家庭無線子網的功耗節省方法
2023-05-30 10:27:46
專利名稱：家庭無線子網的功耗節省方法
技術領域：
本發明屬於家庭應用網絡技術領域，更明確地說涉及家庭無線子網的功耗節省方法的改進。
背景技術：
無線子網是家庭應用網絡中的一個子網，無線子網包括多個無線模塊。在無線子網中，這些模塊之間交換控制命令和數據信息。在一些無線子網的應用中，有些家電設備以及和設備相連的無線模塊是電池供電，例如牆上的傳感器、隱蔽場所的安全監視器等等，當這些設備設置在理想的環境中後，很難更換和補充它們的電池。
一般來說，在無線子網中，無線模塊(無線收發器)需要消耗更多的功率，在一些情況下，加載的無線模塊消耗的功率可能要比家電消耗的功率多。要保持電池供電設備較長的工作壽命，無線模塊的功率消耗是重要的環節。
無線模塊的功率消耗和以下因素相關模塊的工作狀態；模塊的工作環境；模塊的工作周期。
迄今為止，當一個家庭無線子網中有多個無線模塊時，其中每一個模塊在任何時候都會隨機發射信息。這些信息中不僅有數據信息，還有很多控制信息和網絡信息。這些信息同時在子網中通信。因此，其功率損耗必然很大，電池等供電設備的工作壽命也就較短。
家庭無線子網是一個新成果，目前應用主要集中在家電上，功率消耗不是很嚴重的問題。當家庭無線子網擴展到傳感器領域，節省功耗會是一個關鍵的技術。對於無線通訊，雖然已經有一些節省功耗的技術，但是這些技術不一定適合家庭無線子網。最關鍵的難點在於怎樣在每個無線模塊上節省功耗和網絡中心節點怎樣隨時喚醒無線模塊。
發明內容
本發明的目的，就在於為家庭無線子網引入一種功耗節省方法。這種方法能夠克服上述已有技術的缺點和不足，合理地控制無線模塊的工作狀態，使無線收發器僅工作在適當的周期。因而能有效地節省電能、延長電池及其它供電設備的使用壽命。
為了達到上述目的，本發明與家庭無線子網相關的內容(1)在一個局限空間內，每一臺家電負載一個無線模塊構成的多個無線子節點；(2)多個無線子節點分別與一個中心節點直接聯接通信，而且實現子節點之間的通信，建立的星狀拓撲家庭無線子網。本發明首先應為家庭無線子網建立一個星狀拓撲在一個局限空間內(範圍小於50m)，每一個家電負載一個無線模塊(子節點)，這些無線節點構建一個家庭無線子網。家庭無線子網的拓撲結構局限在星狀拓撲。在星狀拓撲中，有一個中心節點和多個無線子節點。上電後，中心節點和多個子節點聯接，建立無線家電網絡。每個無線子節點直接和中心節點通信。同時通過中心節點，實現子節點間的通信。
本發明還包括以下步驟(3)對每一個子節點都設置正常和睡眠兩種工作模式的步驟；(4)使處於正常工作模式的子節點接收中心節點的命令，同時工作在正常功耗的發送和接收兩種工作狀態的步驟；(5)使處於睡眠工作模式的子節點，接收中心節點的命令，只工作在低功耗的接收工作狀態的步驟。
(6)中心節點與子節點不同，中心節點向所有的或者某一個或者某幾個子節點發送信標信息包的步驟；(7)信標信息包為所有的子節點建立一個時間坐標，並且指出下一個信標信息的起始時間的步驟；(8)所發送的信標信息包還包含目標地址、信標信息標識和信標次序等信息。
家庭無線子網中的信標信號為中心節點發射一個特殊的信息包—信標信息包。信標信息為所有無線模塊的工作建立一個時間尺度亦即時間坐標或時域。每一個信標信號指出下一個信標信息的起始時間。家庭無線子網的工作與信標信息同步。
信標信息可以被廣播給所有的節點，也可以發送給一個或幾個期望的節點。信標信息還包列出以下信息目標地址、信標信息標識和信標次序。
(9)處於睡眠工作模式的子節點僅在時間窗口按照時間坐標，查詢和監控來自中心節點的信標信息。
(10)上述處於睡眠工作模式的子節點接收到的信標信息與己有關，即切換到正常工作模式、執行中心節點的命令並且設法和中心節點通訊。
(11)處於正常工作模式的子節點在完成上述通訊過程後，重新切換到睡眠工作模式。
(12)設備和子節點連接後，設備會等待子節點並且與中心節點通訊。通訊完成後，子節點返回到睡眠工作模式。
本發明家庭無線子網的無線子節點的工作模式有兩種正常工作模式和睡眠工作模式。在正常工作模式，基於相關應用命令，無線模塊(子節點)同時工作在發送狀態和接收狀態，功率消耗處於正常水平。在睡眠工作模式，無線模塊(子節點)工作在低功耗(節省功率模式)狀態。例如僅僅維持系統時鐘的工作。除了周期性的接收工作，無線模塊主要處於靜止狀態。功耗小於正常工作模式功耗的1/100。
計算估計如下每個設備每次發送的信息包長度不超過幾百個字節。家庭無線子網中的傳輸速度不低於10Kb/s。無線子節點也可以發較短的信息包。網絡中，要求設備發送和接收信息包的次數不超過100次。如果採用本專利建議的功率節省技術，功耗將只是原來功耗的1/100。
在睡眠工作模式，在時間窗口，模塊接收工作周期性醒來，等待信標信息到達的時刻。在這個窗口，模塊查詢和監控來自中心節點的信標信息。
如果接收到的信標信息包與無線節點有關，這個無線節點切換到正常工作模式並且執行命令。例如從中心節點接收數據信息和命令信息。
當模塊接收到信標信息並且有數據和命令在節點等待時，模塊才發射命令或數據給中心節點。
同時，模塊從信標信息中獲得信標次序下一個信標信息到達的時間。
然後模塊重新切換到睡眠工作模式。在下一個信標信息到達之前，模塊重新等待。
因此，控制無線模塊工作周期的本發明就是建立一個工作程序。有了這個規則，所有的無線模塊都有以下的工作狀態網關與所有的模塊同步；當有信息等待發給無線模塊時，模塊啟動發射端；當模塊被通知相關信息正在等待時，模塊僅啟動接收端工作。
本發明的目的就是這樣完成的。
本發明有了上述工作程序，功耗可以被限制到一個很低的水平。對家電和負載的無線模塊來說，電池可以維持更長的壽命。本發明為家庭無線子網引入了一種功耗節省方法。這種方法能夠克服上述已有技術的缺點和不足，合理地控制無線模塊的工作狀態，使無線收發器僅工作在適當的周期。因而能有效地節省電能、延長電池及其它供電設備的使用壽命。它可廣泛應用於家庭無線子網中，完成家庭監測和安全保護等。
圖1為本發明家庭無線子網的星狀拓撲結構圖。
圖2為子節點獲得信標的次序圖。
具體實施例方式
實施例1。一種家庭無線子網的功耗節省方法，如圖1～圖2所示。它包括(1)在一個局限空間內，每一臺家電負載一個無線模塊構成的多個無線子節點；(2)多個無線子節點分別與一個中心節點直接聯接通信，而且實現子節點之間的通信，建立的星狀拓撲家庭無線子網；(3)對每一個子節點都設置正常和睡眠兩種工作模式的步驟；(4)使處於正常工作模式的子節點接收中心節點的命令，同時工作在正常功耗的發送和接收兩種工作狀態的步驟；(5)使處於睡眠工作模式的子節點，接收中心節點的命令，只工作在低功耗的接收工作狀態的步驟。
實施例2。一種家庭無線子網的功耗節省方法。它是在實施例1的基礎上，還包括了以下步驟(1)中心節點向所有的或者某一個或者某幾個子節點發送信標信息包的步驟；(2)信標信息包為所有的子節點建立一個時間坐標，並且指出下一個信標信息的起始時間的步驟；(3)所發送的信標信息包還包含目標地址、信標信息標識和信標次序等信息。
上述處於睡眠工作模式的子節點僅在時間窗口按照時間坐標，查詢和監控來自中心節點的信標信息。處於睡眠工作模式的子節點接收到的信標信息與己有關，即切換到正常工作模式並且執行中心節點的命令或者發射命令或數據給中心節點。上述處於正常工作模式的子節點在執行中心節點的命令或者發射命令或數據給中心節點後，重新切換到睡眠工作模式。
中心節點和每一個子節點均以微處理器控制。
實施例1和實施例2能合理控制子節點和中心節點的工作狀態，有效節電，延長電池等電源的使用壽命。它可廣泛應用於家庭無線子網中。
權利要求
1.一種家庭無線子網的功耗節省方法，它包括(1)在一個局限空間內，每一臺家電負載一個無線模塊構成的多個無線子節點；(2)多個無線子節點分別與一個中心節點直接聯接通信，而且實現子節點之間的通信，建立的星狀拓撲家庭無線子網；其特徵在於它還包括以下步驟(3)對每一個子節點都設置正常和睡眠兩種工作模式的步驟；(4)使處於正常工作模式的子節點接收中心節點的命令，同時工作在正常功耗的發送和接收兩種工作狀態的步驟；(5)使處於睡眠工作模式的子節點，接收中心節點的命令，只工作在低功耗的接收工作狀態的步驟。
2.按照權利要求1所述的家庭無線子網的功耗節省方法，其特徵在於它還包括以下步驟(1)中心節點與子節點不同，中心節點向所有的或者某一個或者某幾個子節點發送信標信息包的步驟；(2)信標信息包為所有的子節點建立一個時間坐標，並且指出下一個信標信息的起始時間的步驟；(3)所發送的信標信息包還包含目標地址、信標信息標識和信標次序等信息。
3.按照權利要求2所述的家庭無線子網的功耗節省方法，其特徵在於所述的處於睡眠工作模式的子節點僅在時間窗口按照時間坐標，查詢和監控來自中心節點的信標信息。
4.按照權利要求3所述的家庭無線子網的功耗節省方法，其特徵在於所述的處於睡眠工作模式的子節點接收到的信標信息與已有關，即切換到正常工作模式並且執行中心節點的命令或者發射命令或數據給中心節點。
5.按照權利要求4所述的家庭無線子網的功耗節省方法，其特徵在於所述的處於正常工作模式的子節點在執行中心節點的命令或者發射命令或數據給中心節點後，重新切換到睡眠工作模式。
6.按照權利要求1到5中任一個權利要求所述的家庭無線子網的功耗節省方法，其特徵在於所述的節省功率的中心節點和每一個子節點均以微處理器控制。
全文摘要
一種家庭無線子網的功耗節省方法，屬於家庭網絡技術。每臺家電負載一個無線模塊構成多個子節點，子節點與中心節點直接通信建立星狀拓撲無線子網。每個子節點都設置正常和睡眠兩種工作模式。正常工作的子節點接收中心節點的命令工作在發送和接收兩種狀態。睡眠工作的子節點只工作在低功耗的接收狀態。中心節點向子節點發送信標信息包，建立時間坐標，並指出下一信標信息的起始時間。睡眠子節點僅監控中心節點的信標信息。當信息與已有關，即切換到正常工作。執行命令或者發射命令或數據給中心節點後重新切換到睡眠模式。它能合理控制子節點和中心節點的工作狀態，有效節電，延長電池等電源的使用壽命。可廣泛應用於家庭無線子網中。
文檔編號H04L12/10GK1529469SQ0313505
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月30日 優先權日2003年9月30日
發明者喻子達, 王宏偉, 酈亮, 李莉, 劉世敏, 馮承文, 矯永英 申請人:青島海爾科技有限公司, 赫立訊科技(北京)有限公司