一种低功耗及保持连接与速率自适应的无线体域网系统的制作方法

本发明属于低功耗无线体域网领域，具体涉及一种低功耗及保持连接与速率自适应的无线体域网系统。

背景技术：

1、现有的无线体域网系统通常采用如wi-fi、蓝牙、zigbee等成熟的无线短距离传输技术，通过一个便携式网关设备实现不同终端设备的信息接入。

2、同时，由于无线体域网系统由电池供电，其电量有限，因此通常采用一些低功耗方法以降低体域网通信功耗。现有的低功耗无线传输方法常见于无线智慧家居、智慧医疗、无线传感器网络、无线局域网等领域，具体应用例如智能门锁备、便携式医用网关、无线传感器网络等。

3、在针对偏远地区或现有通信基础设施损坏的应急救援场景下，现有的低功耗无线近距离传输技术不能满足无线体域网应急救援应用需求，其主要在以下几方面存在不足：

4、1)实时性差：智能门锁等设备通常采用让通信模组休眠的方式来降低功耗，通过按键等方式触发设备唤醒，该低功耗方案在无线体域网中会导致传输时延大幅增加，严重降低传输实时性，从而难以满足无线体域网终端设备实时交互性要求；

5、2)功耗较高：为使设备始终保持连接，一些智能家居设备、医用便携式终端设备中，设备的通信模组始终处于活跃状态并保持与网关的无线连接，这将导致设备的通信模组功耗较高，无法满足低功耗的传输要求；

6、3)传输速率低：现有的采用蓝牙、zigbee等技术的终端设备通常仅支持几kbps～几十kbps的数据传输，无法满足如实时视频、图片等相对较高传输速率的需求。

7、在应急救灾场景中，救援人员穿戴一套由网关设备、实时录像设备、自组网通信设备、指挥设备等组成的体域网系统，在缺乏基础设施、电池供电等约束条件下，为执行复杂救援任务，要求无线体域网系统具备低功耗、保持连接、支持多种传输速率应用的能力。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低功耗及保持连接与速率自适应的无线体域网系统。

2、实现本发明目的的具体技术方案为：

3、一种低功耗及保持连接与速率自适应的无线体域网系统，包括体域网网关单元和体域网无线模组单元；

4、所述体域网网关单元和多个体域网无线模组单元连接，所述体域网无线模组单元设置在体域网终端设备内，并分别与体域网终端设备的主控芯片连接；

5、所述体域网网关单元通过多种通信方式与体域网无线模组单元通信。

6、进一步的，所述体域网网关单元包括wi-fi路由主控芯片、天线、蓝牙模组；

7、所述体域网网关单元通过wi-fi路由主控芯片实现路由转发，通过天线与体域网无线模组单元实现wi-fi无线连接；

8、所述体域网网关单元还通过蓝牙模组与体域网无线模组单元实现蓝牙连接。进一步的，所述体域网无线模组单元包括wi-fi soc芯片、蓝牙soc芯片；

9、wi-fi soc芯片与体域网终端设备的主控芯片之间的数据传输通过usb协议实现，蓝牙soc芯片与体域网终端设备的主控芯片之间的数据传输通过uart协议实现，wi-fi soc与蓝牙soc芯片之间通过gpio接口传输控制信息。

10、进一步的，当所述体域网网关单元和体域网无线模组单元之间存在通信传输时，所述wi-fi soc芯片、蓝牙soc芯片基于睡眠切换策略进行数据传输。

11、进一步的，所述体域网无线模组单元在没有数据传输时，均处于睡眠状态；

12、当存在业务传输时，体域网无线模组单元的wi-fi soc芯片、蓝牙soc芯片在同一时刻仅有一个芯片处于睡眠状态，以保持数据传输效率。

13、进一步的，在存在业务传输时，体域网无线模组单元的wi-fi soc芯片、蓝牙soc芯片基于动态频率切换策略进行数据传输；

14、当存在业务传输时，所述处在非睡眠状态的wi-fi soc芯片或蓝牙soc芯片实时统计无线传输的数据吞吐量：

15、若处在非睡眠状态的为wi-fi soc芯片，且其统计的数据吞吐量持续低于设定的阈值时，将启用深度睡眠模式，并通过gpio接口唤醒蓝牙soc芯片，并由蓝牙soc芯片承担后续的数据传输；

16、若处在非睡眠状态的为蓝牙soc芯片，且其统计的吞吐量持续高于设定的阈值时，将启用深度睡眠模式，并通过gpio接口唤醒wi-fi soc芯片，并由wi-fi soc芯片承担后续的数据传输。

17、进一步的，当不存在业务传输时，体域网无线模组单元的wi-fi soc芯片、蓝牙soc芯片均处于睡眠状态，其中：

18、所述wi-fi soc芯片处于深度睡眠模式，蓝牙soc芯片处于浅睡眠模式；

19、所述浅睡眠模式下芯片保持连接但不传输业务数据，芯片cpu使用时钟门控、供电电压降低，所述深度睡眠模式下连接断开，芯片cpu断电。

20、本发明还提供一种基于上述系统的低功耗及自适应数据传输方法，包括以下步骤：

21、步骤1、初始化体域网网关单元和体域网无线模组单元，启用体域网网关单元的wi-fi、蓝牙，并将体域网终端设备内无线模组单元的wi-fi、蓝牙连接至体域网网关单元；

22、步骤2、基于slip协议，将蓝牙数据接口配置成具备ipv4地址的网卡，从而使蓝牙、wi-fi数据能够通过ip网络路由转发；

23、步骤3、将体域网终端设备内无线模组单元的wi-fi、蓝牙数据接口与体域网网关单元建立连接，并配置为上电自动连接；

24、步骤4、体域网终端设备间按需进行无线业务传输。

25、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

26、(1)本发明的体域网系统在数据传输时基于睡眠切换策略，即在无业务传输时，wi-fi芯片进入深度睡眠状态，断开连接，蓝牙芯片进入浅睡眠状态，通过蓝牙保持连接，相比于wi-fi低功耗模式保持连接的方式具备更低的功耗；

27、在无线模组上电并建立连接后，无线模组将一直处于保持连接的状态，从而保证了与体域网内其他设备交互的实时性；

28、本发明的体域网系统应用动态频率切换策略，通过实时统计业务吞吐量，无业务传输时采用wi-fi深度睡眠同时蓝牙浅睡眠保持连接的方式，低速数据传输时(例如≤10kbps)采用wi-fi深度睡眠而蓝牙唤醒并运行在正常模式下、中速数据传输时(例如10kbps～1mbps)蓝牙处于深度睡眠模式下而wi-fi唤醒但运行在低发射功率与长侦听间隔的参数配置下，高速数据传输时(例如＞1mbps)蓝牙处于深度睡眠模式而wi-fi唤醒并运行在高发射功率与短侦听间隔的参数配置下，从而实现在满足业务不同传输速率要求下最小化无线模组功耗的效果，针对特定时刻业务传输需求，具备低功耗保持连接的能力，同时能够根据业务传输速率的变化，自适应调整通信参数配置，以实现业务不同传输速率要求下最小化无线通信模组功耗的效果，提高系统的通信效率和实时性，同时降低系统功耗；

29、(2)本发明的方案中体域网网关单元采用包括但不限于wi-fi、蓝牙、zigbee等多种无线通信体制，蓝牙、zigbee等芯片通过uart接口与体域网网关设备主控连接，基于slip协议将蓝牙、zigbee等数据传输接口封装成ip网卡，实现多种通信体制融合的ip化网络；体域网模组采用wi-fi、蓝牙、zigbee等通信体制中两个或多个组合的方式，wi-fi芯片与主控采用usb接口，其他通信体制与主控采用uart接口，并在主控端基于slip协议将其数据接口封装成ip网卡，能够与体域网网关设备同时建立不同通信体制的多条ip数据链路，具备灵活切换的能力，能够综合不同通信体制的优势、

30、下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。