无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置及方法.pdf

本发明提供一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置及方法，其装置由休眠控制器1、多路可控电源2和无线网络接入设备遥控接口3等组成；利用本发明可对嵌入式主机、无线网络接入设备及其他外设进行远程控制休眠和唤醒，使得基于WLAN的宽带传输、无线测控、监控、遥控、自控等无线计算机网络及其应用系统，都能在高度节能的情况下运行，延长了电池和设备的使用寿命，大幅减少了移动设备的体积、重量和成本；本发明能根据无线网络接入设备地址进行寻址，休眠和唤醒的控制可靠，可实现无人值守，可减少电磁辐射和干扰，节省频谱资源，有利于实现环保。

1.  一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置，它包括天线、无线网络接入设备、嵌入式主机，其特征是它还包括休眠控制器(1)、多路可控电源(2)和无线网络接入设备遥控接口(3)三部分；
所述的休眠控制器(1)是由可实现微处理器功能的低功耗器件组成，所述的可实现微处理器功能的低功耗器件可以是单片机、可编程逻辑芯片、DSP；
所述的多路可控电源(2)包括至少三个电源模块：电源I、电源II、电源III，其中电源I包括输入线、输出线和地线，电源I的输出线与休眠控制器(1)连接；电源II与电源III包括输入线、输出线、控制线和地线，电源II的输出线与嵌入式主机连接，电源III的输出线与无线网络接入设备连接，电源II、电源III的控制线分别与休眠控制器(1)连接；
所述的无线网络接入设备遥控接口(3)包括信号耦合电路和门限调整电路两部分，无线网络接入设备遥控接口(3)可以由信号耦合电路和门限调整电路依次连接组成，也可以由门限调整电路和信号耦合电路依次连接组成；
所述的休眠控制器(1)与多路可控电源(2)中的电源I的输出线连接，由多路可控电源(2)中的电源I为休眠控制器(1)供电；休眠控制器(1)与多路可控电源(2)中的电源II、电源III的控制线分别连接，由休眠控制器(1)通过多路可控电源(2)分别控制嵌入式主机和无线网络接入设备的关闭和开启；无线网络接入设备遥控接口(3)的输入与无线网络接入设备连接，无线网络接入设备遥控接口(3)的输出与休眠控制器(1)连接；休眠控制器(1)与嵌入式主机连接，无线网络接入设备的天线馈线与天线连接，无线网络接入设备的网线与嵌入式主机连接。

2.  根据权利要求1所述的一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置，其特征是所述的无线网络接入设备遥控接口(3)中的信号耦合电路是由既能实现信号耦合又能防止电路干扰的电路组成，它可以是光电耦合电路，也可以是变压器耦合电路。

3.  根据权利要求1所述的一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置实现远程控制休眠和唤醒的方法，其特征是它采用下面的步骤实现：
步骤1：休眠控制器启动；
步骤2：嵌入式主机上电启动；
步骤3：嵌入式主机接收通过无线网络接入设备传来的基站指令，判断收到的基站指令是否是休眠控制器操作指令：如是则将指令送入休眠控制器，转入步骤5，否则继续执行步骤4；
步骤4：嵌入式主机执行各种应用功能工作，同时转入步骤3继续接收基站指令；
步骤5：休眠控制器收到由嵌入式主机传送的基站指令后，按照基站遥控指令进行操作：如果基站遥控指令要求关闭嵌入式主机，则转入步骤6；否则休眠控制器按照基站指令的要求改变工作模式，转入步骤4；
步骤6：嵌入式主机进行数据存盘，退出嵌入式主机操作系统；
步骤7：休眠控制器执行休眠操作：如当前模式是待机休眠模式，则休眠控制器控制多路可控电源关闭嵌入式主机电源，转入步骤9；如当前模式是定时全关闭模式，则休眠控制器控制多路可控电源关闭嵌入式主机和无线网络接入设备电源，继续执行步骤8；
步骤8：休眠控制器定时时间(该定时时间由基站指令确定)结束后，休眠控制器控制多路可控电源开启无线网络接入设备电源；
步骤9：休眠控制器等待接收基站通过无线网络接入设备和无线网络接入设备遥控接口传送的唤醒信号，接收到唤醒信号后休眠控制器控制多路可控电源开启嵌入式主机电源，转入步骤2，否则继续等待接收；
经过以上步骤，休眠控制器与嵌入式主机协同工作，就可以实现无线网络中远程控制休眠和唤醒。

无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置及方法
技术领域
本发明属于计算机通信网技术领域，它特别涉及无线网络中实现远程无线控制休眠、唤醒的技术。
技术背景
众所周知，无线计算机网络技术的发展代表了当前通信和计算机技术的发展方向。随着802.11系列协议的出现，无线局域网极大的扩展了Internet及TCP/IP协议的应用范围。但是在一般情况下，宽带移动的应用都涉及到高速32位以上微处理器、各种高耗能主板及外设的应用，而电池供电时间过短已经成为无线移动应用的一个瓶颈。例如在一些用电池供电的小型、移动、无人监测站、机器人等应用中，由于嵌入式主机、外设和通信模块耗电多，待机时间短，使得许多这方面的科研成果不能转化为实际商品而走向市场。
现有技术中部分与本发明相关的专利概述如下：
1.计算机系统中无线局域网模块的电源管理方法和设备(中国专利号03154872.5)：用于计算机系统中的无线LAN模块的一种电源管理方法和设备。
2.无线局域网内移动终端休眠相位指定和通知(中国专利号00808573.0)：接入点将一些唤醒PDU设置在无线局域网的MAC帧内不同位置，使移动终端的休眠时间达到最大限度，从而节约了能量。
3.移动通信网络中移动台的一种可变睡眠模式(中国专利号99814425.8)：通过确定一个可变苏醒参数，改变移动台的睡眠周期，建立移动台自动地从低功耗模式进入高功耗模式收听寻呼消息的时间。
4.应用于嵌入式省电系统的方法(中国专利号02147244.0)：一种应用于嵌入式省电系统的方法，中央处理器内设一省电单元及重置单元，而达节省电力的功效。
无线计算机网络的主流技术IEEE802.11a/b/g等系列协议，现在已经有商品化的芯片集出售，在这些无线收发芯片内部已经设计了十分完善的节能控制体系，但是其功能仅局限于芯片内部或无线通信部分，没有对外连接的节能控制接口，不能控制主机和其他外设电源，当主机关机后，不能通过无线信号开启主机系统。在有线计算机网络主流技术IEEE802.3网络中，目前已有远程唤醒的技术(WOL技术)，它由支持WOL的主板、网卡和电源三部分组成，但是该技术不能支持无线网络。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置及方法，采用本发明提供的无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置及方法，可以远程控制休眠和唤醒、能根据无线网络接入设备地址进行寻址、能可靠控制并防止误动、待机时节省电能、延长电池和设备的使用寿命、减少无线移动应用设备的体积、重量和成本。
无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的系统包括基站和无人移动站，其中基站由遥控软件、主控计算机、无线网络接入设备和天线组成；无人移动站由休眠控制器1、多路可控电源2、无线网络接入设备遥控接口3、嵌入式主机、无线网络接入设备、天线和其他电路及外设组成，如图1所示。
为了方便地描述本发明的内容，首先作术语解释：
1.休眠和唤醒：基站对远程无人移动站嵌入式主机、无线网络接入设备和其他外设进行关闭和开启的操作和方法，可以分为两种休眠模式：
1)模式1——待机休眠模式：在这种模式下，休眠控制器不关闭无线网络接入设备，只关闭嵌入式主机和相关外设；嵌入式主机关闭以后，休眠控制器通过无线网络接入设备和无线网络接入设备遥控接口接收基站唤醒指令，唤醒嵌入式主机和相关外设；
2)模式2——定时全关闭模式：当嵌入式主机需要长时间休眠，一段时间内不需要唤醒嵌入式主机时，休眠控制器将嵌入式主机和无线网络接入设备全部关闭。休眠控制器内部的定时时间(该定时时间由基站指令确定)结束后，休眠控制器开启无线网络接入设备，系统进入待机休眠模式。
2.休眠控制器：位于无人移动站的，控制嵌入式主机、无线网络接入设备和其他外设的电源，以实现嵌入式主机、无线网络接入设备和其他外设休眠和唤醒的装置，其特征是在嵌入式主机开机期间休眠控制器通过嵌入式主机接收指令，在嵌入式主机关机期间休眠控制器通过无线网络接入设备遥控接口接收指令。
3.嵌入式主机：位于无人移动站的，完成各种控制和应用功能(如数据采集、图象处理等)的嵌入式计算机系统。嵌入式主机通过无线网络接入设备接收基站指令，完成各种控制和应用功能，并通过无线网络接入设备将数据传回主机。
4.无线网络接入设备：使无人移动站接入无线网络的一种设备，一般由无线网桥构成，也可以采用无线AP、无线路由器、无线网卡等构成。
5.无线网络接入设备遥控接口：由在普通无线网络接入设备基础上增加的接口电路组成，在嵌入式主机开机期间它不工作，当进入某种休眠模式以后，嵌入式主机关机，电源被切断，基站发出的唤醒指令就通过无线网络接入设备遥控接口将唤醒信号传给休眠控制器，使嵌入式主机、外设等重新启动，进入开机工作状态。
本发明提供一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置，如图2所示，它包括天线、无线网络接入设备、嵌入式主机等，其特征是它还包括休眠控制器1、多路可控电源2和无线网络接入设备遥控接口3三部分；
所述的休眠控制器1是由可实现微处理器功能的低功耗器件组成，如单片机、可编程逻辑芯片、DSP等，如图2所示；
所述的多路可控电源2包括至少三个电源模块：电源I、电源II、电源III，其中电源I包括输入线、输出线和地线，电源I的输出线与休眠控制器1连接；电源II与电源III包括输入线、输出线、控制线和地线，电源II的输出线与嵌入式主机连接，电源III的输出线与无线网络接入设备连接，电源II、电源III的控制线分别与休眠控制器1连接，如图2所示；
所述的无线网络接入设备遥控接口3包括信号耦合电路和门限调整电路两部分，所述的无线网络接入设备遥控接口3中的信号耦合电路是由既能实现信号耦合又能防止电路干扰的电路组成，如光电耦合电路、变压器耦合电路等；无线网络接入设备遥控接口3可以由信号耦合电路和门限调整电路依次连接组成，也可以由门限调整电路和信号耦合电路依次连接组成；
所述的休眠控制器1与多路可控电源2中的电源I的输出线连接，由多路可控电源2中的电源I为休眠控制器1供电；休眠控制器1与多路可控电源2中的电源II、电源III的控制线分别连接，由休眠控制器1通过多路可控电源2分别控制嵌入式主机和无线网络接入设备的关闭和开启：无线网络接入设备遥控接口3的输入与无线网络接入设备连接，无线网络接入设备遥控接口3的输出与休眠控制器1连接；休眠控制器1与嵌入式主机连接，无线网络接入设备的天线馈线与天线连接，无线网络接入设备的网线与嵌入式主机连接，如图2所示；
所述的休眠控制器1、多路可控电源2、无线网络接入设备遥控接口3按照上面的连接方式构成本发明的无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置，如图2所示。
需要说明的是：
所述的休眠控制器1当嵌入式主机休眠时仍保持工作，它可以独立存在，也可以和应用系统其他功能共用硬件资源；在未进入休眠模式时，休眠控制器可以协同嵌入式主机完成一些应用功能，如数据处理，图像采集等，此时休眠控制器从嵌入式主机接收指令；当进入休眠模式时，嵌入式主机关闭，休眠控制器从无线网络接入设备遥控接口接收指令，实现各种形式地休眠；休眠控制器可以关闭和开启嵌入式主机电源，还可以关闭和开启无线网络接入设备电源，如有需要，还可以关闭和开启其他各种外设电源。
所述的多路可控电源2输入电源一般由蓄电池、普通电池提供，也可以使用交流整流电源或开关电源提供直流电源；多路可控电源的输入可由一个总电源提供，各路电源根据设备要求分别输出设备所需的电压；多路可控电源包括至少三路输出电源，并且至少有两路能直接由休眠控制器输出的电平信号控制，以实现嵌入式主机和无线网络接入设备的分别开启和关闭；如还需控制其他外设电源，可以根据情况增加输出电源路数；多路可控电源还应包括良好的滤波电路、良好的稳压性能，以保证输出电源符合休眠控制器、嵌入式主机、无线网络接入设备和其他外设的要求。
所述的无线网络接入设备遥控接口3的特点是：(1)信号耦合电路实现良好的隔离设计，保证在无线网络接入设备和其他电路之间不会产生电信号的互相干扰；(2)门限调整电路保证不会因收到无线干扰信号而错误动作，保证收到有效信号时可靠动作。
本发明提供的无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置，利用无线网络接入设备的地址识别功能有选择的接收无线信号中的特殊指令，保证只有当基站发出指令中的地址与该无线网络接入设备地址相同时，才允许将该指令传送给休眠控制器。
本发明提供一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的方法，其特征是所述的休眠和唤醒控制方法采用下面的步骤实现，流程图如图3所示：
步骤1：休眠控制器启动；
步骤2：嵌入式主机上电启动；
步骤3：嵌入式主机接收通过无线网络接入设备传来的基站指令，判断收到的基站指令是否是休眠控制器操作指令：如是则将指令送入休眠控制器，转入步骤5，否则继续执行步骤4；
步骤4：嵌入式主机执行各种应用功能工作，同时转入步骤3继续接收基站指令；
步骤5：休眠控制器收到由嵌入式主机传送的基站指令后，按照基站遥控指令进行操作：如果基站遥控指令要求关闭嵌入式主机，则转入步骤6；否则休眠控制器按照基站指令的要求改变工作模式，转入步骤4；
步骤6：嵌入式主机进行数据存盘，退出嵌入式主机操作系统；
步骤7：休眠控制器执行休眠操作：如当前模式是待机休眠模式，则休眠控制器控制多路可控电源关闭嵌入式主机电源，转入步骤9；如当前模式是定时全关闭模式，则休眠控制器控制多路可控电源关闭嵌入式主机和无线网络接入设备电源，继续执行步骤8；
步骤8：休眠控制器定时时间(该定时时间由基站指令确定)结束后，休眠控制器控制多路可控电源开启无线网络接入设备电源；
步骤9：休眠控制器等待接收基站通过无线网络接入设备和无线网络接入设备遥控接口传送的唤醒信号，接收到唤醒信号后休眠控制器控制多路可控电源开启嵌入式主机电源，转入步骤2，否则继续等待接收。
经过以上步骤，休眠控制器与嵌入式主机协同工作，就可以实现无线网络中远程控制休眠和唤醒。
需要说明的是：
所述的无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的方法，通常以软件模块的形式嵌入到相关应用的大型软件系统中，作为大型软件中的一个组成部分，专门完成休眠和唤醒的模式选择、参数控制、动作执行等。
所述的无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的方法实现的功能为：(1).通过基站遥控指令，触发中断服务程序，将嵌入式主机电源启动触发信号送到多路可控电源相应端子；(2)根据基站指令和参数，控制无线网络接入设备的关闭、开启、休眠定时和周期开启等各种功能；(3).有多个程序用以保证整个系统运行的可靠性；(4).保证嵌入式主机开关机所需延迟时间。
所述的无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的方法能保证无论嵌入式主机采用何种方式关机，当进入唤醒过程以后，能在多路可控电源恢复供电后自动完成所有自检和引导过程，启动应用程序，完成与基站通信联络，并按照基站命令进入某一种正常工作模式。
所述的待机休眠模式的优点是唤醒响应速度快，缺点是节电效果不能达到最佳，无线通信模块部分仍然耗电(实验中总节电约63％)，一般用于短时休眠，随时需要唤醒的情况；定时全关闭模式的优点是节电效果好(实验中节电达95％)，缺点是在定时未结束时不能唤醒。通过软件设置，还可以设计出复杂的休眠模式，将以上两种休眠方式有机的结合起来，例如周期性的设置定时全关闭模式30分钟，待机休眠模式5分钟等。通过各种灵活的组合搭配，可以设计出各种方式的休眠和关闭时间，在实际应用中取得良好的使用性能和的节电效果。
本发明的实质是通过提供一种无线网络中实现远程控制休眠和唤醒的装置及方法，实现对嵌入式主机、无线网络接入设备及其他外设的远程休眠和唤醒，能根据网桥地址进行寻址，能可靠控制并防止误动，待机时高度节省电能，延长电池和设备的使用寿命，减少各种无线移动应用设备的体积、重量和成本，能应用于无线计算机网络及其各种应用系统。
本发明的创新是：与现有的无线计算机网络技术相比，本发明可以通过远程控制休眠和唤醒，方便的对嵌入式主机、无线网络接入设备和其他外设电源有选择的控制关闭或开启，可以使得基于WLAN的大数据量传输、无线测控、监控、遥控、自控等系统，都能在非常节省能源的情况下运行。
本发明具有以下优点：
1.节能和环保：通过远程有选择性的唤醒和休眠，可以使基于WLAN的数据传输和控制，都能在非常节省能源的条件下运行(在实例中实际节能最高可达95％)，同时符合环保概念。
2.实现无人值守：可以方便的实现无线测控、监控、遥控、自控等前端站无人值守系统的控制，也可用于机器人、无人飞机、无人舰船等无人设备的遥控控制。
3.系统可靠性高：系统具有地址识别能力和良好的隔离设计，能根据网桥(或者其他无线设备)地址进行寻址，保证不因无线干扰信号而错误动作，从而可以实现可靠控制并防止误动。
4.减少电磁辐射和干扰，节省频谱资源：由于网桥不工作时可以完全断电，因此可以最大程度的减少电磁辐射和对其他通信设备的干扰，同时节省了频谱资源。
5.延长电池和设备的使用寿命。
6.由于解决了整个系统的节电问题，大幅度减少了各种无线移动应用设备的体积、重量和成本。
7.具实用性、先进性。
本发明可以使得基于WLAN的大数据量传输、无线测控、监控、遥控、自控等系统，都能在非常节省能源的情况下运行，这就使得原来许多受电池供电时间限制的嵌入式主机无线应用系统的实现从不可能变成可能，从只能在实验室运行的样机变成现实的商品，也可以将本发明中的无线网络接入设备遥控接口及休眠控制器等与目前市场上畅销的无线网络接入设备产品集成在一个设备中，形成功能更强的新产品。
本发明的应用前景非常广阔，它可以应用于无线计算机网络应用系统、Internet、无人值守监测网络(音频、视频)等各种无线远程控制领域中，例如各种带无线通信的机器人系统、无人值守的海上浮标式监测系统、无人驾驶舰艇、无人驾驶飞机、无人驾驶陆上交通工具、无人值守雷达站、无人值守环保排污和江河湖海水质在线监测系统……本发明技术的应用会深入到社会的各行各业，由于本文篇幅所限，无法一一列举其应用范围。本发明主要应用于802.11系列协议的产品，而802.11系列协议又是当前通信电子行业中最有活力的新技术，且最有可能成为移动通信第四代(4G)多媒体手机的标准。
综上所述，本发明可以促使许多现有及今后的新技术产品化、市场化，在与其他新技术结合后，可以创造很高的经济效益。
附图说明
图1是本发明实现无线网络中远程控制休眠和唤醒的系统结构示意图
图2是本发明实现无线网络中远程控制休眠和唤醒的装置图
其中，1是休眠控制器，2是多路可控电源，3是无线网络接入设备遥控接口。
图3是本发明实现无线网络中远程控制休眠和唤醒的方法程序流程图
其中，图示的标号1，2…表示执行步骤，顺序与前述的实现无线网络中远程控制休眠和唤醒的方法步骤相同。
具体实施方式举例
海上水声远程监测系统：
海上水声远程监测系统中，用低功耗单片机实现休眠控制器、嵌入式586主板实现嵌入式主机、IEEE802.11b无线网桥实现无线网络接入设备，以上设备以及笔记本硬盘、数据采集卡等均由锂电池供电。该系统在休眠控制器和嵌入式主机之间设置双口RAM用作数据缓冲，多路可控电源采用多个DC-DC(直流-直流变换器模块)实现不同的电压变换。该系统采用全向天线，海上无线通信距离达7-10公里。系统可以通过水声信号传感器采集水声信号，经程控放大，A/D变换，缓冲存储，压缩，加密等处理后，通过无线传送到基站。操作人员利用该系统可以在基站实时观测水声信号的波形、频谱等，还具有GPS定位等其他一些功能。采用本发明的技术以后，由锂电池供电待机时最大节电达到95％，大大延长了电池和设备的使用寿命，实现了节能、环保和无人值守，提高了系统可靠性，大幅度减少了设备的体积、重量和成本。