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直尺

低功耗無線物聯(lián)網(wǎng)的喚醒方法

發(fā)布日期:2022-07-14 點擊率:51

  低功耗無線物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點,絕大部分時間必須處于休眠狀態(tài)才能降低功耗,以支持電池長時間續(xù)航。如果有節(jié)點要發(fā)起通信,其在與目標節(jié)點進行通信之前,必須對目標節(jié)點實施喚醒,然后才能進行有效通信。本文中提出一種信道編碼相關算法,具有抗干擾能力強、功耗低、快速識別身份、隱含時間戳、實現(xiàn)簡單等特點,性能優(yōu)于現(xiàn)有的喚醒方法或算法。

  現(xiàn)有的喚醒方法

  現(xiàn)有的喚醒方法有三種,分別是:①RSSI(場強)喚醒法:Ts期間發(fā)送載波即可,從節(jié)點測試接收到的場強強度,超過設定的門限則被喚醒,否則繼續(xù)休眠。②Sniff(嗅探)喚醒法:Ts期間發(fā)送010101010……比特流,從節(jié)點計數(shù)接收的01或10的個數(shù),超過設定的個數(shù)則被喚醒,否則繼續(xù)休眠。③數(shù)據(jù)包喚醒法:Ts期間重復發(fā)送一個數(shù)據(jù)包,從節(jié)點接收到完整的其中一個數(shù)據(jù)包則被喚醒,否則繼續(xù)休眠。

  方法①和②致命的缺點是不能識別非法信號,很容易受到干擾導致誤喚醒,并且誤喚醒的概率無法計算和評估,從而導致系統(tǒng)可靠性大幅降低,能量損耗無法補償。即這兩種方法,存在無法抗干擾的嚴重問題。另外一個缺陷是,其只能實現(xiàn)廣播喚醒,增加了不需要參與通信的節(jié)點的功耗。

  方法③的最大缺點是功耗大,為了可靠探測到數(shù)據(jù)包的幀同步信號,探測窗口t值需要設定為數(shù)據(jù)包總發(fā)射寬度的2倍,從而導致功耗增大。

  基于自相關的喚醒方法

  新的喚醒方法,需要在增加抗干擾能力的同時,降低功耗,從而克服現(xiàn)有方法中最大的兩個缺陷。高度自相關編解碼喚醒方法,不但可以完全替代現(xiàn)有方法,克服現(xiàn)有缺陷,并且還能增加一些新的有用功能。我們稱這種新方法為HAC動態(tài)循環(huán)碼喚醒法,以下簡稱動態(tài)碼喚醒法。

  高度自相關編碼方法,最佳的首推巴克碼,但因為巴克碼太短且不多,不能使用。那么偽隨機序列碼,則是可以利用的一種非常好的編碼方式,其不但具有高度自相關性,而且可以提供的編碼方式是無限的。將這種編碼方式靈活運用到無線物聯(lián)網(wǎng)的喚醒環(huán)節(jié),是非常合適的,具體方法如下:

  對于發(fā)送端,如果要喚醒目標節(jié)點,則通過編碼方式產(chǎn)生一串連續(xù)的比特流,比特流的長度和通信波特率以及喚醒時長Ts有關。

  其生成方程式:an=c1an-1⊕c2an-2⊕…⊕cn-1a1⊕cna0

  節(jié)點在發(fā)送喚醒序列的當前碼元an時,an是根據(jù)前n個碼元通過一個特定的運算得來的,這個特定的運算是由抽頭C0~Cn決定的。即碼元an和前面的n個碼元an-1~a0具有相關性。n值稱為階。接收節(jié)點則可以通過判決相關性來決定是否被喚醒。

  對于目標節(jié)點來說,無論其探測窗口處于主節(jié)點發(fā)送喚醒信號期間的哪個位置,其都可以從空中任意截取一小段接收到的碼元進行解碼,并且任何碼元都可以作為起始位。當接收到n個碼元后,可以開始解碼,如果發(fā)送端和接收端的C0~Cn取值相同,則解碼器開始連續(xù)輸出0,不會輸出1。輸出0表示當前收到的碼元,和前面的n個碼元是滿足約定的相關特性的,如果連續(xù)輸出M個0,則認為掃描到喚醒信號,節(jié)點被喚醒,如果接收到1,則立即退出探測,進入休眠,以節(jié)省電能。M可以根據(jù)實際應用的要求,取值8~20。實際普通應用中,階n可以取值9~22,特殊應用中,比如高速率的情況下,n可以取得更長。


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