發布日期:2022-07-14 點擊率:40
低功耗無線物聯網中的節點,絕大部分時間必須處于休眠狀態才能降低功耗,以支持電池長時間續航。如果有節點要發起通信,其在與目標節點進行通信之前,必須對目標節點實施喚醒,然后才能進行有效通信。本文中提出一種信道編碼相關算法,具有抗干擾能力強、功耗低、快速識別身份、隱含時間戳、實現簡單等特點,性能優于現有的喚醒方法或算法。
現有的喚醒方法
現有的喚醒方法有三種,分別是:①RSSI(場強)喚醒法:Ts期間發送載波即可,從節點測試接收到的場強強度,超過設定的門限則被喚醒,否則繼續休眠。②Sniff(嗅探)喚醒法:Ts期間發送010101010……比特流,從節點計數接收的01或10的個數,超過設定的個數則被喚醒,否則繼續休眠。③數據包喚醒法:Ts期間重復發送一個數據包,從節點接收到完整的其中一個數據包則被喚醒,否則繼續休眠。
方法①和②致命的缺點是不能識別非法信號,很容易受到干擾導致誤喚醒,并且誤喚醒的概率無法計算和評估,從而導致系統可靠性大幅降低,能量損耗無法補償。即這兩種方法,存在無法抗干擾的嚴重問題。另外一個缺陷是,其只能實現廣播喚醒,增加了不需要參與通信的節點的功耗。
方法③的最大缺點是功耗大,為了可靠探測到數據包的幀同步信號,探測窗口t值需要設定為數據包總發射寬度的2倍,從而導致功耗增大。
基于自相關的喚醒方法
新的喚醒方法,需要在增加抗干擾能力的同時,降低功耗,從而克服現有方法中最大的兩個缺陷。高度自相關編解碼喚醒方法,不但可以完全替代現有方法,克服現有缺陷,并且還能增加一些新的有用功能。我們稱這種新方法為HAC動態循環碼喚醒法,以下簡稱動態碼喚醒法。
高度自相關編碼方法,最佳的首推巴克碼,但因為巴克碼太短且不多,不能使用。那么偽隨機序列碼,則是可以利用的一種非常好的編碼方式,其不但具有高度自相關性,而且可以提供的編碼方式是無限的。將這種編碼方式靈活運用到無線物聯網的喚醒環節,是非常合適的,具體方法如下:
對于發送端,如果要喚醒目標節點,則通過編碼方式產生一串連續的比特流,比特流的長度和通信波特率以及喚醒時長Ts有關。
其生成方程式:an=c1an-1⊕c2an-2⊕…⊕cn-1a1⊕cna0
節點在發送喚醒序列的當前碼元an時,an是根據前n個碼元通過一個特定的運算得來的,這個特定的運算是由抽頭C0~Cn決定的。即碼元an和前面的n個碼元an-1~a0具有相關性。n值稱為階。接收節點則可以通過判決相關性來決定是否被喚醒。
對于目標節點來說,無論其探測窗口處于主節點發送喚醒信號期間的哪個位置,其都可以從空中任意截取一小段接收到的碼元進行解碼,并且任何碼元都可以作為起始位。當接收到n個碼元后,可以開始解碼,如果發送端和接收端的C0~Cn取值相同,則解碼器開始連續輸出0,不會輸出1。輸出0表示當前收到的碼元,和前面的n個碼元是滿足約定的相關特性的,如果連續輸出M個0,則認為掃描到喚醒信號,節點被喚醒,如果接收到1,則立即退出探測,進入休眠,以節省電能。M可以根據實際應用的要求,取值8~20。實際普通應用中,階n可以取值9~22,特殊應用中,比如高速率的情況下,n可以取得更長。
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