一种物联网终端设备及其睡眠控制方法技术

本申请公开了一种物联网终端设备，通过基于睡眠控制的状态机及其运行机制来实现超低功耗的睡眠控制。所述睡眠控制的状态机定义了所述物联网终端设备的五种状态，分别是功耗依次降低的活跃态S0、待机态S1、长待机态S2、深睡眠态S3和关机态S4。所述睡眠控制的状态机的运行机制是：当所述物联网终端设备在某个状态下进入睡眠期以后，只有在经过一段时间的等待期满后，才能进入功耗更低的下一个状态；功耗越低的状态，其中的睡眠期的时长就越长；反之亦然。上述物联网终端设备设计了三个包含睡眠期的状态，通过运行机制进行状态切换，可以极大地降低物联网终端设备的功耗。

An Internet of things terminal device and its sleep control method

【技术实现步骤摘要】
一种物联网终端设备及其睡眠控制方法
本申请涉及一种物联网终端（IoTTerminal）设备的自适应省电控制技术。
技术介绍
物联网终端具有强覆盖、低成本、超低功耗、大连接这四个关键特点，其中超低功耗是物联网终端区别于传统无线通信终端的最显著特点。例如基于5000mAh的AA电池，物联网终端的功耗目标是使用寿命超过10年。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种具有超低功耗的物联网终端。为此，本申请还要提供相应的物联网终端的睡眠控制方法。为解决上述技术问题，本申请公开了一种物联网终端设备，包括处理器、电源管理单元、定时器组、存储器和外部中断响应单元。所述处理器用来处理一种或多种物联网通信协议。所述电源管理单元用来为所述物联网终端设备提供电源管理、睡眠控制服务；所述电源管理单元与处理器处理的物联网协议配合，通过基于睡眠控制的状态机及其运行机制来实现超低功耗的睡眠控制。所述睡眠控制的状态机定义了所述物联网终端设备的五种状态，分别是功耗依次降低的活跃态S0、待机态S1、长待机态S2、深睡眠态S3和关机态S4。活跃态S0是指物联网终端设备执行搜网、小区驻留和小区注册过程、准备发起或响应业务、建立与网络端的上行和下行通信链接；或处在业务进行、链接维持阶段。待机态S1是指物联网终端设备维持待机状态，处理器停止工作，其他部件维持工作。长待机态S2是指物联网终端设备的处理器、外部设备和总线时钟停止工作，电源管理单元、定时器组、外部中断响应单元保持待机状态，等待事件触发唤醒。深睡眠态S3是指物联网终端设备将内存数据写入非易失性存储器中，除定时器组、外部中断响应单元以外的其他系统部件停止工作。关机态S4是指物联网终端设备关闭、未上电。所述睡眠控制的状态机的运行机制是：当所述物联网终端设备在某个状态下进入睡眠期以后，只有在经过一段时间的等待期满后，才能进入功耗更低的下一个状态；功耗越低的状态，其中的睡眠期的时长就越长；反之亦然。所述定时器组包括一组定时器，用来提供不同时长的定时服务。所述存储器是非易失性存储器，用来支持所述物联网终端设备在待机态S1下睡眠时、长待机态S2下睡眠时、以及深睡眠态S3下睡眠时存储必要的信息。所述外部中断响应单元用来支持所述物联网终端设备立即响应外部事件、并从待机态S1下睡眠时、长待机态S2下睡眠时、以及深睡眠态S3下睡眠时唤醒。上述物联网终端设备设计了三个包含睡眠期的状态，通过运行机制进行状态切换，可以极大地降低物联网终端设备的功耗。进一步地，所述待机态S1下定义了待机周期，每个待机周期包含一个唤醒期和第一睡眠期；在唤醒期内物联网终端设备侦听寻呼消息、或实施无线信号测量、或接收系统广播消息；此后没有其他事件需要处理则进入第一睡眠期，直到下一个待机周期开始，如此往复。这是一种优选的实现方式。进一步地，所述待机周期的取值为128ms、256ms、512ms、1024ms、2048ms、4096ms中的任一种；所述唤醒期的长度为几个到几十个ms。这是一个优选的取值范围。进一步地，所述长待机态S2下定义了长待机周期；每个长待机周期包含一个长待机等待期和第二睡眠期；一个长待机等待期又包含了NS2个待机周期；在长待机等待期内，物联网终端按照待机态S1的待机周期处理；在长待机等待期期满后，若物联网终端没有其他活跃事件则进入第二睡眠期；第二睡眠期的长度大于第一睡眠期的长度。这是一种优选的实现方式。进一步地，所述长待机周期的取值为8s、16s、32s、64s、128s、256s、512s、1024s、2048s中的任一种。这是一个优选的取值范围。进一步地，所述NS2的取值范围是1、2或3。这是一个优选的取值范围。进一步地，所述深睡眠态S3下定义了深睡眠周期TS3；每个深睡眠周期包含一个深睡眠等待期和第三睡眠期；一个深睡眠等待期又包含了NS3个长待机周期；在深睡眠等待期内，物联网终端设备按照长待机态S2处理；在深睡眠等待期期满后，若物联网终端没有其他活跃事件则进入第三睡眠期；第三睡眠期的长度远大于第二睡眠期的长度，远大于指大于或等于10倍以上。这是一种优选的实现方式。进一步地，所述深睡眠周期的取值为32min、64min、128min、512min、1024min、2048min中的任一种。这是一个优选的取值范围。进一步地，所述NS3的取值范围是1、2或3。这是一个优选的取值范围。进一步地，所述待机周期、长待机周期、深睡眠周期之间受级差函数f(x)控制而递增；所述长待机等待期、深睡眠等待期之间也受级差函数f(x)控制而递增。这是一种优选的实现方式。进一步地，所述级差函数f(x)为线性函数或指数函数。这是一种优选的实现方式。进一步地，所述处理器还在物联网终端设备在活跃态S0下的业务完成或链接释放后，使物联网终端设备进入待机态S1；所述处理器还在每个待机周期的唤醒期内，侦听寻呼消息、或实施无线信号测量、或接收系统广播消息；若此后没有其他事件需要处理，那么在该待机周期的剩余时间使物联网终端设备将进入第一睡眠期，直到下一个待机周期开始，如此往复；所述处理器还在待机态S1下维持NS2个待机周期后，即达到长待机等待期后，使物联网终端设备进入长待机态S2；所述处理器还在每个长待机周期的长待机等待期内，按照前述方式执行；若此后没有其他事件需要处理，那么在该长待机周期的剩余时间使物联网终端设备将进入第二睡眠期，直到下一个长待机周期开始，如此往复；所述处理器还在长待机态S2下维持NS3个长待机周期后，即达到深睡眠等待期后，使物联网终端设备进入深睡眠态S3；所述处理器还在每个深睡眠周期的深睡眠等待期内，按照前述方式执行；若此后没有其他事件需要处理，那么在该深睡眠周期的剩余时间使物联网终端设备将进入第三睡眠期，直到下一个深睡眠周期开始，如此往复。这是本申请提供的物联网终端设备的一种优选的实现方式。进一步地，所述处理器还在活跃态S0或待机态S1下一旦收到关机命令、且执行完与网络端的去注册过程后、且终止正在执行的事件后，就进入关机态S4；所述处理器还在关机态S4下一旦开机上电或收到激活命令，就进入活跃态S0。这是一种优选的实现方式。本申请还公开了一种物联网终端的睡眠控制方法，包括如下步骤。步骤S610：当物联网终端设备在活跃态S0下的业务完成或链接释放后，进入待机态S1；所述待机态S1定义了待机周期。步骤S620：在每个待机周期的唤醒期内，物联网终端设备侦听寻呼消息、或实施无线信号测量、或接收系统广播消息；若此后没有其他事件需要处理，那么在该待机周期的剩余时间物联网终端设备将进入第一睡眠期，直到下一个待机周期开始，如此往复。步骤S630：当物联网终端设备在待机态S1下维持NS2个待机周期后，即达到长待机等待期，则进入长待机态S2；所述长待机态S2定义了长待机周期。步骤S640：在每个长待机周期的长待机等待期内，按照步骤S620至步骤S630执行；若此后没有其他事件需要处理，那么在该长待机周期的剩余时间物联网终端设备将进入第二睡眠期，直到下一个长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物联网终端设备，其特征是，包括处理器、电源管理单元、定时器组、存储器和外部中断响应单元；/n所述处理器用来处理一种或多种物联网通信协议；/n所述电源管理单元用来为所述物联网终端设备提供电源管理、睡眠控制服务；所述电源管理单元与处理器处理的物联网协议配合，通过基于睡眠控制的状态机及其运行机制来实现超低功耗的睡眠控制；/n所述睡眠控制的状态机定义了所述物联网终端设备的五种状态，分别是功耗依次降低的活跃态S0、待机态S1、长待机态S2、深睡眠态S3和关机态S4；/n活跃态S0是指物联网终端设备执行搜网、小区驻留和小区注册过程、准备发起或响应业务、建立与网络端的上行和下行通信链接；或处在业务进行、链接维持阶段；/n待机态S1是指物联网终端设备维持待机状态，处理器停止工作，其他部件维持工作；/n长待机态S2是指物联网终端设备的处理器、外部设备和总线时钟停止工作，电源管理单元、定时器组、外部中断响应单元保持待机状态，等待事件触发唤醒；/n深睡眠态S3是指物联网终端设备将内存数据写入非易失性存储器中，除定时器组、外部中断响应单元以外的其他系统部件停止工作；/n关机态S4是指物联网终端设备关闭、未上电；/n所述睡眠控制的状态机的运行机制是：当所述物联网终端设备在某个状态下进入睡眠期以后，只有在经过一段时间的等待期满后，才能进入功耗更低的下一个状态；功耗越低的状态，其中的睡眠期的时长就越长；反之亦然；/n所述定时器组包括一组定时器，用来提供不同时长的定时服务；/n所述存储器是非易失性存储器，用来支持所述物联网终端设备在待机态S1下睡眠时、长待机态S2下睡眠时、以及深睡眠态S3下睡眠时存储必要的信息；/n所述外部中断响应单元用来支持所述物联网终端设备立即响应外部事件、并从待机态S1下睡眠时、长待机态S2下睡眠时、以及深睡眠态S3下睡眠时唤醒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种物联网终端设备，其特征是，包括处理器、电源管理单元、定时器组、存储器和外部中断响应单元；
所述处理器用来处理一种或多种物联网通信协议；
所述电源管理单元用来为所述物联网终端设备提供电源管理、睡眠控制服务；所述电源管理单元与处理器处理的物联网协议配合，通过基于睡眠控制的状态机及其运行机制来实现超低功耗的睡眠控制；
所述睡眠控制的状态机定义了所述物联网终端设备的五种状态，分别是功耗依次降低的活跃态S0、待机态S1、长待机态S2、深睡眠态S3和关机态S4；
活跃态S0是指物联网终端设备执行搜网、小区驻留和小区注册过程、准备发起或响应业务、建立与网络端的上行和下行通信链接；或处在业务进行、链接维持阶段；
待机态S1是指物联网终端设备维持待机状态，处理器停止工作，其他部件维持工作；
长待机态S2是指物联网终端设备的处理器、外部设备和总线时钟停止工作，电源管理单元、定时器组、外部中断响应单元保持待机状态，等待事件触发唤醒；
深睡眠态S3是指物联网终端设备将内存数据写入非易失性存储器中，除定时器组、外部中断响应单元以外的其他系统部件停止工作；
关机态S4是指物联网终端设备关闭、未上电；
所述睡眠控制的状态机的运行机制是：当所述物联网终端设备在某个状态下进入睡眠期以后，只有在经过一段时间的等待期满后，才能进入功耗更低的下一个状态；功耗越低的状态，其中的睡眠期的时长就越长；反之亦然；
所述定时器组包括一组定时器，用来提供不同时长的定时服务；
所述存储器是非易失性存储器，用来支持所述物联网终端设备在待机态S1下睡眠时、长待机态S2下睡眠时、以及深睡眠态S3下睡眠时存储必要的信息；
所述外部中断响应单元用来支持所述物联网终端设备立即响应外部事件、并从待机态S1下睡眠时、长待机态S2下睡眠时、以及深睡眠态S3下睡眠时唤醒。


2.根据权利要求1所述的物联网终端设备，其特征是，所述待机态S1下定义了待机周期，每个待机周期包含一个唤醒期和第一睡眠期；在唤醒期内物联网终端设备侦听寻呼消息、或实施无线信号测量、或接收系统广播消息；此后没有其他事件需要处理则进入第一睡眠期，直到下一个待机周期开始，如此往复。


3.根据权利要求2所述的物联网终端设备，其特征是，所述待机周期的取值为128ms、256ms、512ms、1024ms、2048ms、4096ms中的任一种；所述唤醒期的长度为几个到几十个ms。


4.根据权利要求2所述的物联网终端设备，其特征是，所述长待机态S2下定义了长待机周期；每个长待机周期包含一个长待机等待期和第二睡眠期；一个长待机等待期又包含了NS2个待机周期；在长待机等待期内，物联网终端按照待机态S1的待机周期处理；在长待机等待期期满后，若物联网终端没有其他活跃事件则进入第二睡眠期；第二睡眠期的长度大于第一睡眠期的长度。


5.根据权利要求4所述的物联网终端设备，其特征是，所述长待机周期的取值为8s、16s、32s、64s、128s、256s、512s、1024s、2048s中的任一种。


6.根据权利要求4所述的物联网终端设备，其特征是，所述NS2的取值范围是1、2或3。


7.根据权利要求4所述的物联网终端设备，其特征是，所述深睡眠态S3下定义了深睡眠周期TS3；每个深睡眠周期包含一个深睡眠等待期和第三睡眠期；一个深睡眠等待期又包含了NS3个长待机周期；在深睡眠等待期内，物联网终端设备按照长待机态S2处理；在深睡眠等待期期满后，若物联网终端没有其他活跃事件则进入第三睡眠期；第三睡眠期的长度远大于第二睡眠期的长度，远大于指大于或等于10倍以上。


8.根据权利要求7所述的物联网终端设备，其特征是，所述深睡眠周期的取值为32min、64min、128min、512min、1024min、2048min中的任一种。


9.根据权利要求7所述的物联网终端设备，其特征是，所述NS3的取值范围是1、2或3。


10.根据权利要求7所述的物联网终端设备，其特征是，所述待机周期、长待机周期、深睡眠周期之间受级差函数f(x)控制而递增；所述长待机等待期、深睡眠等待期之间也受级差函数f(x)控制而递增。


11.根据权利要求10所述的物联网终端设备，其特征是，所述级差函数f(x)为线性函数或指数函数。


12.根据权利要求1所述的物联网终端设备，其特征是，所述处理器还在物联网终端设备在活跃态S0下的业务完成或链接释放后，使物联网终端设备进入待机态S1；所述处理器还在每个待机周期的唤醒期内，侦听寻呼消息、或实施无线信号测量、或接收系统广播消息；若此后没有其他事件需要处理，那么在该待机周期的剩余时间使物联网终端设备将进入第一睡眠期，直到下一个待机周期开始，如此往复；所述处理器还在待机态S1下维持NS2个待机周期后，即达到长待机等待期后，使物联网终端设备进入长待机态S2；所述处理器还在每个长待机周期的长待机等待期内，按照前述方式执行；若此后没有其他事件需要处理，那么在该长待机周期的剩余时间使物联网终端设备将进入第二睡眠期，直到下一个长待机周期开始，如此往复；所述处理器还在长待机态S2下维持NS3个长待机周期后，即达到深睡眠等待期后，使物联网终端设备进入深睡眠态S3；所述处理器还在每个深睡眠周期的深睡眠等待期内，按照前述方式执行；若此后没有其他事件需要处理，那么在该深睡眠周期的剩余时间使物联网终端设备将进入第三睡眠期，直到下一个深睡眠周期开始，如此往复。


13.根据权利要求12所述的物联网终端设备，其特征是，所述处理器还在活跃态S0或待机态S1下一旦收到关机命令、且执行完与网络端的去注册过程后、且终止正在执行的事件后，就进入关...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海涛，丛丹，马建平，
申请(专利权)人：翱捷科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31