KR100691539B1 - 저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 방법 및장치 - Google Patents

저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개의 무선 저전력 장치 사이의 접속을 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정 방법은 장치에서 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계, 상기 장치를 작동시켜 광고 메시지를 송신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 적어도 하나의 송신된 광고 메시지에 응답하여 어떤 응답도 수신되지 않는 경우, 상기 저전력 무선 장치를 선정된 비동작 모드로 만드는데 특징이 있다. 따라서 본 발명은 시간 기반 및 이벤트 기반(트랜시폰더의 보조 웨이크업의 1 접근방법들)의 좋은 특징을 결합한 것이다. 이 결과로 분산 분포 영역에서 시스템은 순 이벤트 기반 접속방법만큼이나 전력을 효율적으로 이용할 수 있으며 밀집 분포 영역에서 시스템은 거의 순 시간 기반 접근 방법만큼 전력을 효율적으로 이용할 수 있다.
웨이크업 이벤트, 저전력 무선 장치, 트랜스폰더, 비동작 모드, 광고 메시지

Description

저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 방법 및 장치{Method and device for transponder aided wake-up of a low power radio device}
본 발명은 2개의 무선 저전력 장치간 접속의 설정에 관한 것이다. 2개의 장치가 서로 접속하고자 할 때에는, 접속의 시도에 대한 어떤 종류의 통지가 이루어져야 된다. 장치는 그 시도를 항상 또는 때때로 신호할 수 있다. 특히 판매용 제품에 이용되는 소형의 단순한 장치에 배터리 전력을 절감하기 위한 타협안이 제시되어야 한다. 예를 들어 CD 디스크는 외장 내부에 소형 전자 칩을 가질 수 있으며 고객이 CD에 대해 세부적인 것을 알고자 할 때, 고객은 칩으로부터 그의 블루투스 장치에 대한 URL을 얻으면 된다.
이 문제는 모든 장치가 광고 신호를 주기적으로 전송하며 응답할 때까지의 시간(응답할 때까지 경과되는 시간) 동안 동일한 주파수로 리스닝하는 시스템에 의해서 해결될 수 있다. 이 경우에, 응답 메시지를 전송하는 장치는 접속의 시도를 전송한다. 이 비컨(beacon)식 방안은 실제적인 이용과는 무관한 단점 즉, 동작 시간이 배터리 전력과 비콘의 동작에 대한 평균 소비 전력에 의해서 제한된다는 단점을 가진다.
소비 전력은 단거리 무선 링크를 이용하는 배터리 전력 구동 장치의 중요한 요소이다. 접속을 설정하는 것은, 저전력 무선 모듈이 자기자신을 광고하거나 다른 광고하고 있는 장치를 주기적으로 리스닝하는 것을 요구한다. 이러한 이유로, 무선 시스템은 주기적으로, 통상적으로는 1% 미만의 듀티 사이클로 작동될 필요가 있다. 따라서, 근처에 어떤 다른 장치가 없고 배터리 수명이 제한 요소가 되는 경우에도, 장치는 접속을 설정하려고 하는데 어느정도의 전력을 이용하고 있는 것이다.
2개의 배터리에 의해 구동되는 (넌-플러그드(non-pluged)) 장치 사이의 무선 통신에는, 보통 어떤 장치도 계속적으로 작동할 수 없기 때문에, 장치 탐색에 대한 특정한 규칙(무선 관점에서의 정지 모드 동작)이 정해져 있다. 따라서, 접속 설정 전력 효율성 및 범위 간의 절충이 필연적이다. 블루투스(BT)에서 이 절충은 정지 모드 듀티 사이클 뿐만 아니라 접속 설정 지연을 타협함으로써 해결된다. BT 기저대역 사양을 참조하라.
이러한 방식으로, 모든 장치는 선정된 주파수에서 장치에 광고 메시지를 송신한 후에 짧은 기간 동안에 가능한 응답에 대해서 동일 주파수에서 리스닝한다. 다시 말하면, 저전력 장치의 무선 부분은 시간 기반 방식으로 작동할 것이며, 작동 간격은 애플리케이션 구동용이고, 이것은 장치의 접속 설정 지연 및 전력 효율 요구에 따른다. 반면에 시간 기반 광고 메시지에 대한 응답은 이벤트 기반형태이다. 즉 응답 장치는 광고중인 장치와의 접속을 확립할 필요가 있다.
탐색 방식에 대한 통상적인 개선은, 전력을 소비하는 불필요한 주기적인 광고를 피하기 위하여, 접속을 확립하려고 시도하는 장치가 웨이크업 메시지를 전송하는 것이다. 이를 달성하는 방법은, 수면 상태의 장치가 규칙적으로 RF 전단 LNA(low noise amplifier) 및 RSSI(relative signal strength indicator) 측정 유닛만을 턴온하여(즉, 트랜스폰더를 구비하여), 수신된 에너지 레벨이 후에 웨이크업 메시지로 간주될 임계값을 초과하는지 여부를 검출하는 것이다. 전체적인 송수신 체인에 대한 램프업(ramp up)을 요구하는 주기적인 광고에 비하여, 이것이 명백하게 전력면에서 효율적이다. 공교롭게도, RF 전단 및 LNA만이 작동된 경우, 대역 필터 내부의 모든 에너지가 RSSI 측정에 포함되고, 예를 들면 2.4㎓ ISM에서, 전자 레인지는 계속적으로 장치를 작동되게 한다. 즉 전력 효율의 이득이 손실된다.
다음의 기본적인 기술:
-트랜스폰더 구성(도 2 참조),
-무선 센서에 대한 RF 필드 에너지를 이용하는 트랜스폰더(도 3 참조) 및 이 개념에 대해 적합한 전력 검출기의 기술적 구현(도 4 참조)이 제공된다.
장치나 사람이 자신의 존재를 브로드캐스팅하기 위한 선정된 채널을 포함하는 접속 설정 프로토콜은 종래에 공지되어 있다.
접속을 확립하고자 하는 장치가 주도적인 절차를 수행하는데 그 개선점이 있다. 현재에 접속되고자 하는 수면상태의 장치는 트랜스폰더나 다른 적합한 센서로 웨이크업 신호를 리스닝한다(이벤트 기반형태). 그래서, 주기적인 광고 신호가 필요없게 되며 전력이 절약될 수 있다. 유사한 방안은 해상용 네비게이션에서 "레이콘(racon)" 시스템으로 알려져 있다.
한 가지 문제는 트랜스폰더(또는 다른 센서)가 다른 블루투스-/WLAN-(Wireless Local Area Network)/ISM-(Industrial, Scientific, and Medical Frequency band at 2.4㎓) 장치, 전자 레인지 등과 같은 주파수 대역상에서의 어떤 에너지로부터 작동될 수 있다는 점이다.
제1의 시간 기반 시스템은 베이비폰, 저전력 워키토키, 자동차용 무선 제어 중앙 잠금 장치 등과 같은 주파수 방출 장치가 많이 있는 도시 같이 무선 레벨이 증가된 지역에서는 잘 작동할 것이다.
제2의 이벤트 기반 시스템은, 무선 주파수 방출 장치가 거의 없는 시골과 같이 무선 레벨이 감소된 지역에서 잘 작동할 것이다.
종래기술은, 시골 뿐만 아니라 도시에서도, 즉 높고 낮은 무선 주파수로 오염된 지역에서도 적용될 수 있는 방안을 제공하지 못한다.
웨이크업 및 통신 설정을 위한 상기의 모든 접근방법이 ISM 대역 활동이 알려지지 않은 사용 환경에는 적합하지 않다. 따라서, 이런 문제들을 극복할 수 있는 웨이크업과 통신 설정 방법 및 장치 구성이 필요하다.
따라서, 저전력 전자 장치가 실제적인 환경 조건과는 무관한 최저로 가능한 소비 전력으로 동작될 수 있는 방안을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 실제 환경 조건과 무관한 최저로 가능한 소비전력으로 트랜스폰더 보조 웨이크업과 접속 설정 기능을 지닌 저전력 전자 장치를 동작시키는 방법을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정에 대한 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기 저전력 무선 장치의 수면 모드에서 웨이크업 이벤트, 예를 들어 필드 강도 표시 신호를 검출하는 단계, 및 상기 무선 장치를 동작 상태로 만드는 단계를 포함한다. 동작 상태에서, 장치는 무선 송신에 의해 적어도 하나의 광고 메시지를 송신한다. 본 방법은 상기 적어도 하나의 송신된 메시지에 응답하여 어떤 응답도 수신되지 않은 경우에, 상기 저전력 무선 장치를 선정된 기간 동안 비동작 모드로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유의할 점은 적어도 하나의 광고 메시지의 상술한 송신은 수많은 광고의 다중 송신, 예를 들어 특정 채널을 통한 단일 광고의 5회 이상의 송신을 포함할 수 있다는 점이다. 이것은 본 발명을 단일 송신된 광고에만 한정하려고 하는 것은 아니다. 상기 적어도 하나의 광고 메시지의 송신은 시간 기반 광고가 사용되는 기간을 포함할 수 있다. 장치가 응답을 대기하는 시간은 선정된 기간으로 설정될 수도 있다.
비동작 모드는 웨이크업 이벤트가 결코 검출되지 않거나, 웨이크업 이벤트가 검출되지만, 그 웨이크업 이벤트에 근거하여 어떤 접속 설정 동작도 수행되지 않는 모드이다. 비동작 모드는 비동작 모드를 변경하는 스위치에 의하여 장치를 작동시킴으로써 상이한 종류의 웨이크업 이벤트, 예를 들면 측정된 에너지와 예를 들어 직접적인 입력을 구별할 수 있다.
본 접속 설정 절차에 따르면, 웨이크업 이벤트의 검출은 상기 저전력 무선 장치의 광고 반복 기간, 에너지 스캐닝 기간 및 에너지 측정 기간과 같은 상이한 시간 프레임에 관련될 수 있다. 광고 반복 기간은 접속 설정 동안 장치에 의해 수신될 수 있는 2개의 연속적인 광고들이나 에너지 송신들 사이의 시간에 관련된 값이다. 광고 반복 기간은 2개의 기대된 연속적인 광고 사이의 시간보다 짧아서 적어도 매초의 광고가 웨이크업 이벤트로서 수신 및 검출될 수 있게 한다. 광고 반복 기간은 단일의 기대된 광고 기간보다 더 짧아서, 각각의 송신된 광고가 웨이크업 이벤트로서 검출될 수 있게 한다. 광고 반복 기간은, 장치가 상기 비동작 모드에 놓이게 되는 시간을 나타낸다.
에너지 측정 기간은 스캐닝 기간 내에 에너지를 검출하기 위한 샘플링 시간을 나타낸다. 에너지 측정 기간은 기대된 웨이크업 이벤트의 특성, 예를 들어 상대편 장치의 에너지 버스트 또는 광고의 기간에 관련되는 것이다. 에너지 측정 기간은 저전력 무선 장치의 물리적인 측정의 정확성에 관련될 수 있다.
스캐닝 기간은, 장치가 비동작 모드로 들어가기 전에 측정이 가능한 시간에 관련된다. 에너지 측정의 수를 감소시키기 위해서, 단 한 번의 에너지 측정이 각각의 스캐닝 사이클에서 실행될 수 있다. 한 세트의 측정을 가능하게 하기 위하여, 장치는 수많은 연속적인 스캐닝 기간을 이용하여 수많은 에너지 측정을 실행할 수 있다.
이러한 3개의 값에 의해 정의되는 기간은 거의 임의로 선택될 수 있음은 명백하다. 그러나, 상술된 바와 같이, 광고 반복 기간은 2개의 기대된 연속적인 광고 사이의 시간 보다 더 짧아야 한다. 에너지 스캐닝 기간은 적어도 하나의 완전한 측정을 가능하게 하기 위해 에너지 측정 기간보다 더 길어야 한다. 최대 전력 절감을 달성하기 위해서, 광고 반복 기간은 스캐닝 기간보다 길어야 한다. 광고 반복 기간과 스캐닝 기간 사이의 관계는 ISM 활동이 많은 환경에서 장치의 듀티 사이클을 정의한다. 스캐닝 기간과 광고 반복 기간의 합계는 ISM 활동이 많은 환경에서 시간 기반 모드에서의 장치의 사이클 시간을 나타낸다.
웨이크업 이벤트는 RF 에너지의 수신에 의하여 예를 들어, RF 검출기의 출력 전압에 의하여 정의될 수 있다. 웨이크업 이벤트는 광고 장치 또는 송신 장치가 실제적으로 가까이 있게 하는 정도의 임계값을 포함할 수도 있다. 임계값으로 웨이크업 이벤트는, 측정된 에너지가 에너지 스캐닝 또는 에너지 측정의 설정 기간 동안 상기 에너지 임계값을 초과하는 경우에 정의될 수 있다. 상기 에너지 임계값은 상기 저전력 무선의 소망 동작 범위와 관련하여 정의될 수 있다. 또한, 임계값은 장치가 먼거리의 저에너지원이 웨이크업 이벤트를 유발시키지 못하게 하는데 적합할 수 있다.
그래서, 본 발명에서는, 순 트랜스폰더 동작(이벤트 기반) 접속 설정이 불감 시간에 따라 이벤트 기반 방법으로 전개된다. 불감 시간은 전자 레이지와 같은 무선 소스가 연속적인 웨이크업 이벤트를 생성하는 경우에, 시간 기반 특성을 상기 방법에 부가하여 광고 메시지의 연속적인 송신을 방지한다. 어떤 애플리케이션에 대해 비효율적인 전력 사용을 초래하는 선정된 채널을 통한 주기적인 광고와 비교해서, 근처에 다른 장치들이 거의 없는 경우에는, 검출된 웨이크업 이벤트의 경우에 본 발명의 방법만이 송신한다.
트랜스폰더가 원하지 않는 장치, 예를 들어, 전자 레인지 WLAMs, 블루투스 등의 에너지에 반응할 수도 있는 이벤트 기반 웨이크업 방법과 비교하면, 본 발명에 따른 방법은 저전력 무선 장치가 실제로 존재하지 않는 장치에 접촉하려고 에너지를 낭비하는 것을 방지한다.
이와 같이, 본 발명은 시간 기반 접근방법 및 이벤트 기반 접근방법의 좋은 특징을 결합한 것이다. 이로 인하여,
-분산 분포 지역(ISM 대역에서는 거의 활동이 없음)에서 시스템은 순 이벤트 기반 접근방법 만큼 효율적으로 전력을 이용할 수 있으며,
-밀집 분포 지역(ISM 대역의 많은 활동이 있음)에서는 시스템은 거의 순 시간 기반 접근방법만큼 효율적으로 전력을 이용할 수 있게 된다.
이러한 이점은 도 1의 도면에 도시된다.
다른 실시예에서, 본 방법은 응답이 장치로부터 수신되는 경우, 접속을 설정하는 단계와 상기 장치로 데이터를 송신하는 단계를 더 포함한다. 이는 트랜스폰더를 종래의 트랜스폰더와 같이 접속을 설정할 수 있게 한다. 본 방법은, 성공적인 웨이크업 및 접속 설정 후에도 조차 트랜스폰더 불감 시간에까지 연장되어, 동작 시간을 전개할 수 있다.
유의할 점은 장치를 동작 상태로 만드는 단계는, 예를 들어 타이머나 다른 컴포넌트가 이미 동작중인 경우에, 생략될 수 있다는 점이다.
다른 실시예에서, 본 방법은 상기 저전력 무선 장치의 상기 비동작 모드에서 제2 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계, 상기 장치가 비동작 모드에 있는지 여부를 결정하는 단계, 및 비동작 모드로 유지하고, 상기 웨이크업 이벤트를 제거하는 단계를 포함한다. 이는 예를 들어, 상기 비동작 모드에 들어갈 때 제1의 성공적이지 않은 접속 설정 시도 동안 타이머가 시동될 것을 요청함으로써 행해질 수 있다.
상기 저전력 무선 장치의 상기 비동작 모드에서의 제2 웨이크업 이벤트의 검출로, 상기 무선 장치가 부분적인 동작 상태로 변화되게 하여 상기 장치가 아직 비동작 모드에 있는지, 예를 들어 선정된 기간이 만료했는지를 결정될 수 있으며 상기 선정된 기간이 만료하지 않은 경우 상기 비동작 모드로 복귀될 수 있다.
상기 기간이 만료한 경우 또는 비동작 모드에 있지 않은 경우에는, 장치는 자기자신을 직접 동작 상태로 만들 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은, 상기 선정된 기간이 만료한 후에, 상기 무선 장치를 동작 상태로 만드는 단계를 더 포함한다. 이 웨이크업 절차는, 성공적이지 못한 접속 설정 시도 후에 개시되는 저전력 무선 장치에 시간 기반 웨이크업 특성을 부가한다.
또 다른 실시예에서 본 방법은 상기 웨이크업 이벤트를 검출하는데 필요한 필수적인 무선 컴포넌트만의 작동 단계를 더 포함한다. 이 작동 단계는 상기 웨이크업 이벤트의 상기 검출 전에 실행되는 것이다. 웨이크업 이벤트가 상기 저전력 장치의 전체 동작 주파수 대역에 걸친 측정된 에너지 레벨인 경우에, 상기 필수적인 무선 컴포넌트는 안테나, 전력 검출기 및 수신된 에너지 레벨 정보를 무선 제어 유닛으로 전달하는 수단을 포함한다. 필수적인 무선 컴포넌트는 필터 및 저잡음 증폭기를 더 포함하여, 몇 ㎜ 이상의 거리에 걸쳐 송신된 RF 에너지를 검출할 수 있다. 본 장치는 웨이크업 이벤트를 검출하기 위한 필수적인 무선 컴포넌트가 동작할 때 수면 모드에 있게 된다.
부가적인 실시예에서, 본 방법은 상기 무선 장치를 동작 상태로 만든 후에, 광고 메시지를 송신하는 단계를 더 포함한다. 시간 기반 웨이크업 절차와 함께, 장치는 시간 기반 웨이크업 및 접속 설정 절차를 종래기술에서 알려진 바와 같이 부가적으로 제공할 수 있다. 그래서 제어기 또는 다른 로직 요소는 2개의 모드 중 어느 것이 저전력 무선 장치를 동작시키는데 이용될 지를 결정할 수 있다. 이는 예를 들어, 웨이크업 이벤트를 계수함으로써 행해질 수 있고, 성공적이지 않은 통신 설정 시도를 2개의 숫자로 비교하여, 그 관계가 일정한 임계값보다 위이거나 아래이면, 장치는 예를 들어 일정 기간 동안 시간 기반 모드로 동작된다.
또 다른 실시예에서, 상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계는 다른 장치로부터 송신된 에너지를 수신하는 단계, 상기 수신된 에너지를 증폭하는 단계, 및 증폭 후에 증가된 에너지 레벨을 검출하는 단계를 포함한다. 상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계를 수행하기 위하여, 단 한개의 증폭기가 필요하며, 하나의 증폭기의 소비 전력은 전체 수신기의 소비 전력보다 훨씬 낮다. 오역(misinterpretation)의 위험을 줄이기 위하여, 수신된 에너지는 안테나와 증폭기 사이에 삽입된 필터에 의해 필터링되어, 주파수 사전-선정을 제공할 수 있다. 이 필터는 전력을 소모하지 않는 수동 필터일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계는 결정된 주파수 대역에서 다른 장치로부터 송신된 에너지를 수신하는 단계 및 상기 장치를 웨이크업하기 위해 수신된 에너지를 이용하는 단계를 포함한다. 이는 예를 들어 도 4에 도시된 검출기 회로로 행해질 수 있다. 이 웨이크업 방법으로, 본 장치는 수면 모드에서는 전력을 결코 소비하지 않으며, 무선 에너지를 수신하는 것에 의해 웨이크업될 수 있다. 단순한 경우에, 방사된 에너지가 수신되는 경우, 검출기는 장치를 전력에 따라 설정하는 배터리 스위치에 접속된다.
또 다른 실시예에서, 상기 웨이크업 이벤트는 물리적 접촉에 응답하는 상기 무선 장치내의 센서로부터 센서 출력을 수신하는 단계를 포함한다. 이는 장치가 예를 들어, 정지 모드에서 장치의 갈바닉 터칭에 의하여, 또는 상기 장치상의 버튼을 누름으로써 동작 상태로 만들어지게 하여, 상기 저전력 전자 장치를 웨이크업할 수 있게 한다. 버튼이나 스위치는 2가지의 유용한 특징을 제공한다. 배터리 전력이 이벤트 기반 또는 시간 기반 웨이크업과 접속 설정 모드를 제공하기에 너무 낮은 경우에도, 본 장치는 터칭에 의하여 수면 모드로부터 웨이크업될 수 있다. 스위치는, 동작 환경으로 전달될 때에만 저전력 장치를 시동하는데 이용될 수 있다. 그래서 저전력 장치는 스위치 오프 상태로 보관될 수 있으며, 판매를 위해 점포로 전달되는 경우 동작 상태로 설정될 수 있다.
또 다른 실시예에서 상기 웨이크업 이벤트는 상기 무선 장치내의 접근 센서로부터 센서 출력을 수신하는 단계를 포함한다. 접근 센서는 이동 또는 존재의 용량성 또는 광학성 검출을 이용할 수 있다. 센서는 광 다이오드 또는 용량성 표면 등으로 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 프로그램 생성물이 컴퓨터 또는 무선 장치에서 구동될 때 이전 기재의 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정 방법을 실행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 소프트웨어 툴이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 프로그램이 컴퓨터 또는 네트워크 장치에서 구동될 때, 이전의 방법의 모든 단계를 수행하는 프로그램 코드 수단을 포함하는, 이전에 기재한 트랜스폰더 보조 웨이크업 방법을 실행하기 위한 서버로부터 다운로드가능한 컴퓨터 프로그램 생성물이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 프로그램 생성물이 컴퓨터 또는 무선 장치에서 구동될 때, 이전 기재의 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 생성물이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 컴퓨터 데이터 신호가 제공된다. 컴퓨터 데이터 신호는 반송파에 포함되며, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 네트워크 장치에서 동작할 때, 컴퓨터가 이전 기재사항에 포함된 방법의 단계를 수행하도록 하는 프로그램을 나타낸다.
이러한 소프트웨어는, 예를 들어 상기 선정된 기간을 제공하는 타이머로서 소프트웨어 툴을 이용하거나, 하드웨어 컴포넌트로서 종래에 제조된 다른 컴포넌트를 이용하는 다목적 저전력 무선 장치에서 이용되는 경우에 유용하다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정을 할 수 있는 저전력 무선 장치가 제공된다. 저전력 무선 장치는, 트랜스폰더 및 상태 제어기를 포함한다. 트랜스폰더는 데이터를 송신하는 무선 접속을 설정하기 위해 수신된 무선 송신에 응답하기에 적합하며, 상기 트랜스폰더 회로는 트랜시버 및 상기 트랜시버에 접속된 트랜스폰더 제어기를 포함한다. 트랜스폰더는 트랜시버 및 트랜스폰더 제어기를 포함하며, 상기 트랜스폰더 제어기는 트랜시버를 제어하고 데이터를 송신하기 위해 수신된 무선 송신에 응답하기에 적합하다.
상태 제어기는 상기 저전력 무선 장치의 동작 상태를 제어하기에 적합하고, 상기 저전력 무선 장치의 수면 모드에서 웨이크업 이벤트를 검출하고, 웨이크업 이벤트가 검출된 경우에는 상기 상태 제어기에 통지하여 상기 장치를 동작 상태로 만들도록 하는데 적합한 검출기를 포함한다. 상기 상태 제어기는 상기 트랜스폰더에 접속되어 상기 트랜스폰더로부터 수신된 신호에 따라, 상기 저전력 장치를 비동작 모드로 만드는데 적합하다. 상기 신호는 어떤 데이터 전송도 가능하지 않거나 데이터 전송이 종료되는 것을 나타낼 수 있다. 상기 저전력 무선 장치는 상기 상태 제어기에 접속되는 타이머를 포함하는 것을 특징으로 한다. 타이머는, 제어기가 상기 저전력 장치에 전력을 차단하거나 상기 저전력 전자 장치를 비동작 모드로 만드는 경우에, 상기 제어기에 의해 작동되기에 적합하다. 타이머는 선정된 기간 동안 작동되고, 상기 타이머가 동작중인 동안에는 상기 검출기로부터의 통지에 의해 상기 장치가 동작 상태로 되는 것을 방지하기에 적합하다.
트랜시버는 일반적으로 안테나 및 송수신을 위한 안테나 인터페이스를 포함한다. 트랜시버는 장치와 트랜스폰더에 의해 이용되는 통신용 무선 기저대 블럭으로서 구현될 수 있다. 검출기는 도 4에 도시된 바와 같이, RF-DC(RF-to-DC) 컨버터 즉, 쇼트키 다이오드 기반 컨버터일 수 있다. 상태 제어기는 예를 들어, 선정된 임계전압이 초과되는 경우에는, 장치를 웨이크업하기 위해서, 검출기로부터 전달되는 전압을 선정된 임계 전압과 비교하는 비교기를 포함할 수 있다. 유의해야 할 점은 트랜스폰더 제어기 및 상태 제어기가 단일 집적 회로나 원칩으로 구현될 수 있다는 점이다.
또 다른 실시예에서, 저전력 무선 장치는, 데이터를 상기 트랜스폰더 제어기에 접속된 상기 저전력 무선 장치의 컴포넌트와 교환하기 위하여, 상기 제어기에 접속된 데이터 인터페이스를 더 포함한다. 컴포넌트는 센서, 액츄에이터 또는 단순히 상기 저전력 전자 장치에 저장된 정보나 데이터를 검색하기 위한 메모리일 수 있다. 다른 컴포넌트는, 저전력 전자 장치의 실제적인 이용에만 의존하는 세부사항으로 본 설명을 불명료하게 하지 않기 위해서 상세하게 설명하지 않았다.
또 다른 실시예에서, 상기 저전력 무선 장치는, 배터리 및 상기 저전력 무선 장치로 상기 배터리를 접속시키거나 분리시키는 전력 스위치를 더 포함한다. 전력 스위치는, 상기 상태 제어기에 접속되어 동작된다. 실제적인 실시예에 따라서, 타이머는 전력 스위치를 작동시키지 않도록 하는 출력을 포함하여, 타이머가 작동하는 동안 웨이크업이 비동작 모드로 되는 것을 방지할 수 있다.
타이머는 타이머가 작동하는 동안 장치에 전력이 공급되는 것을 방지하기 위해서 웨이크업 회로를 전력 스위치로부터 분리하도록 전력 스위치의 입력에 접속될 수 있다. 타이머는 검출기에 접속되어 상기 검출기의 출력이나 입력을 단락시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 저전력 무선 장치는, 완전한 동작 상태, 완전히 전력이 차단된 상태 및 적어도 일부가 동작하는 상태를 포함한다. 이는 예를 들면 상기 저전력 장치의 일부에만 전력을 공급할 수 있는 선택적 전력 스위치로써 구현될 수 있다. 그래서, 실제적인 수면 모드 또는 비동작 모드에 따라서, 상기 저전력 무선 장치의 다른 컴포넌트는 전원으로부터 차단될 수 있으며 예를 들면, 수면 모드에서 검출기에만 바이어스 전압이 공급된다. 제1 부분적 동작 상태는 타이머의 동작을 포함하며, 제2 부분적 동작 상태는 전력이 공급된 동작 상태 제어기를 포함한다. 제3 부분적 동작 상태는 작동 상태의 트랜스폰더와 또는 작동 상태의 트랜시버를 포함할 수 있으며, 완전한 동작 상태는 메모리, 저장 장치, 센서 및 액츄에이터와 같은 상기 저전력 무선 장치의 전력 공급된 부가적인 부품을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 저전력 무선 장치는 물리적인 접근에 응답하는 적어도 하나의 센서를 더 포함한다. 그래서, 장치는 접근 센서의 출력에 의해서 작동될 수 있다. 센서는 사용자나 다른 장치의 접근을 검출하지 않는 동안 센서가 전력을 소모하는 것을 방지하기 위하여 수동 센서일 수 있다. 접근 센서는 저전력 무선 장치에 전력을 공급하는 타이머를 변경하기 위한 버튼일 수 있다. 상기 접근 센서의 출력은 상기 검출기에 접속되어, 상기 저전력 무선 장치에 전력을 공급하기 위해서 검출기를 이용할 수 있다. 센서는 타어머 스톱이나 타이머 리셋에 접속되어 상기 타이머의 일종의 "수동 변경"을 할 수 있게 한다.
또 다른 실시예에서, 상기 트랜시버는 안테나를 상기 트랜시버나 상기 검출기로 접속하는 안테나 스위치를 더 포함한다. 안테나 스위치는 수신기를 통해 우회하지 않고 장치를 웨이크업시키기 위해 장치가 수신된 무선 에너지를 이용하게 할 수 있다. 이것은 전력을 소모하는 수신기를 동작시키지 않으면서 장치가 웨이크업 이벤트를 검출할 수 있게 한다. 안테나 스위치는 (수면 모드의) 검출기, (송신하는 동안의) 상기 트랜시버의 송신기 및 (수신하는 동안의) 상기 트랜시버의 수신기 사이에서 안테나를 스위칭하기 위해 3방향 스위치로서 구현될 수 있다. 3방향 스위치는 일반적으로 상기 검출기에 접속되며, 상기 트랜시버의 송신기와 수신기 사이의 접속이 상기 트랜스폰더 제어기에 의해 제어되는 동안, 상기 동작 상태 제어기에 의해 제어된다. 가장 단순화한 경우, 안테나 스위치는 일반적으로 검출기에 접속되며, 트랜스폰터 제어기에 의해서만 동작되고 트랜스폰더 제어기의 동작 상태에서만 동작할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 저전력 무선 장치는 상기 안테나와 상기 안테나 스위치 사이에 접속되는 증폭기를 더 포함한다. 이 실시예는 상기 트랜시버의 수신기 단을 동작시킬 필요 없이, 장치가 약한 무선 신호에 대한 상기 검출기의 감도를 증가하도록 할 수 있다.
다음에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 종래의 저전력 무선 장치와 본 발명에 따른 저전력 무선 장치의 무선 대역에서의 소비 전력과 활동 간의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 트랜스폰더의 블럭도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 저전력 웨이크업 절차가 가능한 저전력 무선 센서 트랜스폰더를 도시한 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 고주파 검출기를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 검출기의 출력 DC 전압에 대한 입력 RF 전력의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이크업 방법의 흐름도이다.
도 7 내지 도 14는 도 6의 기본적인 방법에 적용가능한 다양한 변형예를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템을 도시하는 도면이다.
도 16은 도 15의 시스템의 상이한 동작 상태를 도시하는 테이블이다.
도 17은 국부 발진기와 믹서 RF 수신기를 초기화하는 전력 검출기의 이용과 기저대 기능에 기초한 시스템의 구현 실시예를 도시하는 도면이다.
다른 예에서, 공지의 방법, 인터페이스, 장치 및 시그널링 기술의 상세한 설명은 본 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 순 시간 기반 접근방법과 순 이벤트 기반 접근방법의 비교로 본 발명의 이점을 설명한다. 커브의 실제적인 형상과 커브들 사이의 차이점은 다양한 구현 파라미터, 이용 시나리오 및 환경에 따른다.
도 2는 종래기술에 따른 트랜스폰더의 블럭도이다. 종래의 트랜스폰더(8)는 안테나 인터페이스에 접속된 코일(6)과 같이 도시된 안테나를 포함한다. 안테나 인터페이스는 데이터 저장 장치에도 접속되는 제어기에 접속된다. 도면에서, 또한 안테나(4)를 가진 기지국(2)이 도시되어 있다. 시스템의 기본 동작은 트랜스폰터가 안테나(6)를 통하여 수신된 인입 메시지를 대기하는 것이다. 인입 메시지에 응답하여, 제어기는 메모리로부터 데이터를 검색하여 안테나(6)를 통하여 데이터를 송신 하다. 본 예에서, 트랜스폰더는 코일(6)을 통하여 수신된 무선 에너지에 의해 전력을 공급받고 코일 인터페이스에서 정류된다. 그러한 트랜스폰더는 열쇠가 필요없는 액세스 시스템, 식별을 위한 애완동물 또는 경제적으로 유용한 동물에 대한 트랜스폰더 이식에서 공지되어 있다. 그러한 시스템의 범위는 몇 센티미터로 제한되며 데이터 저장 용량은 몇 십 비트로 제한된다. 보다 많은 데이터가 트랜스폰더로부터 회수되기 위해서는 저장 용량은 충분하지 않다. 데이터 전송은 전송가능하고 저장가능한 에너지의 양과 평균 송신 소비 전력에 의해 제한된다.
도 3은 저전력 웨이크업 절차가 가능한 저전력 무선 장치이다. 도 1에 도시된 트랜스폰더와 유사하게, 도시된 트랜스폰더는 수신된 무선 주파수 전력을 이용하여 장치를 웨이크업할 수 있다. 수신된 무선 에너지는 RF-DC 컨버터에서 정류되어 상기 센서 ASIC(Application specific IC)를 웨이크업하며, 복조기는 수신된 RF 신호를 복조하여 복조된 신호를 센서 ASIC으로 전송한다. ASIC은 웨이크업 이벤트 후에 센서를 판독하여 센서값을 포함하는 메시지를 생성시킬 수 있다. 그 후, 메시지는 RF 변조기, 증폭기 및 송신 안테나를 통해 송신된다. 적응성 전력 관리자는 증폭기에 접속되어 RF 출력 신호에 한정된 전력을 제공한다.
도 1에 도시된 트랜스폰더의 경우와 같이, 상기 신호가 실제로 센서 데이터를 요청하거나 단지 강한 백그라운드 또는 잡음 신호인 경우, 트랜스폰더는 각각의 수신된 독립적인 RF 신호에 응답한다.
도 4는 종래기술에 따른 고주파 검출기이다. 도면은 RF 소스에 직렬로 접속되는 저항기로 도시된 내부 저항을 가진 고주파 소스를 좌측에 도시한다. 검출기 자체로는, 임피던스(L), 커패시턴스(C) 및 쇼트키 다이오드로 구성된다. 임피던스의 값은 검출기의 RF 측에서 DC 전압을 억제시키도록 선택되어야 하며, 커패시터(C)의 값은 검출기의 출력에서 RF 임피던스를 억제시키도록 선택되어야 한다. 커패시터와 임피던스의 값을 선택함으로써, 검출기는 어떤 주파수로 튜닝될 수 있다. 쇼트키 다이오드는, 이러한 종류의 다이오드의 스위칭 시간이 매우 낮기 때문에, 균등한 RF 교류 전압을 정류할 수 있다. 입력 전력 대 출력 전압의 관계는 도 5의 도면에 도시된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이크업 방법의 흐름도이다. 종래 기술의 경우에서와 같이, 방법은 저전력 무선 장치의 수면 모드 또는 정지 모드(40)로부터 시작한다. 본 발명의 제2 단계에서, 검출기는 웨이크업 이벤트(42)를 검출한다. 웨이크업 이벤트는 예를 들면 안테나에서 선정된 임계값을 넘는 에너지 레벨의 검출일 수 있다. 상기 웨이크업 이벤트의 검출 후에, 장치는 제어기를 작동시키거나 웨이크 업함으로써 제1 동작 상태(44)로 들어간다. 제어기는 예를 들어 타이머의 상태를 판독함으로써 장치가 실제로 비동작 모드에 있는지를 결정하며 장치가 비동작 모드에 있는 경우 검출된 웨이크업 이벤트를 억제시켜서, (타이머를 리셋하지 않고) 비동작 모드(54)로 되돌린다. 장치가 비동작 모드에 있지 않은 경우에는, 제어기는 전체 저전력 무선 장치를 완전한 동작 상태인 전력공급 모드 II(48)로 만든다. 장치가 완전한 동작 전력공급 모드 II(48)에 도달한 후에, 타이머에 의한 제어 지연(49)은 본 장치가 다른 장치의 존재와 동시에 광고를 송신하는 것을 시작하는 것을 방지하도록 작동된다. 예를 들어, 수백개의 이런 장치를 가진 CD 가게에서 단일 웨이크업 이벤트는, 다른 경우에 응답 주파수를 방해하고 접속 설정을 불가능하게 만드는 동시에 송신된 수많은 광고를 초래한다. 지연 후에, 장치는 송신기를 통하여 적어도 하나의 광고 메시지를 송신하고(50), 한정된 시간 프레임내에서 응답을 대기한다. 응답이 수신되면, 장치는 공지의 프로토콜에 따라 접속을 설정하고(56) 데이터를 송신하고(58), 그후 비동작 모드(54)로 들어가지 않고 초기의 수면 모드(40)로 되돌아간다. 장치가 광고에 대한 응답(52)을 수신하지 못한 경우, 장치는 타이머를 작동(54)시키고 상기 타이머가 작동하는 시간 동안 비동작 모드(54)로 들어간다. 그래서 장치가 접속을 설정할 수 없으면, 장치는 잡음 신호에 응답하였다고 평가하고 불필요한 광고의 송신에 관련된 에너지의 낭비를 방지하기 위하여, 선정된 시간 동안 수신기를 종료시킨다. 타이머가 실행종료된 후에, 장치는 비동작 모드(54)로부터 초기의 수면 모드(40)로 되돌아간다.
접속을 확립하려고 시도하는 (또는 자기자신 주변의 서비스와 장치를 조사하려고 시도하는) 장치는 에너지 버스트를 송신하며, 에너지 버스트는 상기 타이머의 구동 시간 보다 더 긴 기간을 가진다. 다음으로 이것은 광고가 송신되는 선정된 주파수를 리스닝하기 위해 튜닝한다.
정지 모드나 수면 모드의 저전력 장치는 적어도 타이머가 실행종료 되는 모든 시간에서 트랜스폰더를 작동시킬 수 있다. 이렇게 자동적으로 발생된 광고후에, 장치가 비동작 모드 루프로 고정되는 것을 방지하기 위해서 초기의 수면 모드(40)로 되돌아갈 수 있다. 상기 선정된 임계값의 에너지 레벨이 측정되면, 단일의 광고가 활성화되거나 시간 기반의 주기적인 광고 절차가 어떤 초 시간의 기간동안 활성 화된다.
이 방법은 시간 기반 해법과 이벤트 기반 해법으로부터 최선의 특징을 결합한다.
-수면 장치는 인근지역을 리스닝한다.
-이것이 충분한 에너지를 검출하면 광고 메시지를 전송한다.
-일정 시간 동안 응답을 리스닝한다.
-트랜스폰더를 종료시킨다.
광고에 대한 응답이 수신되면 접속이 확립될 수 있다.
어떤 응답도 수신되지 않으면 타이머가 설정되고 그 후에 트랜스폰더는 일정 시간 동안 다시 설정된다.
본 발명은 시간 기반 접근방법 및 이벤트 기반 접근방법의 좋은 특징을 결합한 것이다. 이 결과 분산 분포 (ISM 대역에서는 거의 활동이 없는) 지역에서 시스템이 순 이벤트 기반 접근방법만큼 효율적으로 전력을 이용할 수 있으며, 밀집 분포 (ISM 대역 활동이 많은) 지역에서 시스템은 거의 순 시간 기반 접근방법만큼이나 전력을 효율적으로 이용할 수 있다.
상기 방법은 정지 모드 전력 효율성을 최적화한 것으로, 그 이유는 a)불필요한 장치 광고가 감소될 수 있고, b)정지 모드에서 장치가 계속하여 정지 모드 듀티 사이클을 제어할 수 있고, 즉, 전자 레인지는 그 듀티 사이클을 증가시킬 수 없으며, c)'웨이크업 에너지'의 송신 후에 다수의 장치가 동시에 응답할 것 같지 않기 때문에, 선정된 광고 주파수에서 장치의 공존이 유지되기 때문이다.
유의해야 할 점은, 본 방법은 비동작 모드(46)의 결정과 웨이크업 이벤트(42)의 검출의 순서를 바꿈으로써 변형될 수 있다는 점이다. 그래서 변형된 방법에서, 웨이크업 이벤트의 검출은, 타이머가 실행완료되고나서 장치가 초기의 수면 모드(40)로 들어가는 경우에만 가능하다. 이 경우에 전력공급 모드 I(44)는 웨이크업 이벤트를 검출하기 위해서 검출기를 동작시키는데 이용될 수 있다. 타이머 지연(49)은 고정된 또는 무작위적으로 발생된 기간을 포함할 수 있다. 또한 타이머 지연은 웨이크업 이벤트(42)의 검출과 광고의 송신(50) 사이의 어느 곳에라도 삽입될 수 있다. 고정된 타이머 지연은 매우 단순한 방식으로 구현될 수 있지만, 무작위적인 지연은 장치가 다른 장치의 송신을 반복적으로 방해할 가능성이 감소되는 이점을 가진다. 장치가 다른 유사한 저전력 무선 장치가 없는 환경에서 동작되는 것이 기대될 수 있는 경우에, 타이머 지연(49)이 생략될 수 있다.
도 7 내지 도 14는 본 방법의 변형적인 실시예로, 송신 프로토콜에 따라, 도 6에 도시된 기본적인 방법의 확장예와 변형예를 도시한다.
도 7은 수면 모드(40)로부터 시작하여, 도 6의 웨이크업 이벤트의 검출에 대응하는 무선 프로토콜로부터 트랜스폰더(60)의 작동이 일어나며, 수면 모드(40)로 되돌아가기 전에 타이머(54)를 작동하는 본 방법의 변형예를 도시한다.
도 8은 수면 모드(40)로부터 타이머 리셋 동작에 의해서, 도 6의 방법의 확장예를 도시한다. 타이머는 예를 들어 수동의 또는 자동적인 타이머의 변경에 의해 장치가 작동될 수 있도록 하기 위해 리셋된다. 변경 이벤트는 무선 프로토콜(62)로부터의 트랜스폰더 리셋 후에 타이머 리셋(64)으로 그리고 수면 모드(40)로 되돌아 간다.
도 9는 도 6의 웨이크업 이벤트(42)의 검출을 연장함으로써 본 방법의 또 다른 확장예를 도시한다. 이 경우에 웨이크업 이벤트는 웨이크업 타이머 실행 완료(66)와, 수신된 RF 에너지의 검출 및 측정(68)의 결합이다. 수신된 에너지가 결정된 임계값 위에 있는 경우, 무선 프로토콜이 작동되고(71), 광고가 송신된다. 송신과 데이터 전송 후에, 장치는 타이머를 작동시키거나 작동시키지 않고, 수면 모드(40)로 되돌아간다. 수신된 에너지가 결정된 임계값 아래에 있으면, 장치는 타이머(54)를 작동시키고 즉시 수면 모드(40)로 되돌아간다.
도 10은 도 6의 또 다른 확장예를 도시한다. 이 경우에 장치는 트랜스폰더(72)로부터 무선 프로토콜을 작동시키고 광고(50)를 송신한다. 이 확장예는 타이머의 상태와는 독립적으로 장치를 시간 기반 모드에서 동작할 수 있게 한다. 이것은 도 6에서 수면 모드(40)나 전력공급 모드 I(42)로부터 전력공급 모드 II(48)로, 타이머를 요구하지 않는 직접적인 단계에 대응한다.
도 11은 광고의 송신이 광고 및 접속 설정 동안 시간 프레임을 제공하기 위해 제2 타이머의 의해서 제어되는, 도 6의 또 다른 변형예를 도시한다. 광고의 활성화로 제2 타이머가 시동되어(74), 다른 선정된 기간 동안 접속 설정을 진행하여 장치가 접속을 설정하려고 끊임없이 시도하는 것을 방지한다.
도 12는 성공적인 데이터 전송 후(41), 정지 모드(41)로 되돌아오기 전에, 장치가 트랜스폰더(74)를 작동시키는 본 발명의 또 다른 변형예를 도시한다. 이는 도 6에서 데이터 전송(58)으로부터 전력공급 모드 I(44)나 전력공급 모드 II(48)로 의 직접적인 단계에 대응한다.
도 13은 광고(80)에 대한 응답을 수신하지 않은 후, 정지 모드(41)로 되돌아가기 전에, 장치가 트랜스폰더(80)를 작동시키는 본 발명의 또 다른 변형예를 도시한다. 이는 도 6에서 응답 요청(52)으로부터 전력공급 모드 II(48)와 전력공급 모드 I(44)로의 직접적인 단계에 대응한다.
도 14는 상기 저전력 무선 장치와의 접속을 설정하는데 필요한 다른 장치에서의 동작의 예시적인 예를 도시한다. 본 방법은 정지 모드에서 시작한 다음(140) 사용자나 상위 계층 활성화가 뒤따른다(142). 활성화된 후에, 장치는 웨이크업 이벤트로서 저전력 무선 장치에 의해 인식되고자 하는 에너지 펄스를 송신하도록 무선 하드웨어로 명령한다(144). 이 펄스는 상기 저전력 무선 장치에 의해서 확실하게 인식될 정도로 충분히 길어야 하고, 즉 저전력 장치의 타이머(미도시)의 기간 보다 길어야 한다. 웨이크업 이벤트는 저전력 장치가 광고를 송신하게 한다. 광고를 수신하기 위해서, 요청 장치는 그것의 하드웨어에 선정된 채널에서 광고를 조사하도록 명령하고(146), 저전력 장치로부터 광고를 수신하는 타이머 프레임을 개방하기 위하여 "무응답" 타이머 기간을 설정한다(148). 상기 시간 프레임내에서 장치는 광고를 대기한다(150).
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 도시한다. 이 시스템은 다음의 블럭:
-센서 및 그 인터페이스 전자장치(124-128)
-센서 신호 처리 및 시스템 제어를 위한 울트라 저전력 마이크로컨트롤러 (120)
-전력 관리 블럭(139), 및
-통신용 무선 및 기저대 블럭(110)을 포함한다.
울트라 저전력 마이크로컨트롤러(120)는 기저대 블럭(110)에 접속되어 다른 장치와 통신한다. 울트라 저전력 마이크로컨트롤러(120)는 센서 인터페이스(124)에 접속되어 센서를 판독하고, 센서값을 처리하고 기저대 블럭(110)을 통하여 센서 데이터를 송신한다.
센서와 인터페이스(124 내지 128)는 저전력 무선 장치에 대한 애플리케이션의 일례이다. 센서(126, 128)와 센서 인터페이스(124) 대신에, 저전력 무선 장치는 액츄에이터, 메모리, 데이터 저장 장치, 각각의 인터페이스 및 이들의 조합과 같은 트랜스폰더 보조 저전력 무선 장치에 의해서 동작가능한 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 어떤 종류의 장치들이 저전력 마이크로컨트롤러(120)에 접속되는지는 상기 저전력 무선 장치의 실제적인 응용에만 의존한다.
무선 및 기저대 블럭(110)은 기저대 프로세서(118), RF 수신기(112), RF 송신기(116), 및 RF 발진기(114)를 포함한다. 기저대 블럭과 결합되는 것에는, 안테나 스위치(98), 대역 선택 필터(94), 및 안테나(92)가 있다.
안테나 스위치(98)는 기저대 블럭(110)과 전력 관리 블럭(139)에 결합된다. 전력 관리 블럭(139)은 검출기(136)와 기저대 블럭(110) 사이의 안테나를 스위칭할 수 있다. 또한, 안테나 스위치는 기저대 블럭(110)에 의해서만 동작될 수 있는데, 동작 상태에 있는 경우에는, 그리고 결과적으로는 스위치를 동작시킬 수 있는 경우 에는 기저대 블럭(110)에 따라 안테나가 단지 송신 또는 수신만을 할 수 있기 때문이다.
전력 관리 블럭(139)은 RF-DC 컨버터(139), 즉 쇼트키 다이오드 기반 컨버터, 배터리를 온 또는 오프로 스위칭하는데 이용되는 전력 스위치(134) 및 레귤레이터(130)를 포함한다. 중요한 기능은 RF-DC 컨버터(139)를 통하여 RF 필드로부터 DC 전압 신호에 의해 작동될 수 있는 전력 스위치(134)에 관련된다. RF 필드 에너지는 배터리(139)를 레귤레이터(130)에 접속시키는 전력 스위치(139)를 작동시킨다. 이 시스템의 전력 관리 로직(122)이 작동된다.
전력 관리 블럭(139)은 웨이크업 프로세스를 작동시키지 않기 위해 타이머(미도시)를 포함한다. 타이머는 울트라 저전력 신호 프로세서(120)로부터의 신호에 응답하는, 전력 관리 로직(122)에 의해서 제어된다. 전력 관리 로직(122)이 상기 장치를 수면 모드로 만드는 경우에, 타이머는 전력 관리 로직(122)에 의해서 작동된다. 타이머 출력은 (예를 들면, 안테나 스위치(98)를 스위칭함으로써 검출기의 안테나로부터의 분리함으로써) 상기 RF-DC 컨버터(139)의 입력에, 상기 검출기를 작동시키지 않도록 RF-DC 컨버터(139) 자체에, 또는 전력 스위치(134)로의 접속들 차단 또는 단락시키기도록 RF-DC 컨버터(139)의 출력에 접속될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 타이머가 실행 종료된 경우에 전력 스위치(134)를 작동시키기 위해서 타이머 출력은 전력 스위치에 접속될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 타이머는 전력 관리 로직(122)내에 설치되어서, 타이머 동작 동안 전력 관리 로직(122)이 작동되도록 하며, 전력 관리 블럭(139)이 저전력 장치의 다른 컴포넌트에 전력을 공급하 는 것을 방지하도록 할 수 있다.
본 시스템의 기능 모드는:
1)깊은 수면 모드(배터리(138)가 스위칭 오프됨)
2)수면 모드(배터리(138)가 스위칭 온되고, 울트라 저전력 마이크로컨트롤러(120)가 수면 모드에 있으며, 전력 관리 블럭(139)이 온상태에 있음)
3)울트라 저전력 마이크로컨트롤러(120)가 온상태이고, 센서(126, 128)의 측정이 정지 상태에 있음
4)측정 모드: 측정 인터페이스(124)가 작동상태이며, 무선 모듈(110)이 오프 상태임
5)통신 모드: 기저대 프로세서(118)와의 무선(110)이 온상태에 있음
으로 나누어질 수 있다.
상이한 모드들은 도 16에 도시된 테이블에 요약되어 있다.
본 실시예는 통상적으로 몇 십 센티미터 이하의 거리로, 저전력 장치 근처에 접근되는 다른 작동 상태의 장치의 RF 필드로부터 방출되는 에너지로 시스템의 배터리(138)를 웨이킹함으로써 근거리 무선에서 전력을 절감하는 방법을 설명한다.
도 17은 본 시스템에 대한 또 다른 구현 실시예를 설명한다. 본 실시예에서, 시스템은 전단 블럭(90), 전력 관리 블럭(99), 국부 발진기 및 믹서 RF 수신기(102) 및 기저대 기능부(104)를 포함한다. 전단 블럭은 안테나(92), 대역 선택 필터(94), 저잡음 증폭기, 모드 선택 스위치(98) 및 전력 검출기(96)를 포함한다. 전력 검출기(96)는 전단 블럭의 일부이고 전력 관리 블럭(99)에 결합된다.
이 실시예에서, 타이머는 전력 관리 블럭(99)에 포함된다. 타이머는 전력 관리 로직(100)에 접속될 수 있으며 장치가 타이머를 제외하고는 완전히 전력이 차단되는, 깊은 수면 모드(또는 비동작 모드)로 들어가기 위해서 예를 들면 LNA(95)에 접속될 수 있다. 타이머는 커패시터, 다이오드 및 저항기를 포함하는 LNA(95)에 접속된, MOSFET 회로로 구현될 수 있어서, 커패시터가 다이오드를 통해 충전될 수 있으며 저항기를 통해 방전되게 할 수 있다. 커패시터는 MOSFET의 게이트에 접속되어, 전원의 시간 제어 차단기능을 예를 들면 LNA(95)에 제공할 수 있다.
본 시스템은 전력 검출기(96)의 이용에 기반하여 국부 발진기와 믹서 RF 수신기(102) 및 기저대 기능부(104)를 초기화한다. 전력은 안테나(92)에 접속된 대역 선택 필터(94)에 의해 제한되는 관심 대역에서 저잡음 증폭기(95) 다음으로 측정된다.
동작 범위를 제한하지 않기 위해서, 광고 송신은 트랜스폰더에서 검출된 에너지 레벨로 주기적으로 절대적으로 실행될 수 있다. 이 주기는 예를 들어 상기 타이머 기간의 배수일 수 있다.
대부분의 RF 모듈의 소비 전력은 국부 발진기의 긴 안정화 기간에 관련된다. 작동 상태의 통신 시간은 국부 발진기를 설정하는데 필요한 시간의 부분이다.
본 발명의 이 실시예는 국부 발진기에 전력을 공급하지 않으면서 관심 대역에서 에너지를 검출하는 RF 전단에서 전력 검출기를 이용함으로써 전력을 절약하는 방법을 설명한다. 따라서 전력 검출 기간은 훨씬 짧은 기간으로 제한될 수 있다. 그리고 에너지도 절약된다.
유의해야 할 점은, 저전력 무선 장치가 정지 모드에서의 장치의 물리적인, 즉 갈바닉 터칭에 반응하는 센서, 용량성이거나 광학성 기반 접근 센서 또는 센서에 의한 이동 검출 또는 존재로 결정되어 선택적인 전력공급 또는 웨이크업 프로세스를 제공할 수 있다는 점이다.
다른 부가적인 실시예에 따르면, 저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정 방법이 제공된다. 본 방법은 상기 저전력 무선 장치의 광고 반복 기간, 에너지 스캐닝 기간 및 에너지 측정 기간을 설정하는 단계를 포함한다. 본 방법은 에너지 임계값을 설정하는 단계와 상기 모든 에너지 스캐닝 기간에서 한 번 수신된 에너지 레벨을 측정하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은, 상기 광고 반복 기간 중 하나가 만료하고 웨이크업 이벤트가 검출되는 경우에, 상기 저전력 무선 장치를 동작 모드로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이크업 이벤트는 측정된 에너지 레벨이 상기 설정된 에너지 스캐닝 기간 동안 상기 에너지 임계값을 초과할 때 검출될 수 있다. 상기 에너지 임계값은 상기 저전력 무선 장치의 소망의 동작 수신 범위에 관련하여 설정되거나 정의될 수 있다. 상기 에너지 스캐닝 기간은 상기 광고 반복 기간 보다 더 짧게 되도록 설정될 수 있다. 상기 에너지 측정 기간은 상기 에너지 스캐닝 기간보다 더 짧게 되도록 설정될 수 있다. 상기 에너지 측정 기간은 상기 저전력 무선 장치의 물리적인 측정 정확성과 관련되어 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 필요한 무선 컴포넌트만 작동시킴으로써 상기 수신된 에너지 레벨을 측정하는 측정 절차를 더 정의하는데, 상기 무선 컴포넌트는 상기 저전력 장치의 전체 동작 주파수 대역에 걸쳐 상기에너지 레벨을 측정하는데 필요하다. 상기 필요한 무선 컴포넌트는 안테나, 필터, 저잡음 증폭기, 전력 검출기 및 상기 수신된 에너지 레벨 정보를 무선 제어 유닛으로 전달하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 저전력 장치를 웨이크업하고 상기 저전력 무선 장치로의 접속 설정을 초기화하는 하드웨어와 소프트웨어 기능을 가지는 제2 무선 장치로 상기 제1 저전력 무선 장치에 대한 접속을 설정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 제1 무선 장치를 상기 (광고) 메시지들의 수신을 위한 수신 모드로 만들기 위하여, 제2 저전력 장치로부터 송신 기간 동안 에너지를 송신하는 단계를 포함한다. 여기에서 상기 제2 장치의 상기 송신 기간은 상기 제1 장치의 상기 에너지 스캐닝과 에너지 측정 기간을 합한 것보다 더 길도록 정의될 수 있다.
본 출원은 예를 이용하여 본 발명의 구현예와 실시예의 설명을 포함하고 있다. 당업자는 본 발명이 상술한 실시예의 세부사항으로 한정되지 않으며, 본 발명의 특징으로부터 벗어나지 않으면서 다른 형태로 구현될 수 있다는 것을 인식한다. 상술한 실시예는 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 따라서 본 발명을 구현하고 이용하는 가능성은 다음의 청구범위에 의해서만 제한된다. 결과적으로 청구항에 의해서 결정된 바와 같이, 본 발명을 구현하는 다양한 선택사항은, 균등한 구현예를 포함하여, 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 저전력 무선 장치의 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정 방법으로서,
    상기 저전력 무선 장치의 수면 모드에서 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계,
    상기 무선 장치를 동작 상태로 만드는 단계,
    무선 송신에 의하여 적어도 하나의 광고 메시지를 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 송신된 광고 메시지에 응답하여 어떤 응답도 수신되지 않는 경우에, 상기 저전력 무선 장치를 선정된 시간 동안 비동작 모드로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 저전력 무선 장치의 상기 비동작 모드에서 제2 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계,
    상기 장치가 비동작 모드에 있는지 여부를 결정하는 단계, 및
    이 경우에 상기 비동작 모드로 유지하고, 상기 웨이크업 이벤트를 무시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장치로부터 응답이 수신된 경우에, 접속을 설정하며 데이터를 장치로 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웨이크업 이벤트의 상기 검출 이전에 상기 웨이크업 이벤트를 검출하고 상기 저전력 장치의 전체 동작 주파수에 걸쳐 상기 에너지 레벨을 측정하는데 필요한 필수적인 무선 컴포넌트만을 작동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선정된 기간이 만료한 후에, 상기 무선 장치를 동작 상태로 만드는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무선 장치를 동작 상태로 만든 후에, 광고 메시지를 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계는,
    상기 결정된 주파수 대역에서 다른 장치로부터 송신된 에너지를 수신하는 단계,
    상기 수신된 에너지를 증폭하는 단계, 및
    증폭 후에 증가된 에너지 레벨을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계는,
    다른 장치로부터 송신된 에너지를 수신하는 단계, 및
    상기 장치를 동작 상태로 만들기 위해 상기 수신된 에너지를 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계는,
    사람 또는 다른 장치의 물리적 접촉에 응답하여 상기 무선 장치에 제공된 센서로부터 센서 출력을 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 웨이크업 이벤트를 검출하는 단계는,
    사람이나 다른 장치의 접근에 응답하여 상기 무선 장치에 제공된 접근 센서로부터의 센서 출력을 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 소프트웨어 툴이 컴퓨터나 네트워크 장치에서 동작할 때, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행하는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함하는 소프트웨어 툴.
  11. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터나 네트워크 장치에서 동작할 때, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행하는 상기 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 독출가능 매체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 트랜스폰더 보조 웨이크업 및 접속 설정을 할 수 있는 저전력 무선 장치로서,
    수신된 무선 송신에 응답하여 데이터를 송신하기 위한 무선 접속을 설정하기에 적합한 트랜스폰더로서, 데이터를 송수신하기에 적합한 트랜시버 및 상기 트랜시버에 접속된 트랜스폰더 제어기를 포함하는 트랜스폰더,
    상기 저전력 무선 장치의 동작 상태를 제어하기에 적합한 상태 제어기로서, 상기 저전력 무선 장치의 수면 모드에서 웨이크업 이벤트를 검출하기에 적합하며, 웨이크업 이벤트가 검출된 경우 상기 장치를 동작 상태로 만들기 위해 상태 제어기에 통지하기에 적합한 검출기를 포함하는 상태 제어기를 포함하고,
    상기 상태 제어기는 상기 트랜스폰더에 접속되며 상기 트랜스폰더로부터 수신된 신호에 따라 상기 저전력 장치를 수면 모드로 만드는데 적합하며,
    상기 상태 제어기는 선정된 기간 동안 작동되기에 적합한 타이머를 더 포함하며, 상기 타이머는 상기 저전력 장치가 비동작 모드에 있을 때 상기 상태 제어기에 의해 활성화되기에 적합하며,
    상기 상태 제어기는 상기 타이머가 작동중인 동안 작동하지 않기에 적합한 것을 특징으로 하는 저전력 무선 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 트랜스폰더 제어기에 접속되며 상기 트랜스폰더 제어기에 접속된 컴포넌트와 데이터를 교환하기에 적합한 데이터 인터페이스를 더 포함하는 저전력 무선 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    배터리 및 상기 상태 제어기에 접속되는 전력 스위치를 더 포함하고,
    상기 배터리는 상기 저전력 무선 장치로 배터리를 접속시키거나 분리하기에 적합한 저전력 무선 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 저전력 무선 장치는 완전한 동작 상태, 완전히 전력이 차단된 상태 및 적어도 일부 동작 상태를 포함하는 저전력 무선 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 상태 제어기는 물리적 접근에 응답하는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 저전력 무선 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 트랜시버는 상기 트랜시버, 상기 검출기, 및 상기 트랜시버의 안테나 사이에 접속되는 안테나 스위치를 더 포함하여, 상기 안테나를 상기 트랜시버와 접속시키거나 상기 안테나를 상기 검출기와 접속시키는데 적합하며,
    상기 상태 제어기는 상기 안테나 스위치에 접속되어 상기 안테나 스위치를 동작시키는 저전력 무선 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 안테나와 상기 안테나 스위치 사이에 접속된 증폭기를 더 포함하는 저전력 무선 장치.
  21. 삭제
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