CN109788535B - 物联网设备的节电方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本揭示提供一种物联网设备的节电方法及装置。根据本揭示的一实施例，所述节电方法是具备通信功能的电子装置的节电方法，其包括：储存电子装置与接入点的当前连接信息的过程；在所述储存过程结束后，断开接入点与指定的硬件的电源而形成一断开状态的断开过程；判断所述断开状态是否符合一解除条件的过程；以及当所述断开状态符合解除条件时，接通指定的所述硬件的电源的过程；且所述接通过程包括：载入所述断开前的最终连接信息的过程；以及利用所述最终连接信息引导电子装置与所述接入点连接的状态的过程。

Description

物联网设备的节电方法及装置
技术领域
本揭示揭示涉及一种具备通信功能的电子装置、例如物联网设备的节电方法。
背景技术
这部分所记述的内容仅用以提供本揭示揭示的背景信息，并不构成以往技术。
图1是表示以往具备在电气与电子工程师协会(Institute of Electrical andElectronics Engineers，IEEE)802.11标准中定义的无线网络功能的电子装置的功率管理方法的图。
以往具备无线网络功能的电子装置在激活状态下再无要收发的数据时，转换成节电模式。在节电模式下，确认按照固定周期从接入点(Access Point，AP)传输的信标帧(Beacon Frame)而检查作为信标帧(Beacon Frame)中的信息的业务指示消息(TrafficIndication Message，TIM)或发送业务指示消息(Delivery TIM，DTIM)来确认是否存在要接收的数据。如果检查结果为存在要接收的数据，则转换成激活模式而传输节电-轮询(Power Save-Poll，PS-Poll)并接收数据。如果检查结果为不存在要接收的数据，则保持节电模式。
与AP执行无线通信的器件为了接收信标帧而在TIM或DTIM接收区间设定利用实时时钟(Real Time Clock，RTC)的定时器(Timer)，之后进入到节电模式。对TIM或DTIM进行检查，如果存在要接收的数据，则转换成激活模式而传输PS-轮询并接收数据。
最近，开发有多种物联网(IoT：Internet of Things)装置。物联网设备要求可通过安装一次电池而实现数年以上的通信，因此低电力特性非常重要。
与此相关，韩国专利公开第10-2012-0109127号(2012年10月8日公开)在“无线网络器件的功耗减少方法及装置(METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING POWERCONSUMPTION OF WI-FI DEVICE)”中揭示一种方法及装置，所述方法是用以在无线网络器件中减少功耗的检索周期设定方法，其可根据使用者的直观设定而变更无线网络器件的通信模块的检索周期，从而可防止过多地使用电源。
韩国专利公开第10-2012-0109127号仅揭示一种通过可由使用者直接设定无线网络器件检索AP的周期而节电的方法，未揭示在与AP连接的状态下将耗电最小化的方法。
揭示内容
揭示本揭示的目的在于揭示提供一种用于物联网的电子装置的节电方法及装置，可在节电模式下完全断开大部分硬件的电源而将功耗最小化，在转换成激活模式时，在接通电源后将连接AP所需的时间最少化。
为解决上述技术问题，本揭示揭示提供一种用于物联网的电子装置的节电方法，其特征在于，所述节电方法包括：储存与接入点(Access Point，AP)的当前连接信息的储存过程；在所述储存过程结束后，断开指定的硬件的电源的断开过程；判断所述断开状态是否符合解除条件的过程；以及当符合所述解除条件时，接通指定的所述硬件的电源的接通过程；且所述接通过程包括：载入断开前的所述最终连接信息的过程；以及利用所述最终连接信息引导电子装置与所述接入点连接的状态的过程。
本揭示还提供一种电子装置，其特征在于包括：通信部，执行与接入点的通信；存储器，储存与所述接入点的连接信息；第一控制部，当执行节电模式时，将与所述接入点的当前连接信息储存到所述存储器，之后断开指定的硬件的电源，指定的所述硬件包括所述第一控制部；以及第二控制部，不包括在指定的所述硬件；且当所述断开状态符合一解除条件时，所述第二控制部接通指定的所述硬件的电源，如果通过所述第二控制部而接通，则所述第一控制部载入断开前的所述最终连接信息，之后利用所述最终连接信息引导电子装置与所述接入点形成连接的状态。
揭示
本揭示具备通信功能的电子装置的电力管理如下：可在节电模式下完全断开大部分硬件的电源而将功耗最小化，在转换成激活模式时，在接通电源后将连接接入点所需的时间最少化。
附图说明
图1是表示以往具备在IEEE 802.11标准中定义的无线网络功能的电子装置的功率管理方法的图。
图2(a)和图2(b)是表示以往技术的终端(Station，STA)的节电方法。揭示
图2(c)是本揭示的一实施例的节电方法的STA的电力及通信状态的图。
图3是表示本揭示的一实施例的节电方法的顺序图。
图4是表示STA周期性地传输无偿地址解析协议(Gratuitous AddressResolution Protocol，GARP)数据包或地址解析协议(ARP，Address ResolutionProtocol)数据包而更新AP的ARP表(Table)的过程的图。
图5是在AP与STA中表示本揭示的一实施例的节电方法的执行过程的图。
图6是表示具备本揭示的一实施例的节电方法的电子装置的框图。
具体实施方式
以下，通过例示性的附图详细地对本揭示的一实施例进行说明。应注意，在对各图的构成要素附加参照符号时，即便相同的构成要素表示在不同的图中，也尽可能地使用相同的符号。另外，在对本揭示的一实施例进行说明时，在判断为对相关公知的构成或功能的具体说明会混淆本揭示的主旨的情况下，省略其详细说明。
在对本揭示的一实施例的构成要素进行说明时，可使用第一、第二、i)、ii)、a)、b)等符号。这些符号仅用以将所述构成要素区分于其他构成要素，相应的构成要素的本质、位次、顺序等并不受上述符号的限定。在本说明书中，当记载为某个部分“包括”或“具备”某个构成要素时，只要无明确相反的记载，则意味着相应的部分还可包括其他构成要素，并不排除附加其他构成要素。“～部”、“模块”等术语是指对至少一个功能或动作进行处理的单元，所述单元可为“硬件”、“软件”或“硬件与软件的结合”。
本揭示电子装置包括与接入点(Access Point，AP)进行通信的所有种类的电子装置。本揭示的电子装置的通信方法不仅包括利用无线网络的通信，而且包括局域网(LocalArea Network，LAN)、广域网(Wide Area Network，WAN)等封闭式网络、如因特网(Internet)的开放式网络、码分多址接入(Code Division Multiple Access，CDMA)、宽带码分多址接入(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)、全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、长期演进(Long Term Evolution，LTE)等移动通信网等目前可利用或今后可实现的所有通信方法。
以下，在本说明书中，将与接入点(AP)进行通信的电子装置简称为终端(Station，STA)并以无线网络通信为例而进行说明。
以往的STA是通过在节电模式下保持与AP的连接而断开射频(Radio Frequency，RF)来进行节电。然而，最近在物联网设备等中要求超低功率，因此存在如下STA：为了将耗电最小化，不仅简单地断开RF，而且断开包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)在内的尽可能多的硬件资源。
图2是表示以往技术的STA的节电方法与本揭示的一实施例的节电方法的STA的电力及通信状态的图。
图2(a)是表示在节电模式下保持与AP的连接而仅断开RF来进行节电的方法的图。如图2(a)所示，在节电模式下仅断开RF时，也产生少量的功耗。
图2(b)是表示在节电模式下最大限度地断开包括主CPU在内的硬件资源的电源的方法的图。如图2(b)所示，在最大限度地断开硬件资源的电源来进行节电的情况下，与图2(a)的情况不同地节电模式下的功耗较少，但在转换成激活模式时，产生连接到AP为止的延迟。
图2(c)是本揭示的一实施例的节电方法，在节电模式下断开包括主CPU在内的尽可能多的硬件资源的电源而将功耗最小化，在转换成激活模式而接通断开的硬件的电源时，将STA引导为与AP连接的状态。本揭示的一实施例的节电方法不仅将功耗最小化，而且还与图2(b)的情况不同地减少连接到AP为止的延迟，从而在打开STA时，可无另外的连接过程而立即与AP执行通信。
图3是表示本揭示的一实施例的节电方法的顺序图。
本揭示的一实施例的节电方法包括储存与AP的当前连接信息的储存过程(S310)、断开指定的硬件的电源的断开过程(S320)、判断断开状态是否符合一解除条件的过程(S330)、及当符合解除条件时(S330中的“是”)，接通断开的硬件的电源的接通过程(S340)。
储存与AP的当前连接信息的过程(S310)是将用以在AP与STA之间执行通信的连接信息储存到STA的过程。储存连接信息的时点可为STA最初连接到AP时，也可为STA转换成节电模式前。另外，亦可在每当与AP的连接状态变更时均产生事件而储存所变更的连接信息。此时，连接信息储存到非易失性存储器，因此即便中断电源供给，也可保持连接信息。
如果在节电模式下断开指定的硬件的电源，则包括主CPU在内的主要硬件均关闭，故而所有执行信息消失。然而，如果利用储存在存储器的连接信息，则可在引导时不经由无线网络连接过程而将无线网络引导为连接状态。
连接信息有基本连接信息(basic connection information)、高级连接信息(advanced connection information)、基本通信信息(basic communicationinformation)、高级通信信息(advanced communication information)等。
基本连接信息有频率、信道宽度、基本服务集标识符(Basic Service SetID，BSSID)、服务品质(Quality of Service，QoS)、高吞吐量(High Throughput，HT)能力信息(capability information)等。此处，频率的数据结构可为无符号短整型(unsignedshort)，BSSID的数据结构可为无符号字符型(unsigned char)[6]。
高级连接信息可包括密钥信息(key information)。所述密钥信息可包括用以进行无线区间的加密的对话加密密钥即成对暂时密钥(Pairwise Transient Key，PTK)信息(information)及群组临时密钥(Group Temporal Key，GTK)信息。
基本通信信息有因特网协议(Internet Protocol，IP)地址(Address)、网络掩码(netmask)、网关、域名系统(Domain Name System，DNS)信息等。
高级通信信息有空序列号(Null sequence number)、数据序列号(Data sequencenumber)、编码信息向量号(Enc information vector number)等。
断开指定的硬件的电源的过程(S320)是在节电模式下断开包括主CPU在内的尽可能多的硬件资源的电源而将功耗最小化的过程。
包括RTC定时器在内的一部分硬件的电源在节电模式下也不会断开。终端内已安装的小程序(Small Program)通过RTC定时器而周期性地运行来接收AP发送的信标帧，在完成GARP数据包或ARP数据包传输等所登录的自身业务后再次结束运行。
小程序读取从AP发送的信标帧的TIM、DTIM元素来判断在AP中是否存在为了传输到STA而缓冲的数据，在存在缓冲的数据的情况下，将STA转换成激活模式。
如图4所示，小程序可周期性地传输用以更新AP的ARP(Address ResolutionProtocol)表的GARP(Gratuitous ARP)数据包或ARP数据包而持续地更新AP的ARP表。如果AP的ARP表更新为最新状态，则即便流入外部的通信数据包，也可立即获知媒体访问控制(MediaAccess Control，MAC)地址，因此可不另外传输ARP数据包而实现通信。
小程序为了在转换成激活模式时快速地进行通信而更新储存在节电模式下传输的数据包的标头的序列号等。在转换成激活模式而接通硬件的电源时，可立即应用传输的数据包的标头的序列号快速地进行通信。
判断断开状态的解除条件是否充分的过程(S330)是判断在节电模式下是否需转换成激活模式的过程。
STA中的小程序在节电模式下也通过RTC定时器而周期性地运行来接收AP发送的信标帧。此时，读取从AP接收到的信标帧的TIM、DTIM元素来判断在AP中是否存在为了传输到STA而缓冲的数据。
AP可基于信标帧中所包括的TIM或DTIM元素而告知是否存在要传输到各STA的数据帧。通常，TIM用于告知存在要传输到STA的单播帧，DTIM用于告知存在要传输到STA的组播帧或广播帧。例如，TIM元素可表示存在基于单播而传输到STA的未决下行链路数据。DTIM可表示存在基于广播或组播而要传输到STA的未决下行链路数据。
另一方面，在STA中设定监听间隔(Listen interval)，由此可使STA以监听间隔为单位强制性地转换成激活模式而从AP接收数据帧。即，可在从断开经过既定的时间时强制性地转换成激活模式。
例如，如果监听间隔为7，则以信标间隔(Beacon interval)的7倍的周期为单位而转换成激活模式来接收数据帧。然而，各AP因缓冲尺寸的制约而不考虑STA的监听间隔来对数据包进行处理的情况较多，也会对性能产生不良影响，因此大多利用TIM或DTIM判断在节电模式下是否转换成激活模式。
当节电模式下，断开状态的解除条件充分时(S330的“是”)，接通断开的硬件的电源的过程(S340)包括载入断开前的最终连接信息的过程、及利用最终连接信息引导为与AP连接的状态的过程。
载入断开前的最终连接信息的过程是在STA最初连接到AP的时点或STA转换成节电模式前，载入储存在非易失性存储器的连接信息中的最后储存的连接信息的过程。如果利用储存在非易失性存储器的连接信息，则可在接通断开的硬件的电源，重新引导STA的过程中，不经由无线网络连接过程而将无线网络引导为连接状态。
利用最终连接信息引导为与AP连接的状态的过程包括对无线网络相关资料结构进行初始化的过程、及利用最终连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈的过程。
对无线网络相关资料结构进行初始化的过程是对存储池(memory pool)、无线网络控制资源(WiFi control resource)、无线网络控制结构(WiFi control structure)等无线网络相关资料结构进行初始化的过程。所述无线网络控制资源包括无线网络控制线程(WiFi control thread)，无线网络控制结构包括无线网络连接结构及网络结构。
利用最终连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈的过程为如下过程：在对无线网络相关资料结构进行初始化后，在初始化的存储池及无线网络控制线程中利用最终连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈，由此引导为与AP连接的状态。
即，在打开在节电模式下断开的主CPU的电源，驱动引导对操作系统(OperatingSystem，OS)核心(Kernel)、器件驱动器(Device driver)、无线网络(WiFi)MAC、传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)/IP堆栈(Stack)、请求者(Supplicant)、用户应用程序(User application)等无线网络通信进行处理的软件时，利用最终连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈，由此不另外进行无线网络连接步骤而自动设定为连接状态，因此可立即与AP进行数据通信。
图5是在AP与STA中表示本揭示的一实施例的节电方法的执行过程的图。
STA在节电模式下储存当前连接信息，之后断开指定的硬件的电源。
AP以TIM周期为单位而传输包括TIM元素的信标帧、或以DTIM周期为单位而传输包括DTIM元素的信标帧。在图5中，方便起见，例示以TIM周期为单位而传输包括TIM元素的信标帧的情况。
在AP的第二个TIM周期与第三个TIM周期之间产生要传输到STA的数据包，AP以向STA传输相应的数据包为目的而缓冲所述数据包。
AP使在第三个TIM周期传输的信标帧包括表示存在要传输到STA的数据包的TIM元素，STA在接收到如上所述的信标帧后转换成激活模式。
STA在接通断开的硬件的电源而载入最终连接信息后，利用最终连接信息引导为与AP连接的状态。在引导的同时成为可与AP进行通信的状态，因此STA可立即从AP接收数据包。
图6是表示具备本揭示的一实施例的节电方法的电子装置的框图。
本揭示的一实施例的电子装置600(STA)包括通信部610、存储器620、第一控制部630及第二控制部640。
通信部610执行与AP的通信。
存储器620为非易失性，储存AP与STA之间的连接信息。
当执行节电模式时，第一控制部630将与AP的当前连接信息储存到存储器620，之后断开指定的硬件的电源。此时，断开的指定的硬件包括第一控制部630。即，在节电模式下也断开第一控制部630的电源。
另一方面，如果在检索储存在存储器620的连接信息时检索失败，亦即未检索到所述已经储存的连接信息，或检索到的连接信息与当前连接信息不同，则第一控制部630可将当前连接信息储存到存储器620。
第二控制部640不包括在断开的指定的硬件，因此在节电模式下也进行动作。当断开状态的解除条件充分时，第二控制部640接通指定的硬件的电源。
另一方面，第二控制部640通过RTC定时器而周期性地运行来接收从AP发送的信标帧。第二控制部640可在显示为在从AP接收到的信标帧的TIM或DTIM信息中存在AP要向电子装置传输的数据帧时、或从断开经过既定的时间时判断为断开状态的解除条件充分。
另一方面，第二控制部640可在节电模式状态下通过通信部610而周期性地传输用以更新AP的ARP(Address Resolution Protocol)表的GARP(Gratuitous AddressResolution Protocol)数据包或ARP(Address Resolution Protocol)数据包。
如果通过第二控制部640而接通，则第一控制部630载入断开前的最终连接信息，之后利用最终连接信息引导为与AP连接的状态。第一控制部630可对包括存储器620池(memory pool)及无线网络控制线程(WiFi control thread)的无线网络相关资料结构进行初始化，在初始化的存储器620池及无线网络控制线程中利用最终连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈。
除此之外，省略与上述内容重复的内容的详细说明。
在上述实施例中，图3记载为依序执行S310至S340，但所述图3仅用以例示性地说明本揭示的技术思想，S310至S340的执行并不限定于时间序列顺序。本揭示所属的技术领域内的普通技术人员可在不脱离本揭示的本质特性的范围内变更S310至S340的顺序、省略S310至S340中的一个以上的过程、或并列执行S310至S340中的一个以上的过程等对图3的方法进行各种修正及变形。
另一方面，通过上述实施例说明的节电方法可在可由电脑或智能手机读取的记录媒体中，以可由电脑或智能手机读取的代码实现。可由电脑或智能手机读取的记录媒体包括储存可通过电脑系统读取的数据的所有种类的记录装置。即，可由电脑或智能手机读取的记录媒体包括如磁性储存媒体(例如，只读存储器(Read Only Memory，ROM)、软盘、硬盘等)、光学读取媒体(例如，只读光盘(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、数字多功能光盘(Digital Versatile Disc，DVD)等)、闪存(例如，通用串行总线(Universal SerialBus，USB)、固态驱动器(Solid State Drive，SSD))等的储存媒体。另外，可分散到通过网络连接的电脑系统而以分散方式储存执行可由电脑或智能手机读取的代码。
本实施例仅用以例示性地说明本揭示的技术思想，本揭示所属的技术领域内的普通技术人员可在不脱离本揭示的本质特性的范围内对本实施例进行各种修正及变形。
本实施例用以说明本揭示的技术思想，而并非用以限定本揭示的技术思想，因此本揭示的权利范围并不限定于本实施例。本揭示的保护范围应由权利要求书解释，应解释为与上述保护范围相同或等同的所有技术思想均包括在本揭示的权利范围内。
[附图的说明]
600 STA
610 通信部
620 存储器
630 第一控制部
640 第二控制部
S310～S340 步骤

Claims (11)

1.一种用于物联网的电子装置的节电方法，其特征在于，所述节电方法包括：
在非挥发性存储器中存储电子装置与当前连接到处于激活模式下的所述电子装置的接入点的连接信息的储存过程；
在节电模式下，
保持实时时钟定时器的电源而断开包括主CPU的指定的硬件的电源而形成一断开状态的断开过程；
判断所述断开状态是否符合一解除条件的过程；以及
当所述断开状态符合解除条件时，将所述节电模式切换到所述激活模式的切换过程；且
所述切换过程包括：
连接包括所述主CPU的所述指定的硬件的电源的过程；以及
利用存储在所述非挥发性存储器中的连接信息引导所述电子装置与所述接入点连接的过程，
其中当切换所述节电模式到所述激活模式时，所述主CPU未执行与所述接入点的无线网络连接过程。
2.根据权利要求1所述的节电方法，其特征在于，所述连接信息包括频率、信道宽度、基本服务集标识符、服务品质及高吞吐量能力信息。
3.根据权利要求1所述的节电方法，其特征在于，所述解除条件如下：显示为在从所述接入点接收到的信标帧的业务指示消息，或发送业务指示消息信息中存在所述接入点要向所述电子装置传输的数据帧时、或从所述断开经过既定的时间时。
4.根据权利要求1所述的节电方法，其特征在于，所述引导为与所述接入点连接的状态的过程由以下方式实现：
通过所述主CPU对包括存储池及无线网络控制线程的无线网络相关资料结构进行初始化的过程；以及
在初始化的存储池及无线网络控制线程中利用所述接入点的所述连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈的过程。
5.根据权利要求1所述的节电方法，其特征在于，在所述节电模式下，所述方法包括周期性地传输用以更新所述接入点的地址解析协议表的无偿地址解析协议数据包或地址解析协议数据包。
6.根据权利要求5所述的节电方法，其特征在于，在所述传输过程后，包括储存传输的数据包的标头信息的过程。
7.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：
一通信部，执行与接入点的通信；
一非挥发性存储器；
一第一控制部，在执行一节电模式后，将当前连接到所述电子装置的所述接入点的连接信息储存到所述非挥发性存储器，之后断开指定的硬件的电源，所述指定的硬件包括所述第一控制部；以及
一第二控制部，其不包括在所述指定的硬件，
其中当所述断开状态符合一解除条件时，所述第二控制部接通所述指定的硬件的电源，且所述第一控制部利用存储在所述非挥发性存储器中的所述连接信息引导所述电子装置与所述接入点连接，而无与所述接入点的无线网络连接过程，且
其中所述第一控制部包括主CPU。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述解除条件如下：显示为在从所述接入点接收到的信标帧的业务指示消息，或发送业务指示消息信息中存在所述接入点要向所述电子装置传输的数据帧、或从所述断开经过既定的时间。
9.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述第一控制部对包括存储池及无线网络控制线程的无线网络相关资料结构进行初始化，在初始化的存储池及无线网络控制线程中利用所述接入点的所述连接信息设定无线网络连接相关结构及网络堆栈。
10.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述第二控制部在所述断开状态下，通过所述通信部而周期性地传输用以更新所述接入点的地址解析协议表的无偿地址解析协议数据包或地址解析协议数据包。
11.一种非暂态机器可读取信息存储介质，用以保存记录在所述非暂态机器可读取信息存储介质上的程序代码，当所述程序代码被取得、解码并在计算机系统上执行时，执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
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