CN107548140A - 切换协议无线连接的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及切换协议无线连接的系统和方法。提供了系统和方法，其可以被实施为在系统无线活动期间选择性地启用相对较高的数据吞吐量和更高功率的WiFi双向无线协议能力，并且在没有这种系统无线活动期间选择性地禁用WiFi双向无线协议并启用相对较低的数据吞吐量和更低功率的无线协议能力。可以实施所述系统和方法，以在无线设备活动时间期间以及在不存在无线设备活动和/或无线设备不活动且不传输的时间期间启用无线设备的双向无线通信和/或外部激活。

Description

切换协议无线连接的系统和方法
技术领域
所公开的系统和方法涉及无线通信，并且更具体地涉及用于无线通信的无线连接协议。
背景技术
已经采用了能够进行相对高的吞吐量WiFi(IEEE 802.11x)无线协议通信的微控制器设备来实现用于物联网(IoT)应用的电池供电设备上的无线通信。在典型的IoT生态系统中，很少有这样的电池供电设备上的WiFi通信的需求。在许多情况下，电池供电设备上的WiFi通信的需求与秒级的响应时间相关联，即，在设备上按压按钮，或在设备上激活传感器，并且在几秒钟的时间内，需要发生事情，例如，要对音乐进行流式传输，要记录/发送视频，或要发生其它类型的数据传送。因此，很少需要WiFi操作，然后仅在短时间内需要WiFi操作。
WiFi是一种要求电池供电的WiFi设备以与无线WiFi接入点(AP)保持积极关联以实现双向WiFi通信的无线协议。因此，电池供电的WiFi设备在电池供电设备正在使用时保持活动的WiFi连接，并且在设备不使用的其它时间与AP分离(dissociate)以降低功耗。为了降低功耗，停止设备和无线接入点(AP)之间的无线关联，并且在设备上关闭所有与无线通信相关的硬件。因此，与AP分离是应用层采取的动作以停止使用WiFi并关闭无线电。在常规WiFi操作电池供电设备中采用这种方法减少电力的缺点包括由于在发送数据之前需要电池供电设备与AP重新关联而引起的较长的响应时间。对于其中希望或需要更快的响应时间的特定的设备操作而言，这可能是一个问题。
与AP临时分离的其它缺点包括限制从电池供电设备进行单向访问。这意味着电池供电的WiFi设备可以请求与AP的无线连接，然后将信息发送到WiFi网络。然而，在与电池供电设备不关联的情况下，由于此时设备中的所有WiFi无线通信硬件都是关闭的，所以无法从与AP侧的相反的方向建立与所述设备的无线连接。这种单向访问特性限制了许多IoT应用的能力。例如，在电池供电的IoT设备处发生的事件(如由监控摄像头检测到的运动)能够触发与AP的无线重新连接，使得可以通过网络从设备发送视频信息。但是由于AP侧无法在其WiFi通信硬件关闭时请求与所述设备的连接，所以用户不能从AP侧触发摄像头的按需使用。
WiFi无线通信协议包括利用传送业务识别(delivery traffic identification，DTIM)和业务识别映射(TIM)的基于信标的低功率模式选项。这种WiFi低功率模式允许设备硬件通过仅仅主要在覆盖广播和多播消息的DTIM处以预定的信标时间来监测无线通信介质来保持与AP连接。这样允许所述设备具有保持关联的信息，并且还向AP发送和接收数据。信标间隔数百毫秒(在最低的常用占空比的情况下为300ms)。然而，这样导致比具有秒级的响应时间的应用所要求的活动水平至少高一个数量级的活动水平。因此，使用用于监控摄像头、门铃摄像头或其它类似的电池供电设备的WiFi无线协议导致有限的单向访问(在与AP无关联时)或相对大的功耗和电池耗尽。
发明内容
本文公开了可以在一个实施例中实现的系统和方法以实现相对较高的数据吞吐量和较高功率的WiFi无线协议能力与相对较低的数据吞吐量和较低功率的无线协议能力在同一无线设备上的共存。在一个示例性实施例中，所公开的系统和方法可以有利地在电池供电的无线设备、装置或(一个或更多个)电路上实现，从而通过以下操作降低功耗：按需并且仅在活动无线系统操作期间选择性地启用相对较高的数据吞吐量和较高功率的WiFi无线协议的操作，并且在不存在间歇性或周期性无线系统活动的情况下(例如，诸如在无线设备待机模式期间)，选择性地禁用该WiFi无线协议，并且同时启用相对较低的数据吞吐量和较低功率的第二无线协议的操作。在这样的实施例中，可以在这些活动和非活动模式中的任何一个期间(例如，诸如在活动和待机无线设备操作模式的每一模式期间)启用电池供电的无线系统的双向无线通信和/或外部激活。这与用于电池供电的无线设备的常规Wi-Fi无线链路操作形成对比，其不允许在设备待机模式期间在不禁用WiFi无线链路的双向通信和外部激活能力的情况下使无线通信电池功耗降低。
在一个示例性实施例中，电池供电的无线系统可以被配置为：当电池供电的无线系统进入活动数据传输模式时(例如，当系统被实现为内部激活以从电池供电的设备传输所收集的无线数据的设备时)，以按需的方式并且只有当需要实现用于与其它(一个或更多个)基于WiFi的设备进行数据交换的相对高的双向无线数据吞吐量时，选择性地利用基于电气和电子工程师协会(IEEE)802.11(或802.11x)的WiFi无线通信协议，然后在电池供电的系统进入较低功率操作模式(如无数据从无线系统中传输的待机模式)时，切换到用于与其它无线设备进行双向通信的相对较低数据吞吐量的无线协议(即，与WiFi无线通信协议相比，其消耗更少功率)。以这种方式，电池供电系统可以被配置为在结束与WiFi AP交换机的关联之后，从WiFi无线通信协议切换到相对较低数据吞吐量的无线协议(例如，诸如BLE)。在相对较低数据吞吐量的无线协议中的这种操作允许电池供电的系统由用户经由相对较低数据吞吐量的无线协议进行无线接触和外部激活。
在实施所公开的系统和方法中可以采用的相对较低功率和数据吞吐量的无线协议的示例包括但不限于较低占空比的无线协议，如蓝牙低功耗(BLE)、ZigBee、Zwave以及具有比所实施的WiFi无线通信协议的更低功耗的其它相对较低功率的窄带宽无线协议标准。在这点上，当与相对较高功率的方案(如在WiFi中使用的需要快速傅里叶变换(FFT)引擎的相对较高带宽的正交频分调制(OFDM))相比时，相对较低功率的无线协议不仅可以具有减小的占空比，而且还可以采用相对更简单的和更低功率的调制方案(例如，诸如高斯频移键控“GFSK”)。
在一个示例性实施例中，针对相对较低功率和数据吞吐量的无线协议的以连续接收模式消耗(draw)的电流可以小于或等于约10毫安，并且针对相对较高功率和数据吞吐量的无线协议的以连续接收模式消耗的电流可以大于或等于约50毫安。在另一个实施例中，针对相对较低功率和数据吞吐量的无线协议(如2.4GHz BLE或ZigBee)的以连续接收模式消耗的电流为约4毫安，而针对相对较高功率和数据吞吐量的无线协议(如2.4GHz WiFi)的以连续接收模式消耗的电流为约80毫安。在另一个示例性实施例中，可以利用减小的占空比来进一步降低相对较低功率的无线协议的功耗，例如，针对相对较高功率的WiFi无线协议的300毫秒的睡眠周期将在相同时间段内消耗是针对相对较低功率的BLE或ZigBee无线协议的3秒的睡眠周期的约200倍的电流。
在进一步的实施例中，所公开的系统和方法可以使用制作在单个集成电路半导体管芯(例如，诸如单个微控制器芯片)上的无线电模块来实现，尽管多个管芯和/或多个电路系统也是可能的。在又一个实施例中，可以采用频率共存来允许相对较高数据吞吐量的无线协议(WiFi)和相对较低数据吞吐量的无线协议(例如，BLE)来共享大部分相同的无线射频(RF)前端电路以及相同的天线。因此，在一个示例性实施例中可以有利地提供集成电路或微控制器，其在单个集成电路管芯上实现针对相对较高数据吞吐量的无线协议标准和相对较低数据吞吐量的无线协议标准的大多数或全部无线电接收机和发射机特征。
在一个实施例中，所公开的系统和方法可以用于控制使用电池电力的任何无线系统应用中的无线协议操作，从而维持在时间上间隔较大的小时间窗口(例如，较低占空比)的无线连接以快速传输大量数据。这种无线系统应用的示例包括，例如，实时无线传感器或数据收集系统，如具有摄像头的电池供电的监控系统。这种无线系统应用的其它示例包括但不限于电池供电的系统，其将相对较大数量的数据存储在存储器中，该数据只有在通过发生特定事件而激活时或在接收设备请求时需要被偶发传输。一个示例是BLE电池供电的信标设备，其具有以电子格式存储在信标设备的存储器上的书籍、照片或电影(或视频剪辑)。在这样的示例中，信标设备可以使用相对较低功率的协议(例如，BLE)进行广告，直到经由相对较低功率的协议与感兴趣的请求接收无线设备(如手机)建立连接。一旦建立了相对较低功率的协议连接并且对书籍、照片或电影进行了请求，则电池供电的信标可以切换到Wi-Fi，与接收设备连接(例如，经由Mini-AP WiFi桥接设备或经由WiFi直接连接到请求设备)，然后经由WiFi无线协议将书籍、照片或电影传输到接收设备。这样的无线信标设备可以部署在例如没有发射塔覆盖使得大量的信息和数据不能简单地从因特网下载到手机上的地理区域中。
在一方面，本文公开了一种无线系统，包括：至少一个天线；耦合至天线的至少一个双向无线数据通信路径；以及至少一个处理器或可编程逻辑设备(PLD)，其被耦合以向至少一个双向无线数据通信路径提供输出数据。至少一个处理器或PLD可以被配置为：执行至少一个应用以执行至少一个间歇性或周期性活动以产生输出数据，选择性地启用双向的基于IEEE 802.11的WiFi第一无线通信协议，以使用WiFi第一无线通信协议将所产生的输出数据传输到一个或更多个外部无线设备，并且然后在传输所产生的输出数据之后选择性地禁用WiFi第一无线通信协议，同时使用第二不同的双向无线通信协议，第二不同的双向无线通信协议相比于WiFi第一无线通信协议消耗相对较少的操作功率以在禁用WiFi第一无线通信协议时与一个或更多个外部无线设备通信。
在另一方面，本文公开了一种方法，包括使用无线系统的至少一个处理器或可编程逻辑设备(PLD)进行：执行至少一个应用以执行至少一个间歇性或周期性活动以产生输出数据，选择性地启用双向的基于IEEE 802.11的WiFi第一无线通信协议，以使用WiFi第一无线通信协议将所产生的输出数据传输到一个或更多个外部无线设备，并且然后在传输所产生的输出数据之后选择性地禁用WiFi第一无线通信协议，同时使用第二不同的双向无线通信协议，第二不同的双向无线通信协议相比于WiFi第一无线通信协议消耗相对较少的操作功率以在禁用WiFi第一无线通信协议时与一个或更多个外部无线设备通信。
在另一方面，本文公开了一种单管芯(single-die)的集成电路，包括：至少一个双向无线数据通信路径，其被配置成耦合至至少一个天线；以及至少一个处理器或可编程逻辑设备(PLD)，其被耦合以向至少一个双向无线数据通信路径提供输出数据。至少一个处理器或PLD可以被配置为：执行至少一个应用以执行至少一个间歇性或周期性活动以产生输出数据，选择性地启用双向的基于IEEE 802.11的WiFi第一无线通信协议以将产生的输出数据提供给天线进行传输，并且然后选择性地禁用WiFi第一无线通信协议，同时使用第二不同的双向无线通信协议，第二不同的双向无线通信协议相比于WiFi第一无线通信协议消耗相对较少的操作功率以在禁用WiFi第一无线通信协议时向天线提供数据并从天线接收数据。
附图说明
图1展示了根据所公开的电路和方法的一个示例性实施例的电池供电的无线设备。
图2展示了根据所公开的电路和方法的一个示例性实施例的电池供电的无线设备。
图3展示了根据所公开的电路和方法的一个示例性实施例的无线通信环境。
图4展示了根据所公开的电路和方法的一个示例性实施例的无线通信环境。
图5展示了根据所公开的电路和方法的一个示例性实施例的方法。
具体实施方式
图1展示了无线设备100形式的电池供电的无线系统的一个示例性实施例，其可以被配置为：以按需的方式选择性地利用基于IEEE 802.11x的WiFi无线通信协议，用于与其他(一个或更多个)基于WiFi的设备的信息和数据的相对较高数据吞吐量的双向通信，然后当电池供电设备进入较低功率运行模式(例如没有数据要从无线设备100传输时的待机模式)时，改变为相对较低功率和相对较低数据吞吐量的无线协议(例如，在这种情况下为BLE无线通信协议)，用于与其它无线设备的双向信息和数据交换。合适的基于IEEE802.11x的WiFi无线通信协议的示例包括但不限于802.11传统无线协议以及802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ad、802.11af、802.11ah、802.11ai、802.11aj、802.11aq、802.11ax和802.11ay无线协议。此外，尽管关于相对较低功率和相对较低数据吞吐量的BLE无线通信协议进行了说明和描述，但是应当理解，在其它实施例中，可以采用其它类型的相对较低功率和相对较低数据吞吐量的无线协议来代替BLE，包括但不限于经典蓝牙(Classic Bluetooth)、ZigBee、Zwave以及具有比设备100的基于IEEE 802.11x的WiFi无线通信协议更低功耗的其它相对较低功率的窄带宽无线协议标准。
在一个示例性实施例中，相对较高数据吞吐量的无线通信可以被定义为在消除了协议开销之后测量的大于约5Mbs的无线数据吞吐量，并且相对较低数据吞吐量的无线通信可以被定义为消除了协议开销之后测量的小于或等于约80Kbs的无线数据吞吐量。然而，应当理解，这些数据吞吐量范围仅是示例性的，并且在其它实施例中，相对较高数据吞吐量的无线通信可能小于在消除了协议开销之后的5Mbs的无线数据吞吐量，和/或相对较低数据吞吐量的无线通信可能超过在消除了协议开销之后测量的80Kbs的无线数据吞吐量，只要相对较高数据吞吐量的无线通信的数据吞吐量大于相对较低数据吞吐量的无线通信的数据吞吐量即可。
如图1所示，电池供电的无线设备100包括可以制作在单个半导体管芯(如，具有分裂核心的单个微控制器芯片)上的RF片上系统(SOC)102形式的无线电模块。如图所示，RFSOC 102包括应用控制器122，其可以被耦合以从接口电路接收经调节的数字，该经调节的数字对应于经由接口电路120从相应输入设备接收的模拟和/或数字输入信号178、180和182。这种输入设备的示例包括但不限于，摄像机108、环境或条件传感器110(例如，诸如超声或红外运动检测器、烟雾检测器、振动检测器、温度传感器、大气压力或其它压力传感器、湿度传感器、声音传感器或麦克风等)以及用户界面设备112(如机械按钮(如门铃)、触摸板、图形用户界面(GUI)等)。接口电路120可以包括用于将输入信号178、180和182变换和/或调节成用于应用控制器122的合适的数字输入信号格式的任何合适的电路(例如，模拟前端、(一个或更多个)模数转换器等)。在一个实施例中，可以经由有线导体提供信号178、180和182。然而，应当理解，在另一示例性实施例中，可以无线地提供来自一个或更多个输入设备的模拟和/或数字输入信号，例如，经由具有与输入设备/传感器108、110和/或112的有线连接、然后无线地连接至SOC 102的附加中间SOC以将这些传感器提供的数据提供给SOC102。
应当理解，所展示的图1所示的输入设备以及相应的输入信号的数量和类型仅是示例性的，并且可以从附加数量的或更少数量的相同或不同类型的输入设备中提供附加数量的或更少数量的输入信号。其它类型的输入设备包括但不限于，被配置为产生表示设备100外部的监测条件(例如，诸如温度、湿度、大气压力、风速、阳光、声音、烟雾或CO2含量等)、实时的或记录的音频或视频图像、外部人类用户输入等的输入信号的任何类型的设备。还将理解，在一个实施例中，所展示的无线设备100的组件可以集成在一起而作为一个系统，即，作为单个独立电池供电设备的一部分，其组件可以例如安装在公共底盘上并且部分地或完全地包含在外壳或盖中。
如图1进一步所示，应用控制器122被配置为接收、读取和处理经调节的数字信号125，以产生基于其的输出数据，用于经由包括WiFi栈134、WiFi调制解调器(MAC)136和WiFi无线电138(例如，包括一个或更多个功率放大器、低噪声放大器、频率合成器等)的双向WiFi数据通信路径或包括BLE栈124、BLE调制解调器(MAC)126和BLE无线电128(例如，包括一个或更多个功率放大器、低噪声放大器、频率合成器等)的双向BLE数据通信路径中的任一个按需从天线150进行无线传输。在一个实施例中，双向WiFi数据通信路径可以包括WiFi收发器，并且双向BLE数据通信路径可以包括BLE收发器。
在一个示例性实施例中，可以由分裂核心RF SOC 102的第一核心来实现应用控制器122和接口电路120，而可以在分裂核心RF SOC 102的第二不同核心上实现WiFi和BLE数据通信路径的组件。在一个实施例中，应用控制器122可以执行至少一个应用(例如，诸如门铃摄像头、运动检测、温度传感器等)来接收和处理经调节的数字信号125(例如，其基于输入信号178、180和/或182)以产生输出数据(例如，诸如温度数据、检测到的移动通知信号等)。
仍然参考图1，示出应用控制器122耦合至可选的集成非易失性和/或易失性存储器(例如，DRAM和/或NVRAM)106，其可以存在例如用于存储从输入设备108、110、112接收的数据或信息以及由应用控制器122在无线设备100的操作期间使用的编程信息、配置信息或任何其它信息。还示出了电池104，其被耦合以向集成DC/DC电压调节器105(例如，开关式或非开关式)提供未调节的电力160，在此示例性实施例中，所述集成DC/DC电压调节器经由一个或更多个电力总线170向SOC 102的各种集成部件以及无线设备100的耦合输入设备108、110和112提供调节电压的电力。应当理解，电池104可以是可更换电池，或者可以是可再充电电池(例如，锂离子电池、镍镉电池等)，在这种情况下可以存在可选的电池充电控制电路(未示出)例如用于从外部AC适配器接收临时电池充电电流。还将理解，所公开的系统和方法还可以用非电池供电的(例如，市电供电的(mains-powered))无线设备来实现，所述无线设备具有用于在发生断电时保持设备100工作的备用电池(例如，诸如用于为安全监测目的利用摄像头和其它传感器的安全应用)。这种非电池供电的无线设备的示例将包括无线设备100或200，其中由直接从AC电源接收AC电力的内部或外部AC/DC调节电路代替DC/DC调节电路105。
图2展示了无线设备200形式的电池供电的无线系统的一个替代实施例，其组件和操作类似于图1的无线设备100，除了其包括RF SOC 202形式的无线电模块，所述无线电模块采用可以按需的方式重新配置的单个可配置双向无线数据通信路径，在相对较高功率的基于IEEE 802.11x的WiFi无线通信协议和相对较低功率和相对较低数据吞吐量的无线协议(如BLE)之间具有最佳设置。无线设备200的可配置无线数据通信路径包括可配置无线栈224、可配置无线调制解调器(MAC)226以及可配置无线电228，各自可由应用控制器122控制以在WiFi无线通信协议和相对较低功率的无线协议(例如，BLE或其它合适的相对较低功率和相对较低数据吞吐量的无线协议)之间切换。应当理解，无线设备实施例200可以在无线通信环境中以类似于在本文中别处描述的无线设备实施例100的方式进行操作。
图3展示了无线通信环境300的一个实施例，其中电池供电的无线摄像头设备100是活动的并且在相对较高的数据吞吐量模式下在WiFi无线局域网(WLAN)中使用相对较高功率的基于IEEE 802.11x的WiFi无线通信协议操作。无线设备100可以响应于在发生激活事件(例如，诸如检测到运动、检测到按下门铃按钮等)时接收到从输入设备108、110和/或112之一接收的输入信号而从相对较低功率和数据吞吐量的(例如，BLE)待机操作模式转换到这种较高数据吞吐量的WiFi操作模式。可替代地，无线设备100可以响应于接收到无线设备100从外部设备以如关于图4进一步描述的方式接收的相对较低功率和数据吞吐量的(例如，BLE)无线唤醒激活通信而从相对较低功率和数据吞吐量的待机模式转换到活动的较高数据吞吐量的WiFi模式。
如图3所示，无线摄像头设备100与本地WiFi无线接入点(AP)304直接双向通信，并且能够通过AP 304与同一WLAN中的其它本地WiFi设备(如智能电话310、本地桌面或笔记本或平板电脑308等)进行双向通信。无线摄像头设备100还能够通过AP 304跨越互联网302与远程设备(如远程桌面或笔记本或桌面计算机306)进行双向通信，例如经由有线远程连接(如以太网和光纤或电缆)或其它类型的远程连接(如无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)等)。还显示存在物联网(IOT)集线器312形式的蓝牙桥，其能够在无线设备100处于待机模式时与WiFi AP 304和无线设备100通信，如将关于图4所描述的。应当理解，图3中所展示的本地WiFi设备的类型和数量仅是示例性的，并且可能存在更少的、附加的和/或不同类型的本地WiFi设备用于与无线AP 304通信。此外，更少的、附加的和/或不同类型的远程设备可以通过互联网302或其它类型的网络(如公司内部网)与AP 304通信。
在图3的高数据吞吐量模式中，流视频或流视频和音频媒体数据(例如，实时传送协议“RTP”、实时数据传送“RDT”等)可以作为输出数据通过AP 304经由从无线设备100到AP304的WiFi无线通信协议传输由活动的电池供电的无线设备100传输到远程计算机306和/或本地设备308、310、312中的任何一个。由于在此模式下无线设备100与AP 302之间的WiFi连接是双向的，所以设备306、308、310和/或312中的任一个也可以向无线设备100发送数据(包括命令和/或编程)。在一个实施例中，无线设备100可以保持在图3的相对较高功率和较高数据吞吐量的WiFi模式下操作，只要是设备100是活动的即可，例如，诸如当无线设备100的应用控制器122基于从输入设备108、110接收到的输入数据向其它外部设备传输输出数据和/或正在从这样的(一个或更多个)其它外部设备接收传入的无线数据(例如，编程或命令)时。
图4展示了无线通信环境400的一个实施例，其中电池供电的无线摄像头设备100现在使用相对较低功率的BLE无线通信协议在相对低的数据吞吐量的模式下进行操作。如本文关于图5进一步描述的，无线设备100的RF SOC 102可以在一个实施例中被配置为响应于在应用控制器122的控制下定时器到期而从其内部双向WiFi数据通信路径切换到其内部双向BLE数据通信路径(反之亦然)，而图2的无线设备200可以在应用控制器122的控制下将其内部双向无线数据通信路径的组件从WiFi重新配置为BLE操作。在一个实施例中，每当无线设备100进入省电待机模式时，例如当无线设备100的应用控制器122没有基于从输入设备108、110和/或112接收的(一个或更多个)输入信号无线传输到其他设备的输出数据时，应用控制器122可以将无线设备100切换到相对较低功率的BLE无线通信协议。凭借使用与WiFi无线协议的待机模式相比占空比减小的BLE或其它相对较低功率的无线通信协议，电池104的功耗在待机模式(与常规WiFi协议待机模式相比)期间降低。在这点上，当与相对较高功率的方案(如在WiFi中使用的需要快速傅里叶变换(FFT)引擎的相对高带宽的正交频分调制(OFDM))相比时，相对较低功率的无线协议不仅可以具有减小的占空比，而且还可以采用相对更简单的和更低功率的调制方案(例如，诸如高斯频移键控“GFSK”)。在一个实施例中，这可以在降低相对较低功率的无线协议的功耗方面发挥决定性作用。
如图4所示，无线摄像头设备100与本地BLE设备(在这种情况下为IOT集线器312和/或智能电话310)直接双向通信。无线摄像头设备100还能够在此较低功率模式下通过IOT集线器312和/或智能电话310经由WiFi无线通信协议与WLAN中的其它WiFi设备(例如，诸如本地计算机308)和/或经由因特网302与远程计算机306进行双向通信。在图4的低数据吞吐量模式的一个实施例中，在待机模式下，无线设备100可以在BLE连接中作为从设备进入广告(advertising)模式，其中广告间隔可以设置为例如从约0.02秒到约10秒(或适合于给定应用的任何其它更多的或更少的时间)。在另一个实施例中，在待机模式下，无线设备100可以成为BLE连接中的主设备，并且进入扫描模式，其中扫描模式和扫描间隔也可配置为从约2.5微秒至约10秒(或适合于给定应用的任何其它更多的或更少的时间)。应当理解，时间间隔的选择可以是应用相关的，例如，为了降低功耗，尽可能地减少占空比，同时仍然允许所述应用的所需响应时间。
仍然参考图4，无线设备100的RF SOC 102将保持在BLE待机模式，直到其从诸如智能电话310或IOT集线器312的在范围内的(in-range)具有BLE能力的设备接收到唤醒激活通信。在BLE的情况下，唤醒激活通信可以是例如从智能电话310或IOT集线器312接收的扫描请求或连接请求包，其响应于从无线设备100通过RF SOC 102传输的广告包而被传输到无线设备100。这种激活通信的传输可以由本地用户(例如，经由从具有BLE能力或蓝牙智能连接(Bluetooth Smart Ready)手机310到无线设备100的直接连接)或远程用户(例如，经由通过因特网302、AP 304和(一个或更多个)BT桥接器(IOT集线器312)到无线设备100的远程连接)来启动。一旦无线设备100通过BLE无线协议接收到唤醒通信，RF SOC 102在应用控制器122的控制下，通过关闭BLE数据通信路径的组件124、126和128并打开WiFi数据通信路径的组件134、136和138而切换回WiFi无线通信协议，以便关联和连接到AP 304，此后，准备好通过使用相对高的数据吞吐量的WiFi通信协议而将运动视频数据或其他实时数据或存储数据通过AP 304从无线设备100通信到(一个或更多个)其他本地或远程设备。在图2的无线设备200的情况下，RF SOC 202可以在应用控制器122的控制下将其内部双向无线数据通信路径的组件224、226和228从BLE重新配置到WiFi操作。因此，无线设备100或200可以在无线设备在活动或待机模式下通电的所有时间都能够进行双向无线通信，即，可以在无线设备100或200的活动操作模式期间选择性地启用相对较高数据吞吐量的双向WiFi无线协议通信操作，然后在无线设备100或200的待机或其它较低功率的操作模式期间启用不同的且相对较低功耗的(例如，BLE)双向无线协议操作时，禁用相对较高数据吞吐量的双向WiFi无线协议通信操作。
图5展示了方法500的一个示例性实施例，所述方法可以由电池供电的无线设备(例如，使用无线设备100或200的RF SOC应用控制器122)来实现以基于所述无线设备的当前功率模式而以按需的方式在相对较高功率和数据吞吐量的WiFi无线通信协议和相对较低数据吞吐量的无线协议(例如，诸如BLE)之间改变。在这点上，将关于图1的示例性无线设备100(当其在图3和图4的无线通信环境中进行操作时)来对图5进行描述。然而，应当理解，方法500可以在其它无线环境中和/或通过电池供电的无线设备(包括但不限于图2的实施例中的无线设备200)的其它配置来实现。
如图所示，方法500在步骤502中开始，其中所述电池供电的无线设备例如通过由本地用户操纵机械功率开关来通电。方法500然后进行到步骤504，其中RF SOC 102的应用控制器122通过激活无线设备100的双向WiFi数据通信路径的组件134、136和138来激活WiFi无线通信模式。一旦被激活，应用控制器122在步骤506中使用WiFi通信与WiFi AP 304相关联，并且进入如图3所展示的活动WiFi的高数据吞吐量模式。在步骤504中，无线设备100的BLE数据通信路径组件124、126和128可以保持断电以节省电池电力。然而，在一个替代实施例中，无线设备100的BLE数据通信路径组件124、126和128可以可选地与WiFi数据通信路径的组件同时通电，例如以允许电池供电的设备100使用WiFi和BLE无线通信协议同时进行通信。
接下来，应用控制器122在步骤508中启动WiFi模式定时器，其将测量当前活动WiFi操作模式自定时器启动以来的相对于限定的时间限制的持续时间。在一个实施例中，WiFi模式时间限制的长度可以是应用相关的，即，基于无线设备100在其中操作的给定应用的特定特性或需求而预先确定。还将理解，对于给定的应用，在设置较长的和较短的时间限制长度之间存在折衷。例如，当使应用不必要地在较高功率的WiFi协议和较低功率的BLE协议之间“往复(ping-pong)”或来回循环，而因此由于与AP多次重新连接至少部分地使节省电力的目的失败时，可能不希望设置太短的时间限制长度。另一方面，相对于给定应用所需的时间，通过将相对高功率的WiFi协议在更长的时间保持活动而设置太长的时间限制长度可能会导致不必要的电池耗尽。时间限制长度值的最有效或最佳范围将根据给定应用的特性而变化，如本文进一步描述的。
仍然参考图5，方法从步骤508进行到步骤510和512，其中应用控制器122(例如，其正在执行响应于输入设备108、110和/或112中的一个或更多个的操作和/或控制其操作的至少一个应用)分别监测间歇性和/或周期性应用活动请求和外部WiFi活动请求。例如，响应于从图1的相应输入设备108、110和/或112接收的一个或更多个输入信号178、180和/或182，可以由应用控制器122上执行的应用周期性地或间歇性地生成内部应用活动请求。可以例如通过由无线设备100接收的本地或远程用户命令来生成外部WiFi活动请求，由无线设备100经由AP 304例如从远程计算机306或本地WiFi连接的设备310或308之一接收本地或远程用户命令。在步骤510中接收到内部应用活动请求或在步骤512中接收到外部WiFi活动请求时，应用控制器122通过采取与步骤510和/或512的内部应用活动请求或外部WiFi活动请求对应的指定应用动作而在步骤528中进行响应。在步骤528中采取此动作之后，然后应用控制器在步骤508中重启定时器(例如，在时间起点(time zero))，并且如图所示重复步骤510和512。
例如，在输入设备112是家庭入户门处的门铃按钮、并且摄像头108是与门铃相邻设置的安装在门上的摄像头的情况下，步骤528中的应用动作可以控制摄像头108在访问者按下门铃按钮时捕获访问者的静止图像或运动图像视频，并且控制RF SOC 102以在由活动请求进行请求或另外指定时经由相对较高数据吞吐量的WiFi无线通信协议通过AP 304来将此静止图像或运动图像视频作为输出数据传输到远程计算机306和/或图1的WiFi连接的设备308或310中的任何一个。在一个示例性门铃应用实施例的情况下，可以将定时器时间限制长度设置或定义为约10秒，例如合理地假定，如果在图像数据传输结束之后约10秒内没有人按下门铃按钮，则在这之后在其他人按下按钮之前，所述定时器时间限制长度会更长。然而，此10秒时间限制仅是示例性的，并且应当理解，在其它实施例中，步骤508的选定时间限制可以大于或小于10秒，并且可以取决于给定应用的性质以及步骤528的应用活动请求。
只要是在步骤510和512中没有接收到内部应用活动请求或外部WiFi活动请求，则方法500进行到步骤514，其中确定活动WiFi定时器的持续时间是否已经达到所限定的时间限制并且已经完成或到期。如果否，则方法500返回到步骤510和512，并如图所示进行重复。当在步骤514中确定活动WiFi定时器的持续时间已经达到或超过所限定的时间限制时，则方法500继续进行到步骤516的启用待机低数据吞吐量模式，例如，如图4所展示的。具体地，在步骤516中，RF SOC 102的应用控制器122可以通过激活无线设备100的双向BLE数据通信路径的组件124、126和128来打开BLE无线通信模式，并且还通过停用无线设备100的双向WiFi数据通信路径的组件134、136和138来关闭WiFi无线通信模式。方法500然后进行到步骤518，其中应用控制器控制无线设备100在BLE连接中作为从设备进入广告模式或者在BLE连接中成为主设备并进入扫描模式。
在步骤520中，应用控制器122以与上面针对步骤510所述的相同的方式监测内部应用活动请求的接收，并且如图所示在步骤522中经由BLE来监测外部活动请求。外部BLE活动请求可以例如直接从诸如图4中的智能电话310的本地具有BLE能力的无线设备或经由AP304和BLE IOT集线器312从另一个本地或远程设备306或308接收。在步骤520中接收到内部应用活动请求或在步骤522中接收到外部BLE活动请求时，应用控制器122在步骤524中通过激活无线设备100的双向WiFi数据通信路径的组件134、136和138并可选地停用BLE数据通信路径的组件124、126和128而以按需的方式返回到活动WiFi无线通信模式进行响应。方法500然后进行到步骤526，其中应用控制器122控制RF SOC 102与WiFi AP 304相关联，并且再次进入如图3所展示的活动WiFi高数据吞吐量模式。方法500进行到步骤528，并以如先前针对步骤528描述的方式采取与步骤520和/或522的应用活动请求或外部BLE活动请求相对应的指定的应用动作。再次，当在步骤528中采取此动作时，应用控制器然后在步骤508中重启所述定时器并重复如图所示的步骤510和512。
应当理解，方法500仅是示例性的，并且可以采用附加的、更少的和/或替代的步骤的任何其它组合，其适合于按需选择性地启用和禁用相对较高数据吞吐量和较高功率的WiFi无线协议的操作以满足所请求的应用活动的数据传输需求，并且还在禁用WiFi无线协议期间，启用相对较低数据吞吐量和较低功率的第二无线协议的操作，以确保电池供电的无线设备维持用于在禁用WiFi无线协议时响应于来自其它外部无线设备的活动命令或其它通信而接收和作用的双向无线通信能力。
还将理解，本文所描述的任务、功能或方法中的一个或更多个(例如，包括本文中针对应用控制器122描述的任务、功能或方法)可以由电路和/或由体现在非暂时性有形计算机可读介质(例如，光盘、磁盘、非易失性存储设备等)中的计算机指令程序(例如，计算机可读代码，如固件代码或软件代码)来实现，其中包括指令的计算机程序被配置为在被执行时(例如，在诸如中央处理单元“CPU”、控制器、微控制器、微处理器、专用集成电路“ASIC”等的处理器上执行时或在诸如现场可编程门阵列“FPGA”、复杂可编程逻辑设备“CPLD”等的可编程逻辑设备“PLD”上执行时)执行本文公开的方法的一个或更多个步骤。在一个实施例中，一组这样的处理器和PLD可以是从由CPU、控制器、微控制器、微处理器、FPGA、CPLD和ASIC组成的组中选择的处理设备。在一些实施例中，计算机指令程序可以被存储在可由信息处置系统访问的非暂时性计算机可读介质中或其上，用于指示所述信息处置系统执行所述计算机指令程序。所述计算机指令程序可以包括用于在所述信息处置系统中实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。所述可执行指令可以包括可操作以指示所述信息处置系统执行本文公开的方法的多个代码段。还将理解，本方法的一个或更多个步骤可以用在计算机程序的一个或更多个代码段中。例如，由信息处置系统执行的代码段可以包括所公开的方法的一个或更多个步骤。
此外，虽然本发明可以适用于各种修改和替代形式，但是已经通过示例示出并在本文描述了具体实施例。然而，应当理解的是，并非意图使本发明受限于所披露的具体形式。而是，本发明应覆盖落入如由所附权利要求书定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和替代方案。此外，所公开的系统和方法的不同方面可以以各种组合和/或独立的方式使用。因而本发明不限于仅是本文所示的那些组合，而是可以包括其它组合。

Claims (21)

1.一种无线系统，包括：
至少一个天线；
耦合至所述天线的至少一个双向无线数据通信路径；以及
至少一个处理器或可编程逻辑设备即PLD，其被耦合以向所述至少一个双向无线数据通信路径提供输出数据，所述至少一个处理器或PLD被配置为：
执行至少一个应用以执行至少一个间歇性或周期性活动以产生所述输出数据，
选择性地启用双向的基于IEEE 802.11的WiFi第一无线通信协议，以使用所述WiFi第一无线通信协议将所产生的输出数据传输到一个或更多个外部无线设备，以及
然后，在传输所产生的输出数据之后，选择性地禁用所述WiFi第一无线通信协议，同时使用第二不同的双向无线通信协议，所述第二不同的双向无线通信协议相比于所述WiFi第一无线通信协议消耗相对较少的操作功率，以在禁用所述WiFi第一无线通信协议时与一个或更多个外部无线设备通信。
2.如权利要求1所述的无线系统，其中所述第二不同的双向无线通信协议是蓝牙低功耗无线通信协议即BLE无线通信协议。
3.如权利要求1所述的无线系统，其中所述处理器或PLD进一步被配置为每当启用所述WiFi第一无线通信协议时选择性地禁用所述第二不同的双向无线通信协议；并且被配置为每当禁用所述WiFi第一无线通信协议时选择性地启用第二不同的双向无线通信协议。
4.如权利要求1所述的无线系统，进一步包括一个或更多个输入设备，所述一个或更多个输入设备被耦合以向所述处理器或PLD提供输入信号；并且其中，所述处理器或PLD被配置为执行至少一个应用以从所述一个或更多个输入设备接收所述输入信号并且基于所接收的输入信号产生所述输出数据。
5.如权利要求4所述的无线系统，其中所述输入设备包括摄像机、环境或条件传感器、用户接口设备或其组合中的至少一个。
6.如权利要求1所述的无线系统，其中，所述处理器或PLD进一步被配置为执行定时器以测量所述WiFi第一无线通信协议自所述定时器最后一次启动以来已经连续启用的持续时间，然后在所述定时器的持续时间等于限定的时间限制时，禁用所述WiFi第一无线通信协议；并且其中，所述处理器或PLD进一步被配置为在每次执行所述至少一个应用以执行所述间歇性或周期性活动以产生所述输出数据时，重新启动所述定时器。
7.如权利要求1所述的无线系统，其中，所述处理器或PLD进一步被配置为在启用所述WiFi第一无线通信协议时经由所述WiFi第一无线通信协议接收外部活动请求，并且通过执行以下步骤来响应所接收的WiFi外部活动请求：执行至少一个指定的活动，以产生所述输出数据并使用所述WiFi第一无线通信协议将所述输出数据传输到一个或更多个外部无线设备；并且其中，所述处理器或PLD被进一步配置为在启用所述第二无线通信协议时且在禁用所述WiFi第一无线通信协议时，经由所述第二无线通信协议接收外部活动请求，并且通过以下步骤来响应所述接收的WiFi外部活动请求：首先启用所述WiFi第一无线通信协议，并且然后执行至少一个指定的活动，以产生所述输出数据并使用所述WiFi第一无线通信协议将所述输出数据传输到一个或更多个外部无线设备。
8.一种方法，包括使用无线系统的至少一个处理器或可编程逻辑设备即PLD以：
执行至少一个应用以执行至少一个间歇性或周期性活动以产生输出数据；
选择性地启用双向的基于IEEE 802.11的WiFi第一无线通信协议，以使用所述WiFi第一无线通信协议将所产生的输出数据传输到一个或更多个外部无线设备；并且
然后，在传输所产生的输出数据之后，选择性地禁用所述WiFi第一无线通信协议，同时使用第二不同的双向无线通信协议，所述第二不同的双向无线通信协议相对于所述WiFi第一无线通信协议消耗相对较少的操作功率，以在禁用所述WiFi第一无线通信协议时与一个或更多个外部无线设备通信。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第二不同的双向无线通信协议是蓝牙低功耗无线通信协议即BLE无线通信协议。
10.如权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述处理器或PLD以每当启用所述WiFi第一无线通信协议时，选择性地禁用所述第二不同的双向无线通信协议；并且每当禁用所述WiFi第一无线通信协议时，选择性地启用所述第二不同的双向无线通信协议。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述处理器或PLD来执行至少一个应用，以从一个或更多个输入设备接收输入信号并基于所接收的输入信号产生所述输出数据。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述输入设备包括摄像机、环境或条件传感器、用户接口设备或其组合中的至少一个。
13.如权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述处理器或PLD来执行定时器以测量所述WiFi第一无线通信协议自所述定时器最后一次启动以来已经连续启用的持续时间，然后在所述定时器的持续时间等于限定的时间限制时禁用所述WiFi第一无线通信协议；并且进一步包括：使用所述处理器或PLD以在每次执行所述至少一个应用以执行所述间歇性或周期性活动以产生所述输出数据时，重新启动所述定时器。
14.如权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述处理器或PLD以在启用所述WiFi第一无线通信协议时经由所述WiFi第一无线通信协议来接收外部活动请求；并且通过执行以下步骤来响应所接收的WiFi外部活动请求：执行至少一个指定的活动，以产生所述输出数据并使用所述WiFi第一无线通信协议将所述输出数据传输到一个或更多个外部无线设备。
15.如权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述处理器或PLD以在启用所述第二无线通信协议时且在禁用所述WiFi第一无线通信协议时，经由所述第二无线通信协议来接收外部活动请求；并且通过以下步骤来响应所述接收的WiFi外部活动请求：首先启用所述WiFi第一无线通信协议，并且然后执行至少一个指定的活动，以产生所述输出数据并使用所述WiFi第一无线通信协议将所述输出数据传输到一个或更多个外部无线设备。
16.一种单管芯的集成电路，包括：
至少一个双向无线数据通信路径，其被配置成耦合至至少一个天线；以及
至少一个处理器或可编程逻辑设备即PLD，其被耦合以向所述至少一个双向无线数据通信路径提供输出数据，所述至少一个处理器或PLD被配置为：
执行至少一个应用以执行至少一个间歇性或周期性活动以产生所述输出数据，
选择性地启用双向的基于IEEE 802.11的WiFi第一无线通信协议以将所产生的输出数据提供给所述天线进行传输，并且
然后，选择性地禁用所述WiFi第一无线通信协议，同时使用第二不同的双向无线通信协议，所述第二不同的双向无线通信协议相比于所述WiFi第一无线通信协议消耗相对较少的操作功率，以在禁用所述WiFi第一无线通信协议时向所述天线提供数据并从所述天线接收数据。
17.如权利要求16所述的集成电路，其中所述第二不同的双向无线通信协议是蓝牙低功耗无线通信协议即BLE无线通信协议。
18.如权利要求16所述的集成电路，其中，所述处理器或PLD进一步被配置为每当启用所述WiFi第一无线通信协议时选择性地禁用所述第二不同的双向无线通信协议；并且所述处理器或PLD被配置为每当禁用所述WiFi第一无线通信协议时选择性地启用所述第二不同的双向无线通信协议。
19.如权利要求16所述的集成电路，其中，所述处理器或PLD进一步被配置为执行定时器以测量所述WiFi第一无线通信协议自所述定时器最后一次启动以来已经连续启用的持续时间，然后在所述定时器的持续时间等于限定的时间限制时，禁用所述WiFi第一无线通信协议；并且其中，所述处理器或PLD进一步被配置为在每次执行至少一个应用以执行所述间歇性或周期性活动以产生所述输出数据时，重新启动所述定时器。
20.如权利要求16所述的集成电路，其中，所述处理器或PLD进一步被配置为在启用所述WiFi第一无线通信协议时经由所述WiFi第一无线通信协议接收外部活动请求；并且所述处理器或PLD进一步被配置为通过执行以下步骤来响应所接收的WiFi外部活动请求：执行至少一个指定的活动以产生所述输出数据并使用所述WiFi第一无线通信协议将所述输出数据提供给所述天线以进行传输。
21.如权利要求16所述的集成电路，其中，所述处理器或PLD进一步被配置为在启用所述第二无线通信协议时且在禁用所述WiFi第一无线通信协议时，经由所述第二无线通信协议来接收外部活动请求；并且通过以下步骤来响应所述接收的WiFi外部活动请求：首先启用所述WiFi第一无线通信协议，并且然后执行至少一个指定的活动，以产生所述输出数据并使用所述WiFi第一无线通信协议将所述输出数据提供给所述天线以进行传输。
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