低功耗无线物联网的唤醒方法

　　低功耗无线物联网中的节点，绝大部分时间必须处于休眠状态才能降低功耗，以支持电池长时间续航。如果有节点要发起通信，其在与目标节点进行通信之前，必须对目标节点实施唤醒，然后才能进行有效通信。本文中提出一种信道编码相关算法，具有抗干扰能力强、功耗低、快速识别身份、隐含时间戳、实现简单等特点，性能优于现有的唤醒方法或算法。

　　现有的唤醒方法

　　现有的唤醒方法有三种，分别是：①RSSI(场强)唤醒法：Ts期间发送载波即可，从节点测试接收到的场强强度，超过设定的门限则被唤醒，否则继续休眠。②Sniff(嗅探)唤醒法：Ts期间发送010101010……比特流，从节点计数接收的01或10的个数，超过设定的个数则被唤醒，否则继续休眠。③数据包唤醒法：Ts期间重复发送一个数据包，从节点接收到完整的其中一个数据包则被唤醒，否则继续休眠。

　　方法①和②致命的缺点是不能识别非法信号，很容易受到干扰导致误唤醒，并且误唤醒的概率无法计算和评估，从而导致系统可靠性大幅降低，能量损耗无法补偿。即这两种方法，存在无法抗干扰的严重问题。另外一个缺陷是，其只能实现广播唤醒，增加了不需要参与通信的节点的功耗。

　　方法③的最大缺点是功耗大，为了可靠探测到数据包的帧同步信号，探测窗口t值需要设定为数据包总发射宽度的2倍，从而导致功耗增大。

　　基于自相关的唤醒方法

　　新的唤醒方法，需要在增加抗干扰能力的同时，降低功耗，从而克服现有方法中最大的两个缺陷。高度自相关编解码唤醒方法，不但可以完全替代现有方法，克服现有缺陷，并且还能增加一些新的有用功能。我们称这种新方法为HAC动态循环码唤醒法，以下简称动态码唤醒法。

　　高度自相关编码方法，最佳的首推巴克码，但因为巴克码太短且不多，不能使用。那么伪随机序列码，则是可以利用的一种非常好的编码方式，其不但具有高度自相关性，而且可以提供的编码方式是无限的。将这种编码方式灵活运用到无线物联网的唤醒环节，是非常合适的，具体方法如下：

　　对于发送端，如果要唤醒目标节点，则通过编码方式产生一串连续的比特流，比特流的长度和通信波特率以及唤醒时长Ts有关。

　　其生成方程式:an=c1an-1⊕c2an-2⊕…⊕cn-1a1⊕cna0

　　节点在发送唤醒序列的当前码元an时，an是根据前n个码元通过一个特定的运算得来的，这个特定的运算是由抽头C0~Cn决定的。即码元an和前面的n个码元an-1~a0具有相关性。n值称为阶。接收节点则可以通过判决相关性来决定是否被唤醒。

　　对于目标节点来说，无论其探测窗口处于主节点发送唤醒信号期间的哪个位置，其都可以从空中任意截取一小段接收到的码元进行解码，并且任何码元都可以作为起始位。当接收到n个码元后，可以开始解码，如果发送端和接收端的C0~Cn取值相同，则解码器开始连续输出0，不会输出1。输出0表示当前收到的码元，和前面的n个码元是满足约定的相关特性的，如果连续输出M个0，则认为扫描到唤醒信号，节点被唤醒，如果接收到1，则立即退出探测，进入休眠，以节省电能。M可以根据实际应用的要求，取值8~20。实际普通应用中，阶n可以取值9~22，特殊应用中，比如高速率的情况下，n可以取得更长。