ES2895963T3

ES2895963T3 - Redes de nodos inalámbricos con sincronización temporal y nodos inalámbricos

Info

Publication number: ES2895963T3
Application number: ES17757423T
Authority: ES
Inventors: Osama Khan; Kristofer Pister
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2022-02-23
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: EP3420665A1; US20190058459A1; WO2017147591A1; US10511289B2; EP3420665B1; JP7014726B2; DK3420665T3; US20200083869A1; JP2019511860A; EP3420665A4; US10958249B2

Abstract

Nodo esclavo inalámbrico (110, 112) para su utilización en un sistema de red inalámbrica (100), que comprende: un receptor de radiofrecuencia (RF) sintonizable (116) configurado para estar en comunicación inalámbrica con un nodo maestro (102) y para recibir en una frecuencia esclava, estando configurado el nodo maestro (102) para transmitir en una frecuencia maestra; un oscilador de RF (118) configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable (116), estando configurado el oscilador de RF para comunicar una frecuencia del oscilador de RF al receptor de RF (116) para determinar y sintonizar la frecuencia esclava; un procesador de señal (120) configurado para comunicarse con dicho receptor de RF sintonizable (116); en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para proporcionar instrucciones a dicho receptor de RF sintonizable (116) para buscar la recepción de una señal desde dicho nodo maestro (102) sintonizando la frecuencia esclava de dicho receptor de RF sintonizable (116) dentro de una banda de búsqueda de frecuencias predeterminada, para proporcionar una frecuencia maestra detectada inicial, en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para indicar a dicho receptor de RF sintonizable (116) que reciba una señal de calibración en dicha frecuencia maestra detectada inicial desde dicho nodo maestro (102), conteniendo dicha señal de calibración información de tiempo o información de frecuencia, o ambas, y en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para proporcionar un error de frecuencia de dicha frecuencia de oscilador de RF relativo a dicha señal de calibración comparando la información de dicha señal de calibración con una señal correspondiente de dicho oscilador de RF (118) para sintonizar la frecuencia del oscilador de RF a la frecuencia del nodo maestro (102) para permitir la comunicación entre dicho nodo esclavo (110, 112) y dicho nodo maestro (102) en dicha frecuencia de oscilador de RF sintonizada.

Description

DESCRIPCIÓN

Redes de nodos inalámbricos con sincronización temporal y nodos inalámbricos

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

1. Sector técnico

La presente solicitud se dirige, en general, a redes, y, en particular, a redes de nodos inalámbricos con sincronización temporal y a los nodos inalámbricos en una red.

2. Estado de la técnica anterior

Prácticamente todos los sistemas inalámbricos actuales conforme a un estándar utilizan la tecnología de cuarzo para una referencia de tiempo y de frecuencia precisas. El cristal de cuarzo (Xtal) es un componente voluminoso externo al chip que impone una limitación de tamaño a la miniaturización y se añade al coste de la lista de materiales (Bill of Material, BOM) de un nodo de sensor. En consecuencia, se requieren sistemas y procedimientos mejorados para referencias de tiempo y frecuencia precisas en sistemas inalámbricos. La Patente WO 2009/019639 A2 da a conocer circuitos de transmisor, receptor y transceptor que no requieren un elemento resonante de cristal.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

Se da a conocer un nodo esclavo inalámbrico para su utilización en un sistema de red inalámbrica según la reivindicación 1.

Un aspecto de la presente invención es dar a conocer un nodo esclavo inalámbrico para un sistema de red inalámbrica. El nodo esclavo incluye un receptor de radiofrecuencia (RF) sintonizable configurado para estar en comunicación inalámbrica con un nodo maestro y para recibir en una frecuencia esclava, estando configurado el nodo maestro para transmitir en una frecuencia maestra; y un oscilador de RF configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable, estando configurado el oscilador de RF para comunicar una frecuencia de oscilador de RF al receptor de RF para determinar y sintonizar la frecuencia esclava. El nodo esclavo incluye también un procesador de señal configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable. El procesador de señal se configura, además, para proporcionar instrucciones al receptor de RF sintonizable para buscar la recepción de una señal desde el nodo maestro sintonizando la frecuencia esclava del receptor de RF sintonizable dentro de una banda de búsqueda de frecuencias predeterminada, para proporcionar una frecuencia maestra detectada inicial. El procesador de señal se configura, además, para indicar al receptor de RF sintonizable que reciba una señal de calibración en la frecuencia maestra detectada inicial desde el nodo maestro, conteniendo la señal de calibración información de tiempo o información de frecuencia, o ambas. El procesador de señal se configura, además, para proporcionar un error de frecuencia de la frecuencia de oscilador de RF relativo a la señal de calibración comparando la información de la señal de calibración con una señal correspondiente del oscilador de RF para sintonizar la frecuencia de oscilador de RF a la frecuencia del nodo maestro para permitir la comunicación entre el nodo esclavo y el nodo maestro en la frecuencia de oscilador de RF sintonizada.

Otro aspecto de la presente invención es dar a conocer una red inalámbrica que incluye un nodo maestro que comprende un transmisor de radiofrecuencia (RF) maestro configurado para transmitir en una frecuencia maestra, siendo generada la frecuencia maestra por el nodo maestro utilizando un reloj maestro; y dicho nodo esclavo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención, así como los procedimientos de funcionamiento y las funciones de los elementos relacionados de la estructura y la combinación de partes y economías de fabricación, serán más evidentes tras considerar la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas haciendo referencia a los dibujos adjuntos, todos los cuales forman parte de esta memoria descriptiva, en la que números de referencia iguales designan partes correspondientes en las diversas figuras. Sin embargo, se debe comprender expresamente que los dibujos tienen fines de ilustración y descripción únicamente, y no pretenden ser una definición de los límites de la invención. Tal como se utiliza en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, la forma singular de "un", "uno/a" y "el/la" incluye referentes en plural, salvo que el contexto indique claramente lo contrario.

La figura 1 muestra un diagrama esquemático de una red inalámbrica, según algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 2 representa un diagrama esquemático de un nodo esclavo inalámbrico para un sistema de red inalámbrica, según algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 3 representa un intervalo de medición T definido por un recuento de número N1 del Contador 1 en un nodo de sensor de Internet de las cosas (IoT) que puede emplear contadores simples para una medición de frecuencia interna al chip de osciladores de RF (LC/anillo) para sintonizar su frecuencia, según una realización de la presente invención;

la figura 4 es una configuración de medición para un primer experimento, según una realización de la presente invención;

la figura 5A es un gráfico de una frecuencia de oscilador RC medida durante 12 horas a una temperatura constante de 23 °C, según una realización de la presente invención;

la figura 5B es un gráfico del error de frecuencia estimado frente al tiempo, según una realización de la presente invención;

la figura 5C es un gráfico de la frecuencia de oscilador RC calibrada, según una realización de la presente invención; la figura 6A es un gráfico que muestra un perfil de rampa de temperatura, según una realización de la presente invención;

la figura 6B es un gráfico que muestra la frecuencia medida del oscilador de relajación, según una realización de la presente invención;

la figura 6C es un gráfico que muestra una frecuencia con referencia Xtal de 10 MHz generada en una FPGA para una comparación, según una realización de la presente invención;

la figura 7A muestra el efecto de la rampa de temperatura en la frecuencia de oscilador RC, según una realización de la presente invención;

la figura 7B muestra el error de frecuencia estimado, y la figura 7C muestra el error residual calibrado en la frecuencia de oscilador RC, según una realización de la presente invención;

las figuras 8A y 8B muestran la referencia de frecuencia de oscilador RC calibrado medida con y sin filtro FIR, respectivamente, según una realización de la presente invención;

la figura 9 muestra una configuración de medición para investigar los diferentes intervalos de sincronización a temperatura ambiente, según una realización de la presente invención; y

la figura 10 muestra un gráfico de la desviación estándar correspondiente a cada intervalo de sincronización con y sin filtro FIR, según una realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

A continuación, se analizan en detalle algunas realizaciones de la presente invención. En la descripción de las realizaciones, se emplea terminología específica con fines de claridad. Sin embargo, no se pretende limitar la invención a la terminología específica seleccionada. Un experto en la materia pertinente reconocerá que se pueden emplear otros componentes equivalentes y se pueden desarrollar otros procedimientos sin salirse de los conceptos amplios de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

La figura 1 muestra un diagrama esquemático de una red inalámbrica, según algunas realizaciones de la presente invención. En una realización, el nodo inalámbrico 100 incluye un nodo maestro 102 y un nodo esclavo 110, 112. El nodo maestro 102 incluye un transmisor de radiofrecuencia (RF) maestro 104 que se configura para transmitir en una frecuencia maestra. El nodo maestro 102 genera la frecuencia maestra utilizando un reloj maestro 108. En una realización, el reloj maestro 108 comprende un oscilador de cuarzo o de sistemas microelectromecánicos (MEM). En los siguientes párrafos, la red inalámbrica 100 se describirá haciendo referencia al nodo esclavo 110. Sin embargo, como se puede apreciar, también se puede aplicar la misma descripción o una similar al nodo esclavo 112. El nodo esclavo 110 incluye un receptor de RF sintonizable 116 que se configura para estar en comunicación inalámbrica con el nodo maestro y para recibir en una frecuencia de recepción esclava. En una realización, el nodo esclavo 110 puede incluir, además, un transmisor de RF sintonizable 114 que se configura para estar en comunicación inalámbrica con el nodo maestro 102 y para transmitir en una frecuencia de transmisión esclava. En una realización, la frecuencia de recepción esclava del receptor de RF sintonizable 116 es sustancialmente igual que la frecuencia de transmisión esclava del transmisor de RF sintonizable 114. Sin embargo, la frecuencia de recepción esclava y la frecuencia de transmisión esclava también pueden ser diferentes. Por ejemplo, puede existir una diferencia de algunos MHz (por ejemplo, 2,5 MHz) entre la frecuencia de transmisión esclava y la frecuencia de recepción esclava.

El nodo esclavo 110 incluye también un oscilador de RF 118 que se configura para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 116. El oscilador de RF también se puede configurar para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable 114. El oscilador de RF 118 se configura para comunicar una frecuencia de oscilador de RF a por lo menos el receptor de RF sintonizable 116 para determinar y sintonizar la frecuencia esclava. En una realización, el oscilador de RF 118 se configura para comunicar la frecuencia de oscilador de RF al transmisor de RF sintonizable 114 y al receptor de RF sintonizable 116. En otra realización, el oscilador de RF 118 puede incluir un primer oscilador de RF configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 116 y un segundo oscilador de RF configurado para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable 114. El primer y el segundo osciladores de RF del oscilador de RF 118 se configuran para comunicar información de frecuencia al receptor de RF sintonizable 116 y al transmisor de RF sintonizable 114, respectivamente, para determinar y sintonizar la frecuencia esclava del receptor de RF sintonizable 116 y la frecuencia esclava del transmisor de RF sintonizable 114.

El nodo esclavo 110 incluye también un procesador de señal 120 que se configura para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 116. El procesador de señal 120 puede ser un circuito digital o analógico. En una realización, el procesador de señal también se puede configurar para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable 114. En una realización, el procesador de señal 120 se configura, además, para proporcionar instrucciones al receptor de RF sintonizable 116 para buscar la recepción de una señal desde el nodo maestro 102 sintonizando la frecuencia esclava del receptor de RF sintonizable 116 dentro de una banda de búsqueda de frecuencias predeterminada para proporcionar una frecuencia maestra detectada inicial. En una realización, el procesador de señal 120 se configura, además, para indicar al receptor de RF sintonizable 116 que reciba una señal de calibración en la frecuencia maestra detectada inicial desde el nodo maestro 102. La señal de calibración puede contener información de tiempo o información de frecuencia, o ambas. Por ejemplo, en una realización, la señal de calibración puede contener información de tiempo en una forma de dos señales de baliza transmitidas en dos momentos diferentes. Las dos señales de baliza pueden tener la misma frecuencia. En otra realización, la señal de calibración puede contener una primera señal en una primera frecuencia, transmitida en un primer momento, y una segunda señal en una segunda frecuencia, transmitida en un segundo momento. El primer momento y el segundo momento pueden ser iguales o diferentes.

El procesador de señal 120 se configura, además, para proporcionar un error de frecuencia de la frecuencia de oscilador de RF relativo a la señal de calibración comparando la información de la señal de calibración con una señal correspondiente del oscilador de RF 118 para sintonizar la frecuencia de oscilador de RF a la frecuencia del nodo maestro 102 para permitir la comunicación entre el nodo esclavo 110 y el nodo maestro 102 en la frecuencia de oscilador de Rf sintonizada. En una realización, el procesador de señal 120 puede calcular el error de frecuencia del oscilador de RF 118 comparando la información de la señal de calibración del nodo maestro 102 con la señal correspondiente del oscilador de RF 118. El error de frecuencia calculado se puede utilizar entonces para calcular una frecuencia de comunicación que corresponda o se aproxime más estrechamente a la frecuencia maestra que la frecuencia maestra detectada inicial.

En otra realización, puede no ser necesario calcular el error de frecuencia. En este caso, por ejemplo, el error de frecuencia se puede proporcionar en forma de una dirección o un signo "+" o un signo "-", lo que se puede codificar como un "bombeo de carga de bit". Por lo tanto, el error se puede proporcionar como la información de que la frecuencia esclava es mayor "+" que la frecuencia maestra o menor "-" que la frecuencia maestra. La frecuencia esclava puede disminuir su frecuencia si la frecuencia esclava es mayor que la frecuencia maestra o aumentar su frecuencia si la frecuencia esclava es menor que la frecuencia maestra, y repetir esta operación una serie de veces hasta que la frecuencia esclava se sintonice a la frecuencia maestra.

En una realización, el oscilador de RF 118 incluye un circuito de oscilador de relajación, un circuito LC (tanque LC) o ambos. En una realización, el receptor de RF sintonizable 116 y el oscilador de RF 118 se estructuran como un dispositivo de semiconductor de chip único en una pastilla de semiconductor. En otra realización, el receptor de RF sintonizable 116, el transmisor de RF sintonizable 114 y el oscilador de RF 118 se estructuran como un dispositivo de semiconductor de chip único en una pastilla de semiconductor. Por ejemplo, el dispositivo de semiconductor de chip único es un dispositivo de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS). En una realización, el nodo esclavo 110 también puede incluir una antena conectada eléctricamente al receptor de RF sintonizable 116. La antena también se puede conectar al transmisor de RF sintonizable 114. De forma alternativa, se puede conectar una antena independiente al transmisor de RF sintonizable 114. La antena se puede proporcionar en el dispositivo de semiconductor de chip único en la pastilla de semiconductor. En una realización, el nodo esclavo 110 incluye, además, una fuente de energía eléctrica en conexión eléctrica con el receptor de RF sintonizable 116 y el oscilador de RF 118 para alimentar el nodo esclavo 110. En otra realización, la fuente de energía eléctrica está en conexión eléctrica con el receptor de RF sintonizable 116, el transmisor de RF sintonizable 114 y el oscilador de RF 118 para alimentar el nodo esclavo 110. En una realización, la fuente de energía eléctrica es una estructura adicional en el dispositivo de semiconductor de chip único en la pastilla de semiconductor. En una realización, la fuente de energía eléctrica puede incluir una estructura de captación de energía que extrae energía de un entorno local del nodo esclavo inalámbrico. La estructura de captación de energía puede ser, por ejemplo, una célula fotovoltaica. En una realización, el nodo esclavo 110 incluye, además, una estructura de almacenamiento de energía en conexión eléctrica con la fuente de energía eléctrica. La estructura de almacenamiento de energía puede ser, por ejemplo, una batería. En una realización, el nodo esclavo 110 incluye, además, una estructura de almacenamiento de energía en conexión eléctrica con la fuente de energía eléctrica. La estructura de almacenamiento de energía puede ser, por ejemplo, una batería de película fina impresa en el dispositivo de semiconductor de chip único.

En una realización, el nodo esclavo 110 puede incluir también un dispositivo de memoria configurado para comunicarse con el procesador de señal 120 para almacenar la frecuencia de oscilador de RF sintonizada. En una realización, el nodo esclavo puede incluir también un reloj local 119 que se configura para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 116 para proporcionar información de temporización al receptor de RF sintonizable 116. En una realización, el reloj local 119 también se puede comunicar con el transmisor de RF sintonizable 114 para proporcionar información de temporización al transmisor de RF sintonizable 114. En una realización, el reloj local 119 se configura para recibir una señal de calibración desde el nodo maestro 102. La señal de calibración puede contener información de tiempo o información de frecuencia, o ambas, para sintonizar el reloj local 119 al reloj maestro 108 del nodo maestro. En una realización, el reloj local 119 comprende un oscilador de baja frecuencia que tiene una frecuencia inferior que la frecuencia de oscilador de RF del oscilador de RF 118.

La figura 2 representa un diagrama esquemático de un nodo esclavo inalámbrico para un sistema de red inalámbrica, según algunas realizaciones de la presente invención. El nodo esclavo 200 incluye un receptor de RF sintonizable 204 que se configura para estar en comunicación inalámbrica con el nodo maestro y para recibir en una frecuencia de recepción esclava. En una realización, el nodo esclavo 200 puede incluir, además, un transmisor de RF sintonizable 202 que se configura para estar en comunicación inalámbrica con el nodo maestro y para transmitir en una frecuencia de transmisión esclava. En una realización, la frecuencia de recepción esclava del receptor de RF sintonizable 204 es sustancialmente igual que la frecuencia de transmisión esclava del transmisor de RF sintonizable 202. Sin embargo, la frecuencia de recepción esclava y la frecuencia de transmisión esclava también pueden ser diferentes. Por ejemplo, puede existir una diferencia de algunos MHz (por ejemplo, 2,5 MHz) entre la frecuencia de transmisión esclava y la frecuencia de recepción esclava.

El nodo esclavo 200 incluye también un oscilador de RF 206 que se configura para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 204. El oscilador de RF 206 también se puede configurar para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable 202. El oscilador de RF 206 se configura para comunicar una frecuencia de oscilador de RF a por lo menos el receptor de RF sintonizable 204 para determinar y sintonizar la frecuencia esclava. En una realización, el oscilador de RF 206 se configura para comunicar la frecuencia de oscilador de RF al transmisor de RF sintonizable 202 y al receptor de RF sintonizable 204. En otra realización, el oscilador de RF 206 puede incluir un primer oscilador de RF configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 204 y un segundo oscilador de RF configurado para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable 202. El primer y el segundo osciladores de RF del oscilador de RF 206 se configuran para comunicar información de frecuencia al receptor de RF sintonizable 204 y al transmisor de RF sintonizable 202, respectivamente, para determinar y sintonizar la frecuencia esclava del receptor de RF sintonizable 204 y la frecuencia esclava del transmisor de RF sintonizable 202.

El nodo esclavo 200 incluye también un procesador de señal 208 que se configura para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 204. El procesador de señal 208 puede ser un circuito digital o analógico. En una realización, el procesador de señal 208 también se puede configurar para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable 202. En una realización, el procesador de señal 208 se configura, además, para proporcionar instrucciones al receptor de RF sintonizable 204 para buscar la recepción de una señal desde el nodo maestro sintonizando la frecuencia esclava del receptor de RF sintonizable 204 dentro de una banda de búsqueda de frecuencias predeterminada para proporcionar una frecuencia maestra detectada inicial. En una realización, el procesador de señal 208 se configura, además, para indicar al receptor de RF sintonizable 204 que reciba una señal de calibración en la frecuencia maestra detectada inicial desde el nodo maestro. La señal de calibración puede contener información de tiempo o información de frecuencia, o ambas. Por ejemplo, en una realización, la señal de calibración puede contener información de tiempo en forma de dos señales de baliza transmitidas en dos momentos diferentes. Las dos señales de baliza pueden tener la misma frecuencia. En otra realización, la señal de calibración puede contener una primera señal en una primera frecuencia, transmitida en un primer momento, y una segunda señal en una segunda frecuencia, transmitida en un segundo momento. El primer momento y el segundo momento pueden ser iguales o diferentes.

El procesador de señal 208 se configura, además, para proporcionar un error de frecuencia de la frecuencia de oscilador de RF relativo a la señal de calibración comparando la información de la señal de calibración con una señal correspondiente del oscilador de RF 206 para sintonizar la frecuencia de oscilador de RF a la frecuencia del nodo maestro para permitir la comunicación entre el nodo esclavo 200 y el nodo maestro en la frecuencia de oscilador de RF sintonizada. En una realización, el procesador de señal 208 puede calcular el error de frecuencia del oscilador de RF 206 comparando la información de la señal de calibración del nodo maestro con la señal correspondiente del oscilador de RF 206. El error de frecuencia calculado se puede utilizar entonces para calcular una frecuencia de comunicación que corresponda o se aproxime más estrechamente a la frecuencia maestra que la frecuencia maestra detectada inicial.

En una realización, el oscilador de RF 206 incluye un circuito de oscilador de relajación, un circuito LC (tanque LC) o ambos. En una realización, el receptor de RF sintonizable 204 y el oscilador de RF 206 se estructuran como un dispositivo de semiconductor de chip único en una pastilla de semiconductor. En otra realización, el receptor de RF sintonizable 204, el transmisor de RF sintonizable 202 y el oscilador de RF 206 se estructuran como un dispositivo de semiconductor de chip único en una pastilla de semiconductor. Por ejemplo, el dispositivo de semiconductor de chip único es un dispositivo de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS). En una realización, el nodo esclavo 200 también puede incluir una antena conectada eléctricamente al receptor de RF sintonizable 204. La antena también se puede conectar al transmisor de RF sintonizable 202. De forma alternativa, se puede conectar una antena independiente al transmisor de RF sintonizable 202. La antena se puede proporcionar en el dispositivo de semiconductor de chip único en la pastilla de semiconductor. En una realización, el nodo esclavo 200 incluye, además, una fuente de energía eléctrica en conexión eléctrica con el receptor de RF sintonizable 204 y el oscilador de RF 206 para alimentar el nodo esclavo 200. En otra realización, la fuente de energía eléctrica está en conexión eléctrica con el receptor de RF sintonizable 204, el transmisor de RF sintonizable 202 y el oscilador de RF 206 para alimentar el nodo esclavo 200. En una realización, la fuente de energía eléctrica es una estructura adicional en el dispositivo de semiconductor de chip único en la pastilla de semiconductor. En una realización, la fuente de energía eléctrica puede incluir una estructura de captación de energía que extrae energía de un entorno local del nodo esclavo inalámbrico. La estructura de captación de energía puede ser, por ejemplo, una célula fotovoltaica. En una realización, el nodo esclavo 200 incluye, además, una estructura de almacenamiento de energía en conexión eléctrica con la fuente de energía eléctrica. La estructura de almacenamiento de energía puede ser, por ejemplo, una batería. En una realización, el nodo esclavo 200 incluye, además, una estructura de almacenamiento de energía en conexión eléctrica con la fuente de energía eléctrica. La estructura de almacenamiento de energía puede ser, por ejemplo, una batería de película fina impresa en el dispositivo de semiconductor de chip único.

En una realización, el nodo esclavo 200 puede incluir también un dispositivo de memoria configurado para comunicarse con el procesador de señal 208 para almacenar la frecuencia de oscilador de RF sintonizada. En una realización, el nodo esclavo 200 puede incluir también un reloj local 207 que se configura para comunicarse con el receptor de RF sintonizable 204 para proporcionar información de temporización al receptor de RF sintonizable 204. En una realización, el reloj local 207 también se puede comunicar con el transmisor de RF sintonizable 202 para proporcionar información de temporización al transmisor de RF sintonizable 202. En una realización, el reloj local 207 se configura para recibir una señal de calibración desde el nodo maestro. La señal de calibración puede contener información de tiempo o información de frecuencia, o ambas, para sintonizar el reloj local 207 al reloj maestro del nodo maestro. En una realización, el reloj local 207 comprende un oscilador de baja frecuencia que tiene una frecuencia inferior a la frecuencia de oscilador de RF del oscilador de RF 206.

En los párrafos anteriores, se describe que la señal de calibración o la información de calibración es proporcionada por el nodo maestro. Sin embargo, se debe apreciar que la señal de calibración o la información de calibración puede ser proporcionada por un nodo de referencia que puede ser el nodo maestro o que también puede ser cualquier otro nodo de referencia, incluyendo, de forma no limitativa, satélite GPS, torre celular móvil, radio FM, TV y/o el reloj atómico. Por lo tanto, la información de calibración o la señal de calibración puede incluir información de calibración del nodo maestro, información de calibración de una señal GPS, información de calibración de una señal celular móvil, información de calibración de una señal de radio FM, información de calibración de una señal de TV, información de calibración de la señal del reloj atómico, o cualquier combinación de las mismas.

Como se puede apreciar a partir de los párrafos anteriores, también se da a conocer, según una realización de la presente invención, un procedimiento de sintonización de una frecuencia de comunicación de un nodo esclavo (por ejemplo, el nodo esclavo 110) a una frecuencia de comunicación de un nodo maestro (por ejemplo, el nodo maestro 102), teniendo el nodo maestro 102 un transmisor de RF maestro 104 configurado para transmitir en la frecuencia maestra, siendo generada la frecuencia maestra por el nodo maestro 102 utilizando el reloj maestro 108. El procedimiento incluye buscar, por el nodo esclavo 110, la recepción de una señal desde nodo maestro 102 sintonizando una frecuencia esclava de un receptor de RF sintonizable 116 del nodo esclavo 110 dentro de una banda de búsqueda de frecuencias predeterminada para proporcionar una frecuencia maestra detectada inicial, correspondiendo la frecuencia esclava a una frecuencia de RF proporcionada por un oscilador de RF 118 en el nodo esclavo 110. El procedimiento incluye, además, recibir, por el nodo esclavo 110, una señal de calibración en la frecuencia maestra detectada inicial desde el nodo maestro 102, conteniendo la señal de calibración información de tiempo o información de frecuencia, o ambas, y determinar, por el nodo esclavo 110, un error de frecuencia entre la señal de calibración que contiene la información de tiempo o la información de frecuencia, o ambas, y la frecuencia esclava. El procedimiento también incluye sintonizar, por el nodo esclavo 110, la frecuencia esclava a la frecuencia del nodo maestro 102 basándose en el error de frecuencia para permitir la comunicación entre el nodo esclavo 110 y el nodo maestro 102 en la frecuencia esclava sintonizada.

En una realización, la determinación del error de frecuencia entre la señal de calibración y la frecuencia esclava incluye calcular un error de frecuencia del oscilador de RF 118 comparando la información de la señal de calibración del nodo maestro 102 con la señal correspondiente del oscilador de RF 118 para calcular una frecuencia de comunicación que corresponda más estrechamente a la frecuencia maestra que la frecuencia maestra detectada inicial. En una realización, la sintonización de la frecuencia esclava a la frecuencia del nodo maestro 102 comprende corregir el error de frecuencia entre la señal de calibración y la frecuencia esclava.

Como se puede apreciar a partir de los párrafos anteriores, se da a conocer, además, otro procedimiento de comunicación a través de una red inalámbrica, según una realización de la presente invención. El procedimiento incluye transmitir información de calibración de RF desde un nodo maestro 102, y sintonizar un receptor de RF 116 de un nodo esclavo 110 dentro de la banda de frecuencia preseleccionada para recibir la información de calibración de RF desde el nodo maestro 102. El procedimiento incluye, además, sintonizar un transmisor de RF 114 del nodo esclavo utilizando la información de calibración del nodo maestro 102, y transmitir información local desde el nodo esclavo 110 después de sintonizar el transmisor de RF 114 de modo que por lo menos el nodo maestro 102 o por lo menos otro nodo esclavo 112 pueda recibir la información local. La sintonización del transmisor de RF 114 del nodo esclavo 110 comprende sintonizar un oscilador de RF 118 del nodo esclavo 110.

En una realización, el procedimiento incluye, además, sintonizar un receptor de RF de un segundo nodo esclavo 112 dentro de la banda de frecuencia preseleccionada para recibir la información de calibración de RF desde el nodo maestro 102. La sintonización del transmisor de r F del segundo nodo esclavo 112 incluye la sintonización de un oscilador de RF del segundo nodo esclavo. En una realización, el procedimiento incluye, además, transmitir información local desde por lo menos uno del primer nodo esclavo mencionado 110 o el segundo nodo esclavo 112 después de sintonizar el transmisor de RF correspondiente de modo que la información local se transmita entre ellos. En una realización, sintonizar el oscilador de RF comprende sintonizar una frecuencia del oscilador de RF basándose en la información de calibración del nodo maestro 102 para permitir la comunicación entre por lo menos el nodo esclavo 110, 112 y el nodo maestro 102 en la frecuencia de oscilador de RF sintonizada.

Los siguientes párrafos describen varios ejemplos de implementaciones de la red inalámbrica descrita anteriormente y varias implementaciones del nodo esclavo. Sin embargo, se debe apreciar que la invención no se limita a las implementaciones descritas en la presente memoria descriptiva, sino que abarca otras configuraciones. El término "nodo maestro" pretende tener una interpretación amplia, incluyendo, de forma no limitativa, un nodo raíz, un nodo con una referencia de cristal, o un nodo que transmite una señal de calibración que contiene información de tiempo o información de frecuencia, o ambas. El término "nodo esclavo" pretende tener una interpretación amplia, incluyendo, de forma no limitativa, un nodo de sensor inalámbrico. El término "nodo esclavo" pretende tener una interpretación amplia, incluyendo, de forma no limitativa, lógica digital dedicada, un microprocesador, un procesador electrónico o un procesador configurado para ejecutar comandos almacenados en software, etc.

Como se puede apreciar a partir de los siguientes párrafos, se da a conocer un nodo de sensor sin cristal diseñado en ausencia de una referencia de cristal. En una realización de la presente invención, los nodos en la red inalámbrica funcionan conforme a un protocolo de malla con sincronización temporal (TSMP, Time-Synchronized Mesh Protocol) teniendo por lo menos un nodo de la red una referencia de cristal (K. Pister y Lance Doherty, "TSMP: Time synchronized mesh protocol", en IASTED Distributed Sensor Networks, 2008, págs. 391-398).

En ausencia de un oscilador de cristal de cuarzo, se utiliza un oscilador de relajación interno al chip como referencia de frecuencia. Para una referencia de frecuencia, son deseables estabilidad de la frecuencia y precisión de la referencia de frecuencia. Hay varios factores que contribuyen a las fluctuaciones de frecuencia de una señal oscilatoria de un oscilador con respecto a su frecuencia de oscilación nominal. Estos factores se pueden categorizar ampliamente como a corto plazo (en unos segundos) y a largo plazo (en unas horas). Las fluctuaciones de frecuencia del oscilador son causadas debido a ruido aleatorio, efectos medioambientales deterministas y envejecimiento. Los efectos medioambientales incluyen temperatura, vibración, golpes, variación de la fuente de alimentación, humedad, tensión, etc. Merece la pena observar que estos efectos se producen en diferentes escalas de tiempo. Un factor de interés es la estabilidad de frecuencia a corto plazo de un oscilador de relajación para un balance de potencia determinado, que limita su estabilidad de frecuencia inherente debido a ruido aleatorio puro.

La estabilidad de frecuencia a corto plazo de los osciladores de relajación, publicada en la bibliografía como medida mediante la desviación de Allan directamente en el dominio del tiempo, muestra que más allá de 1 segundo se consigue una estabilidad de frecuencia mejor que 20 ppm a una potencia de nW para 18,5 kHz (A. Paidimarri, D. Griffith, A. Wang, A.P. Chandrakasan y G. Burra, "A 120nW 18.5kHz RC oscillator with comparator offset cancellation for ±0.25% temperature stability", en la recopilación de artículos técnicos de la 2013 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), febrero de 2013, págs. 184-185) y 33 kHz (D. Griffith, P.T. Roine, J. Murdock y R. Smith, "A 190nW 33kHz rC oscillator with ±0.21% temperature stability and 4ppm long-term stability", en la recopilación de artículos técnicos de la 2014 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), febrero de 2014, págs. 300-301) para osciladores RC y < 100 ppm para 11 Hz para osciladores RC más allá de 100 segundos (Seokhyeon Jeong, Inhee Lee, D. Blaauw y D. Sylvester, "A 5.8 nW CMOS Wake-Up Timer for Ultra-Low-Power Wireless Applications", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 50, n.° 8, págs. 1754-1763, agosto de 2015). La estabilidad de frecuencia de los osciladores de relajación no está limitada por el ruido aleatorio puro, sino que, en realidad, se debe a factores medioambientales, por ejemplo, sensibilidad a la temperatura y a la tensión de alimentación. Se ha informado de una precisión de temperatura medida de ±2100 ppm (desde -20 °C hasta 90 °C) y ±1000 ppm (desde -20 °C hasta 100 °C) y una precisión de tensión de 900 ppm y 600 ppm por voltio (D. Griffith, P.T. Roine, J. Murdock y R. Smith, "A 190nW 33kHz RC oscillator with ±0.21% temperature stability and 4ppm long-term stability", en la recopilación de artículos técnicos de la 2014 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISsCc), febrero de 2014, págs. 300-301 y Keng-Jan Hsiao, "A 32.4 ppm/°C 3.2-1.6V self-chopped relaxation oscillator with adaptive supply generation", del 2012 Symposium on VLSI Circuits (VLSIC), junio de 2012, págs. 14-15). Por lo tanto, la sensibilidad a factores medioambientales puede establecer el límite inferior en la precisión de frecuencia de los osciladores de relajación.

En una realización, después de calibrar los errores estáticos, por ejemplo, variaciones de procesos, se puede conseguir una precisión de frecuencia inicial de los osciladores de relajación de aproximadamente un 1 % (es decir, aproximadamente 10000 ppm) teniendo en cuenta los factores medioambientales. Por ejemplo, en una red inalámbrica, si un nodo (por ejemplo, el nodo maestro 102 mostrado en la figura 1) tiene un oscilador con referencia de cristal utilizado como reloj (denominado reloj raíz), entonces el resto de nodos de la red pueden sincronizar su reloj de referencia local (oscilador de relajación) con el reloj raíz intercambiando paquetes y utilizando información de marca de tiempo para seguir la desviación de su reloj con respecto al reloj de cristal (Tengfei Chang, Thomas Watteyne, Kris Pister y Qin Wang, "Adaptive synchronization in multi-hop TSCH networks", Computer Networks, vol. 76, págs. 165-176, enero de 2015). Sin embargo, el problema con este enfoque es que, con el fin de que los nodos se comuniquen (escuchen) inicialmente con un nodo raíz para obtener la información de tiempo, los nodos en escucha deben sintonizar su oscilador local (LO) a una frecuencia de RF precisa (habitualmente con una precisión < 100 ppm), lo que se puede conseguir con un bucle de enganche de fase (PLL) interno al chip utilizando una referencia de frecuencia precisa basada en cristal.

Se implementa un algoritmo que permite que un nodo de sensor se comunique con un nodo raíz con una referencia de frecuencia imprecisa (~10000 ppm). Una vez que se establece la comunicación con un nodo raíz (por ejemplo, el nodo maestro 102) y se intercambia la información de tiempo, esta precisión de frecuencia inicial se puede mejorar (< 100 ppm) y, en principio, está limitada solo por el ruido de los osciladores de relajación para una potencia determinada, tal como se cuantifica mediante la desviación de Allan, y la precisión del algoritmo de sincronización temporal.

Un nodo de sensor de Internet de las cosas (IoT) puede emplear contadores simples para una medición de frecuencia interna al chip de los osciladores de RF (LC/anillo) para sintonizar su frecuencia, tal como se muestra en la figura 3. Tal como se representa en la figura 3, el intervalo de medición T se define por el recuento de número N1 del "contador 1". La frecuencia de RF fRF se puede estimar utilizando la ecuación (1).

r N x N2 r

^{f RF = N f REF}(1)

donde N2 es un valor de recuento del "contador 2" para el intervalo T. El número N es el valor de división de frecuencia para la frecuencia de RF. La precisión con la que se puede determinar la frecuencia de RF f^RFse dictamina por la precisión de la frecuencia de referencia f^REF. Inicialmente se puede suponer que la precisión es de aproximadamente el 1 %. La banda ISM de 2,4 GHz tiene una anchura de aproximadamente 83 MHz, que corresponde al 3,4% de la frecuencia central de la banda de 2450 MHz. Con un 1 % de precisión de frecuencia, se garantiza que todos los nodos de la red detectan la banda ISM de 2,4 GHz y pueden sintonizar sus osciladores locales o LO para que estén dentro de aproximadamente el 1 % (es decir, dentro de aproximadamente 24,5 MHz) del canal deseado, tal como se ilustra en la figura 3.

Dependiendo del ancho de banda del canal de comunicación (comunicación entre el nodo maestro 102 y el nodo esclavo 110, 112), se puede seleccionar una resolución de frecuencia (AR) para sintonizar la frecuencia de RF de un nodo de sensor de IoT (nodo esclavo) que garantice detectar la frecuencia de transmisión del nodo raíz (nodo maestro 102) en la banda de búsqueda (SB) de 24,5 MHz en un tiempo razonable. Por lo tanto, el número de canales de RF potenciales a buscar se calcularía dividiendo la banda de búsqueda SB por la resolución de frecuencia AR (es decir, SB/AR). Por ejemplo, si el nodo raíz (nodo maestro 102) envía una señal de baliza cada período temporal de Tb segundos en un canal de RF predeterminado, entonces un nodo de IoT (nodo esclavo 110) debe escuchar por lo menos 1,0202xTb segundos en cada canal de RF potencial para garantizar que detecta una señal de baliza si está en esa frecuencia. El período temporal T^b se define con respecto a un reloj de cristal (reloj maestro 108 en el nodo maestro 102) y el factor 1,0202 tiene en cuenta el error de reloj inicial de aproximadamente un 1 % (10000 ppm) con respecto al reloj maestro del nodo raíz 108 en el nodo maestro 102. Por lo tanto, el tiempo máximo (T^f) que tardaría un nodo de IoT en detectar el nodo raíz (nodo maestro 102) está limitado por la siguiente desigualdad (2). El número de canales de RF potenciales para buscar SB/AR se multiplica por el período temporal 1,0202xT^b segundos que el IoT necesita escuchar para definir un límite o borde superior.

Tf <(1,0202x Tb) x ^ (2)

Por ejemplo, si se supone un ancho de banda del canal de comunicación de 2 MHz, entonces una resolución de frecuencia de AR = 0,5 MHz es aceptable y con un intervalo de baliza de Tb = 1 segundo, el tiempo máximo que tardaría un nodo de IoT (nodo esclavo 110) en detectar la frecuencia de transmisión del nodo raíz (nodo maestro 102) sería menor de 50 segundos (< 50 segundos). Una vez que se establece la comunicación con el nodo raíz (nodo maestro 102), un nodo de IoT (nodo esclavo 110 o 112) puede calcular entonces su error de frecuencia recibiendo una señal de calibración que contiene información de tiempo para por lo menos dos instantes de tiempo. Según algunas realizaciones, la señal de calibración pueden ser dos señales de baliza desde el nodo raíz separadas en el tiempo T^b segundos, aunque las realizaciones de la invención no se limitan a este ejemplo. Según algunas realizaciones, cada paquete de baliza contiene la marca de tiempo precisa en términos de valor de contador CR(t) del reloj del nodo raíz. A continuación, un nodo IoT puede comparar este valor de contador con su propio valor de contador CN(t) para estimar el error de frecuencia relativo promedio actual utilizando la ecuación (3), que se puede obtener de (Thomas Schmid, Roy Shea, Zainul Charbiwala y Mani B. Srivastava Jonathan Firedman, "On the Interaction of Clocks, Power, and Synchronization in Duty-Cycled Embedded Sensor Nodes", ACM Transactions on Sensor Networks (tOs N), vol. 7, n.° 3, septiembre de 2010).

La resolución mínima para la estimación del error de frecuencia viene dada por la siguiente ecuación (4).

1

S f e r r

f REFT B (4)

donde ^íref es la frecuencia de reloj utilizada para los contadores digitales y T^b es el intervalo temporal utilizado para la sincronización entre los dos nodos. La precisión de la estimación del error de frecuencia está limitada por la velocidad a la que los factores medioambientales cambian durante el período de tiempo T^b. Por lo tanto, existe un compromiso entre la resolución del error de frecuencia y el error introducido por los factores medioambientales durante el período de tiempo Tb. El parámetro o factor Tb se puede adaptar dinámicamente para una condición medioambiental particular. El intervalo de sincronización T^b debe ser lo suficientemente largo para cumplir la especificación de precisión de frecuencia fraccionaria promedio deseada, al mismo tiempo que es lo suficientemente corto para calibrar los factores medioambientales con variación relativamente lenta, tal como se expresa mediante la siguiente desigualdad (5).

La estimación resultante del error de frecuencia se puede utilizar entonces para calibrar y sintonizar la frecuencia del oscilador de RF con precisión mejorada utilizando la ecuación (1).

Para verificar la viabilidad del algoritmo de calibración de frecuencia se utilizó la plataforma de hardware comercial disponible para la venta OpenMote de OpenMote Technologies en España. La configuración de medición para el primer experimento se muestra en la figura 4. Hay tres motes (nodos de sensor). Uno se configura como un transmisor (Tx), los otros dos motes (mote RC y mote Rx) emulan un nodo inalámbrico sin cristal. Se necesitan dos motes para emular un nodo inalámbrico sin cristal, ya que las plataformas de hardware comerciales no permiten que la radio se comunique sin el funcionamiento de un oscilador Xtal. Por lo tanto, un mote se configura como receptor (Rx) para comunicarse con el mote Tx, mientras que el otro mote se configura como RC (oscilador Xtal desactivado), en el que funciona el oscilador de relajación. Los tres motes se colocan dentro de una cámara de temperatura para excluir cualquier variación de frecuencia dependiente de la temperatura. El mote Tx se configura para enviar periódicamente paquetes de RF con un intervalo temporal de 100 ms (intervalo de sincronización) definido por un reloj de cristal que actúa como una referencia temporal para la red. El nodo sin cristal (Rx y RC) se conecta a una matriz de puertas programable in situ (FPGA). Se configura un contador en la FPGA para medir la frecuencia del oscilador de relajación. El nodo Rx envía una interrupción a la FPGA tras recibir el paquete de RF del Tx. La FPGA registra el valor actual, reinicia el contador y se repite la medición.

La figura 5A es un gráfico de una frecuencia de oscilador RC medida durante 12 horas a una temperatura constante de 23 °C, según una realización de la presente invención. El valor del contador se registra cada 100 ms, que se compara entonces con su valor ideal, y, por tanto, se estima el error de frecuencia. La figura 5B es un gráfico del error de frecuencia estimado frente al tiempo, según una realización de la presente invención. El error calculado se utiliza entonces para calibrar la frecuencia del oscilador RC. La figura 5C es un gráfico de la frecuencia del oscilador RC calibrada, según una realización de la presente invención. El error de frecuencia residual máximo es menor de 1000 ppm debido al ruido aleatorio. Para demostrar que la frecuencia del oscilador RC se puede calibrar para factores medioambientales, se configuró una rampa de temperatura rápida desde 0 °C hasta 70 °C con una pendiente de 9 °C/min. El intervalo de sincronización es de 100 ms.

La figura 6A es un gráfico que muestra el perfil de la rampa de temperatura, según una realización de la presente invención. La figura 6B es un gráfico que muestra la frecuencia medida del oscilador de relajación, según una realización de la presente invención. La figura 6C es un gráfico que muestra una frecuencia con referencia Xtal de 10 MHz generada en una FPGA para una comparación, según una realización de la presente invención. Se debe observar que la FPGA no se coloca dentro de la cámara de temperatura y no está sometida a la rampa de temperatura.

La figura 7A muestra el efecto de la rampa de temperatura sobre la frecuencia del oscilador RC, la figura 7B muestra el error de frecuencia estimado, y la figura 7C muestra el error residual calibrado en la frecuencia del oscilador RC, según una realización de la presente invención. La rampa de temperatura dio como resultado una desviación de frecuencia de aproximadamente 25.000 ppm, que se ha calibrado a menos de 1000 ppm, con limitación por el ruido aleatorio. La desviación estándar del error residual es de 134 ppm. A continuación, se utilizó un filtro de respuesta al impulso finita (FIR) para filtrar el error de frecuencia residual. El filtro FIR se diseñó para calcular el promedio móvil (MAVG) acumulativo y la respuesta filtrada se representa en la parte superior del error de frecuencia residual en el gráfico inferior. El filtro FIR redujo la desviación estándar a aproximadamente 70 ppm.

Las figuras 8A y 8B muestran la referencia de frecuencia del oscilador RC calibrado medida con y sin el filtro FIR, respectivamente, según una realización de la presente invención. A continuación, si los osciladores RC en dos nodos sin Xtal se calibran con esta precisión, entonces para el 99,7 % (tres sigma) de los casos los dos motes estarán desviados de la frecuencia como máximo en 420 ppm. Esto corresponde a aproximadamente 1 MHz para la banda ISM de 2,4 GHz. Si el intervalo de adquisición del receptor se diseña para ser mayor de 1 MHz, entonces los dos motes sin cristal podrán comunicarse.

La figura 9 muestra una configuración de medición para investigar los diferentes intervalos de sincronización a temperatura ambiente, según una realización de la presente invención. El mote Tx y el mote sin cristal (RC y Rx) se colocan a una distancia en línea de visión (LoS) de 1 m. El Tx se programa para enviar paquetes de RF periódicos a un intervalo de sincronización desde 100 ms hasta 1000 ms con un tamaño de paso de 100 ms, así como un intervalo de sincronización de 10 s y 100 s. El error de frecuencia residual sigue siendo menor de 1000 ppm limitado solo por el proceso de ruido aleatorio para intervalos de sincronización más largos a temperatura ambiente.

La figura 10 muestra un gráfico de la desviación estándar correspondiente a cada intervalo de sincronización con y sin filtro FIR, según una realización de la presente invención. La línea continua corresponde a la calibración RC y la línea discontinua corresponde a un promedio móvil (MAVG) acumulativo de la calibración RC calculada con un filtro de respuesta al impulso finita (FIR). Las barras de error se calculan como los recíprocos de la raíz cuadrada del número de puntos de datos.

Como se puede apreciar a partir de los párrafos anteriores, se da a conocer una solución de sistema para una comunicación inalámbrica sin cristal en redes de malla con sincronización temporal. Intercambiando información de tiempo con un nodo raíz (nodo maestro 102) que tiene una referencia temporal de cristal (reloj maestro 108), el error de frecuencia debido a los efectos medioambientales se puede estimar y, por lo tanto, se puede calibrar para un oscilador RC interno al chip. Esto permite la comunicación inalámbrica entre dos nodos sin cristal.

Las realizaciones ilustradas y analizadas en esta memoria descriptiva solo pretenden enseñar a los expertos en la materia cómo realizar y utilizar la invención. En la descripción de las realizaciones de la invención, se emplea terminología específica con fines de claridad. Sin embargo, no se pretende limitar la invención a la terminología específica seleccionada. Las realizaciones descritas anteriormente de la invención se pueden modificar o variar sin desviarse de la invención, tal como se define mediante las reivindicaciones. Por lo tanto, se debe entender que, dentro del alcance de las reivindicaciones, la invención se puede llevar a la práctica de forma diferente a la descrita específicamente. Por ejemplo, se debe entender que la presente invención contempla que, en la medida de lo posible, una o varias características de cualquier realización se pueden combinar con una o varias características de cualquier otra realización encontrándose todavía dentro del alcance de la invención, que se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112) para su utilización en un sistema de red inalámbrica (100), que comprende: un receptor de radiofrecuencia (RF) sintonizable (116) configurado para estar en comunicación inalámbrica con un nodo maestro (102) y para recibir en una frecuencia esclava, estando configurado el nodo maestro (102) para transmitir en una frecuencia maestra;

un oscilador de RF (118) configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable (116), estando configurado el oscilador de RF para comunicar una frecuencia del oscilador de RF al receptor de RF (116) para determinar y sintonizar la frecuencia esclava;

un procesador de señal (120) configurado para comunicarse con dicho receptor de RF sintonizable (116);

en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para proporcionar instrucciones a dicho receptor de RF sintonizable (116) para buscar la recepción de una señal desde dicho nodo maestro (102) sintonizando la frecuencia esclava de dicho receptor de RF sintonizable (116) dentro de una banda de búsqueda de frecuencias predeterminada, para proporcionar una frecuencia maestra detectada inicial,

en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para indicar a dicho receptor de RF sintonizable (116) que reciba una señal de calibración en dicha frecuencia maestra detectada inicial desde dicho nodo maestro (102), conteniendo dicha señal de calibración información de tiempo o información de frecuencia, o ambas, y

en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para proporcionar un error de frecuencia de dicha frecuencia de oscilador de RF relativo a dicha señal de calibración comparando la información de dicha señal de calibración con una señal correspondiente de dicho oscilador de RF (118) para sintonizar la frecuencia del oscilador de RF a la frecuencia del nodo maestro (102) para permitir la comunicación entre dicho nodo esclavo (110, 112) y dicho nodo maestro (102) en dicha frecuencia de oscilador de RF sintonizada.

2. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según la reivindicación 1, en el que el nodo esclavo comprende uno o varios componentes estructurados como un dispositivo de semiconductor de chip único en una pastilla de semiconductor, en el que cada uno del uno o varios componentes es uno de:

el receptor de RF sintonizable (116) y el oscilador de RF (118);

una antena conectada eléctricamente al receptor de RF sintonizable (116);

una fuente de energía eléctrica en conexión eléctrica con el receptor de RF sintonizable (116) y el oscilador de RF (118) para alimentar el nodo esclavo (110, 112); y

una batería de película fina impresa sobre dicho dispositivo de semiconductor de chip único.

3. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según la reivindicación 2, en el que dicho dispositivo de semiconductor de chip único es un dispositivo de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS).

4. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho nodo esclavo comprende, además, una fuente de energía eléctrica en conexión eléctrica con dicho receptor de RF sintonizable (116) y dicho oscilador de RF (118) para alimentar dicho nodo esclavo.

5. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones 2 o 4, en el que dicha fuente de energía eléctrica comprende una de:

una estructura de captación de energía que extrae energía de un entorno local de dicho nodo esclavo; y una estructura de almacenamiento de energía en conexión con dicha fuente de energía eléctrica, opcionalmente en el que dicha estructura de almacenamiento de energía es una batería de película fina impresa sobre el dispositivo de semiconductor de chip único.

6. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, un receptor de RF maestro (116) configurado para recibir en dicha frecuencia maestra.

7. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, un transmisor de RF sintonizable configurado para estar en comunicación inalámbrica con dicho nodo maestro (102) y para transmitir en una frecuencia esclava.

8. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según la reivindicación 7, en el que dicha frecuencia esclava de dicho receptor de RF sintonizable (116) es sustancialmente igual a dicha frecuencia esclava de dicho transmisor de RF sintonizable.

9. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según la reivindicación 8, en el que el oscilador de RF (118) comprende un primer oscilador de RF configurado para comunicarse con el receptor de RF sintonizable (116) y un segundo oscilador de RF configurado para comunicarse con el transmisor de RF sintonizable, estando configurados el primer y el segundo osciladores de RF para comunicar información de frecuencia al transmisor de RF sintonizable y al receptor de RF sintonizable (116) para determinar y sintonizar la frecuencia esclava del receptor de RF sintonizable (116) y la frecuencia esclava del transmisor de RF sintonizable.

10. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho procesador de señal (120) se configura, además, para calcular un error de frecuencia de dicho oscilador de RF (118) comparando la información de dicha señal de calibración de dicho nodo maestro (102) con una señal correspondiente de dicho oscilador de RF para calcular una frecuencia de comunicación que corresponda más estrechamente a dicha frecuencia maestra que dicha frecuencia maestra detectada inicial.

11. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el nodo esclavo comprende, además, un reloj local configurado para comunicarse con dicho receptor de RF sintonizable (116) para proporcionar información de temporización a dicho receptor de RF sintonizable.

12. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según la reivindicación 11, en el que el reloj local se configura para recibir una señal de calibración desde el nodo maestro (102), conteniendo dicha señal de calibración información de tiempo o información de frecuencia, o ambas, para sintonizar el reloj local al reloj maestro del nodo maestro (102).

13. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, en el que el reloj local comprende un oscilador de baja frecuencia que tiene una frecuencia menor que la frecuencia de oscilador de R^fdel oscilador de RF.

14. Nodo esclavo inalámbrico (110, 112), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha señal de calibración contiene por lo menos dos señales de baliza transmitidas desde el nodo maestro (102) al nodo esclavo en dos momentos distintos.

15. Red inalámbrica, que comprende:

un nodo maestro (102) que comprende un transmisor de radiofrecuencia (RF) maestro (116) configurado para transmitir en una frecuencia maestra, siendo generada dicha frecuencia maestra por dicho nodo maestro (102) utilizando un reloj maestro; y

un nodo esclavo inalámbrico configurado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.