TWI659661B - 物聯網設備的節電方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種物聯網設備的節電方法及裝置。節電方法是具備通信功能的電子裝置的節電方法，其包括：儲存電子裝置與接入點的當前連接資訊的過程；在所述儲存過程結束後，斷開接入點與指定的硬體的電源而形成一斷開狀態的斷開過程；判斷斷開狀態是否符合一解除條件的過程；以及當所述斷開狀態符合解除條件時，接通指定的所述硬體的電源的過程；且接通過程包括：載入斷開前的最終連接資訊的過程；以及利用最終連接資訊引導電子裝置與接入點連接的狀態的過程。

Description

物聯網設備的節電方法及裝置
本發明涉及一種具備通信功能的電子裝置、例如物聯網設備的節電方法。
這部分所記述的內容僅用以提供本發明的背景資訊，並不構成以往技術。圖1是表示以往具備在電氣與電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)802.11標準中定義的無線網路功能的電子裝置的功率管理方法的圖。
以往具備無線網路功能的電子裝置在啟動狀態下在不要收發的資料時，轉換成節電模式。在節電模式下，確認按照固定週期從接入點(Access Point，AP)傳輸的信標幀(Beacon Frame)而檢查作為信標幀中的資訊的業務指示消息(Traffic Indication Message，TIM)或發送業務指示消息(Delivery TIM，DTIM)來確認是否存在要接收的資料。如果檢查結果為存在要接收的資料，則轉換成啟動模式而傳輸節電輪詢(Power Save-Poll，PS-Poll)並接收資料。如果檢查結果為不存在要接收的資料，則保持節電模式。
與AP執行無線通訊的器件為了接收信標幀而在TIM或DTIM接收區間設定利用即時時鐘(Real Time Clock，RTC)的計時器 (Timer)，之後進入到節電模式。對TIM或DTIM進行檢查，如果存在要接收的資料，則轉換成啟動模式而傳輸PS-輪詢並接收資料。
最近，開發有多種物聯網(IoT：Internet of Things)裝置。物聯網設備要求可通過安裝一次電池而實現數年以上的通信，因此低電力特性非常重要。
與此相關，韓國專利公開第10-2012-0109127號(2012年10月8日公開)在「無線網路器件的功耗減少方法及裝置」中發明一種方法及裝置，所述方法是用以在無線網路器件中減少功耗的檢索週期設定方法，其可根據使用者的直觀設定而變更無線網路器件的通信模組的檢索週期，從而可防止過多地使用電源。韓國專利公開第10-2012-0109127號僅揭露一種通過可由使用者直接設定無線網路器件檢索AP的週期而節電的方法，並未揭露在與AP連接的狀態下將耗電最小化的方法。
本發明的目的在提供一種用於物聯網的電子裝置的節電方法及裝置，可在節電模式下完全斷開大部分硬體的電源而將功耗最小化，在轉換成啟動模式時，在接通電源後將連接AP所需的時間最少化。
為解決上述技術問題，本發明提供一種用於物聯網的電子裝置的節電方法，其特徵在於，所述節電方法包括：儲存與接入點的當前連接資訊的儲存過程；在所述儲存過程結束後，斷開指定的硬體的電源的斷開過程；判斷所述斷開狀態是否符合解除條件的過程；以及當符合所述解除條件時，接通指定的所述硬體的電源的接通過程；且所述接通過程包括：載入斷開前的所述最終連接資訊的過程；以及利用所述 最終連接資訊引導電子裝置與所述接入點連接的狀態的過程。
本發明還提供一種電子裝置，其特徵在於包括：通信部，執行與接入點的通信；記憶體，儲存與所述接入點的連接資訊；第一控制部，當執行節電模式時，將與所述接入點的當前連接資訊儲存到所述記憶體，之後斷開指定的硬體的電源，指定的所述硬體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體；且當所述斷開狀態符合一解除條件時，所述第二控制部接通指定的所述硬體的電源，如果通過所述第二控制部而接通，則所述第一控制部載入斷開前的所述最終連接資訊，之後利用所述最終連接資訊引導電子裝置與所述接入點形成連接的狀態。
本發明具備通信功能的電子裝置的電力管理如下：可在節電模式下完全斷開大部分硬體的電源而將功耗最小化，在轉換成啟動模式時，在接通電源後將連接接入點所需的時間最少化。
600‧‧‧STA
610‧‧‧通信部
620‧‧‧記憶體
630‧‧‧第一控制部
640‧‧‧第二控制部
S310、S320、S330、S340‧‧‧步驟
圖1是表示傳統具備在IEEE 802.11標準中定義的無線網路功能的電子裝置的功率管理方法的圖。
圖2(a)和圖2(b)是表示傳統技術的終端(Station，STA)的節電方法。
圖2(c)是本發明的一實施例的節電方法的STA的電力及通信狀態的圖。
圖3是表示本發明的一實施例的節電方法的順序圖。
圖4是表示STA週期性地傳輸無償位址解析通訊協定(Gratuitous Address Resolution Protocol，GARP)資料包或位址解析通訊協定(ARP，Address Resolution Protocol)資料包而更新AP的ARP表(Table)的過程的圖。
圖5是在AP與STA中表示本發明的一實施例的節電方法的執行過程的圖。
圖6是表示具備本發明的一實施例的節電方法的電子裝置的框圖。
以下，通過例示性的附圖詳細地對本發明的一實施例進行說明。應注意，在對各圖的構成要素附加參照符號時，即便相同的構成要素表示在不同的圖中，也盡可能地使用相同的符號。另外，在對本發明的一實施例進行說明時，在判斷為對相關公知的構成或功能的具體說明會混淆本發明的主旨的情況下，省略其詳細說明。
在對本發明的一實施例的構成要素進行說明時，可使用第一、第二、i)、ii)、a)、b)等符號。這些符號僅用以將所述構成要素區分於其他構成要素，相應的構成要素的本質、位元次、順序等並不受上述符號的限定。在本說明書中，當記載為某個部分“包括”或“具備”某個構成要素時，只要無明確相反的記載，則意味著相應的部分還可包括其他構成要素，並不排除附加其他構成要素。“~部”、“模組”等術語是指對至少一個功能或動作進行處理的單元，所述單元可為“硬體”、“軟體”或“硬體與軟體的結合”。
本發明電子裝置包括與接入點(Access Point，AP)進行通信 的所有種類的電子裝置。本發明的電子裝置的通信方法不僅包括利用無線網路的通信，而且包括局域網(Local Area Network，LAN)、廣域網路(Wide Area Network，WAN)等封閉式網路、如網際網路(Internet)的開放式網路、碼分多址接入(Code Division Multiple Access，CDMA)、寬頻碼分多址接入(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)、全球移動通信系統(Global System for Mobile Communications，GSM)、長期演進(Long Term Evolution，LTE)等移動通信網等目前可利用或今後可實現的所有通信方法。
以下，在本說明書中，將與接入點(AP)進行通信的電子裝置簡稱為終端(Station，STA)並以無線網路通信為例而進行說明。
以往的STA是通過在節電模式下保持與AP的連接而斷開射頻(Radio Frequency，RF)來進行節電。然而，最近在物聯網設備等中要求超低功率，因此存在如下STA：為了將耗電最小化，不僅簡單地斷開RF，而且斷開包括中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)在內的盡可能多的硬體資源。
圖2是表示以往技術的STA的節電方法與本發明的一實施例的節電方法的STA的電力及通信狀態的圖。
圖2(a)是表示在節電模式下保持與AP的連接而僅斷開RF來進行節電的方法的圖。如圖2(a)所示，在節電模式下僅斷開RF時，也產生少量的功耗。
圖2(b)是表示在節電模式下最大限度地斷開包括主CPU在內的硬體資源的電源的方法的圖。如圖2(b)所示，在最大限度地斷開 硬體資源的電源來進行節電的情況下，與圖2(a)的情況不同地節電模式下的功耗較少，但在轉換成啟動模式時，產生連接到AP為止的延遲。
圖2(c)是本發明的一實施例的節電方法，在節電模式下斷開包括主CPU在內的盡可能多的硬體資源的電源而將功耗最小化，在轉換成啟動模式而接通斷開的硬體的電源時，將STA引導為與AP連接的狀態。本發明的一實施例的節電方法不僅將功耗最小化，而且還與圖2(b)的情況不同地減少連接到AP為止的延遲，從而在打開STA時，可無另外的連接過程而立即與AP執行通信。
圖3是表示本發明的一實施例的節電方法的順序圖。
本發明的一實施例的節電方法包括儲存與AP的當前連接資訊的儲存過程(S310)、斷開指定的硬體的電源的斷開過程(S320)、判斷斷開狀態是否符合一解除條件的過程(S330)、及當符合解除條件時(S330中的“是”)，接通斷開的硬體的電源的接通過程(S340)。
儲存與AP的當前連接資訊的過程(S310)是將用以在AP與STA之間執行通信的連接資訊儲存到STA的過程。儲存連接資訊的時點可為STA最初連接到AP時，也可為STA轉換成節電模式前。另外，亦可在每當與AP的連接狀態變更時均產生事件而儲存所變更的連接資訊。此時，連接資訊儲存到非易失性記憶體，因此即便中斷電源供給，也可保持連接資訊。
如果在節電模式下斷開指定的硬體的電源，則包括主CPU在內的主要硬體均關閉，故而所有執行資訊消失。然而，如果利用儲存在記憶體的連接資訊，則可在引導時不經由無線網路連接過程而將無線網路引導為連接狀態。
連接資訊有基本連接資訊(basic connection information)、高級連接資訊(advanced connection information)、基本通信資訊(basic communication information)、高級通信資訊(advanced communication information)等。
基本連接資訊有頻率、通道寬度、基本服務集識別字(Basic Service Set ID，BSSID)、服務品質(Quality of Service，QoS)、高輸送量(High Throughput，HT)能力資訊(capability information)等。此處，頻率的資料結構可為無符號短整型(unsigned short)，BSSID的資料結構可為無符號字元型(unsigned char)[6]。
高級連接資訊可包括金鑰資訊(key information)。所述金鑰資訊可包括用以進行無線區間的加密的對話加密金鑰，即成對暫時金鑰(Pairwise Transient Key，PTK)資訊(information)及群組臨時金鑰(Group Temporal Key，GTK)資訊。
基本通信資訊有網際網路協定(Internet Protocol，IP)位址(Address)、網路遮罩(netmask)、閘道、網域名稱系統(Domain Name System，DNS)信息等。
高級通信資訊有空序號(Null sequence number)、資料序號(Data sequence number)、編碼資訊向量號(Enc information vector number)等。
斷開指定的硬體的電源的過程(S320)是在節電模式下斷開包括主CPU在內的盡可能多的硬體資源的電源而將功耗最小化的過程。
RTC計時器在內的一部分硬體的電源在節電模式下也不會 斷開。終端內已安裝的小程式(Small Program)通過RTC計時器而週期性地運行來接收AP發送的信標幀，在完成GARP資料包或ARP資料包傳輸等所登錄的自身業務後再次結束運行。
小程式讀取從AP發送的信標幀的TIM、DTIM元素來判斷在AP中是否存在為了傳輸到STA而緩衝的資料，於存在緩衝的資料的情況下，將STA轉換成啟動模式。
如圖4所示，小程式可週期性地傳輸用以更新AP的ARP(Address Resolution Protocol)表的GARP(Gratuitous ARP)資料包或ARP資料包而持續地更新AP的ARP表。如果AP的ARP表更新為最新狀態，則即便流入外部的通信資料包，也可立即獲知媒體存取控制(Media Access Control，MAC)位址，因此可不另外傳輸ARP資料包而實現通信。
小程式為了在轉換成啟動模式時快速地進行通信而更新儲存在節電模式下傳輸的資料包的標頭的序號等。在轉換成啟動模式而接通硬體的電源時，可立即應用傳輸的資料包的標頭的序號快速地進行通信。
判斷斷開狀態的解除條件是否充分的過程(S330)是判斷在節電模式下是否需轉換成啟動模式的過程。
STA中的小程式在節電模式下也通過RTC計時器而週期性地運行來接收AP發送的信標幀。此時，讀取從AP接收到的信標幀的TIM、DTIM元素來判斷在AP中是否存在為了傳輸到STA而緩衝的資料。
AP可基於信標幀中所包括的TIM或DTIM元素而告知是否存在要傳輸到各STA的資料幀。通常，TIM用於告知存在要傳輸到STA的單播幀，DTIM用於告知存在要傳輸到STA的組播幀或廣播幀。例如，TIM元 素可表示存在基於單播而傳輸到STA的未決下行鏈路數據。DTIM可表示存在基於廣播或組播而要傳輸到STA的未決下行鏈路數據。
另一方面，在STA中設定監聽間隔(Listen interval)，由此可使STA以監聽間隔為單位強制性地轉換成啟動模式而從AP接收資料幀。即，可在從斷開經過既定的時間時強制性地轉換成啟動模式。
例如，如果監聽間隔為7，則以信標間隔(Beacon interval)的7倍的週期為單位而轉換成啟動模式來接收資料幀。然而，各AP因緩衝尺寸的制約而不考慮STA的監聽間隔來對資料包進行處理的情況較多，也會對性能產生不良影響，因此大多利用TIM或DTIM判斷在節電模式下是否轉換成啟動模式。
當節電模式下，斷開狀態的解除條件充分時(S330的“是”)，接通斷開的硬體的電源的過程(S340)包括載入斷開前的最終連接資訊的過程、及利用最終連接資訊引導為與AP連接的狀態的過程。
載入斷開前的最終連接資訊的過程是在STA最初連接到AP的時點或STA轉換成節電模式前，載入儲存在非易失性記憶體的連接資訊中的最後儲存的連接資訊的過程。如果利用儲存在非易失性記憶體的連接資訊，則可在接通斷開的硬體的電源，重新引導STA的過程中，不經由無線網路連接過程而將無線網路引導為連接狀態。
利用最終連接資訊引導為與AP連接的狀態的過程包括對無線網路相關資料結構進行初始化的過程、及利用最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊的過程。
對無線網路相關資料結構進行初始化的過程是對儲存池 (memory pool)、無線網路控制資源(WiFi control resource)、無線網路控制結構(WiFi control structure)等無線網路相關資料結構進行初始化的過程。所述無線網路控制資源包括無線網路控制執行緒(WiFi control thread)，無線網路控制結構包括無線網路連接結構及網路結構。
利用最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊的過程為如下過程：在對無線網路相關資料結構進行初始化後，在初始化的儲存池及無線網路控制執行緒中利用最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊，由此引導為與AP連接的狀態。
即，在打開在節電模式下斷開的主CPU的電源，驅動引導對作業系統(Operating System，OS)核心(Kernel)、器件驅動器(Device driver)、無線網路(WiFi)MAC、傳輸控制協定(Transmission Control Protocol，TCP)/IP堆疊(Stack)、請求者(Supplicant)、使用者應用程式(User application)等無線網路通信進行處理的軟體時，利用最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊，藉此不另外進行無線網路連接步驟而自動設定為連接狀態，因此可立即與AP進行資料通信。
圖5是在AP與STA中表示本發明的一實施例的節電方法的執行過程的圖。
STA在節電模式下儲存當前連接資訊，之後斷開指定的硬體的電源。
AP以TIM週期為單位而傳輸包括TIM元素的信標幀、或以DTIM週期為單位而傳輸包括DTIM元素的信標幀。在圖5中，方便起見，例示以TIM週期為單位而傳輸包括TIM元素的信標幀的情況。
在AP的第二個TIM週期與第三個TIM週期之間產生要傳輸到STA的資料包，AP以向STA傳輸相應的資料包為目的而緩衝所述資料包。
AP使在第三個TIM週期傳輸的信標幀包括表示存在要傳輸到STA的資料包的TIM元素，STA在接收到如上所述的信標幀後轉換成啟動模式。
STA在接通斷開的硬體的電源而載入最終連接資訊後，利用最終連接資訊引導為與AP連接的狀態。在引導的同時成為可與AP進行通信的狀態，因此STA可立即從AP接收資料包。
圖6是表示具備本發明的一實施例的節電方法的電子裝置的框圖。本發明的一實施例的電子裝置600(STA)包括通信部610、記憶體620、第一控制部630及第二控制部640。通信部610執行與AP的通信。記憶體620為非易失性，儲存AP與STA之間的連接資訊。
當執行節電模式時，第一控制部630將與AP的當前連接資訊儲存到記憶體620，之後斷開指定的硬體的電源。此時，斷開的指定的硬體包括第一控制部630。即，在節電模式下也斷開第一控制部630的電源。
另一方面，如果在檢索儲存在記憶體620的連接資訊時檢索失敗，亦即未檢索到所述已經儲存的連接資訊，或檢索到的連接資訊與當前連接資訊不同，則第一控制部630可將當前連接資訊儲存到記憶體620。
第二控制部640不包括在斷開的指定的硬體，因此在節電模式下也進行動作。當斷開狀態的解除條件充分時，第二控制部640接通指定的硬體的電源。
另一方面，第二控制部640通過RTC計時器而週期性地運行 來接收從AP發送的信標幀。第二控制部640可在顯示為在從AP接收到的信標幀的TIM或DTIM資訊中存在AP要向電子裝置傳輸的資料幀時、或從斷開經過既定的時間時判斷為斷開狀態的解除條件充分。
另一方面，第二控制部640可在節電模式狀態下通過通信部610而週期性地傳輸用以更新AP的ARP(Address Resolution Protocol)表的GARP(Gratuitous Address Resolution Protocol)數據包或ARP(Address Resolution Protocol)數據包。
如果通過第二控制部640而接通，則第一控制部630載入斷開前的最終連接資訊，之後利用最終連接資訊引導為與AP連接的狀態。第一控制部630可對包括記憶體620的儲存池(memory pool)及無線網路控制執行緒(WiFi control thread)的無線網路相關資料結構進行初始化，在初始化的記憶體620池及無線網路控制執行緒中利用最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊。
除此之外，省略與上述內容重複的內容的詳細說明。
在上述實施例中，圖3記載為依序執行S310至S340，但所述圖3僅用以例示性地說明本發明的技術思想，S310至S340的執行並不限定於時間序列順序。本發明所屬的技術領域內的普通技術人員可在不脫離本發明的本質特性的範圍內變更S310至S340的順序、省略S310至S340中的一個以上的過程、或並列執行S310至S340中的一個以上的過程等對圖3的方法進行各種修正及變形。
另一方面，通過上述實施例說明的節電方法可在可由電腦或智慧手機讀取的記錄媒體中，以可由電腦或智慧手機讀取的代碼實現。可 由電腦或智慧手機讀取的記錄媒體包括儲存可通過電腦系統讀取的資料的所有種類的記錄裝置。即，可由電腦或智慧手機讀取的記錄媒體包括如磁性儲存媒體(例如，唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、軟碟、硬碟等)、光學讀取媒體(例如，唯讀光碟(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、數位多功能光碟(Digital Versatile Disc，DVD)等)、快閃記憶體(例如，通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)、固態驅動器(Solid State Drive，SSD))等的儲存媒體。另外，可分散到通過網路連接的電腦系統而以分散方式儲存執行可由電腦或智慧手機讀取的代碼。
本實施例僅用以例示性地說明本發明的技術思想，本發明所屬的技術領域內的普通技術人員可在不脫離本發明的本質特性的範圍內對本實施例進行各種修正及變形。
本實施例用以說明本發明的技術思想，而並非用以限定本發明的技術思想，因此本發明的權利範圍並不限定於本實施例。本發明的保護範圍應由權利要求書解釋，應解釋為與上述保護範圍相同或等同的所有技術思想均包括在本發明的權利範圍內。

Claims (11)

  1. 一種用於物聯網的電子裝置的節電方法，包括：儲存電子裝置與接入點的當前連接資訊的儲存過程；在所述儲存過程結束後，斷開指定的硬體的電源而形成一斷開狀態的斷開過程；判斷所述斷開狀態是否符合一解除條件的過程；以及當所述斷開狀態符合解除條件時，接通所述指定的硬體的電源的接通過程；且所述接通過程包括：載入所述斷開前的最終連接資訊的過程；以及利用所述最終連接資訊引導電子裝置與所述接入點連接的狀態的過程；其中所述儲存過程包括：檢索已經儲存的連接資訊的過程；以及當未檢索到所述已經儲存的連接資訊或檢索到的連接資訊與所述當前連接資訊不同時，儲存所述當前連接資訊的過程，且所述連接資訊的儲存時點包括所述電子裝置最初連接到所述接入點時、所述電子裝置轉換成節電模式前，或在每當所述電子裝置與所述連接點的連接狀態變更時均產生事件而儲存所變更的連接資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的節電方法，其中所述當前連接資訊包括頻率、信號傳輸速率、基本服務集識別字、服務品質及高輸送量能力資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的節電方法，其中所述解除條件如下：顯示為在從所述接入點接收到的信標幀的業務指示消息，或發送業務指示消息資訊中存在所述接入點要向所述電子裝置傳輸的資料幅時、或從所述斷開經過既定的時間時。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的節電方法，其中所述引導為與所述接入點連接的狀態的過程包括：對包括儲存池及無線網路控制執行緒的無線網路相關資料結構進行初始化的過程；以及在初始化的儲存池及無線網路控制執行緒中利用所述最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊的過程。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的節電方法，其中在所述斷開過程與所述接通過程之間，包括週期性地傳輸用以更新所述接入點的位址解析通訊協定表的無償位址解析通訊協定資料包，或位址解析通訊協定資料包。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的節電方法，其中在所述傳輸過程後，包括儲存傳輸的資料包的標頭資訊的過程。
  7. 一種電子裝置，包括：一通信部，執行與接入點的通信；一記憶體，儲存與所述接入點的連接資訊；一第一控制部，在執行一節電模式時，將與所述接入點的當前連接資訊儲存到所述記憶體，之後斷開指定的硬體的電源，所述指定的硬體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體；且當所述斷開狀態符合一解除條件時，所述第二控制部接通所述指定的硬體的電源，且所述第一控制部載入斷開前的最終連接資訊，之後利用所述最終連接資訊引導電子裝置與所述接入點形成連接的狀態；其中如果在檢索儲存在所述記憶體的連接資訊時檢索失敗，或檢索到的連接資訊與所述當前連接資訊不同，則所述第一控制部將所述當前連接資訊儲存到所述記憶體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中所述解除條件如下：顯示為在從所述接入點接收到的信標幀的業務指示消息，或發送業務指示消息資訊中存在所述接入點要向所述電子裝置傳輸的資料幅、或從所述斷開經過既定的時間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中所述第一控制部對包括儲存池及無線網路控制執行緒的無線網路相關資料結構進行初始化，在初始化的儲存池及無線網路控制執行緒中利用所述最終連接資訊設定無線網路連接相關結構及網路堆疊。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中所述第二控制部在所述斷開狀態下，通過所述通信部而週期性地傳輸用以更新所述接入點的位址解析通訊協定表的無償位址解析通訊協定資料包或位址解析通訊協定資料包。
  11. 一種可由電腦讀取的記錄媒體，其記錄有執行根據請求項1至6中任一項所述的方法的程式。
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