基于发射器指纹识别的开环唤醒无线电的制作方法

基于发射器指纹识别的开环唤醒无线电


背景技术：

1.包含电池操作装置的无线网络中的一个挑战是电池寿命。一种类型的无线装置是物联网(iot)装置。iot装置通常具有可用于监测环境条件(例如，温度)、机器的操作状态或其它类型的条件的传感器。iot装置通常是“无头的”，这意味着其没有直接的用户输入/输出能力(例如，没有键盘、没有显示器等)。iot装置通常由电池操作，且安装在环境或机器中，且用户无法直接存取iot装置。使用iot装置的许多应用受益于iot装置的电池持续较长时间(例如，数年)。


技术实现要素：

2.在至少一个实例中，一种装置包含第一无线电及所述第一无线电能存取的存储器装置。所述存储器装置经配置以存储特定发射器装置的特征。还包含第二无线电及处理器。过程耦合到所述第一及第二无线电。所述第一无线电经配置以提取第一经接收无线信号的特征，确定所述经提取特征与存储在存储装置中的特征匹配，并响应于所述确定所述经提取特征与存储在所述存储装置中的所述特征匹配，使所述第二无线电从较低功率操作状态转换到较高功率操作状态。
附图说明
3.针对各种实例的详细描述，现在参考附图，在附图中：
4.图1说明在一些实例中的包含iot装置的无线网络。
5.图2说明具有唤醒无线电的iot的实例实施方案。
6.图3说明用于供iot装置基于从无线信号提取的特征来验证接入点的方法的实例。
具体实施方式
7.一些电池供电的无线装置包含“主”无线电及“唤醒”无线电。主无线电用于在装置的运行时间操作中发射及/或接收数据。主无线电可在不使用的时段期间进入低功率状态(例如，睡眠状态、休眠状态等)。唤醒无线电从无线网络中的发射器接收无线信号，以确定何时唤醒主无线电。唤醒无线电可在“开环”配置或“闭环”配置中操作。闭环唤醒无线电经预配置以辨识例如来自发射器的特定符号序列，或与发射器协商发射器特定的符号序列。闭环唤醒无线电及发射器可遵循确定及/或协商唤醒信号的特定无线协议。唤醒信号的协商是对数据及消息信令的补充。
8.尽管无线装置根据适用的标准协议(例如，ieee 802.11、蓝牙低能量等)操作，但归因于发射器的模拟组件中的缺陷，可将给定无线网络中的无线发射器与其它无线发射器区分开。此类缺陷可源自在制造发射器的组件(例如，模/数转换器、滤波器、混频器、功率放大器等)期间引入的随机性。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的阈值电压或导通电阻可因晶体管而略有不同，即使晶体管是用相同的工艺步骤制造的。此类非线性效应导致每一发射器有唯一的“指纹”。因此，无线电频率(rf)指纹识别可由接收器用于从其
它可能的发射器中识别特定发射器，借此唤醒主无线电。基于rf指纹唤醒主无线电是“开环”过程，因为不需要在发射器与接收器之间协商一组特定符号。因此，用以响应于特定发射器的方面(提取的“特征”)唤醒主无线电的唤醒信号(在无线装置内部生成)基于发射器的标准发射生成，而不向正常数据传输协议添加任何特定/集成唤醒信号。接收器确定唯一识别接收器要与之相关联的特定发射器的发射的rf指纹，且然后使用所述经提取的特征仅在检测到有效特征(例如，经提取的特征与存储在无线电存储器中的特征匹配)时唤醒主无线电。经指纹识别的发射也可包含发射器希望唤醒的iot装置的标识符。当检测到具有相关指纹的未来发射时，对具有iot装置特定标识符的发射进行指纹识别将仅导致所述特定iot装置唤醒其主无线电。
9.一些实例针对包含主无线电及唤醒无线电的电池供电的物联网(iot)装置。主无线电被iot装置用于在其运行时间操作中发射及/或接收数据。在一个实例中，电池供电的iot装置可具有一或多个集成或外部传感器，且iot装置的主无线电用于向无线网络发射传感器数据或事件信息。为了节省电池功率，主无线电转换到低功率状态(例如，睡眠或休眠状态)。当处于低功率状态时，主无线电不能用于发送或接收无线信号。替代地，主无线电必须为此目的而被唤醒。唤醒无线电采用rf指纹识别(即，临时“特征”)来检测有效发射器(例如，接入点)何时试图与含有唤醒无线电的iot装置通信。在此上下文中，有效发射器是iot装置与之配对且iot装置应该与之通信的发射器。当唤醒无线电检测到有效指纹时，唤醒无线电使主无线电唤醒(即，从低功率状态转换到高功率状态)，并继续解码经接收的无线信号，借此能够进行运行时间操作，例如发射传感器数据，从发射器接收无线通信等。因此，本文描述的唤醒无线电采用rf指纹识别(例如，将新提取的特征与存储在存储器中的一或多个特征进行比较)来唤醒主无线电。因为唤醒事件是也在正常操作进程中接收数据时生成的(即，没有专用唤醒信号)，所以对于本文描述的开环唤醒无线电，不需要根据特定协议在发射器与接收器之间协商一组特定专用唤醒符号。
10.图1展示包含接入点110及111以及iot装置120及130的无线网络100的实例。无线网络100内可包含任何数量的iot装置(一或多个)。在此实例中，每一iot装置包含电池、主无线电及指纹识别唤醒无线电(wur)。iot装置120包含电池121、主无线电122及指纹识别唤醒无线电126。类似地，iot装置130包含电池131、主无线电132及指纹识别唤醒无线电136。在非使用的延长时段期间，切断iot装置120、130的主无线电122、132以节省电池功率。然而，指纹识别唤醒无线电122、132保持连续通电。在图1的配置中，切断iot装置130中的主无线电132。iot装置120中的唤醒无线电126已经从接入点110发射的无线信号检测到有效指纹(例如，已经从无线信号提取特征并确定所述特征与存储在无线电存储器中的特征匹配)。响应于检测到有效指纹，唤醒无线电126使iot装置120中的主无线电122唤醒以完成对到达的无线信号的接收(例如，通电或以其它方式转换到更高功率、完全操作状态)。iot装置130中的唤醒无线电136不经配置以辨识与唤醒无线电126相同的rf指纹(例如，由唤醒无线电136提取的特征与存储在所述无线电的存储器中的任何特征不匹配)，且因此iot装置130中的主无线电132保持在低功率状态(例如，睡眠、休眠等)。替代地，iot装置130的唤醒无线电136可经配置以辨识从接入点111导出的rf指纹。
11.图2说明关于iot装置120的实施方案的额外细节，但是相同的架构可适用于无线网络100中的iot装置130及/或其它iot装置。在此实例中，iot装置120包含电池121、主无线
电122、指纹识别唤醒无线电126、处理器210、传感器220及存储器装置227。主无线电122及指纹识别唤醒无线电126以及传感器220耦合到处理器210。电池121为iot装置120内的一些或全部有源组件提供操作电力。虽然在此实例中展示一个处理器210，但在其它实施方案中可提供多于一个处理器。类似地，也可提供多于一个传感器220。传感器220是特定于应用的。传感器220的实例包含温度传感器、电流传感器、电压传感器等。
12.每一无线电122、126耦合到天线。主无线电122耦合到天线225，且唤醒无线电126耦合到天线235。因此，每一无线电可连接到它自身的天线。在其它实例中，一个天线或天线阵列在两个无线电122、126之间共享。如上所述，主无线电122用于与指纹识别唤醒无线电不同的目的。主无线电122用于在装置运行时间期间与接入点交换(发送及/或接收)无线信号。例如，主无线电122可用于从接入点(例如，接入点110)接收对传感器读取的请求，从传感器220发送数据及/或信号到接入点(例如，接入点110)等。在其中iot装置120响应从接入点接收的请求的实施方案中，当iot装置等待来自接入点的另一请求时，iot装置中的主无线电122可在向接入点发射/接收信息之后切断电源。或者，主无线电122可在预定义的不使用时间段(例如，30秒、2分钟等)之后切断电源。
13.指纹识别唤醒无线电126在至少一些实施方案中保持连续通电及操作，并用于从接入点的标准无线信号检测有效指纹。响应于检测到有效rf指纹，使主无线电122从低功率状态转换到高功率状态，以便接收传入信号。
14.可基于以下说明性类别来执行rf指纹识别：基于瞬态的rf指纹识别及基于稳态的rf指纹识别生成。在基于瞬态的rf指纹识别生成中，发射器从其关闭状态发射到打开状态在发射的无线信号中触发唯一的瞬态特征，所述特征出现在实际数据分组的发射之前。在基于稳态的rf指纹识别生成中，唯一的特征在调制阶段存在于发射器的无线信号中。在此情况下，指纹识别唤醒无线电从至少一个经接收符号生成指纹。许多不同类型的rf指纹识别技术中的任一者可由iot装置实施以验证发射器。验证发射器意味着iot装置确认iot装置接收的无线信号是否来自iot装置与之相关联(例如，配对)的发射器，且经提取的特征与已经存储在装置存储器中的特征匹配。
15.基于瞬态的rf指纹识别的一个实例包含确定例如ieee 802.11a前导码中的前导码的功率谱密度(psd)。在此特定的rf指纹识别技术中，psd由psd系数特性化，其可计算为：
[0016][0017]
其中x(k)是输入信号x(m)的离散傅里叶变换的系数，且由以下给出：
[0018][0019]
从发射器接收的无线信号的psd可用于唯一地识别发射器。因此，psd在发射器之间变化，且对于给定的发射器通常是可重复的。本文描述的指纹识别唤醒无线电可用于确定传入无线信号的psd。iot装置与之相关联的一或多个发射器的psd作为指纹229存储在iot装置内的存储器227中。可将针对给定无线信号确定的psd与存储在iot装置内的存储器中的psd进行比较，以确定有效发射器是否正试图与iot装置通信。如果由iot装置计算的psd与存储在iot装置的存储器中的psd匹配，那么使主无线电从其低功率状态转换到其高功率状态(即，唤醒)。
[0020]
存储在存储器227中的指纹229可提供给iot装置120或另外由iot装置120以任何合适的技术确定。在一个实例中，用户装置211耦合到处理器210，并可用于向处理器210指示处理器210将进入训练模式，其中处理器210确定其接收的无线信号的指纹，并将指纹存储在存储器227中以用于随后启用主无线电122。在另一实例中，用户可经由在iot装置120外部的计算机系统上实施的图形用户接口对一或多个指纹229进行编程，并使外部计算机系统将指纹发射到iot装置以用于存储在存储器227中。
[0021]
图3说明由iot装置(例如，iot装置120)执行以通过rf指纹识别验证发射器的方法的实例。在306处，iot装置与另一发射器通信，且在308处，确定并存储发射器的指纹。可采用例如上述指纹识别技术的指纹识别技术。在步骤306及308期间，iot装置的主无线电122可为唤醒状态，且可用于将信号从发射器提供到iot装置的处理器210以确定指纹。处理器210可将指纹存储在存储器227中。
[0022]
在310处，将主无线电122转换到低功率状态(例如，睡眠、休眠)。在一个实例中，处理器210向主无线电122发送信号以使其在主无线电使用之后转换到低功率状态以应答从发射器接收的请求。在另一实例中，处理器210向主无线电122发送信号以使其在主无线电122不使用的时段期间在定时器超时时转换到低功率状态。
[0023]
在320处，指纹识别唤醒无线电(其保持打开并操作)开始接收无线信号。经接收的无线信号可来自有效或无效的发射器。如果无线信号来自有效发射器，那么主无线电122应转换到其较高功率(操作)状态，但是如果无线信号不来自有效发射器，那么主无线电122不应转换到其较高功率状态，且因此保持在其低功率状态。如上文描述，有效发射器是iot装置与之配对且iot装置应该与之通信的发射器。在320处接收的无线信号可包含ieee 802.11消息的前导码的接收。将主无线电122转换到较高功率状态可包含以下一或多者：接通到主无线电的电源、增加到主无线电的操作电压、以较高频率为主无线电计时等。
[0024]
在330处，方法包含从经接收的无线信号中提取特征。在一个实例中，经提取的特征包含如上文描述的经接收无线信号的psd的计算。指纹识别唤醒无线电126可计算经接收无线信号的psd。
[0025]
在340，方法包含确定经提取的特征是否与存储在iot装置120内的存储器229中的任何特征匹配。在一个实施方案中，指纹识别唤醒无线电126作出此确定。在另一实例中，指纹识别唤醒无线电126将经提取的特征提供给处理器210，且处理器210将经提取的特征与存储在存储器227中的特征进行比较。在任一情况下，将新提取的特征与先前存储在存储器227中的任何特征进行比较。经提取的特征及存储在存储器227中的特征可包括例如无线分组的前导码的psd。
[0026]
在350处，如果经提取的特征与存储在存储器227中的任何特征不匹配，那么主无线电122的功率状态保持在低功率状态。因此，主无线电122不被唤醒。
[0027]
在360处，如果经提取的特征与存储在存储器227中的至少一个特征匹配，那么主无线电唤醒并继续解码经接收信号。在一个实例中，指纹识别唤醒无线电126确定匹配并向处理器210发送信号以唤醒主无线电122。在另一实例中，指纹识别唤醒无线电在330处从无线信号提取特征并将所述特征提供给处理器210，且处理器210确定匹配存在并命令主无线电122转换到其较高功率状态(例如，通过向主无线电122提供启用信号)。一旦主无线电122转换到其较高功率状态，主无线电就继续接收传入无线信号，并将此类信号提供给处理器
210用于进一步处理。当处于较高功率状态时，主无线电122也可用于发射数据(例如，传感器数据)。
[0028]
在整个说明书中使用术语“耦合”。术语可涵盖实现与此描述一致的功能关系的连接、通信、或信号路径。举例来说，如果装置a产生控制装置b执行动作的信号，那么在第一实例中，装置a经耦合到装置b，或在第二实例中，如果中介组件c实质上未更改装置a与装置b之间的功能关系，那么装置a通过中介组件c耦合到装置b，使得装置b经由由装置a产生的控制信号由装置a控制。
[0029]
在所描述实施例中，修改是可能的，且在权利要求书的范围内，其它实施例是可能的。