物聯(lián)網(wǎng)的傳感器或控制節(jié)點(diǎn)通常有體積限制，只能使用鈕扣電池、小型電池，甚至使用能量收集源進(jìn)行運(yùn)作。在許多工業(yè)應(yīng)用中，需要人工更換電池的成本，特別是在難以接近地方更換所需的成本，使得人們更加重視降低平均電流消耗和延長(zhǎng)電池壽命。極低功耗傳感器主要通過(guò)在睡眠模式下運(yùn)作來(lái)節(jié)省功率，僅僅在需要進(jìn)行測(cè)量或數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才從睡眠模式喚醒。這些傳感器對(duì)人們或機(jī)器互動(dòng)的響應(yīng)性要求根據(jù)應(yīng)用而變化。其些應(yīng)用比如安全應(yīng)用，可能需要快速的通信啟動(dòng)，而其它應(yīng)用則可能需要不頻密的非時(shí)間關(guān)鍵性啟動(dòng)。

物聯(lián)網(wǎng)的眾多通信設(shè)備都體積小巧而且要求使用小型電池長(zhǎng)時(shí)間工作，因此有功率方面的限制。本文將探討這樣的低功耗系統(tǒng)的某些要求，如對(duì)于低功耗喚醒無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品的需求，并列舉應(yīng)用示例和比較各種競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)。
低功率喚醒無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用
喚醒無(wú)線(xiàn)電的示例應(yīng)用之一是醫(yī)療移植通信。醫(yī)療移植通信通常包括每天或每周向臨床醫(yī)生報(bào)告設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)作。例如，這類(lèi)通信應(yīng)用包括用于植入身體內(nèi)的除顫器（cardioverter defibrillator， ICD）的電池狀態(tài)或ECG波形。然而，在器件已被移植入期間或在醫(yī)務(wù)人員辦公室的工作期間，便需要速度加快很多的通信響應(yīng)，所需的設(shè)備喚醒要求時(shí)間少于1秒。
被移植設(shè)備預(yù)先并不會(huì)知道通信請(qǐng)求何時(shí)將發(fā)生，因此需要一個(gè)偵聽(tīng)通信請(qǐng)求的無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品。這種無(wú)線(xiàn)電必需具有極低的平均電流，同時(shí)仍然滿(mǎn)足范圍（靈敏度）和抗干擾性能（濾波和可靠性）要求。其它的應(yīng)用具有相似的要求，例如在工業(yè)傳感器和控制領(lǐng)域，以及安保應(yīng)用領(lǐng)域。

喚醒無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵要求
喚醒無(wú)線(xiàn)電要求與實(shí)際用例密切相關(guān)，許多因素包括電池特性、再充電或能量收集能力、應(yīng)用電力需求，所需的啟動(dòng)和通信遲滯、通信使用、靈敏度和干擾處理都影響著最終規(guī)范。
例如，想象一個(gè)將50%的電力配置給通信的220mAh CR2032鈕扣電池，在可供通信使用的110 mAh電能中，可以將其中的一半用于喚醒，即擁有大約55 mAh的功率預(yù)算。如果這個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有五年的使用壽命，喚醒所消耗的平均電流必須不超過(guò)55mAh/（5×365×24）= 1.3 A。
喚醒系統(tǒng)的典型平均電流應(yīng)在2A-4A范圍，在保持低電流的同時(shí)提供媲美主無(wú)線(xiàn)電通信的靈敏度以及合理的干擾抑制。
喚醒無(wú)線(xiàn)電解決方案的比較
實(shí)施低電流喚醒無(wú)線(xiàn)裝置有兩個(gè)常用策略。
始終在線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)電：一個(gè)做法是設(shè)計(jì)始終在線(xiàn)的極低功率收發(fā)器，保持在低于10A范圍的低電流預(yù)算中工作，這樣的無(wú)線(xiàn)電在》-40 dbm范圍的靈敏度極差。這對(duì)于許多應(yīng)用是不夠的，喚醒范圍應(yīng)當(dāng)與常用的通信運(yùn)作范圍（《-90 dBm）相似。
監(jiān)聽(tīng)無(wú)線(xiàn)電： 在這一做法中，通常電池為低功率無(wú)線(xiàn)電供電，其周期性工作或以低于所需遲滯的監(jiān)聽(tīng)間隔來(lái)監(jiān)聽(tīng)所需的通信，這種方法的主要優(yōu)勢(shì)在于同時(shí)達(dá)到很好的靈敏度和低功耗特性。
總的來(lái)說(shuō)，如果所需的功率極低，始終在線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)電有可能在能量收集供電應(yīng)用中使用，而具有更具挑戰(zhàn)性靈敏度要求的監(jiān)聽(tīng)無(wú)線(xiàn)電，則用于電池供電應(yīng)用。較寬的可實(shí)現(xiàn)靈敏度范圍使得監(jiān)聽(tīng)喚醒成為更普遍使用的方法。
Roberts［參考文獻(xiàn)3］研究了一系列文獻(xiàn)中的器件，針對(duì)使用能量收集來(lái)源供電的始終在線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電和使用電池來(lái)源供電的監(jiān)聽(tīng)無(wú)線(xiàn)這兩種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)電裝置顯示靈敏度和功耗的比較。低功率電池供電無(wú)線(xiàn)電 （在100%占空比下運(yùn)作時(shí)可能消耗1000 W） 通過(guò)duty cycle 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的《-90 dBm范圍的喚醒靈敏度規(guī)范，以及達(dá)到低于10 W的平均功率水平（大約50W被視為RF電路正常工作并產(chǎn)生增益的最小值）。干擾處理等其它性能指標(biāo)也是很重要的，這使許多實(shí)際系統(tǒng)超過(guò)了紅線(xiàn)。

低功耗無(wú)線(xiàn)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。本文中提出一種信道編碼相關(guān)算法，具有抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、快速識(shí)別身份、隱含時(shí)間戳、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，性能優(yōu)于現(xiàn)有的喚醒方法或算法。

現(xiàn)有的喚醒方法

現(xiàn)有的喚醒方法有三種，分別是：

①RSSI(場(chǎng)強(qiáng))喚醒法：Ts期間發(fā)送載波即可，從節(jié)點(diǎn)測(cè)試接收到的場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度，超過(guò)設(shè)定的門(mén)限則被喚醒，否則繼續(xù)休眠。

②Sniff(嗅探)喚醒法：Ts期間發(fā)送010101010……比特流，從節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)接收的01或10的個(gè)數(shù)，超過(guò)設(shè)定的個(gè)數(shù)則被喚醒，否則繼續(xù)休眠。

③數(shù)據(jù)包喚醒法：Ts期間重復(fù)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，從節(jié)點(diǎn)接收到完整的其中一個(gè)數(shù)據(jù)包則被喚醒，否則繼續(xù)休眠。

方法①和②致命的缺點(diǎn)是不能識(shí)別非法信號(hào)，很容易受到干擾導(dǎo)致誤喚醒，并且誤喚醒的概率無(wú)法計(jì)算和評(píng)估，從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性大幅降低，能量損耗無(wú)法補(bǔ)償。即這兩種方法，存在無(wú)法抗干擾的嚴(yán)重問(wèn)題。另外一個(gè)缺陷是，其只能實(shí)現(xiàn)廣播喚醒，增加了不需要參與通信的節(jié)點(diǎn)的功耗。

方法③的最大缺點(diǎn)是功耗大，為了可靠探測(cè)到數(shù)據(jù)包的幀同步信號(hào)，探測(cè)窗口t值需要設(shè)定為數(shù)據(jù)包總發(fā)射寬度的2倍，從而導(dǎo)致功耗增大。

雖然低功耗藍(lán)牙明顯優(yōu)于Wi-Fi，但其喚醒性能對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)還是不夠，例如，一個(gè)220 mAh CR2032鈕扣電池將一半的電能用于通信，而可用的110mAh電能預(yù)算的其中一半用于喚醒操作，即擁有大約55mAh預(yù)算。從表1看出，進(jìn)行每秒監(jiān)聽(tīng)，低功耗藍(lán)牙平均消耗20μA電流，得出了2800小時(shí)或117天使用壽命。業(yè)界通常需要使用壽命以年為單位的系統(tǒng)，請(qǐng)注意低功耗藍(lán)牙是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于低頻率通信，而不是這種特定的異步喚醒。

改進(jìn)的喚醒無(wú)線(xiàn)電解決方案
專(zhuān)用的喚醒無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以幫助顯著減少各種無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的耗電量，尤其是對(duì)于Wi-Fi等較高功率的系統(tǒng)，美高森美超低功耗通信產(chǎn)品醫(yī)療產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)在其醫(yī)療移植喚醒無(wú)線(xiàn)電工作的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了2.45GHz喚醒無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。新技術(shù)有顯著改進(jìn)，達(dá)到了良好的靈敏度、極低的平均電流和優(yōu)良的干擾處理。

低功耗無(wú)線(xiàn)掃描喚醒技術(shù)指基于對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景狀態(tài)變化的協(xié)同無(wú)線(xiàn)掃描喚醒而獲得觸發(fā)響應(yīng)并進(jìn)行智能決策，屬于藍(lán)奧聲核心技術(shù)--邊緣協(xié)同感知(EICS）技術(shù)的關(guān)鍵支撐性技術(shù)之一。該項(xiàng)技術(shù)涉及物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信與邊緣智能技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及無(wú)線(xiàn)掃描網(wǎng)絡(luò)及所包含的協(xié)同感知節(jié)點(diǎn)面向目標(biāo)場(chǎng)景及其目標(biāo)對(duì)象的邊緣協(xié)同感知服務(wù)的機(jī)制與流程。

由邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)與其周邊的若干目標(biāo)對(duì)象設(shè)備（即客戶(hù)端設(shè)備）所構(gòu)成的具有動(dòng)態(tài)信息交互特征的物聯(lián)網(wǎng)邊緣域（簡(jiǎn)稱(chēng)邊緣域），主要面向解決目標(biāo)對(duì)象域和感知控制域的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信及其信息交互的服務(wù)機(jī)制與流程問(wèn)題。

實(shí)時(shí)狀態(tài)在線(xiàn)狀態(tài)查看運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)電量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制指令定時(shí)、實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)查詢(xún)繼電器狀態(tài)上傳時(shí)間間隔設(shè)置實(shí)時(shí)狀態(tài)在線(xiàn)狀態(tài)查看運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)電量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制指令定時(shí)、實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)查詢(xún)繼電器狀態(tài)上傳時(shí)間間隔設(shè)置2021年9月首頁(yè)展示設(shè)備狀態(tài)查看電量統(tǒng)計(jì)可視化圖表設(shè)備列表設(shè)備信息批量查詢(xún)、管理自定義篩選排序

審核編輯黃宇