无线终端设备低功耗唤醒方法的研究

发布时间：2020-02-24 09:55

【摘要】：随着物联网、“互联网+”等应用的不断发展,LPWAN技术日益引起人们的重视,基于星型拓扑结构的LPWAN已经成为无线终端设备的主要通信方式之一。由于无线终端设备对电池长时间续航的要求,其大部分时间必须处于睡眠状态才能降低功耗,故有效掌控睡眠/唤醒的切换成为了低功耗设计研究重点,而传统唤醒方式存在开窗时间长或误唤醒率高且无法计算评估的缺点。针对上述问题,本文对无线终端的唤醒方法进行了研究,采用伪随机序列自相关特性的唤醒方法来降低终端设备的功耗。主要研究内容如下:首先为了实现无线终端的低功耗唤醒,本文采用比特流唤醒方法。根据设计需求,在对比分析循环码、巴克码以及伪随机序列特性的基础上,决定采用伪随机序列自相关特性的方法。该方法可从比特流的任意位置截取信息自行判断是否苏醒,唤醒成功率高。提出了非固定开窗时间的方法,在保证能耗不增加的情况下,进一步降低开窗时间;其次针对此唤醒方法带来的误唤醒率增高的问题,提出了基于伪随机序列移位相加特性的方法和二次解码的方法,并对可行性进行了分析,优化后的方法达到降低了误唤醒率的目的;最后为了验证研究成果,设计并完成了智慧社区照明系统中的照明器无线终端控制器,并具有开关灯控制、状态反馈、设置工作时间段、定时查询、故障查询等功能。在此平台上进行了基本功能、唤醒率、误唤醒率、功耗等测试。理论分析和实验结果表明,非固定的开窗时间法降低了系统的整体开窗时间,而二次解码的自相关唤醒方法的误唤醒率极低,基于二者结合优化后的自相关唤醒方法功耗更低。
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 3 章 基于照明器无线终端控制器的实验平台的设计为了对无线终端的自相关唤醒方法验证，在智慧社区照明系统的基础上，设计出了照明器无线终端控制器作为实验平台，硬软件设计满足基本功能的需求，并在此基础上，将自相关唤醒方法的设计移植到无线实验平台中。3.1 照明器无线终端控制器实验平台的介绍智慧社区照明系统是由上位机管理系统、集中控制器和照明器无线终端控制器三个层次组成，智慧社区照明系统如图 3-1 所示。

在实验平台搭建完成以后，需要对实验平台基本功能及性能、本文主要研究的唤醒方法进行测试，并对测试结果进行分析，判断是否达到设计要求。测试内容主要分为三部分：一是系统基本功能测试，包括集中器与照明器无线终端控制器之间的通信成功率、通信协议及控制功能测试，此外还测试了通信距离和 RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示）等；二是对固定开窗时间的自相关唤醒方法、非固定开窗时间的自相关唤醒方法以及优化误唤醒率的方法，进行唤醒率与误唤醒率测试；三是通过万用表测得终端各种状态下的电流，建立功耗模型，进行仿真测试及分析。4.1 实验平台基本功能及数据通讯测试基于智慧社区照明系统，搭建了无线通信实验平台，实物图如图 4-1 所示，（a）中的为照明器无线集中器实物图，主要负责（b）中的为照明器无线终端控制器与上位机管理系统之间建立通信，，进行协议的转换，对数据初步处理、存储、传输等。（b）中实物的硬软件设计在第 3 章已做了详细讲解，采用 GPIO 模式的直接按位传输可对本文研究的自相关唤醒方法进行实验验证。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP393.2

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本文编号：2582399