[發(fā)明專利]一種無源感知節(jié)點WISP之間直接通信的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010189300.4
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111417097B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 朱藝華;張玉繁;李二濤;陳清華;鄭可琛;劉曉瑩;石海燕
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: H04W4/80
• 分類號: H04W4/80;H04W52/02;H04W76/14;H04L1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

本發(fā)明公開了一種無源感知節(jié)點WISP之間直接通信的方法。本發(fā)明在幀開始接收狀態(tài)下，若成功接收幀開始定界符，則正式開始接收幀的有效數據包，進入有效數據接收狀態(tài)，若幀開始定界符接收失敗重置狀態(tài)機。在有效數據接收狀態(tài)下開始接收有效數據包，先接收幀長度的字段，然后根據這個幀長度接收完剩下的數據。若有效數據接收失敗重置狀態(tài)機，成功表示數據幀接收完成，進入幀接收結束狀態(tài)。幀接收完成后，喚醒系統，處理數據幀，然后重置狀態(tài)機，等待下一次數據幀的到來。本發(fā)明可以根據需要調節(jié)發(fā)送速率，顯著地提高了有效吞吐率；節(jié)點間直接通信無需通過閱讀器，從而降低因閱讀器開銷帶來的成本；并且本發(fā)明支持多跳通信，使節(jié)點組網成為可能。

技術領域

本發(fā)明涉及能量捕獲、低功耗無線反向散射通信、RFID技術領域，具體而言，涉及反向散射通信無源感知節(jié)點間的通信設計，主要包括發(fā)送方和接收方的數據編碼和解碼。

背景技術

能量捕獲技術為延長能量受限的通信網絡的壽命提供了一種有前景的解決方案，在學術界和工業(yè)界引起了廣泛的關注。在無源感知網絡中，通信節(jié)點通常從環(huán)境中捕獲能量，例如風能、太陽能、熱能、射頻能量等。射頻信號的穩(wěn)定性和可用性，無線射頻能量捕獲成為可行性最好的能量捕獲方案之一。無線識別感知平臺WISP(Wireless IdentificationSensing Platform)能夠捕獲環(huán)境中的射頻能量，并且能夠通過反向散射技術進行通信。

WISP是從射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術演進而來，由華盛頓大學和Intel公司提出，但是WISP節(jié)點板載有微型處理器，能夠支持比較復雜的計算和感知任務。相比于RFID標簽，WISP節(jié)點具有較大的存儲空間。節(jié)點上可擴展低功耗的傳感器(例如溫度、光照、加速度等)，以收集環(huán)境中的數據，具有感知環(huán)境的能力。

WISP支持EPCglobal Gen2規(guī)范，用商用的閱讀器和WISP通信，使用RFID通信協議。商用的閱讀器發(fā)射射頻信號，WISP節(jié)點捕獲射頻信號并將之轉換為電能為自己供電，然后通過反向散射通信技術與閱讀器進行通信，采用RFID的通信協議將其信息發(fā)送給閱讀器。WISP只能夠與閱讀器進行通信，并且通信的速率也受限于EPCglobal Gen2規(guī)范，通信速率不能任意改動，而且EPCglobal Gen2標準中傳輸一個數據需要一個周期，一個周期中有多個操作，而大多數操作對于傳輸數據來說是冗余的，所以采用RFID通信協議來傳輸數據的有效吞吐率不高。

WISP是首個可編程的具有計算和傳感能力的無源識別感知平臺，捕獲射頻源發(fā)射的射頻能量用于計算和感知，采用RFID通信協議進行通信。WISP節(jié)點的框架如圖1所示，主要包括天線、阻抗匹配模塊、調制解調模塊、能量收集模塊、電壓管理模塊、微控制模塊和傳感器外設模塊。天線和阻抗匹配模塊位于模擬前端之前，天線接收射頻信號，當阻抗匹配模塊處于匹配狀態(tài)時，能量收集模塊將輸入的大部分射頻信號整流為直流電，并將電能存儲在儲能器件中，另一部分射頻信號通過解調模塊將信息解調出來傳給微控制模塊。當阻抗匹配模塊不匹配時，射頻信號會被反射出去，調制模塊通過控制阻抗匹配模塊的匹配與不匹配，來控制信號的吸收與反射，進而發(fā)送比特數據，將信息發(fā)送出去。電壓管理模塊負責管理儲能器件中的電能給整個系統提供穩(wěn)定的工作電壓。微控制模塊為整個系統的大腦，負責計算、感知和通信。根據應用場景的需要可以通過傳感器外設模塊添加相應的傳感器和外設以滿足應用需求。

圖2為調制解調電路部分，RX端與微控制器的接收端口連接，TX端與微控制器的發(fā)送端口連接。天線接收到射頻信號后一部分的信號通過檢波和放大后傳到微控制器的接收端口，這個端口接收到的是高低電平，微控制器通過解碼高低電平就可以把數據解碼出來。ADG902芯片一端連的是發(fā)送端口，一端連到天線端。通過微控制器控制發(fā)送端口的高低電平來控制電阻匹配模塊，進而來控制天線的反射和吸收，就可以將數據發(fā)送出去。