用于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中無線廣播上電序列的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能電源管理以實(shí)現(xiàn)極其低的待機(jī)電流和同時(shí)快速上電時(shí)間的方法和設(shè)備。該方法的特征在于組合以局部廣播上電序列的集中式遠(yuǎn)程上電方案以實(shí)現(xiàn)快速上電時(shí)間和擴(kuò)展的上電覆蓋區(qū)的技術(shù)。其能依序管理從基站到傳感器節(jié)點(diǎn)的掉電序列，而上電序列從基站向傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)廣播其上電命令。該設(shè)備接受相同的頻帶用于數(shù)據(jù)通信和上電消息，并且RF開關(guān)分開接收RF數(shù)據(jù)和RF上電消息。無線上電接收器從上電消息自供電并且也從上電消息生成上電啟動(dòng)信號(hào)。
【專利說明】用于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中無線廣播上電序列的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)為對(duì)應(yīng)于在2011年8月9日提交的名稱為“Method and Device forWireless Broadcast Power-up Sequence in Wireless Sensor Network，，的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/521，412的非臨時(shí)專利申請(qǐng)。
【背景技術(shù)】
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的重要性在許多應(yīng)用中表現(xiàn)出來，諸如空氣污染監(jiān)視、火災(zāi)監(jiān)視、機(jī)器健康監(jiān)視、區(qū)域監(jiān)視和軍事應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)具有感測(cè)和計(jì)算能力的低功率網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備?；緸榫哂袕?qiáng)大的計(jì)算、能量和通信資源的WSN的一個(gè)或多個(gè)可辨別的組件。它們充當(dāng)在傳感器節(jié)點(diǎn)與終端使用者之間的網(wǎng)關(guān)，因?yàn)樗鼈兺ǔ腤SN向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。WSN由傳感器“節(jié)點(diǎn)”構(gòu)成，從幾個(gè)到數(shù)百個(gè)或甚至上千個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到一個(gè)(或有時(shí)多個(gè))傳感器。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通常具有若干部件:無線電收發(fā)器，其具有內(nèi)部天線或者到外部天線的連接；微控制器；以及電子電路，其與傳感器形成接口連接。用于WSN節(jié)點(diǎn)的電源通常為可耗減的電源，諸如電池。為了延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命期限，設(shè)計(jì)了多種電源管理方案。許多電源管理方案利用傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件的節(jié)能特征。電源管理方案需要控制網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)何時(shí)應(yīng)進(jìn)入高功率運(yùn)行模式和何時(shí)進(jìn)入低功率睡眠模式。從高功率到低功率模式的掉電轉(zhuǎn)變可以通常利用關(guān)掉硬件組件的一組指令來進(jìn)行，并且電源管理方案可以在保持特定條件時(shí)，例如系統(tǒng)長(zhǎng)期無事件時(shí)執(zhí)行這種操作。但從低功率模式到高功率模式的上電轉(zhuǎn)變是一個(gè)棘手的問題，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)使其自己的CPU停止并且不能注意到外面的事件。在許多應(yīng)用中，希望在相關(guān)的某些事件發(fā)生時(shí)喚醒網(wǎng)絡(luò)。但傳感器節(jié)點(diǎn)不能容易地精確地知道何時(shí)事件發(fā)生。
[0004]為了解決這個(gè)問題，許多電源管理方案需要每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)周期性上電以收聽無線電信道。通過選擇良好的上電/掉電時(shí)間表，網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)省大量能量而不會(huì)有損系統(tǒng)功能。不例包括“Method and device for transponder aided wake-up of a low powerradio device by a wake-up event”美國(guó)專利 N0.7，072，697B2。在此專利中，上電/ 掉電安排的實(shí)現(xiàn)方式常常涉及計(jì)時(shí)器，其經(jīng)由中斷來喚醒微控制器。
[0005]另一辦法是使用低功率待機(jī)硬件組件來在節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠模式時(shí)觀察環(huán)境。某些不例為 “Remote control wake up detector system” 美國(guó)專利 N0.6，100，814, “Wake updevice for communications system” 美國(guó)專利 N0.7，912，442B2,和 “Method and devicefor transponder aided wake-up of a low power radio device by a wake-up event，，美國(guó)專利N0.7，072, 697B2。該系統(tǒng)包括用于將第一通信設(shè)備切換到睡眠模式和響應(yīng)于接收到喚醒信號(hào)將第一通信設(shè)備從睡眠模式切換的裝置。但是，這些系統(tǒng)在先前并未解決增加上電序列覆蓋的問題。而且，對(duì)于低功率喚醒設(shè)備的控制仍需要額外功耗和額外復(fù)雜的控制單兀。
[0006]在諸如運(yùn)輸或汽車的某些WSN應(yīng)用中，通過關(guān)掉長(zhǎng)時(shí)間未使用或有源的傳感器節(jié)點(diǎn)使傳感器節(jié)點(diǎn)置于長(zhǎng)期冬眠或掉電模式。這樣的方案允許傳感器節(jié)點(diǎn)具有極其低的待機(jī)電流(〈I μ A)，但傳感器節(jié)點(diǎn)上電時(shí)間變得重要。而且，如果這些應(yīng)用同時(shí)需要快速上電時(shí)間和寬廣上電覆蓋區(qū)，常規(guī)的電源管理方案難以實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)規(guī)范。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明設(shè)法解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的一方面提供一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源管理序列的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括基站和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0009]基站控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和電源管理序列。
[0010]傳感器節(jié)點(diǎn)向基站提供感測(cè)數(shù)據(jù)。
[0011]基站使用一種類型的多路復(fù)用方案來用于數(shù)據(jù)和掉電消息傳輸。
[0012]基站向多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)廣播RF上電消息。
[0013]傳感器節(jié)點(diǎn)接受上電消息并且生成上電檢測(cè)信號(hào)，其中在上電序列期間，上電檢測(cè)電路使用來自RF上電消息的能量，并且其中傳感器節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備與基站通信。
[0014]在上電序列之后傳感器節(jié)點(diǎn)開始向不在基站的覆蓋區(qū)的鄰近節(jié)點(diǎn)傳播局部上電消息。
[0015]基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)對(duì)講以確認(rèn)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被喚醒。
[0016]傳感器節(jié)點(diǎn)可包括有源RF無線電，且其中有源RF無線電包括電子電路，包括:
[0017]用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞F無線電收發(fā)器，其適于分配單個(gè)頻道；
[0018]天線，其適于從基站或傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)接收單個(gè)頻道RF信號(hào)；
[0019]電源管理單元，其適于提供具有多個(gè)電力/接地域的調(diào)節(jié)的電源；以及
[0020]上電接收器，其耦接到天線并且適于針對(duì)上電接收器啟動(dòng)(檢測(cè))信號(hào)的存在而動(dòng)態(tài)地采樣RF信號(hào)，其中上電接收器與數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)器使用相同頻率。
[0021]用于形成上電信號(hào)以警示從掉電模式轉(zhuǎn)變到上電模式的上電接收器包括:
[0022]電子開關(guān)，其適于在傳感器節(jié)點(diǎn)處于掉電模式時(shí)耦接天線，其中開關(guān)在數(shù)據(jù)傳輸期間為斷開模式，受到上電接收器啟動(dòng)信號(hào)控制；以及
[0023]RF至DC轉(zhuǎn)換器，其適于將RF上電消息轉(zhuǎn)換為DC功率以驅(qū)動(dòng)上電接收器，其中整流器有時(shí)直接耦接到天線以提高RF敏感性。
[0024]上電接收器還包括:
[0025]RF放大器，其適于增加RF上電消息的動(dòng)態(tài)范圍；
[0026]RF包絡(luò)檢測(cè)器或整流器，其適于將RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)電平；以及
[0027]比較器，其適于獲得DC信號(hào)電平并且驅(qū)動(dòng)它到上電管理單元。
[0028]用于生成控制上電接收器之前的LDO和電子開關(guān)的上電檢測(cè)信號(hào)的上電檢測(cè)器包括:加電復(fù)位(PoR)、兩個(gè)滯后輸入緩沖器、異或門和D型觸發(fā)器。
[0029]在電源管理單元中的加電復(fù)位(PoR)可檢測(cè)來自電池的施加到芯片上的外部電力并且生成復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖通往傳感器節(jié)點(diǎn)，將其置于已知狀態(tài)。
[0030]本發(fā)明的另一方面提供一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源管理序列的方法，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括基站，其用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和電源管理序列；和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，其向基站提供感測(cè)數(shù)據(jù)，
[0031]該方法包括以下步驟:[0032]基站向多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)廣播即上電消息；
[0033]在接收到上電消息時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)使用來自即消息的能量并且使得傳感器X上電以準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
[0034]傳感器節(jié)點(diǎn)開始向不在基站的覆蓋區(qū)的鄰近節(jié)點(diǎn)傳輸相同的上電消息；以及
[0035]基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)對(duì)講以確認(rèn)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被喚醒。
[0036]多路復(fù)用方案的類型可包括用于數(shù)據(jù)和掉電消息傳輸?shù)?00或？00。
[0037]雖然簡(jiǎn)要地總結(jié)了本發(fā)明，通過附圖、詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求得到對(duì)本發(fā)明的更全面了解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]參考附圖，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被更好地理解，在附圖中:
[0039]圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所提議的上電序列的拓?fù)涞膱D；
[0040]圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器節(jié)點(diǎn)的示例性框圖的圖；
[0041]圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的掉電序列的示意圖；
[0042]圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上電序列的示意圖；
[0043]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電源管理單元的框圖；
[0044]圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器的節(jié)點(diǎn)的電源管理序列的時(shí)序圖；
[0045]圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電源管理序列的狀態(tài)圖；以及
[0046]圖8為示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電源管理序列的方法的流程圖。
具體實(shí)施例
[0047]臨時(shí)美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)如.61/521,412以引用的方式并入到本文中如同其在本文中全面地陳述。
[0048]本發(fā)明公開了對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能電源管理以實(shí)現(xiàn)極其低的待機(jī)電流和快速上電時(shí)間的方法和設(shè)備。所提議的電源管理序列的特征在于針對(duì)整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的組合以局部廣播上電序列的集中式遠(yuǎn)程上電方案的技術(shù)。更重要的是，來自基站的即上電消息使用與即數(shù)據(jù)通信相同的頻帶，因此更易于實(shí)施無線開關(guān)。其能循序地管理從基站向傳感器節(jié)點(diǎn)的掉電序列，而上電序列從基站向傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)廣播其上電消息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)開通時(shí)，基站將上電消息廣播給在其覆蓋區(qū)內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)。如果一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收的能量低，在集中式遠(yuǎn)程上電覆蓋區(qū)內(nèi)的鄰近的傳感器節(jié)點(diǎn)傳播局部上電消息以完成在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的上電序列。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有即數(shù)據(jù)收發(fā)器和上電接收器，并且它們利用即上電開關(guān)分開。上電接收器能生成自供電上電檢測(cè)信號(hào)。其包括即至IX:轉(zhuǎn)換器、上電開關(guān)、即增益放大器、即包絡(luò)檢測(cè)器和比較器。在數(shù)據(jù)傳輸與上電/掉電之間的模式轉(zhuǎn)變受到上電開關(guān)的狀態(tài)控制，上電開關(guān)的狀態(tài)由在電源管理單元處的上電檢測(cè)器確定。
[0049]圖1展示了組合以局部廣播上電序列的集中式遠(yuǎn)程上電序列的概念拓?fù)?。傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源管理受到基站控制。基站利用掉電消息來控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的掉電序列。但是，不能控制節(jié)點(diǎn)的上電序列，因?yàn)樵诘綦娔Ｊ狡陂g在基站與節(jié)點(diǎn)之間并不存在無線鏈路。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)開通時(shí)，基站以最大輸出功率電平將上電消息廣播給所有傳感器節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)將其初始信息發(fā)送給基站以便確認(rèn)其上電序列。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收的能量低，那么鄰近節(jié)點(diǎn)接收到傳播局部上電消息的命令。為了節(jié)省上電時(shí)間，可以部署另一方案:在檢測(cè)到上電轉(zhuǎn)變之后，節(jié)點(diǎn)恢復(fù)其電源管理單元，并且變成“復(fù)位”狀態(tài)。并且然后，節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入到局部上電模式，其中節(jié)點(diǎn)局部地傳送上電消息。因?yàn)榇嬖谙到y(tǒng)上電時(shí)間規(guī)范，上電序列和其輸出功率電平必須被良好地優(yōu)化以滿足此規(guī)范。
[0050]圖2示出了包括無線電收發(fā)器和傳感器的傳感器節(jié)點(diǎn)的示例框圖。完全整合的無線電包括即收發(fā)器、10合成器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字基帶。主收發(fā)器基于低I？接收器和直接上變頻發(fā)射器。單端1^八具有兩種增益模式設(shè)置，并且生成差分輸出。由雙平衡無源開關(guān)的1/0混合器差分下變頻的信號(hào)被饋送到差分III合并有增益級(jí)的復(fù)合帶通濾波器可以調(diào)整其帶寬和基帶增益。發(fā)射器利用有源％雙二階濾波器支持直接上變頻發(fā)射模式。驅(qū)動(dòng)器放大器(04)具有從？0，-11 (18111至其最大輸出功率？0，111狀池111范圍的輸出功率。0八具有用于局部上電序列的增壓輸出功率模式。使用以10頻率二倍操作的分?jǐn)?shù)~頻率合成器在芯片上生成正交11)信號(hào)。傳感器X包含四個(gè)芯片上模擬傳感器、模擬多路復(fù)用器和高分辨率八IX:。其還包括主電源管理單元順)以從2.7\至4.8乂的單個(gè)電池電壓生成調(diào)節(jié)的電源。
[0051]無線上電接收器的自供電的上電檢測(cè)信號(hào)$1-0)0).其與主收發(fā)器共用同一天線以減少系統(tǒng)總開銷。天線為印刷？⑶天線，并且與主接收器和11？11取的平均輸入阻抗IX匹配。由于即信號(hào)頻率和上電頻率在伐？相同，應(yīng)注意阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。在接收器模式中，？口31被關(guān)掉，因此1^20(:的電容和胃1？11取的高輸入阻抗將添加到主接收器的阻抗。匹配網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)成使得其輸入阻抗在伐？為50 口。雖然主接收器和發(fā)射器在上電模式被關(guān)掉，合并有芯片上匹配網(wǎng)絡(luò)的板載匹配網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)成在伐？輸入阻抗為500。
[0052]11？11取具有即至IX:轉(zhuǎn)換器(1^200,類似于在即10系統(tǒng)中的無源應(yīng)答器，以向胃1？11取提供IX:功率上電檢測(cè)電路包括上電開關(guān)丨？…？)、即包絡(luò)檢測(cè)器(^￡0)和比較器。？口31放置于天線與11？11取之間以分開正常與上電操作。
[0053]1？？200從入射的即上電消息生成上電檢測(cè)電路的IX:功率上電消息包括具有無數(shù)據(jù)內(nèi)容的可調(diào)整的多個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度。？口31受從主？順(圖2)的電源管理邏輯見)生成的‘冊(cè)一?現(xiàn)X’控制。由于主剛(包括主[00)被關(guān)斷，掉電電流極其低，低于1 9八。
[0054]當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)掉電時(shí)，基站通過一次一個(gè)或廣播來向所有傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送掉電消息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)解釋掉電消息并且使得主？1[關(guān)斷。在‘1/時(shí)，？[洲閉合并且準(zhǔn)備檢測(cè)上電消息(圖3〉。
[0055]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)開通時(shí)，基站向所有傳感器節(jié)點(diǎn)廣播上電消息(圖4〉。上電消息在11？11尺X處(1)轉(zhuǎn)換為IX:功率，在1^20(:；并且(2)生成上電檢測(cè)信號(hào)實(shí)際上，雖然處于‘開啟’狀態(tài)，上電消息被遞送到班觀。單端班觀輸出被饋送到滯后緩沖器和比較器以生成上電檢測(cè)信號(hào)？^—100。比較器的閾值電壓由上拉與下拉設(shè)備電導(dǎo)系數(shù)的比來確定。信號(hào)‘?保持‘!I’狀態(tài)，直到激活了掉電消息(‘?= ‘!10。主
生成‘^^0)0’以激活主0)0并且從電池電壓生成調(diào)節(jié)的電源(圖5?。然后，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入“復(fù)位”(或初始)狀態(tài)以準(zhǔn)備與基站通信。局部上電序列從‘復(fù)位’狀態(tài)起始，并且能以兩種方案中的任一個(gè)實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)是基于從傳感器節(jié)點(diǎn)到基站的上電確認(rèn)消息?；九渲脗鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的上電狀態(tài)，并且命令節(jié)點(diǎn)將局部上電消息傳播到鄰近節(jié)點(diǎn)。第二方案是將局部上電消息從處于‘復(fù)位’狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)傳播到鄰近節(jié)點(diǎn)以便縮短上電時(shí)間。
[0056]圖6描繪了在傳感器節(jié)點(diǎn)中的電源管理序列的時(shí)序圖。在傳感器X連接到電池時(shí)，主電力？7003…上電。然后，加電復(fù)位(9010檢測(cè)到？7003…并且生成復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖到傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入已知狀態(tài)。在上電序列之前，節(jié)點(diǎn)處于掉電模式。上電序列始于來自基站的上電消息，其中基站廣播即上電消息到未規(guī)定的節(jié)點(diǎn)實(shí)體。上電消息并不包括諸如節(jié)點(diǎn)10或操作命令的任何信息，而是僅包含在伐？的財(cái)信號(hào)。由于叩31在掉電狀態(tài)期間處于‘開啟’狀態(tài)‘I’)317上電消息被整流為IX:功率
并且被饋送到11？11取內(nèi)。11？11取生成上電檢測(cè)信號(hào)并且其觸發(fā)節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)信號(hào)
這使得關(guān)斷并且將傳感器節(jié)點(diǎn)推入到正常操作模式(實(shí)際上復(fù)位狀態(tài)
[0057]圖7為上電序列的狀態(tài)圖。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始掉電并且通過從基站接受“3巧信號(hào)開始其操作。然后，傳感器網(wǎng)絡(luò)開始進(jìn)入上電序列。在此序列期間，無線電上電接收器(們?nèi)缛?開啟以從掉電狀態(tài)創(chuàng)建上電檢測(cè)信號(hào)一旦完成了上電序列，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入‘復(fù)位’狀態(tài)并且開始局部上電序列。在完成了上電序列后，所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入操作模式。在操作模式期間，某些(或大部分)傳感器節(jié)點(diǎn)能被推入到待機(jī)(即，空閑)模式以便滿足嚴(yán)格的功率預(yù)算。當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)即將掉電時(shí)，或者當(dāng)復(fù)位信號(hào)中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)開始其掉電序列。
[0058]本發(fā)明的一方面在于提供一種電源管理序列。
[0059]基站用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和電源管理序列。
[0060]傳感器節(jié)點(diǎn)用于向基站提供感測(cè)數(shù)據(jù)。
[0061]基站將一種類型的多路復(fù)用方案用于數(shù)據(jù)和掉電消息傳輸。
[0062]基站向多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)廣播即上電消息。
[0063]傳感器節(jié)點(diǎn)接受上電消息并且生成上電檢測(cè)信號(hào)，其中在上電序列期間，上電檢測(cè)電路使用來自即上電消息的能量，并且其中傳感器節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備與基站通信。
[0064]在上電序列之后，傳感器節(jié)點(diǎn)開始向不在基站的覆蓋區(qū)的鄰近節(jié)點(diǎn)傳播局部上電消息。
[0065]基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)對(duì)話以確認(rèn)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被喚醒。
[0066]傳感器節(jié)點(diǎn)可以包括有源即無線電，并且其中有源即無線電包括電子電路，包括:
[0067]即無線電收發(fā)器，其用于無線數(shù)據(jù)傳輸，適用于分配單個(gè)頻道；
[0068]天線，其適用于從基站或傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)接收單個(gè)頻道即信號(hào)；
[0069]電源管理單元，其適于提供具有多個(gè)電力/接地域的調(diào)節(jié)的電源；以及
[0070]上電接收器，其耦接到天線并且適于針對(duì)上電接收器啟動(dòng)信號(hào)的存在而動(dòng)態(tài)地采樣尺？信號(hào)，其中上電接收器使用與數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)器相同的頻率。
[0071]用于創(chuàng)建上電信號(hào)以警示從掉電模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯想娔Ｊ降纳想娊邮掌骺砂?
[0072]電子開關(guān)，當(dāng)傳感器處于掉電模式時(shí)，其適于耦接天線，其中在數(shù)據(jù)傳輸期間，開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，受上電接收器啟動(dòng)信號(hào)控制；以及
[0073]即至IX:轉(zhuǎn)換器，其適于將即上電消息轉(zhuǎn)換為IX:功率以驅(qū)動(dòng)上電接收器，其中整流器有時(shí)直接耦接到天線以提高即敏感性。
[0074]上電接收器還可包括:
[0075]即放大器，其適于增加即上電消息的動(dòng)態(tài)范圍；
[0076]即包絡(luò)檢測(cè)器，或者整流器，其適于將即信號(hào)轉(zhuǎn)換為％信號(hào)電平；以及
[0077]比較器，其適于獲得IX:信號(hào)電平并且驅(qū)動(dòng)它到上電管理單元。
[0078]用于生成控制在上電接收器之前的0)0和電子開關(guān)的上電檢測(cè)信號(hào)的上電檢測(cè)器可包括:加電復(fù)位$010 ；兩個(gè)滯后輸入緩沖器；異或門；以及，0型觸發(fā)器。
[0079]在電源管理單元中的加電復(fù)位$010可以檢測(cè)來自電池的施加到芯片上的外部電力并且生成復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖到傳感器節(jié)點(diǎn)，將其置于已知狀態(tài)。
[0080]本發(fā)明的另一方面在于提供一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源管理序列的方法，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括:用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和電源管理序列的基站和如圖8所示用于向基站提供感測(cè)數(shù)據(jù)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0081]該方法包括以下步驟:
[0082]基站向多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)廣播即上電消息(3100)；
[0083]在接收到上電消息時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)使用來自即消息的能量并且使得傳感器X上電以準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸(3200)；
[0084]傳感器節(jié)點(diǎn)開始向不在基站的覆蓋區(qū)的鄰近節(jié)點(diǎn)傳輸相同上電消息(3300):以及
[0085]基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)對(duì)講以確認(rèn)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被喚醒(3400),
[0086]基于距離來廣播上電序列激活在其覆蓋區(qū)內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)。并且然后，對(duì)于在范圍外的節(jié)點(diǎn)，上電傳感器節(jié)點(diǎn)將上電序列傳送到其鄰近傳感器節(jié)點(diǎn)以便完成傳感器網(wǎng)絡(luò)的上電序列。
[0087]雖然參考本發(fā)明的不同實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出形式、細(xì)節(jié)、組成和操作的變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源管理序列的系統(tǒng)，包括: 基站，所述基站用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和電源管理序列；以及 多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)用于向基站提供感測(cè)數(shù)據(jù)， 其中所述基站使用一種類型的多路復(fù)用方案來用于數(shù)據(jù)和掉電消息傳輸， 其中所述基站向多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)廣播RF上電消息， 其中所述傳感器節(jié)點(diǎn)接受所述上電消息并且生成上電檢測(cè)信號(hào)，其中在所述上電序列期間，上電檢測(cè)電路使用來自所述RF上電消息的能量，并且其中所述傳感器節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備與所述基站通信， 其中在所述上電序列之后，所述傳感器節(jié)點(diǎn)開始向不在所述基站的覆蓋區(qū)的鄰近節(jié)點(diǎn)傳播局部上電消息；以及 其中所述基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所述節(jié)點(diǎn)對(duì)講以確認(rèn)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被喚醒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括有源RF無線電，并且其中所述有源RF無線電包括電子電路，包括: 用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞F無線電收發(fā)器，所述RF無線電收發(fā)器適于分配單個(gè)頻道； 天線，所述天線適于從基站或傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)接收單個(gè)頻道RF信號(hào)； 電源管理單元，所述電源管理單元適于提供具有多個(gè)電力/接地域的調(diào)節(jié)的電源；以 及 上電接收器，所述上電接收器耦接到所述天線并且適于針對(duì)上電接收器啟動(dòng)信號(hào)的存在而動(dòng)態(tài)地采樣RF信號(hào)，其中所述上電接收器與數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)器使用相同的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述上電接收器用于創(chuàng)建上電啟動(dòng)信號(hào)以警示從掉電模式轉(zhuǎn)變到上電模式，包括: 電子開關(guān)，所述電子開關(guān)適于在傳感器節(jié)點(diǎn)處于所述掉電模式時(shí)耦接所述天線，其中所述開關(guān)在數(shù)據(jù)傳輸期間為斷開狀態(tài)，受上電接收器啟動(dòng)信號(hào)控制；以及 RF至DC轉(zhuǎn)換器，所述RF至DC轉(zhuǎn)換器適于將所述RF上電消息轉(zhuǎn)換為DC功率以驅(qū)動(dòng)上電接收器，其中整流器有時(shí)直接耦接到所述天線以提高RF敏感性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述上電接收器還包括: RF放大器，所述RF放大器適于增加所述RF上電消息的動(dòng)態(tài)范圍； RF包絡(luò)檢測(cè)器或整流器，所述RF包絡(luò)檢測(cè)器或整流器適于將所述RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)電平；以及 比較器，所述比較器適于獲得DC信號(hào)電平并且將其驅(qū)動(dòng)到所述上電管理單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述上電檢測(cè)器用于生成上電檢測(cè)信號(hào)以控制在上電接收器之前的LDO和電子開關(guān)，包括: 加電復(fù)位(PoR)； 兩個(gè)滯后輸入緩沖器； 異或門；以及 D型觸發(fā)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，在所述電源管理單元中的所述加電復(fù)位(PoR)檢測(cè)來自電池的施加到所述傳感器節(jié)點(diǎn)上的外部電力并且生成復(fù)位脈沖，所述復(fù)位脈沖通往所述傳感器節(jié)點(diǎn)，將其置于已知狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，局部廣播上電消息從上電傳感器節(jié)點(diǎn)向鄰近節(jié)點(diǎn)自動(dòng)生成，并且其中另外所述基站從所述節(jié)點(diǎn)接收上電確認(rèn)并且然后命令所述節(jié)點(diǎn)向鄰近節(jié)點(diǎn)傳播上電消息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述類型的多路復(fù)用方案包括用于數(shù)據(jù)和掉電消息傳輸?shù)腡DD或FDD。
9.一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源管理序列的方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括:基站，所述基站用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和電源管理序列；和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)用于向基站提供感測(cè)數(shù)據(jù)，所述方法包括以下步驟: 所述基站向多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)廣播RF上電消息； 在接收到所述上電消息時(shí)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)使用來自RF消息的能量并且使得傳感器IC上電以準(zhǔn)備進(jìn)行所述數(shù)據(jù)傳輸； 所述傳感器節(jié)點(diǎn)開始向不在所述基站的覆蓋區(qū)的鄰近節(jié)點(diǎn)傳輸相同的上電消息；以及 所述基站與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所述節(jié)點(diǎn)對(duì)講以確認(rèn)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被喚醒。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103843416SQ201280048656
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月9日
【發(fā)明者】李在植, 李寅燮 申請(qǐng)人:李在植, 李寅燮