用於延長信標網絡中節點的電池壽命的方法和設備的製作方法
2023-10-08 14:24:29 1
專利名稱：用於延長信標網絡中節點的電池壽命的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及通信系統，更具體涉及用於延長信標網絡內節點的電池壽命的方法和設備。
背景技術：
多數通用的接收機都是周期性的「喚醒」以確定是否存在任何預定的要發送到接收機的消息(尋呼)，或該接收機是否要和網絡中另一節點通信。如果沒有預定的消息，或如果該接收機無需和另一網絡節點通信，該接收機會斷電，從而延長接收機的電池壽命。為了確定接收機是否要採取行動，接收機「監聽」信標以確定該接收機的地址是否被包含在該信標的發送中。當接收機的地址不在信標傳輸中時，接收機能確定無需採取任何行動，並立即進入休眠。在預定時間周期之後，接收機會再次喚醒，「監聽」信標，並確定是保持喚醒狀態接收消息還是再次進入休眠。
除了地址信息，信標還包含網絡節點使用的其他信息。例如，信標能包含諸如網絡控制信息的運行參數，包括狀態信息，採用的安全方法和類型(消息加密和完整性代碼)，信標間隔等。
為說明目的，一種開發有此種節省功率性能的信標網絡是下一代碼分多址(CDMA)蜂窩通信系統，通常被稱為cdma2000或寬帶CDMA。如圖1所示，cdma2000使用多個20毫秒(ms)同步幀102(顯示為F0，F1，F2，......，FK)。在對應具有預定持續時間(例如1.28*2N秒，其中N是零或正整數)的發送周期的周期出現的時間間隔內發送幀102。Cdma2000系統內的網絡節點被分配一組4幀(被稱為時隙)，在這些幀中發送特定網絡節點的所有消息。如此運行的網絡節點被稱為運行在「時隙模式」。時隙模式運行允許cdma2000網絡節點在每個1.28*2N秒內僅在單個被分配的尋呼時隙上電，以確定是否有發送到該接收機的任何消息。
為了保存能量，在特定時隙期間要接收消息的所有網絡節點的地址都在廣播該消息之前廣播。如果信標中沒有廣播某網絡節點的地址，該網絡節點能在時隙的剩餘時間內斷電。圖2顯示了具有4個幀的時隙200。如圖所示，時隙200的第一部分201包含在時隙200內具有尋呼數據的所有網絡節點的地址信息。網絡節點會接收第一幀，並如果時隙200的第一部分201內不包含網絡節點的地址，網絡節點會在接收時隙200的剩餘部分之前斷電。
雖然現有技術方案極大延長了電池壽命，已經認識到通過降低接收機的喚醒時間，能進一步延長電池壽命。當選擇消費產品時，電池壽命是一項購買動力因素，因此電池壽命的任何延長都會給設備製造商帶來極大好處。因此，需要一種方法和設備進一步延長運行在信標網絡內的接收機的電池壽命。
圖1是顯示現有技術中cdma2000的發送方案。
圖2是顯示現有技術發送方案。
圖3是根據本發明優選實施例的通信系統的框圖。
圖4顯示根據本發明優選實施例的信標。
圖5是根據本發明優選實施例的發送機和接收機的更詳細的框圖。
圖6是顯示根據本發明第一實施例的發射機操作的流程圖。
圖7是顯示根據本發明第二實施例的發射機操作的流程圖。
圖8是顯示根據本發明第一實施例的接收機操作的流程圖。
圖9是顯示根據本發明第二實施例的接收機操作的流程圖。
具體實施例方式
為解決上述需求，在此提供一種延長通信系統內節點的電池壽命的方法和設備。更具體地，在接近發送的信標的起始處插入「相同信標」欄位，該發送的信標包含等於隨後的相同信標數目的整數(例如，與當前發送的信標相同)，或和先前發送的信標比較，指示該信標是否包含改變的信息的重複比特。在休眠一會兒之後，節點喚醒，接收包含相同信標欄位的信標的第一部分，並分析相同信標欄位。基於該分析，節點確定是否保持喚醒狀態以接收剩餘信標或返回休眠。
本發明包括一種在信標網絡內發送信標的方法。該方法包括步驟，確定信標是否包含改變的內容，並基於該確定結果，將重複比特插入信標中。該重複比特指示該信標是否包含改變的內容。然後將該信標傳輸給網絡內的節點。
本發明還包括一種在信標網絡內發送信標的方法。該方法包括步驟，確定信標是否包含改變的內容，確定指示發送的相同信標數目的相同信標計數器值，以及將該相同信標計數器值插入到信標中。最後，將該信標傳輸給網絡內的節點。
本發明還包括一種延長信標網絡內節點的電池壽命的方法。該方法包括步驟，接收具有重複比特的信標，該重複比特指示該信標是否包含改變的內容。基於該信標是否包含改變的內容，節點處於功率節省模式或允許其接收該信標消息的剩餘部分。
本發明還包括一種延長信標網絡內節點的電池壽命的方法。該方法包括步驟，接收具有相同信標欄位的信標的至少一部分，相同信標欄位包含發送的相同信標的數目，確定從上一接收信標以來的錯過的信標的數目。基於相同信標計數值以及從上一接收信標之後錯過的信標數目，該節點處於功率節省模式或保持喚醒狀態以接收該信標消息的下一部分。
本發明包括一種信標，該信標包含第一部分以及第二部分。第一部分包含關於第二部分是否包含改變的信息的指示，和/或未改變的重複第二部分多少次的指示。
本發明還包括一種設備，該設備包括邏輯電路，確定信標是否包含改變的內容，信標格式化電路，將重複比特插入到信標中，以及發送電路，用於發送信標。
本發明還包括一種設備，該設備包括邏輯電路，確定信標是否包含改變的內容，並如果信標包含未改變的內容，遞增相同信標計數器值。如果信標包含改變的內容，相同信標計數器值被重置為默認值，例如零。該設備還包括信標格式化電路，將相同信標計數器值插入到信標，其中相同信標計數器值指示發送的相同信標的數目，以及發送電路，用於發送信標。
本發明還包括一種設備，該設備包括接收電路，接收具有重複比特的信標的至少一部分，該重複比特指示該信標是否包含改變的內容。該設備還包含邏輯電路，該邏輯電路基於該信標是否包含改變的內容，將節點置於功率節省模式。
最後，本發明還包括一種設備，該設備包括接收電路，接收具有相同信標欄位的信標的至少一部分，相同信標欄位包括發送的相同信標的數目。該設備還包括邏輯電路，確定從上一接收信標以來錯過的信標的數目；基於相同信標欄位內的值以及上一接收信標之後錯過的信標的數目，邏輯電路將節點置於功率節省模式或保持喚醒狀態以接收該信標消息的下一部分。
現在回到附圖，其中相同數字表示相同元件，圖3是根據本發明優選實施例的通信系統300的框圖。如圖所示，通信系統300包括發射機301，以及多個接收機(或節點)302-304。在優選實施例中，接收機302-304是選擇呼叫接收機，每個都被分配有一個或多個單獨識別的地址。雖然僅顯示了三個接收機，本領域普通技術人員應當認識到，典型的通信系統包括多個和發射機301同時通信的接收機。此外，雖然僅顯示了一個接收機，本領域普通技術人員應當認識到，典型的通信系統包括多個和接收機302-304通信的發射機。此外，在下面的說明中，通信系統300使用任何採用信標類型網絡的系統協議，其中接收機周期喚醒以接收消息。例如，能預見通信系統300可以使用IEEE802.11b Wi-FiTM(WLAN)協議，藍牙TM協議，IEEE 802.15.3WiMediaTM(WPANTM)協議，或IEEE 802.15.4(ZigBeeTM)系統協議，或任何下一代蜂窩協議，例如cdma2000，或寬帶CDMA。此外，在本發明替換實施例中，通信系統300可包括對等網絡，其中所有裝置在相同基礎上發送和接收。
如上所述，接收機(網絡節點)302-304周期「喚醒」並監聽信標305(通常由發射機301發送)，以確定該節點是否需要採取行動。此種行動包括但不限於，接收預定的發送，以及和另一網絡節點通信的命令。除了消息調度和可用信息，信標305包含接收機302-304所需的其他運行參數/控制信息。例如，信標周期長度，狀態信息，網絡採用的安全方法和類型(例如消息加密和完整性代碼)，信標時間間隔，採用的通信信道，網絡分解命令，指示要接收消息的所有接收機的廣播地址，以及指示要接收消息的一個或多個接收機的一個或多個組的組播地址，......，等等，都能通過信標305發送，並由網絡節點使用。節點302-304還周期「喚醒」以監聽信標305，從而接收這些運行參數的更新。
如果信標305不包含用於特定接收機的信息，該接收機會斷電從而延長電池壽命。為了確定信標305內是否包含對特定接收機有用的信息，接收機會監測信標305以確定信標傳輸中是否包含特定接收機的地址，或監測信標305內的特定欄位以確定是否改變了某些運行參數。當信標傳輸中沒有特定接收機302-304的地址時，或當確定運行參數未改變時，特定接收機302-304能立即進入休眠狀態。在預定時間周期之後，接收機302-304能再次「喚醒」，監聽信標305，確定是否保持喚醒狀態以接收消息，或再次進入休眠。
在本發明優選實施例中，認識到在多數通信網絡中，信標內的信息改變非常慢。例如，信標周期是15-20毫秒級別，而典型的網絡通常整夜運行而幾乎沒有信息傳遞業務。有鑑於此，在本發明優選實施例中，採用若干技術來進一步延長電池壽命。在本發明第一實施例中，將「重複」比特放入信標幀靠前的「相同信標」欄位內，具有至少兩個可能值，——一個值指示當前信標傳輸內的信息和前面的信標傳輸信息相同，一個值指示兩個信標傳輸內的信息不同。重複比特自身的值當然不包括在該比較中。當沒有前一信標傳輸時(例如當發射機301剛激活時)，給重複比特賦予指示信息不相同的值。
當重複比特指示重複的信標傳輸時，通信系統300內的任何接收機都能在接收到該比特後使用該信息立即返回到休眠狀態(即進入功率節省模式)，而不用接收信標的剩餘部分。當重複比特指示信標內改變(不重複)的信息的發送時，通信系統300內的接收機繼續接收整個信標。因此，在本發明的第一實施例，信標內的重複比特被用作指示信標內改變的信息(例如地址，加密類型，信標周期等)出現的標記。
在本發明第二實施例中，在信標起始處附近發送「相同信標」欄位，該欄位包含等於隨後發送的和當前信標相同的信標的整數值。接收節點然後在一個或多個發送的信標期間休眠，保持指示它們跳過的信標數目的「跳過信標」計數器。在休眠之後，節點(例如接收機)喚醒，接收信標內的相同信標欄位，將發送的相同信標欄位內的值和自己的跳過信標計數器的值比較。如果跳過信標計數器內的值小於相同信標欄位內的值，接收節點知道自己沒有錯過信標更新，並在信標傳輸的剩餘部分立即返回到休眠狀態，因為信標傳輸的剩餘部分僅包括節點早前接收的信息。接收節點在一個或多個發送的信標期間繼續休眠，重複該過程。對於接收裝置休眠(至少部分)時經過的每個信標，跳過信標計數器都遞增一次；即，對於接收完整信標之後的每個信標。然而，如果跳過信標計數器的值大於或等於相同信標欄位的值，接收節點知道自從上次接收的信標之後出現了更新，它必須在該整個信標期間處於接收模式，以接收更新。然後它將自己的「跳過信標」值重置為零。在接收到更新信標之後，接收節點採取任何需要的行動；如果不需要，它返回休眠狀態，重複該過程。
應當注意到在第二實施例中，節點選擇跳過的信標數目是動態的，是基於它接收更新信標的頻率的。這樣能夠延長具有變化負載的網絡的壽命，例如在辦公室網絡內出現的晝間變化。
因為上述兩個實施例都允許接收機在較長時間周期內處於休眠狀態，因此都有助於節省電池壽命。第一和第二實施例的目的是節省功率並因此保持接收機電源壽命。因此，當接收機確定某信標和先前接收的信標相同時，接收機處於功率節省模式以節省功率，否則要求接收機繼續監測該信標。接收機能採取多種步驟節省功率，根據通信系統協議，採取的步驟包括但不限於，以下的一個或多個1.從無線接收機的至少一部分關閉/移除電源；2.從頻率合成器的至少一部分關閉/移除電源；3.從執行解擴的硬體關閉/移除電源；4.從執行解交織的硬體關閉/移除電源；5.從執行解碼的硬體關閉/移除電源；6.不從執行解擴的硬體開啟/施加電源；7.不從執行解交織的硬體開啟/施加電源；8.不從執行解碼的硬體開啟/施加電源；9.不運行用於執行解交織的軟體指令；或10.不運行用於執行解碼的軟體指令；以及
11.降低接收機內不同元件的電流或電壓。
圖4是說明根據本發明優選實施例的幀結構內的信標消息。圖4特別顯示了具有第一部分401和第二部分405的信標消息403。如上所述，第一部分401包括關於第二部分405是否包含改變的信息的指示，和/或已經出現了多少未改變的第二部分405的重複的指示。如本領域普通技術人員所認識到的，信標消息403的第二部分405包括那些將要接收在隨後的幀407內的消息的接收機的地址信息，或包括諸如網絡控制信息的運行參數，信標消息403的第二部分405內的地址信息/運行參數可用現有技術中已知的配置。例如，第二部分405內的地址信息可以是使用本領域已知的部分地址比較的格式。此種排列第二部分405內的地址信息順序的技術在Kampe等的美國專利5,666,657，METHOD IN A SELECTIVE CALL RECEIVER FORAPPLYING CONDITIONAL PARTIAL ADDRESS CORRELATION TOA MESSAGE中有詳細說明。也可以使用其它技術排列第二部分405內的地址信息的順序。這些技術包括但不限於，用數字順序排列以及按照地理區域排列。
圖5是發射機301和接收機(例如接收機302)的更詳細的框圖。如圖所示，發射機301包括邏輯電路501，其控制信標格式化電路503，數據緩衝器502，幀格式化電路504，以及發送電路505。在本發明第二實施例中，發射機301還包括相同信標計數器509。邏輯電路501用作確定某信標是否包含改變的內容的裝置，並優選的包括諸如摩託羅拉HC08處理器的微處理器。以類似方式，邏輯電路507用作分析接收的信標消息以確定重複比特值或相同信標計數器值並將其和跳過信標數目比較的裝置。邏輯電路507還包括諸如摩託羅拉HC08處理器的微處理器。根據本發明第一實施例的發射機301的操作如圖6所示。
邏輯流程在步驟601開始，其中邏輯電路501確定信標計時器507超時。在步驟603，確定該信標是否包含內容的改變(除了重複比特的改變)。應當注意到，步驟603具體確定該信標是否包含內容上的「改變」，而不是簡單的確定該信標是否具有新信息。這是因為如果接收節點收到一個消息，則從信標地址列表中刪除它的地址；即使發射節點沒有新數據要發送，也強制一個「改變的」信標。
如上所述，信標內容可能因為若干原因而改變。首先，信標可能包含那些有消息要發送給它們或要和另一個網絡節點通信的節點的改變的地址信息。此外，發射節點301自身可能在信標中產生改變的信息(例如信標周期長度、加密類型等的改變)。因此，在步驟603確定信標內容是否改變時，邏輯電路分析數據緩衝器502以確定具有等待消息的節點的地址列表是否改變，或確定控制信息是否改變。
如果在步驟603，確定信標包含改變的內容，邏輯流程繼續到步驟607，邏輯電路501設定重複比特的值為「假」，否則邏輯流程繼續到步驟605，將重複比特的值設定為「真」。在步驟609，信標格式化電路503建立信標。更具體的，信標格式化電路503分析緩衝器502以確定有數據發送到它們的接收機的地址信息。此外，邏輯電路501將運行參數的任何改變以及重複比特值發送到信標格式化電路503。使用該信息，信標格式化電路通過將地址信息和/或控制信息以及重複比特插入到信標中建立信標。如上所述，信標格式化電路503將重複比特插入到信標中，優選的是在信標的起始處附近。在步驟611，信標被輸出到幀格式化電路504，在此將其適當格式化並由發射機505發送。在步驟613，信標計時器507被重置，邏輯流程回到步驟601。
根據本發明第二實施例的發射機301的操作顯示在圖7中。邏輯流程在步驟701開始，其中邏輯電路501確定信標計時器507超時。在步驟703，邏輯電路501確定該信標是否包含改變的內容(除了相同信標計數器值)。如果在步驟703確定該信標包含未改變的內容，邏輯流程繼續到步驟705，在此邏輯電路501遞增相同信標計數器509。然而如果在步驟703確定該信標包含改變的內容，邏輯流程繼續到步驟707，在此相同信標計數器509重置為零。在步驟709，信標格式化電路503建立信標。更具體的，信標格式化電路503分析緩衝器502以確定有數據要發送到它們的那些接收機的地址信息。此外，邏輯電路501還和相同信標計數器509的值一起將運行參數內的任何改變發送到信標格式化電路503。使用該信息，信標格式化電路通過將地址信息和/或控制信息插入到信標中來建立信標。此外，信標格式化電路503還將相同信標計數器509的值插入到信標中，優選的是在信標起始部分附近。在步驟711，信標被輸出到幀格式化電路504，在此將其適當格式化並由發射機505發送。在步驟713，信標計時器507重置，邏輯流程回到步驟701。
如上所述，因為上述兩種實施例都允許接收機在較長時間周期內進入休眠狀態，因此都有助於節省電池壽命。第一和第二實施例的目的在於節省功率並因此保持接收機電源壽命。因此，當接收機確定某信標和前一接收信標相同時，接收機節省功率，否則會繼續監測該信標。如圖所示，接收機302包括接收電路506，邏輯電路507，以及電源509。正如本領域普通技術人員認識到的，電源509通常包括用於給接收機302供電的電池電源。
根據本發明第一實施例的接收機302的操作如圖8所示進行。邏輯流程在步驟801開始，其中接收機電路506接收信標傳輸的第一部分。如上所述，在本發明第一實施例中，信標傳輸的第一部分包括指示信標內信息和當前信標之前一信標比較是否改變的重複比特。在步驟803，邏輯電路507用作分析信標以確定自從前一信標傳輸之後信息是否改變的裝置。如果在步驟803，確定信息改變了，則邏輯流程繼續進行到步驟805，在此接收信標的下一部分以確定添加的信息。然而如果在步驟803確定信息未改變，邏輯流程繼續到步驟807，在此接收電路被置於功率節省模式，節約電源509。
圖9是顯示根據本發明第二實施例的接收機操作的流程圖。邏輯流程在步驟901開始，其中接收機電路506接收信標的第一部分。在步驟903，邏輯電路507分析信標的第一部分以確定隨後傳送的相似信標的數目(X)。這可以通過估計信標的「相同信標」欄位來實現。在步驟905，邏輯電路507確定從接收的上一信標時起跳過或錯過了多少個信標(Y)。然後在步驟907，邏輯電路確定是否X＞Y，如果是，邏輯流程繼續到步驟909，接收機進入功率節省模式(例如返回休眠)，否則邏輯流程繼續到步驟911，在此接收機保持激活狀態以接收信標的下一部分。
上述的對本發明的說明、特定細節以及提及的附圖不是用於限制本發明範圍的。例如，雖然作為獨立的例子給出第一和第二實施例，本領域普通技術人員能認識到，能組合第一和第二實施例。發明者目的在於，能對本發明作出不同的修改而不背離本發明的精神和範圍，期望所有這些修改都落入權利要求及其等同物的範圍內。
權利要求
1.一種在信標網絡內發送信標的方法，該方法包括步驟確定信標是否包含改變的內容；基於該確定結果，將重複比特插入到信標中，其中，該重複比特指示該信標是否包含改變的內容；以及將該信標發送到網絡內的節點。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括步驟將地址信息插入到該信標內，其中，該地址信息包括網絡中節點的地址，這些節點是要接收預定的傳輸或和另一網絡節點通信。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括步驟將控制信息插入到信標中。
4.如權利要求1所述的方法，其中，將重複比特插入到信標中的步驟包括將重複比特插入到信標的起始部分的步驟。
5.一種信標，包括第一部分；第二部分；以及其中，第一部分包括關於第二部分是否包含改變的信息的指示，和/或出現多少次第二部分未改變的重複的指示。
6.如權利要求5所述的信標，其中，該第二部分包括地址信息。
7.如權利要求5所述的信標，其中，該第二部分包括控制信息。
8.一種設備，包括邏輯電路，確定信標是否包含改變的內容；信標格式化電路，其將重複比特插入到信標中，其中，該重複比特指示該信標是否包含改變的內容；以及發射電路，用於發送該信標。
9.一種設備，包括邏輯電路，確定信標是否包含改變的內容並且如果該信標包含未改變的內容則遞增相同信標計數器值；信標格式化電路，其將相同信標計數器值插入到信標中，其中，該相同信標計數器值指示發送的相同信標的數目；以及發射電路，用於發送信標。
10.一種設備，包括接收電路，用於接收信標，其中，該信標包括指示該信標是否包含改變的內容的重複比特；以及邏輯電路，用於根據該信標是否包含改變的內容，將節點置於功率節省模式。
全文摘要
在發送的信標(403)的起始附近插入「相同信標」欄位(401)，該欄位包含等於隨後發送的相同信標(即和當前正發送的相同)數目的整數，或當和前一發送的信標比較，指示該信標是否包含改變的信息的重複比特。在休眠一段時間之後，節點(302－304)喚醒，接收包含相同信標欄位的信標的第一部分，分析相同信標欄位。基於該分析，節點確定是否保持「喚醒狀態」以接收剩餘信標或返回休眠狀態。
文檔編號H04Q7/24GK1806264SQ200480016865
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月10日 優先權日2003年6月17日
發明者埃德加·H·卡拉韋, 莫妮克·J·布儒瓦 申請人:摩託羅拉公司