醒”以确定是否存在任何预定的要发送到接收机的消息(寻呼)，或该接收机是否要和网络中另一节点通信。如果没有预定的消息，或如果该接收机无需和另一网络节点通信，该接收机会断电，从而延长接收机的电池寿命。为了确定接收机是否要采取行动，接收机“监听”信标以确定该接收机的地址是否被包含在该信标的发送中。当接收机的地址不在信标传输中时，接收机能确定无需采取任何行动，并立即进入休眠。在预定时间周期之后，接收机会再次唤醒，“监听”信标，并确定是保持唤醒状态接收消息还是再次进入休眠。
除了地址信息，信标还包含网络节点使用的其他信息。例如，信标能包含诸如网络控制信息的运行参数，包括状态信息，采用的安全方法和类型(消息加密和完整性代码)，信标间隔等。
为说明目的，一种开发有此种节省功率性能的信标网络是下一代码分多址(CDMA)蜂窝通信系统，通常被称为cdma2000或宽带CDMA。如图1所示，cdma2000使用多个20毫秒(ms)同步帧102(显示为F0，F1，F2，......，FK)。在对应具有预定持续时间(例如1.28*2N秒，其中N是零或正整数)的发送周期的周期出现的时间间隔内发送帧102。Cdma2000系统内的网络节点被分配一组4帧(被称为时隙)，在这些帧中发送特定网络节点的所有消息。如此运行的网络节点被称为运行在“时隙模式”。时隙模式运行允许cdma2000网络节点在每个1.28*2N秒内仅在单个被分配的寻呼时隙上电，以确定是否有发送到该接收机的任何消息。
为了保存能量，在特定时隙期间要接收消息的所有网络节点的地址都在广播该消息之前广播。如果信标中没有广播某网络节点的地址，该网络节点能在时隙的剩余时间内断电。图2显示了具有4个帧的时隙200。如图所示，时隙200的第一部分201包含在时隙200内具有寻呼数据的所有网络节点的地址信息。网络节点会接收第一帧，并如果时隙200的第一部分201内不包含网络节点的地址，网络节点会在接收时隙200的剩余部分之前断电。
虽然现有技术方案极大延长了电池寿命，已经认识到通过降低接收机的唤醒时间，能进一步延长电池寿命。当选择消费产品时，电池寿命是一项购买动力因素，因此电池寿命的任何延长都会给设备制造商带来极大好处。因此，需要一种方法和设备进一步延长运行在信标网络内的接收机的电池寿命。
图1是显示现有技术中cdma2000的发送方案。
图2是显示现有技术发送方案。
图3是根据本发明优选实施例的通信系统的框图。
图4显示根据本发明优选实施例的信标。
图5是根据本发明优选实施例的发送机和接收机的更详细的框图。
图6是显示根据本发明第一实施例的发射机操作的流程图。
图7是显示根据本发明第二实施例的发射机操作的流程图。
图8是显示根据本发明第一实施例的接收机操作的流程图。
图9是显示根据本发明第二实施例的接收机操作的流程图。
具体实施例方式
为解决上述需求，在此提供一种延长通信系统内节点的电池寿命的方法和设备。更具体地，在接近发送的信标的起始处插入“相同信标”字段，该发送的信标包含等于随后的相同信标数目的整数(例如，与当前发送的信标相同)，或和先前发送的信标比较，指示该信标是否包含改变的信息的重复比特。在休眠一会儿之后，节点唤醒，接收包含相同信标字段的信标的第一部分，并分析相同信标字段。基于该分析，节点确定是否保持唤醒状态以接收剩余信标或返回休眠。
本发明包括一种在信标网络内发送信标的方法。该方法包括步骤，确定信标是否包含改变的内容，并基于该确定结果，将重复比特插入信标中。该重复比特指示该信标是否包含改变的内容。然后将该信标传输给网络内的节点。
本发明还包括一种在信标网络内发送信标的方法。该方法包括步骤，确定信标是否包含改变的内容，确定指示发送的相同信标数目的相同信标计数器值，以及将该相同信标计数器值插入到信标中。最后，将该信标传输给网络内的节点。
本发明还包括一种延长信标网络内节点的电池寿命的方法。该方法包括步骤，接收具有重复比特的信标，该重复比特指示该信标是否包含改变的内容。基于该信标是否包含改变的内容，节点处于功率节省模式或允许其接收该信标消息的剩余部分。
本发明还包括一种延长信标网络内节点的电池寿命的方法。该方法包括步骤，接收具有相同信标字段的信标的至少一部分，相同信标字段包含发送的相同信标的数目，确定从上一接收信标以来的错过的信标的数目。基于相同信标计数值以及从上一接收信标之后错过的信标数目，该节点处于功率节省模式或保持唤醒状态以接收该信标消息的下一部分。
本发明包括一种信标，该信标包含第一部分以及第二部分。第一部分包含关于第二部分是否包含改变的信息的指示，和/或未改变的重复第二部分多少次的指示。
本发明还包括一种设备，该设备包括逻辑电路，确定信标是否包含改变的内容，信标格式化电路，将重复比特插入到信标中，以及发送电路，用于发送信标。
本发明还包括一种设备，该设备包括逻辑电路，确定信标是否包含改变的内容，并如果信标包含未改变的内容，递增相同信标计数器值。如果信标包含改变的内容，相同信标计数器值被重置为默认值，例如零。该设备还包括信标格式化电路，将相同信标计数器值插入到信标，其中相同信标计数器值指示发送的相同信标的数目，以及发送电路，用于发送信标。
本发明还包括一种设备，该设备包括接收电路，接收具有重复比特的信标的至少一部分，该重复比特指示该信标是否包含改变的内容。该设备还包含逻辑电路，该逻辑电路基于该信标是否包含改变的内容，将节点置于功率节省模式。
最后，本发明还包括一种设备，该设备包括接收电路，接收具有相同信标字段的信标的至少一部分，相同信标字段包括发送的相同信标的数目。该设备还包括逻辑电路，确定从上一接收信标以来错过的信标的数目；基于相同信标字段内的值以及上一接收信标之后错过的信标的数目，逻辑电路将节点置于功率节省模式或保持唤醒状态以接收该信标消息的下一部分。
现在回到附图，其中相同数字表示相同元件，图3是根据本发明优选实施例的通信系统300的框图。如图所示，通信系统300包括发射机301，以及多个接收机(或节点)302-304。在优选实施例中，接收机302-304是选择呼叫接收机，每个都被分配有一个或多个单独识别的地址。虽然仅显示了三个接收机，本领域普通技术人员应当认识到，典型的通信系统包括多个和发射机301同时通信的接收机。此外，虽然仅显示了一个接收机，本领域普通技术人员应当认识到，典型的通信系统包括多个和接收机302-304通信的发射机。此外，在下面的说明中，通信系统300使用任何采用信标类型网络的系统协议，其中接收机周期唤醒以接收消息。例如，能预见通信系统300可以使用IEEE802.11b Wi-FiTM(WLAN)协议，蓝牙TM协议，IEEE 802.15.3WiMediaTM(WPANTM)协议，或IEEE 802.15.4(ZigBeeTM)系统协议，或任何下一代蜂窝协议，例如cdma2000，或宽带CDMA。此外，在本发明替换实施例中，通信系统300可包括对等网络，其中所有装置在相同基础上发送和接收。
如上所述，接收机(网络节点)302-304周期“唤醒”并监听信标305(通常由发射机301发送)，以确定该节点是否需要采取行动。此种行动包括但不限于，接收预定的发送，以及和另一网络节点通信的命令。除了消息调度和可用信息，信标305包含接收机302-304所需的其他运行参数/控制信息。例如，信标周期长度，状态信息，网络采用的安全方法和类型(例如消息加密和完整性代码)，信标时间间隔，采用的通信信道，网络分解命令，指示要接收消息的所有接收机的广播地址，以及指示要接收消息的一个或多个接收机的一个或多个组的组播地址，......，等等，都能通过信标305发送，并由网络节点使用。节点302-304还周期“唤醒”以监听信标305，从而接收这些运行参数的更新。
如果信标305不包含用于特定接收机的信息，该接收机会断电从而延长电池寿命。为了确定信标305内是否包含对特定接收机有用的信息，接收机会监测信标305以确定信标传输中是否包含特定接收机的地址，或监测信标305内的特定字段以确定是否改变了某些运行参数。当信标传输中没有特定接收机302-304的地址时，或当确定运行参数未改变时，特定接收机302-304能立即进入休眠状态。在预定时间周期之后，接收机302-304能再次“唤醒”，监听信标305，确定是否保持唤醒状态以接收消息，或再次进入休眠。
在本发明优选实施例中，认识到在多数通信网络中，信标内的信息改变非常慢。例如，信标周期是15-20毫秒级别，而典型的网络通常整夜运行而几乎没有信息传递业务。有鉴于此，在本发明优选实施例中，采用若干技术来进一步延长电池寿命。在本发明第一实施例中，将“重复”比特放入信标帧靠前的“相同信标”字段内，具有至少两个可能值，——一个值指示当前信标传输内的信息和前面的信标传输信息相同，一个值指示两个信标传输内的信息不同。重复比特自身的值当然不包括在该比较中。当没有前一信标传输时(例如当发射机301刚激活时)，给重复比特赋予指示信息不相同的值。
当重复比特指示重复的信标传输时，通信系统300内的任何接收机都能在接收到该比特后使用该信息立即返回到休眠状态(即进入功率节省模式)，而不用接收信标的剩余部分。当重复比特指示信标内改变(不重复)的信息的发送时，通信系统300内的接收机继续接收整个信标。因此，在本发明的第一实施例，信标内的重复比特被用作指示信标内改变的信息(例如地址，加密类型，信标周期等)出现的标记。
在本发明第二实施例中，在信标起始处附近发送“相同信标”字段，该字段包含等于随后发送的和当前信标相同的信标的整数值。接收节点然后在一个或多个发送的信标期间休眠，保持指示它们跳过的信标数目的“跳过信标”计数器。在休眠之后，节点(例如接收机)唤醒，接收信标内的相同信标字段，将发送的相同信标字段内的值和自己的跳过信标计数器的值比较。如果跳过信标计数器内的值小于相同信标字段内的值，接收节点知道自己没有错过信标更新，并在信标传输的剩余部分立即返回到休眠状态，因为信标传输的剩余部分仅包括节点早前接收的信息。接收节点在一个或多个发送的信标期间继续休眠，重复该过程。对于接收装置休眠(至少部分)时经过的每个信标，跳过信标计数器都递增一次；即，对于接收完整信标之后的每个信标。然而，如果跳过信标计数器的值大于或等于相同信标字段的值，接收节点知道自从上次接收的信标之后出现了更新，它必须在该整个信标期间处于接收模式，以接收更新。然后它将自己的“跳过信标”值重置为零。在接收到更新信标之后，接收节点采取任何需要的行动；如果不需要，它返回休眠状态，重复该过程。
应当注意到在第二实施例中，节点选择跳过的信标数目是动态的，是基于它接收更新信标的频率的。这样能够延长具有变化负载的网络的寿命，例如在办公室网络内出现的昼间变化。
因为上述两个实施例都允许接收机在较长时间周期内处于休眠状态，因此都有助于节省电池寿命。第一和第二实施例的目的是节省功率并因此保持接收机电源寿命。因此，当接收机确定某信标和先前接收的信标相同时，接收机处于功率节省模式以节省功率，否则要求接收机继续监测该信标。接收机能采取多种步骤节省功率，根据通信系统协议，采取的步骤包括但不限于，以下的一个或多个1.从无线接收机的至少一部分关闭/移除电源；2.从频率合成器的至少一部分关闭/移除电源；3.从执行解扩的硬件关闭/移除电源；4.从执行解交织的硬件关闭/移除电源；5.从执行解码的硬件关闭/移除电源；6.不从执行解扩的硬件开启/施加电源；7.不从执行解交织的硬件开启/施加电源；8.不从执行解码的硬件开启/施加电源；9.不运行用于执行解交织的软件指令；或10.不运行用于执行解码的软件指令；以及
11.降低接收机内不同元件的电流或电压。
图4是说明根据本发明优选实施例的帧结构内的信标消息。图4特别显示了具有第一部分401和第二部分405的信标消息403。如上所述，第一部分401包括关于第二部分405是否包含改变的信息的指示，和/或已经出现了多少未改变的第二部分405的重复的指示。如本领域普通技术人员所认识到的，信标消息403的第二部分405包括那些将要接收在随后的帧407内的消息的接收机的地址信息，或包括诸如网络控制信息的运行参数，信标消息403的第二部分405内的地址信息/运行参数可用现有技术中已知的配置。例如，第二部分405内的地址信息可以是使用本领域已知的部分地址比较的格式。此种排列第二部分405内的地址信息顺序的技术在Kampe等的美国专利5,666,657，METHOD IN A SELECTIVE CALL RECEIVER FORAPPLYING CONDITIONAL PARTIAL ADDRESS CORRELATION TOA MESSAGE中有详细说明。也可以使用其它技术排列第二部分405内的地址信息的顺序。这些技术包括但不限于，用数字顺序排列以及按照地理区域排列。
图5是发射机301和接收机(例如接收机302)的更详细的框图。如图所示，发射机301包括逻辑电路501，其控制信标格式化电路503，数据缓冲器502，帧格式化电路504，以及发送电路505。在本发明第二实施例中，发射机301还包括相同信标计数器509。逻辑电路501用作确定某信标是否包含改变的内容的装置，并优选的包括诸如摩托罗拉HC08处理器的微处理器。以类似方式，逻辑电路507用作分析接收的信标消息以确定重复比特值或相同信标计数器值并将其和跳过信标数目比较的装置。逻辑电路507还包括诸如摩托罗拉HC08处理器的微处理器。根据本发明第一实施例的发射机301的操作如图6所示。
逻辑流程在步骤601开始，其中逻辑电路501确定信标计时器507超时。在步骤603，确定该信标是否包含内容的改变(除了重复比特的改变)。应当注意到，步骤603具体确定该信标是否包含内容上的“改变”，而不是简单的确定该信标是否具有新信息。这是因为如果接收节点收到一个消息，则从信标地址列表中删除它的地址；即使发射节点没有新数据要发送，也强制一个“改变的”信标。
如上所述，信标内容可能因为若干原因而改变。首先，信标可能包含那些有消息要发送给它们或要和另一个网络节点通信的节点的改变的地址信息。此外，发射节点301自身可能在信标中产生改变的信息(例如信标周期长度、加密类型等的改变)。因此，在步骤603确定信标内容是否改变时，逻辑电路分析数据缓冲器502以确定具有等待消息的节点的地址列表是否改变，或确定控制信息是否改变。
如果在步骤603，确定信标包含改变的内容，逻辑流程继续到步骤607，逻辑电路501设定重复比特的值为“假”，否则逻辑流程继续到步骤605，将重复比特的值设定为“真”。在步骤609，信标格式化电路503建立信标。更具体的，信标格式化电路503分析缓冲器502以确定有数据发送到它们的接收机的地址信息。此外，逻辑电路501将运行参数的任何改变以及重复比特值发送到信标格式化电路503。使用该信息，信标格式化电路通过将地址信息和/或控制信息以及重复比特插入到信标中建立信标。如上所述，信标格式化电路503将重复比特插入到信标中，优选的是在信标的起始处附近。在步骤611，信标被输出到帧格式化电路504，在此将其适当格式化并由发射机505发送。在步骤613，信标计时器507被重置，逻辑流程回到步骤601。
根据本发明第二实施例的发射机301的操作显示在图7中。逻辑流程在步骤701开始，其中逻辑电路501确定信标计时器507超时。在步骤703，逻辑电路501确定该信标是否包含改变的内容(除了相同信标计数器值)。如果在步骤703确定该信标包含未改变的内容，逻辑流程继续到步骤705，在此逻辑电路501递增相同信标计数器509。然而如果在步骤703确定该信标包含改变的内容，逻辑流程继续到步骤707，在此相同信标计数器509重置为零。在步骤709，信标格式化电路503建立信标。更具体的，信标格式化电路503分析缓冲器502以确定有数据要发送到它们的那些接收机的地址信息。此外，逻辑电路501还和相同信标计数器509的值一起将运行参数内的任何改变发送到信标格式化电路503。使用该信息，信标格式化电路通过将地址信息和/或控制信息插入到信标中来建立信标。此外，信标格式化电路503还将相同信标计数器509的值插入到信标中，优选的是在信标起始部分附近。在步骤711，信标被输出到帧格式化电路504，在此将其适当格式化并由发射机505发送。在步骤713，信标计时器507重置，逻辑流程回到步骤701。
如上所述，因为上述两种实施例都允许接收机在较长时间周期内进入休眠状态，因此都有助于节省电池寿命。第一和第二实施例的目的在于节省功率并因此保持接收机电源寿命。因此，当接收机确定某信标和前一接收信标相同时，接收机节省功率，否则会继续监测该信标。如图所示，接收机302包括接收电路506，逻辑电路507，以及电源509。正如本领域普通技术人员认识到的，电源509通常包括用于给接收机302供电的电池电源。
根据本发明第一实施例的接收机302的操作如图8所示进行。逻辑流程在步骤801开始，其中接收机电路506接收信标传输的第一部分。如上所述，在本发明第一实施例中，信标传输的第一部分包括指示信标内信息和当前信标之前一信标比较是否改变的重复比特。在步骤803，逻辑电路507用作分析信标以确定自从前一信标传输之后信息是否改变的装置。如果在步骤803，确定信息改变了，则逻辑流程继续进行到步骤805，在此接收信标的下一部分以确定添加的信息。然而如果在步骤803确定信息未改变，逻辑流程继续到步骤807，在此接收电路被置于功率节省模式，节约电源509。
图9是显示根据本发明第二实施例的接收机操作的流程图。逻辑流程在步骤901开始，其中接收机电路506接收信标的第一部分。在步骤903，逻辑电路507分析信标的第一部分以确定随后传送的相似信标的数目(X)。这可以通过估计信标的“相同信标”字段来实现。在步骤905，逻辑电路507确定从接收的上一信标时起跳过或错过了多少个信标(Y)。然后在步骤907，逻辑电路确定是否X＞Y，如果是，逻辑流程继续到步骤909，接收机进入功率节省模式(例如返回休眠)，否则逻辑流程继续到步骤911，在此接收机保持激活状态以接收信标的下一部分。
上述的对本发明的说明、特定细节以及提及的附图不是用于限制本发明范围的。例如，虽然作为独立的例子给出第一和第二实施例，本领域普通技术人员能认识到，能组合第一和第二实施例。发明者目的在于，能对本发明作出不同的修改而不背离本发明的精神和范围，期望所有这些修改都落入权利要求及其等同物的范围内。
权利要求
1.一种在信标网络内发送信标的方法，该方法包括步骤确定信标是否包含改变的内容；基于该确定结果，将重复比特插入到信标中，其中，该重复比特指示该信标是否包含改变的内容；以及将该信标发送到网络内的节点。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤将地址信息插入到该信标内，其中，该地址信息包括网络中节点的地址，这些节点是要接收预定的传输或和另一网络节点通信。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤将控制信息插入到信标中。
4.如权利要求1所述的方法，其中，将重复比特插入到信标中的步骤包括将重复比特插入到信标的起始部分的步骤。
5.一种信标，包括第一部分；第二部分；以及其中，第一部分包括关于第二部分是否包含改变的信息的指示，和/或出现多少次第二部分未改变的重复的指示。
6.如权利要求5所述的信标，其中，该第二部分包括地址信息。
7.如权利要求5所述的信标，其中，该第二部分包括控制信息。
8.一种设备，包括逻辑电路，确定信标是否包含改变的内容；信标格式化电路，其将重复比特插入到信标中，其中，该重复比特指示该信标是否包含改变的内容；以及发射电路，用于发送该信标。
9.一种设备，包括逻辑电路，确定信标是否包含改变的内容并且如果该信标包含未改变的内容则递增相同信标计数器值；信标格式化电路，其将相同信标计数器值插入到信标中，其中，该相同信标计数器值指示发送的相同信标的数目；以及发射电路，用于发送信标。
10.一种设备，包括接收电路，用于接收信标，其中，该信标包括指示该信标是否包含改变的内容的重复比特；以及逻辑电路，用于根据该信标是否包含改变的内容，将节点置于功率节省模式。
全文摘要
在发送的信标(403)的起始附近插入“相同信标”字段(401)，该字段包含等于随后发送的相同信标(即和当前正发送的相同)数目的整数，或当和前一发送的信标比较，指示该信标是否包含改变的信息的重复比特。在休眠一段时间之后，节点(302－304)唤醒，接收包含相同信标字段的信标的第一部分，分析相同信标字段。基于该分析，节点确定是否保持“唤醒状态”以接收剩余信标或返回休眠状态。
文档编号H04Q7/24GK1806264SQ200480016865
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月10日 优先权日2003年6月17日
发明者埃德加·H·卡拉韦, 莫妮克·J·布儒瓦 申请人:摩托罗拉公司