CN105636190A - 一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和*** - Google Patents

一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和***，包括：接收中心控制器广播发送的数据码，所述数据码包括中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码；根据所述中心控制器本地时间更新终端本地时间，并根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，tt为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间。

Description

一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和***
技术领域
本发明涉及微功率无线通信技术领域，具体地，涉及一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和***。
背景技术
微功率无线技术在物联网、近距离通信等领域获得广泛应用，然而在满足通信功能的前提下，其功耗节省一直是一个难以解决的问题。从微功率无线通信控制本身的角度降低功耗，具有十分重要的意义。
对一些简单的新型应用网络如安防、智能家居、智能表和医疗设备等，其无线通信功能需求仅限于将有限的数据传输到中心控制器，而对电池的使用寿命提出很高的要求。对于这类应用，蓝牙4.0、Zigbee等标准协议由于其在成本和复杂性、功耗等方面缺乏优势而不太适用。
而常规的微功率无线通信控制方法，一方面需要微功率无线模块一直或者一定时间间隔内处于开机等待状态，与关机状态相比，等待状态的功耗以数倍增加，这种不必要的消耗将大大缩短电池使用寿命；另一方面，没有同步的通信将造成大量的冲突和功率浪费。
发明内容
为了解决现有技术中微功率无线模块通信时功耗过大的技术问题，本发明提出了一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和***。
本发明的一种微功率无线通信低功耗控制方法，包括：
接收中心控制器广播发送的数据码，所述数据码包括中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码；
根据所述中心控制器本地时间更新终端本地时间，并根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；
设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，
其中，tt为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间。
优选的，所述根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率具体包括：
测量接收到所述数据码时的信号强度指示RSSI，将终端发射频率调整为：
中心控制器发射功率-RSSI+终端的接收灵敏度+功率裕量，其中，功率裕量为预设值。
优选的，还包括：
当超过预设的时间没有收到所述中心控制器广播发送的数据码或接收到的数据码不完整时，重新设置所述微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-(i×tt)-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，i为从1开始依次递增的自然数。
优选的，还包括：
当接收到的数据码中通信状态位为1时，向所述中心控制器发送准备好通知帧，进入接收状态；
接收所述中心控制器发送的数据帧并回复接收确认帧，直至接收到中心控制器发送的结束帧。
优选的，还包括：
当需要向所述中心控制器发送数据时，判断接收到的数据码中通信状态位为1或0；
当所述通信状态位为1时，接收所述中心控制器发送的数据帧，并在下一次通信状态位为0时，向所述中心控制器发送数据帧；
当所述通信状态位为0时，向所述中心控制器依次发送数据帧，并接收所述中心控制器回复的接收确认帧，直至发送结束。
本发明的一种微功率无线终端，包括：
数据码接收模块，用于接收中心控制器广播发送的数据码，所述数据码包括中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码；
功率调整模块，用于根据所述中心控制器本地时间更新终端本地时间，并根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；
时间设置模块，用于设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，
其中，tt为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间。
优选的，所述根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率具体包括：
测量接收到所述数据码时的信号强度指示RSSI，将终端发射频率调整为：
中心控制器发射功率-RSSI+终端的接收灵敏度+功率裕量，其中，功率裕量为预设值。
优选的，所述时间设置模块还用于，
当超过预设的时间没有收到所述中心控制器广播发送的数据码或接收到的数据码不完整时，重新设置所述微功率无线模块第n次从关机状态唤醒的时间间隔为nT-(i×tt)-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，i为从1开始依次递增的自然数。
优选的，还包括：
接收准备模块，用于当接收到的数据码中通信状态位为1时，向所述中心控制器发送准备好通知帧，进入接收状态；
数据帧接收模块，用于接收所述中心控制器发送的数据帧并回复接收确认帧，直至接收到中心控制器发送的结束帧。
优选的，还包括：
状态位判断模块，用于当需要向所述中心控制器发送数据时，判断接收到的数据码中通信状态位为1或0；
延时发送模块，用于当所述通信状态位为1时，接收所述中心控制器发送的数据帧，并在下一次通信状态位为0时，向所述中心控制器发送数据帧；
即时发送模块，用于当所述通信状态位为0时，向所述中心控制器依次发送数据帧，并接收所述中心控制器回复的接收确认帧，直至发送结束。
本发明的一种微功率无线通信低功耗控制***，包括：中心控制器和所述的微功率无线终端。
本发明的微功率无线通信低功耗控制方法、终端和***，微功率无线模块具有4种工作状态：关机状态、预备状态、发射状态、接收状态，通过状态的区分和控制降低终端设备的通信功耗；中心控制器通过广播方式进行功率控制、时间同步、时间间隔等参数的传送，微功率无线终端只需定时开机接收即可维持同步；与主动发送信息相比，接收状态的功耗更低；微功率无线终端还可以动态进行发射功率的调整和控制，确保通信可达的前提下实现发射功耗最低；同时，终端与中心控制器始终处于同步维持状态，通信过程中可以有效避免冲突。通过本发明，使得终端的微功率无线模块处于开机状态的时间尽可能地缩短，大大降低了通信功耗。同时，广播时间间隔T和终端唤醒时间间隔均可以根据实际需要进行调节，提高了实现的灵活性，可以在功耗和实时性之间进行平衡选择。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的微功率无线模块通信状态切换示意图；
图2为本发明实施例一的方法流程示意图；
图3为本发明实施例的微功率无线通信低功耗控制方法的通信示意图；
图4为本发明实施例二的方法流程示意图；
图5为本发明实施例三的方法流程示意图；
图6为本发明实施例三的微功率无线终端接收数据的示意图；
图7为本发明实施例四的方法流程示意图；
图8为本发明实施例四的微功率无线终端发送数据的示意图；
图9为本发明实施例五的微功率无线终端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
为了解决现有技术中微功率无线模块通信时功耗过大的技术问题，本发明提出了一种微功率无线通信低功耗控制方法、终端和***。
在本发明中，微功率无线模块嵌入计量表、物联网节点等微功率无线终端中，采用电池供电，对功耗有严格要求；而中心控制器采用市电或者其他供电充足的电源供电，对功耗要求相对较低；终端和中心控制器之间通过微功率无线通信方式连接。
如图1所示，本发明的微功率无线终端能够将无线模块设置在4种工作状态：关机状态、预备状态、发射状态、接收状态；当终端无需进行通信时，微功率无线模块处于关机状态，此时功耗最小；当终端需要通信时，微功率无线模块从关机状态唤醒，进入预备状态；当终端需要发送数据时，微功率无线模块从预备状态进入发射状态，发送数据完成后回到预备状态；当终端需要接收数据时，微功率无线模块从预备状态进入接收状态，接收数据完成后回到预备状态；当终端所有通信完成时，微功率无线模块从预备状态退出，进入关机状态。
实施例一
如图2所示，本发明实施例的微功率无线通信低功耗控制方法，包括以下步骤：
步骤S201：中心控制器广播数据码：中心控制器维持一个本地时间计数器，同时以固定的时间间隔T广播一段数据码，数据码中包含中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码等信息；中心控制器广播完成后进入接收状态，监视终端设备的应答。
如图3所示，在中心控制器时间轴上，每隔时隙T，中心控制器广播发送一次数据码。
步骤S202：微功率无线终端接收中心控制器广播发送的数据码。
步骤S203：微功率无线终端根据接收到的数据码中的中心控制器本地时间，更新终端本地时间。
通过将终端本地时间与中心控制器本地时间进行同步，使得发收双方具有同频同相的时钟信号，具体的，中心控制器通过在广播发送的数据码中附加同步字，终端根据接收到的同步字与中心控制器进行时间同步，从而使得发收双方建立同步，进而二者便在同步时钟的控制下逐位发送和接收。同步通信的优势在于：微功率无线模块无需长时间保持接收状态以时刻做好从中心控制器接收数据码或数据帧的准备，由此节省了功耗，提高了电池使用效率。
步骤S204：微功率无线终端根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；
具体的，包括：测量接收到所述数据码时的信号强度指示RSSI，将终端发射频率调整为：中心控制器发射功率-RSSI+终端的接收灵敏度+功率裕量，其中，功率裕量为预设值。
步骤S205：微功率无线终端设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，tt本次通信过程中，为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间，即如图3所示。
在设置完成微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与中心控制器建立通信连接的时间间隔后，微功率无线模块即被置为关机状态。在到达设定的时间间隔时，微功率无线模块才从关机状态中唤醒并与中心控制器建立通信连接。从而使得在二者不需要进行通信的时间段，微功率无线模块始终保持关机状态，节省了功耗，提高了电池使用效率。
在现有技术中，微功率无线模块一直或者一定时间间隔内处于开机等待状态，不可避免地增加了功耗，降低了电池使用效率。而在本实施例中，如图3所示，微功率无线模块的状态并非一直或长时间处于接收/发送状态，而是在相当长的一段时间内，微功率无线模块处于关机状态，通过设置微功率无线模块从关机状态唤醒的时间间隔，大幅度降低了微功率无线模块的开机时长，从而降低了功耗，提高了电池使用效率。
本发明实施例的微功率无线通信低功耗控制方法，微功率无线模块具有4种工作状态：关机状态、预备状态、发射状态、接收状态，通过状态的区分和控制降低终端设备的通信功耗；中心控制器通过广播方式进行功率控制、时间同步、时间间隔等参数的传送，微功率无线终端只需定时开机接收即可维持同步；与主动发送信息相比，接收状态的功耗更低；微功率无线终端还可以动态进行发射功率的调整和控制，确保通信可达的前提下实现发射功耗最低；同时，终端与中心控制器始终处于同步维持状态，通信过程中可以有效避免冲突。通过本发明实施例的方法，使得终端的微功率无线模块处于开机状态的时间尽可能地缩短，大大降低了通信功耗。
实施例二
如图4所示，为本发明的微功率无线通信低功耗控制方法另一种实施方式，包括以下步骤：
步骤S401：在达到实施例一中步骤S205设置的通信连接时间间隔后，微功率无线模块从关机状态唤醒进入接收状态；
步骤S402：当收到中心控制器广播的数据码时，维持和更新终端本地时间、更新广播时间间隔T、调整终端发射功率等操作；处理本次通信过程，设定下一次从关机状态唤醒的时间间隔为nT-tt-tp，终端再次将微功率无线模块置为关机状态。
其中，tt为预设的时间裕量值，tp为本次通信过程中，终端向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间，即如图3所示。
步骤S403：当超过预设的时间没有收到所述中心控制器广播发送的数据码或接收到的数据码不完整时，重新设置所述微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-(i×tt)-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，i为从1开始依次递增的自然数。
重新设置通信时间间隔为nT-(i×tt)-tp，即相比于前一次设置的通信时间间隔，提前(i-1)×tt时间唤醒，以备下一次通信，其中i为依次递增的整数，如第一次为1，第二次为2等等。
优选的，当连续超过预设次数的通信连接都不成功时，终端退出连接并进入初次建立通信的过程。
本实施例为实施例一的进一步说明，具有实施例一的全部有益技术效果，在此不再赘述。同时，本实施例的方法，广播时间间隔T和终端唤醒时间间隔均可以根据实际需要进行调节，提高了实现的灵活性，可以在功耗和实时性之间进行平衡选择。
实施例三
如图5和图6所示，为本发明的微功率无线通信低功耗控制方法的另一实施方式，包括以下步骤：
步骤S501：当中心控制器需要发送数据时，将数据码中通信状态位置为1，即有数据发送状态；
步骤S502：终端接收到数据码时进行状态判别，若通信状态位为1，则向所述中心控制器发送准备好通知帧，然后进入接收状态；
步骤S503：中心控制器发送数据帧，终端接收数据帧；
步骤S504：终端回复接收确认帧，直至通信结束，中心控制器发送结束帧为止。
实施例四
如图7和图8所示，为本发明的微功率无线通信低功耗控制方法的又一实施方式，包括以下步骤：
步骤S701：当终端需要向所述中心控制器发送数据时，终端对接收到的数据码进行状态判别；
步骤S702：若通信状态位置为1，则先进行数据接收，并在下一次通信状态位为0时，向所述中心控制器发送数据帧；
步骤S703：若通信状态位置为0，则可以进行数据发送，终端向所述中心控制器依次发送数据帧；
步骤S704：中心控制器接收数据帧，中心控制器依次回复接收确认帧，直至数据发送结束，直至终端发送结束帧为止。
实施例五
如图9所示，为本发明的微功率无线终端的结构示意图，包括：
数据码接收模块91，用于接收中心控制器广播发送的数据码，所述数据码包括中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码；
功率调整模块92，用于根据所述中心控制器本地时间更新终端本地时间，并根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；
时间设置模块93，用于设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，
其中，tt为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间。
优选的，所述根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率具体包括：
测量接收到所述数据码时的信号强度指示RSSI，将终端发射频率调整为：
中心控制器发射功率-RSSI+终端的接收灵敏度+功率裕量，其中，功率裕量为预设值。
优选的，所述时间设置模块93还用于，
当超过预设的时间没有收到所述中心控制器广播发送的数据码或接收到的数据码不完整时，重新设置所述微功率无线模块第n次从关机状态唤醒的时间间隔为nT-(i×tt)-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，i为从1开始依次递增的自然数。
优选的，还包括：
接收准备模块94，用于当接收到的数据码中通信状态位为1时，向所述中心控制器发送准备好通知帧，进入接收状态；
数据帧接收模块95，用于接收所述中心控制器发送的数据帧并回复接收确认帧，直至接收到中心控制器发送的结束帧。
优选的，还包括：
状态位判断模块96，用于当需要向所述中心控制器发送数据时，判断接收到的数据码中通信状态位为1或0；
延时发送模块97，用于当所述通信状态位为1时，接收所述中心控制器发送的数据帧，并在下一次通信状态位为0时，向所述中心控制器发送数据帧；
即时发送模块98，用于当所述通信状态位为0时，向所述中心控制器依次发送数据帧，并接收所述中心控制器回复的接收确认帧，直至发送结束。
本实施例所述的微功率无线终端，与实施例一—三所述的微功率无线通信低功耗控制方法相对应，具有实施例一—三的全部有益技术效果，在此不再赘述！
实施例六
本发明还提出了一种微功率无线通信低功耗控制***，包括：中心控制器和实施例五所述的微功率无线终端。
本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图9为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种微功率无线通信低功耗控制方法，其特征在于，包括：
接收中心控制器广播发送的数据码，所述数据码包括中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码；
根据所述中心控制器本地时间更新终端本地时间，并根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；
设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，
其中，tt为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率具体包括：
测量接收到所述数据码时的信号强度指示RSSI，将终端发射频率调整为：
中心控制器发射功率-RSSI+终端的接收灵敏度+功率裕量，其中，功率裕量为预设值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
当超过预设的时间没有收到所述中心控制器广播发送的数据码或接收到的数据码不完整时，重新设置所述微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-(i×tt)-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，i为从1开始依次递增的自然数。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
当接收到的数据码中通信状态位为1时，向所述中心控制器发送准备好通知帧，进入接收状态；
接收所述中心控制器发送的数据帧并回复接收确认帧，直至接收到中心控制器发送的结束帧。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
当需要向所述中心控制器发送数据时，判断接收到的数据码中通信状态位为1或0；
当所述通信状态位为1时，接收所述中心控制器发送的数据帧，并在下一次通信状态位为0时，向所述中心控制器发送数据帧；
当所述通信状态位为0时，向所述中心控制器依次发送数据帧，并接收所述中心控制器回复的接收确认帧，直至发送结束。
6.一种微功率无线终端，其特征在于，包括：
数据码接收模块，用于接收中心控制器广播发送的数据码，所述数据码包括中心控制器本地时间、中心控制器发射功率、同步字、广播时间间隔T、通信状态位、校验码；
功率调整模块，用于根据所述中心控制器本地时间更新终端本地时间，并根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率；
时间设置模块，用于设置自身微功率无线模块第n次从关机状态唤醒与所述中心控制器建立通信连接的时间间隔为nT-tt-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，
其中，tt为预设的时间裕量值，tp为向中心控制器发送应答消息至收到中心控制器回复的确认应答消息的时间。
7.根据权利要求6所述的微功率无线终端，其特征在于，所述根据所述中心控制器发射功率调整终端发射功率具体包括：
测量接收到所述数据码时的信号强度指示RSSI，将终端发射频率调整为：
中心控制器发射功率-RSSI+终端的接收灵敏度+功率裕量，其中，功率裕量为预设值。
8.根据权利要求6或7所述的微功率无线终端，其特征在于，所述时间设置模块还用于，
当超过预设的时间没有收到所述中心控制器广播发送的数据码或接收到的数据码不完整时，重新设置所述微功率无线模块第n次从关机状态唤醒的时间间隔为nT-(i×tt)-tp，并将所述微功率无线模块置为关机状态，其中，i为从1开始依次递增的自然数。
9.根据权利要求6或7所述的微功率无线终端，其特征在于，还包括：
接收准备模块，用于当接收到的数据码中通信状态位为1时，向所述中心控制器发送准备好通知帧，进入接收状态；
数据帧接收模块，用于接收所述中心控制器发送的数据帧并回复接收确认帧，直至接收到中心控制器发送的结束帧。
10.根据权利要求6或7所述的微功率无线终端，其特征在于，还包括：
状态位判断模块，用于当需要向所述中心控制器发送数据时，判断接收到的数据码中通信状态位为1或0；
延时发送模块，用于当所述通信状态位为1时，接收所述中心控制器发送的数据帧，并在下一次通信状态位为0时，向所述中心控制器发送数据帧；
即时发送模块，用于当所述通信状态位为0时，向所述中心控制器依次发送数据帧，并接收所述中心控制器回复的接收确认帧，直至发送结束。
11.一种微功率无线通信低功耗控制***，其特征在于，包括：中心控制器和权利要求6-10任意一项所述的微功率无线终端。
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