CN108513345B - 一种双向唤醒方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向唤醒方法及***，该方法包括：接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口；发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，通信数据包括用于唤醒接收节点的唤醒信号及一至多个数据包；若接收节点在接收探测窗口内探测到发射节点发射的唤醒信号，则继续接收包括唤醒信号的通信数据的数据包；若接收节点在接收探测窗口内未探测到发射节点发射的唤醒信号，则进入休眠状态。该发明的有益效果为：通过周期性地开设多个探测窗口，无需一直打开探测窗口等待通信数据；通过设置随机发射间隔，缩短单次发射的持续时间，实现通信低功耗的效果。

Description

一种双向唤醒方法及***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种双向唤醒方法及***。
背景技术
目前抄表领域，主要指抄收电表水表气表和热量表，如果仪表带有阀门，则还需要进行反向控制。而抄表所采用的方案，大多是局域网加广域网的模式，局域网分有线和无线两种，广域网以2G通信技术为主，还包括采用3G和4G等通信方式来实现广域网通信。
目前，现有的抄表技术存在以下问题亟需解决：
1、传输功耗大导致设备成本和使用成本高。
2、目前所有的低功耗网络，比如Zigbee、LPWAN等，虽然都一样是星型网络，但中心节点都是非低功耗的。
3、唤醒信号与校时信号分开发送，消耗能量大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术中设备成本及使用成本高，中心节点非低功耗，唤醒信号与校时信号分开发送的问题，提供一种双向唤醒方法及***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种双向唤醒方法，采用第一设备及一至多个第二设备，一至多个所述第二设备分别无线通信连接于所述第一设备，当所述第一设备为发射节点时，一至多个所述第二设备均为接收节点，当所述第一设备为接收节点时，一至多个所述第二设备均为发射节点，包括：
所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口；
所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，所述通信数据包括用于唤醒所述接收节点的唤醒信号及一至多个数据包；
若所述接收节点在所述接收探测窗口内探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则继续接收包括所述唤醒信号的通信数据的数据包；若所述接收节点在所述接收探测窗口内未探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则进入休眠状态。
在本发明所述的双向唤醒方法中，所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，包括：
获取所述第二时间间隔：
Figure GDA0002860103780000021
其中，T1为所述第一时间间隔，R为随机的正整数，T2为所述第二时间间隔，M为预设的正整数，N的最大值为M；
设置发射所述唤醒信号所持续的第二时间长度为T1/M；
所述发射节点均按照T2间隔发射多次持续T1/M+D3的通信数据；其中，D3为发射所述唤醒信号对应的数据包所持续的第三时间长度。
在本发明所述的双向唤醒方法中，所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口中，所述第一时间长度小于所述第二时间长度。
在本发明所述的双向唤醒方法中，所述发射节点均按照T2发射多次持续T1/M的通信数据中，所述发射节点至少发送M次所述通信数据，从而保证所述接收节点在所述接收探测窗口内探测到所述发射节点发射的唤醒信号。
在本发明所述的双向唤醒方法中，所述唤醒信号为一至多次重复发射的唤醒包。
在本发明所述的双向唤醒方法中，所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，还包括：
所述发射节点第一次发射时，直接于当前时刻发射持续T1/M+D3的通信数据。
在本发明所述的双向唤醒方法中，所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口，包括：
通过所述接收节点设置接收时间段；
所述接收节点在所述接收时间段内按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口。
在本发明所述的双向唤醒方法中，还包括：
通过所述第一设备将所接收到的通信数据上传至预设的服务器。
另一方面，提供一种双向唤醒***，包括上所述的双向唤醒方法的第一设备及一至多个第二设备，一至多个所述第二设备分别无线通信连接于所述第一设备。
在本发明所述的双向唤醒***中，还包括服务器，服务器通过网络连接于所述第一设备。
上述公开的一种双向唤醒方法及***具有以下有益效果：通过周期性地开设多个探测窗口，无需一直打开探测窗口等待通信数据，而且通过设置随机发射间隔，尽可能地避免多台通信终端同时发射数据所造成的干扰，降低通信能量消耗，提高通信效率，实现了通信低功耗的效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种双向唤醒方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的双向唤醒***的上行通信时序图；
图3为本发明一实施例提供的双向唤醒***的下行通信时序图；
图4为本发明提供的一种双向唤醒***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种双向唤醒方法及***，其目的在于，实现通信节点与通信终端的双向唤醒，通过在通信节点或者通信终端(即接收节点)周期性地开设多个探测窗口，若未探测到通信终端或通信节点(即发射节点)所发出的通信数据，则控制接收节点进入休眠状态，若探测到发射节点所发出的唤醒信号才进一步接收发射节点其余的通信数据，无需一直打开接收或探测窗口等待通信数据，而且通过设置发射节点随机的发射间隔，尽可能地避免多台发射节点同时发射数据所造成的干扰，降低通信能量消耗，提高通信效率，实现了通信低功耗的效果。
参见图1，图1为本发明提供的一种双向唤醒方法的流程图，该双向唤醒方法采用第一设备及一至多个第二设备实现，一至多个所述第二设备分别无线通信连接于所述第一设备，当所述第一设备为发射节点时，一至多个所述第二设备均为接收节点，当所述第一设备为接收节点时，一至多个所述第二设备均为发射节点。
例如，第一设备为通信节点(AP)，第二设备为通信终端(UE)，第一设备用于传感器数据采集，参见图2，图2为本发明一实施例提供的双向唤醒***的上行通信时序图，图2示出的是上行通信时序图，接收节点为AP，一至多个发射节点分别为：UE1、UE2……UEn。
由于是双向唤醒，如果是下行通信的情况，则参见图3，图3为本发明一实施例提供的双向唤醒***的下行通信时序图，发射节点为AP，一至多个接收节点为：UE1、UE2……UEn。即第一设备可作为发射节点或接收节点，第二设备也可作为发射节点或接收节点。
该双向唤醒方法包括步骤S1-S3：
S1、所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口；所述步骤S1包括子步骤S11-S12：
S11、通过所述接收节点设置接收时间段；例如，接收时间段为一天，则当天接收到发射节点的通信数据被认为是这天对应的数据。
S12、所述接收节点在所述接收时间段内按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口。第一时间长度为图2中的D1。
S2、所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，所述通信数据包括用于唤醒所述接收节点的唤醒信号及一至多个数据包；所述步骤S2包括子步骤S21-S23：
S21、获取所述第二时间间隔：
Figure GDA0002860103780000051
其中，T1为所述第一时间间隔，R为随机的正整数，T2为所述第二时间间隔，M为预设的正整数，N的最大值为M；优选的，保证接收节点的打开探测窗口的间隔较为密集，比发射节点的发射间隔密集才较为容易接收到发射节点发射的唤醒信号。R×T1＞0，R×T1是一发射节点的两个相邻通信数据的信号基本间隔，是T1的整数倍，即后一通信数据的发射开始的时间点与前一通信数据发射完成的时间点之差，该信号间隔应当大于第二时间长度，如此才能保证发射节点发射相邻通信数据时不会产生时间交错。其中，所述发射节点至少发送M次所述通信数据，从而保证所述接收节点在所述接收探测窗口内探测到所述发射节点发射的唤醒信号。R×T1提供发射节点与接收节点之间的时间上的固定相位差，N×T1/M使发射节点的每次发射向后移动T1/M相位，当移动M次后，可以保证无论发射节点在第一发射时，与接收节点的时间差如何，发射的唤醒信号都能保证覆盖到接收节点的探测窗口一次。
如果是所述发射节点第一次发射时，直接于当前时刻发射持续时间为T1/M+D3的通信数据。第一次发生的时刻可以依据各个发射节点的需求进行调整。
而且，通过随机正整数R的设置，尽可能地避免多台通信终端因同时发射数据所造成的干扰。
S22、设置发射所述唤醒信号所持续的第二时间长度为T1/M；其中，所述第一时间长度小于所述第二时间长度。为了使接收节点尽可能地实现低功耗，应当将第一时间长度设置地非常小，如此，每次打开接收探测窗口的时间只要探测到发射节点的唤醒信号才继续接收数据，否则关闭窗口进入休眠状态，等待周期时间后再次打开接收探测窗口。
S23、所述发射节点均按照T2间隔发射多次持续T1/M+D3的通信数据；其中，D3为发射所述唤醒信号对应的数据包所持续的第三时间长度。
优选的，所述唤醒信号为伪随机唤醒信号或前导码。本发明提供如下唤醒信号的实施例：
发送重复的唤醒数据包，其长度为D2＝T1/M+D3。即T1/M时间段内重复发送表征唤醒信号的数据包。D3发送其他通信数据的数据包，数据包发送0次和几次都可以。这个数据包结构就是把数据包看成比特流，适用于小无线和LORA技术。
S3、若所述接收节点在所述接收探测窗口内探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则继续接收包括所述唤醒信号的通信数据的数据包；若所述接收节点在所述接收探测窗口内未探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则进入休眠状态。其中，若所述接收节点在所述接收时间段内通过所述接收探测窗口探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则继续接收包括所述唤醒信号的通信数据的数据包；优选的，唤醒信号具有至少两个部分，且这两个部分之间具有预设的相关性，由于发射节点所发送的唤醒信号的至少两个部分之间具有预设的相关性，接收节点在探测期的接收探测窗口接收到唤醒信号后，只要判断出唤醒信号的至少两个部分之间具有预设的相关性就可判断所接收的信号是来自哪一个发射节点。然而，对于接收节点所接收的噪声或干扰信号，由于噪声或干扰信号的码元之间不具有相关性或不是预设的相关性，接收节点就可判断出所接收的信号是噪声或干扰信号。因此噪声或干扰信号不会对接收节点产生误唤醒。同时，由于采用了动态编码方法，接收端从任何一个接收的正确码元开始，都可以进行相关性判断，使接收端的探测期宽度可以很窄，从而降低了功耗；而且，由于唤醒序列集合了位同步信息，唤醒信息，时间信息于一体，所以编码效率特别高，使通信过程更加简单可靠。
优选的，该双向唤醒方法还包括步骤S4：
S4、通过所述第一设备将所接收到的通信数据上传至预设的服务器。其中，通过所述第一设备将所接收到的通信数据与所述接收时间段建立联系；例如：接收时间段设置为一个月的某一天，则第一设备的某一天接收到的通信数据关联该月，进一步的，第二设备可以是被抄表的终端，第二设备被抄表的数据量非常小，一般情况下为一天或一个月抄一次，因此，第一设备只需在特定的某一条周期性地打开接收探测窗口，而且当日每一台第二设备仅需被接收探测窗口检测到一次即可完成当月的抄表作业。
之后，通过所述第一设备将建立联系后的通信数据上传至预设的服务器。例如：将每个月的抄表数据上传至服务器，省去人工抄表的麻烦，并通过将接收探测窗口设置足够小以实现全网低功耗。
参见图4，图4为本发明提供的一种双向唤醒***的结构示意图，该双向唤醒***100包括上述信号收发方法的第一设备1及一至多个第二设备2，一至多个所述第二设备2分别无线通信连接于所述第一设备1。例如，第一设备1为通信节点(AP)，即AP可以为集中器、网关设备等，第二设备2为通信终端(UE)，跟进一步的，第一设备1为抄表的通信节点，第二设备2为被抄表的通信终端，如：水表、气表……
由于水表、气表等所需抄表的数据仅为一数值，因此第二设备2被抄表的数据量非常小，一般情况下为一天或一个月抄一次，因此一般情况下，该通信链路为上行通信链路，第一设备1只需在特定的某一条周期性地打开接收探测窗口，而且当日每一台第二设备2仅需被接收探测窗口检测到一次即可完成当月的抄表作业。而且由于是双向唤醒，在下行通信的情况中，第一设备1也可以主动唤醒第二设备2，通知第二设备2实时上传抄表数据值第一设备1。
而为了第一设备1的功耗足够小，第一设备1每次打开的接收探测窗口可以非常小，及接收探测窗口的第一时间长度很小。
此外，第一设备1及第二设备2均可以采用电池供电，因为无需进行市电施工和网络维护，第一设备1及第二设备2即插即用。
优选的，该信号收发***还包括服务器3，服务器3通过网络连接于所述第一设备1。例如：第一设备1可以缓存并整理第二设备2上传的通信数据，每天或每月适时地将接收到的通信数据通过互联网上传到服务器3。
本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或操作可以构成一个或计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。
而且，本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。奉文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件、资源等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或***，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种双向唤醒方法，采用第一设备及一至多个第二设备，一至多个所述第二设备分别无线通信连接于所述第一设备，当所述第一设备为发射节点时，一至多个所述第二设备均为接收节点，当所述第一设备为接收节点时，一至多个所述第二设备均为发射节点，其特征在于，包括：
所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口；
所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，所述通信数据包括用于唤醒所述接收节点的唤醒信号及一至多个数据包；
若所述接收节点在所述接收探测窗口内探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则继续接收包括所述唤醒信号的通信数据的数据包；若所述接收节点在所述接收探测窗口内未探测到所述发射节点发射的唤醒信号，则进入休眠状态；
所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，包括：
获取所述第二时间间隔：
Figure FDA0002860103770000011
其中，T1为所述第一时间间隔，R为随机的正整数，T2为所述第二时间间隔，M为预设的正整数，N的最大值为M；
设置发射所述唤醒信号所持续的第二时间长度为T1/M；
所述发射节点均按照T2间隔发射多次持续T1/M+D3的通信数据；其中，D3为发射所述唤醒信号对应的数据包所持续的第三时间长度；所述发射节点均按照T2发射多次持续T1/M的通信数据中，所述发射节点至少发送M次所述通信数据，从而保证所述接收节点在所述接收探测窗口内探测到所述发射节点发射的唤醒信号。
2.根据权利要求1所述的双向唤醒方法，其特征在于，所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口中，所述第一时间长度小于所述第二时间长度。
3.根据权利要求1所述的双向唤醒方法，其特征在于，所述唤醒信号为一至多次重复发射的唤醒包。
4.根据权利要求1所述的双向唤醒方法，其特征在于，所述发射节点均按照多个随机的第二时间间隔发射多次通信数据，还包括：
所述发射节点第一次发射时，直接于当前时刻发射持续T1/M+D3的通信数据。
5.根据权利要求1所述的双向唤醒方法，其特征在于，所述接收节点按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口，包括：
通过所述接收节点设置接收时间段；
所述接收节点在所述接收时间段内按照第一时间间隔周期性地打开持续第一时间长度的接收探测窗口。
6.根据权利要求5所述的双向唤醒方法，其特征在于，还包括：
通过所述第一设备将所接收到的通信数据上传至预设的服务器。
7.一种双向唤醒***，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的双向唤醒方法的第一设备及一至多个第二设备，一至多个所述第二设备分别无线通信连接于所述第一设备。
8.根据权利要求7所述的双向唤醒***，其特征在于，还包括服务器，服务器通过网络连接于所述第一设备。
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