[發(fā)明專利]一種下行響應(yīng)時延短的超低功耗無線網(wǎng)絡(luò)雙向通信方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010516315.7
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111683400A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊強(qiáng)強(qiáng);張宇星;紀(jì)添;李加啟;趙杰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱希塔慧網(wǎng)科技有限公司
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04L1/16;H04L1/18
• 代理公司: 北京君恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11466
• 代理人: 余威

一種下行響應(yīng)時延短的超低功耗無線網(wǎng)絡(luò)雙向通信方法。本發(fā)明屬于面向超低功耗無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向通信且下行響應(yīng)時延短的優(yōu)化。本發(fā)明是為了解決針對在一些實(shí)際應(yīng)用中，難以同時保障無線網(wǎng)絡(luò)超低功耗和雙向通信下行響應(yīng)時延短的問題，本發(fā)明主要包括喚醒模式，回傳確認(rèn)兩部分，喚醒模式為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)長時間持續(xù)發(fā)送控制消息使定期做一次CCA檢測的無線節(jié)點(diǎn)接收下行控制消息，喚醒模式能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信且保障了下行響應(yīng)時延在分鐘級以內(nèi)，回傳確認(rèn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)端到端確認(rèn)和丟包重傳，能夠保障下行控制消息可靠的傳達(dá)給無線節(jié)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于面向超低功耗無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向通信且下行響應(yīng)時延短的優(yōu)化方案，是一種保障無線網(wǎng)絡(luò)超低功耗的前提下，能夠雙向通信且下行響應(yīng)時延短的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)不斷興起，其在各個領(lǐng)域扮演著越來越重要的作用。雖然數(shù)據(jù)收集是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一項核心需求，但是在實(shí)際應(yīng)用中，在不同的應(yīng)用場景下，下行控制是不可或缺的一部分。在一些物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中，無線節(jié)點(diǎn)采用電池供電，受限于成本，節(jié)點(diǎn)能量十分有限。如果經(jīng)常性的更換電池不僅給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)帶來不便，而且會帶來巨大的成本開銷。為了避免頻繁更換電池帶來的大量成本開銷，需要在不考慮更換電池的情況下，達(dá)到較高的網(wǎng)絡(luò)壽命，即無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均能耗必須極低，需要使網(wǎng)絡(luò)盡可能處于低功耗休眠狀態(tài)。近年來涌現(xiàn)了一些相關(guān)的優(yōu)秀實(shí)踐，例如LoRa，Sigfox，NB-IoT等，普遍聚焦于長距離，低成本，低能耗等關(guān)鍵特征上。這類技術(shù)在保障無線網(wǎng)絡(luò)超低功耗的前提下，通常不具備雙向通信能力或者下行響應(yīng)時延很長(在小時級)。下行響應(yīng)時延定義為從服務(wù)器發(fā)送下行控制命令開始到全部無線節(jié)點(diǎn)收到下行控制命令結(jié)束需要的時間。為了節(jié)約能量和延長無線網(wǎng)絡(luò)壽命，大多數(shù)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)比如ZigBee和6LoWPAN等，通常采用低占空比技術(shù)。相比于常開方法，低占空比的MAC協(xié)議顯著提高了能量效率。但是頻繁的做CCA必將消耗大量能量，難以保障無線網(wǎng)絡(luò)超低功耗。而在一些實(shí)際應(yīng)用中，需要在保障無線網(wǎng)絡(luò)超低功耗的前提下，同時要求下行響應(yīng)時延在分鐘級以內(nèi)。因此需要設(shè)計一種不僅能夠保障無線網(wǎng)絡(luò)的超低功耗，而且能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信且下行響應(yīng)時延短的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)超低功耗無線網(wǎng)絡(luò)雙向通信，且下行響應(yīng)時延短的方法。該方法能夠在保持無線網(wǎng)絡(luò)超低功耗和網(wǎng)絡(luò)高可靠性前提下，達(dá)到雙向通信且下行響應(yīng)時延短的目的。本發(fā)明主要包括喚醒模式，回傳確認(rèn)兩部分。喚醒模式為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)長時間持續(xù)發(fā)送控制消息使每隔幾十秒做一次CCA檢測的無線節(jié)點(diǎn)接收下行控制消息的過程。喚醒模式能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信且保障了下行響應(yīng)時延在分鐘級以內(nèi)。回傳確認(rèn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)端到端確認(rèn)和丟包重傳，能夠保障下行控制消息可靠的傳達(dá)給無線節(jié)點(diǎn)。

1、喚醒模式其特征在于：網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要長時間持續(xù)發(fā)送控制消息，從而使每隔幾十秒做一次CCA檢測的無線節(jié)點(diǎn)能夠接收下行控制消息。無線節(jié)點(diǎn)采用電池供電，能量有限。為了保障節(jié)點(diǎn)能夠接收下行控制命令，節(jié)點(diǎn)需要周期性做CCA，但是頻繁的做CCA必將消耗大量能量。因此喚醒模式設(shè)定無線節(jié)點(diǎn)每隔幾十秒做一次CCA，既保障了無線節(jié)點(diǎn)平均功耗極低又能夠支持下行通信。同時網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)下發(fā)控制消息需要持續(xù)發(fā)送時間略長于無線節(jié)點(diǎn)CCA周期。整個控制過程如下：

(1.1)無線節(jié)點(diǎn)做周期CCA偵聽下行控制消息，周期為幾十秒，比如30秒。

(1.2)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)可靠地下發(fā)控制消息，持續(xù)發(fā)送時長為無線節(jié)點(diǎn)CCA周期加1秒，也可以大于1秒，但會影響正常通信時間，所以不需要延長時間。

(1.3)無線節(jié)點(diǎn)收到下行控制消息后，判斷目的地地址是否為自己的地址。如果目的地地址為自身地址，則執(zhí)行控制消息攜帶的命令。

(1.4)無線節(jié)點(diǎn)根據(jù)下行控制消息的確認(rèn)字段，判斷是否需要回傳確認(rèn)。如果需要回傳確認(rèn)，則執(zhí)行回傳確認(rèn)，具體過程在回傳確認(rèn)部分描述。