低功耗無線掃描喚醒技術(shù)，重塑物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙新體驗(yàn)

隨著人類社會(huì)活動(dòng)的信息化和通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)施越來越傾向于網(wǎng)絡(luò)化、無線化。物聯(lián)網(wǎng)被人們視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次革命。無線短距離通信方式是物聯(lián)網(wǎng)的主要通信方式之一，隨著物聯(lián)網(wǎng)終端通信設(shè)備應(yīng)用越來越廣，電池供電的設(shè)備越來越多，對(duì)功耗的要求更加苛刻。因此開發(fā)人員必須注重射頻ic與mcu的待機(jī)電流、喚醒方式和運(yùn)行模式，即無線通信終端定期開窗接收來自于集中器的喚醒碼，喚醒成功后開始數(shù)據(jù)交互，未被喚醒則處于低電流的睡眠狀態(tài)。

無線網(wǎng)絡(luò)低功耗技術(shù)分為兩個(gè)層面：硬件電路低功耗和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)低功耗。其中，無線終端設(shè)備采取睡眠-探測(cè)模式可以降低系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的功耗，引入睡眠-探測(cè)模式的無線通信系統(tǒng)，同等睡眠-探測(cè)周期的條件下，終端的睡眠時(shí)間越長(zhǎng)，則平均能耗越低。

當(dāng)前，喚醒無線終端的主流方法有帶地址回傳、帶地址無回傳的數(shù)據(jù)包喚醒法，為保證無線終端能夠完整地接到喚醒碼，這兩種方法要求終端探測(cè)窗口時(shí)間為帶地址的喚醒碼的兩倍長(zhǎng)度，且?guī)У刂酚谢貍鞯膯拘逊椒ㄐ枰性O(shè)備的時(shí)間上同步，否則易產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖撞。

使用線性反饋移位寄存器編碼產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列碼作為喚醒碼，并使用對(duì)應(yīng)的解碼器進(jìn)行解碼，將終端設(shè)備地址和控制指令包含在線性反饋移位寄存器的反饋抽頭中，類似于一種帶地址無回傳的喚醒方法。這種方法縮短了終端探測(cè)窗口時(shí)間，降低了功耗，且不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖撞。當(dāng)前利用偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行通信有如下兩種方法：

1.主設(shè)備使用將終端設(shè)備id和指令作為反饋抽頭的線性反饋移位寄存器，編碼產(chǎn)生偽隨機(jī)序列碼，終端設(shè)備采用多個(gè)解碼器解碼，根據(jù)每個(gè)解碼器的輸出結(jié)果判斷指令是否對(duì)應(yīng)本機(jī)以及對(duì)本機(jī)的操作。這種方法不能避免誤喚醒的問題，由于將指令也包含在偽隨機(jī)碼中，一旦設(shè)備被誤喚醒，即出現(xiàn)誤操作。

2.主設(shè)備使用將終端設(shè)備id作為反饋抽頭的線性反饋移位寄存器，編碼產(chǎn)生偽隨機(jī)序列碼，終端設(shè)備采用自身id作為抽頭的解碼器進(jìn)行解碼，解碼判定為喚醒后，將此時(shí)其移位寄存器內(nèi)的碼元存儲(chǔ)命名為序列l(wèi)。然后終端設(shè)備用自身id作為反饋抽頭的線性反饋移位寄存器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列碼(其移位寄存器初值與主設(shè)備相同)，并設(shè)變量k＝0。然后進(jìn)行與主設(shè)備相同的編碼運(yùn)算，移位寄存器每移動(dòng)一位，k加1，同時(shí)寄存器內(nèi)的值會(huì)發(fā)生變化，將寄存器內(nèi)的值與l比較，不等則繼續(xù)移位并k加1，直到寄存器內(nèi)的值與l相等為止，這時(shí)得到非零值k，如果波特率為b，則終端設(shè)備的探測(cè)窗口期與主設(shè)備開始發(fā)送喚醒碼的時(shí)刻 之間的差值為k/b。

低功耗無線物聯(lián)網(wǎng)喚醒方法研究低功耗無線物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)，絕大部分時(shí)間必須處于休眠狀態(tài)才能降低功耗，以支持電池長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航。如果有節(jié)點(diǎn)要發(fā)起通信，其在與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信之前，必須對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)施喚醒，然后才能進(jìn)行有效通信。

1.無線喚醒功能的實(shí)現(xiàn)原理

降低功耗首先是提升工作效率，藍(lán)奧聲科技廣泛采用高品質(zhì)被動(dòng)器件，高效率LDO和DCDC，有效提高產(chǎn)品能效，其次是減少不必要的能耗。當(dāng)模塊處于接收狀態(tài)時(shí)，模塊需要時(shí)刻監(jiān)聽數(shù)據(jù)包，此時(shí)模塊依然具有比較高的功耗。無線喚醒功能就是將這一部分的功耗減少，讓模塊間隔一定時(shí)間監(jiān)聽數(shù)據(jù)包。

2.如何實(shí)現(xiàn)無線喚醒

啟用無線喚醒功能首先需要設(shè)置模塊無線喚醒時(shí)間，通信雙方喚醒時(shí)間需要相同。然后通信的接收方需要處在工作模式2，通信的發(fā)送方需要處在工作模式1，工作模式通過模塊MD0、MD1引腳設(shè)置。

3.無線喚醒對(duì)通信延時(shí)的影響

啟用無線喚醒功能會(huì)增大通信延時(shí)，下面使用AS62-T30對(duì)比正常收發(fā)（模式0發(fā)-模式0收）和無線喚醒（模式1發(fā)-模式2收）的通信延時(shí)。喚醒時(shí)間外其他參數(shù)均為默認(rèn)配置。

無線感知監(jiān)測(cè)能力的設(shè)備，包括直接面向目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)象進(jìn)行感知監(jiān)測(cè)的目標(biāo)感知節(jié)點(diǎn)（作為目標(biāo)對(duì)象設(shè)備或場(chǎng)景傳感器），或面向前置感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行感知監(jiān)測(cè)的協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)。

目標(biāo)感知監(jiān)測(cè)指目標(biāo)關(guān)聯(lián)信息的獲取過程（如信號(hào)接收、數(shù)據(jù)采集及處理等），包括面向目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)象的識(shí)別、追蹤、監(jiān)測(cè)等過程。通過無線掃描偵測(cè)獲取目標(biāo)對(duì)象（設(shè)備）的有關(guān)設(shè)備ID、服務(wù)屬性及狀態(tài)變量等信息；所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)指對(duì)目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)變量范圍或其組合進(jìn)行解析判斷獲得與目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)象關(guān)聯(lián)的目標(biāo)狀態(tài)信息。

無線協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)在獲得場(chǎng)景觸發(fā)響應(yīng)時(shí)，執(zhí)行與目標(biāo)場(chǎng)景狀態(tài)對(duì)應(yīng)的模式處理，方法包括：

協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)接收到目標(biāo)場(chǎng)景中前置感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的無線觸發(fā)狀態(tài)信標(biāo)時(shí)，以無線聯(lián)動(dòng)發(fā)送協(xié)同應(yīng)答信息；根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)信息通過場(chǎng)景狀態(tài)解析獲得與所述目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景狀態(tài)代碼；通過對(duì)所述場(chǎng)景狀態(tài)代碼的索引獲得相應(yīng)的模式參數(shù)，并根據(jù)所述模式參數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的模式處理。

聯(lián)動(dòng)觸發(fā)： 所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)以無線掃描偵測(cè)方式，接收到前置感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述觸發(fā)狀態(tài)信標(biāo)，在符合聯(lián)動(dòng)響應(yīng)條件時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)響應(yīng)：發(fā)送用于協(xié)同應(yīng)答的聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信標(biāo)。

狀態(tài)恢復(fù)：所述前置感知節(jié)點(diǎn)在發(fā)送所述觸發(fā)狀態(tài)信標(biāo)的期間使能反向偵測(cè)，當(dāng)在所述反向偵測(cè)時(shí)隙內(nèi)接收到臨近感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的用以狀態(tài)平復(fù)的協(xié)同應(yīng)答時(shí)，立即將所述觸發(fā)狀態(tài)信標(biāo)關(guān)閉或恢復(fù)到常態(tài)信標(biāo)。

臨近節(jié)點(diǎn)： 所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)接收到預(yù)定數(shù)量的臨近節(jié)點(diǎn)發(fā)送的協(xié)同應(yīng)答信息時(shí)，關(guān)閉本次發(fā)送的所述聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信標(biāo)；所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)可將臨近節(jié)點(diǎn)發(fā)送的聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信標(biāo)作為協(xié)同應(yīng)答信息來處理；所述預(yù)定數(shù)量作為一種對(duì)有效性條件的配置信息，與臨近節(jié)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，包含于配網(wǎng)信息之中。

目標(biāo)多選： 所述觸發(fā)狀態(tài)信標(biāo)包含對(duì)協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)觸發(fā)的目標(biāo)多選信息，當(dāng)且僅當(dāng)所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)判斷其節(jié)點(diǎn)屬性與所述目標(biāo)多選信息匹配時(shí)，才被允許其獲得所述場(chǎng)景觸發(fā)響應(yīng)。

定向服務(wù)： 所述模式處理包括：所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)向周邊的通過無線廣播發(fā)送包含場(chǎng)景關(guān)聯(lián)信息的場(chǎng)景服務(wù)信標(biāo)；所述場(chǎng)景服務(wù)信標(biāo)為包含所述場(chǎng)景關(guān)聯(lián)信息與/或模式參數(shù)的定向服務(wù)信標(biāo)，所述定向服務(wù)信標(biāo)為發(fā)送給指定關(guān)聯(lián)的目標(biāo)終端設(shè)備的服務(wù)信標(biāo)。

彈性監(jiān)測(cè)： 所述模式處理包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)基于當(dāng)前監(jiān)測(cè)模式，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理獲得當(dāng)前包含于目標(biāo)監(jiān)測(cè)信息的狀態(tài)變量；通過場(chǎng)景狀態(tài)解析導(dǎo)出場(chǎng)景狀態(tài)代碼Ns，根據(jù)對(duì)所述場(chǎng)景狀態(tài)代碼索引獲得的模式參數(shù)，對(duì)所述監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行彈性反饋調(diào)整。

快速組網(wǎng)： 所述系統(tǒng)由某一無線管理節(jié)點(diǎn)發(fā)起多模式無線配網(wǎng)而建立，所述多模式無線配網(wǎng)包括：所述協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)以藍(lán)牙BLE方式接收所述無線管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送的配網(wǎng)信息，并基于所述配網(wǎng)信息與指定的無線路由節(jié)點(diǎn)建立無線連接。

若干協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)支持多模式無線通信協(xié)議，以一種無線掃描偵測(cè)方式（如藍(lán)牙BLE、無線時(shí)隙同步）接收所述管理節(jié)點(diǎn)以同步數(shù)據(jù)包（即同步群控方式）發(fā)送的、包括SSID的配網(wǎng)信息，并基于所述配網(wǎng)信息，以另一種無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（如WiFi）與指定的一個(gè)或多個(gè)無線路由節(jié)點(diǎn)建立無線連接，構(gòu)建基于Mesh通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

多模式無線配網(wǎng)的有益性在于，大幅度提升群控配網(wǎng)效率（快速組網(wǎng)）：配網(wǎng)管理節(jié)點(diǎn)通過同步群控方式，使若干--眾多的待配網(wǎng)的邊緣節(jié)點(diǎn)/感知節(jié)點(diǎn)根據(jù)同時(shí)接收到的包含于同步數(shù)據(jù)包的配網(wǎng)信息，按指定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，快速接入到指定的一個(gè)或多個(gè)無線路由節(jié)點(diǎn)（以構(gòu)建基于Mesh通信的無線協(xié)同感知網(wǎng)絡(luò)）。

審核編輯 黃宇