Wakeup receiver for wireless sensor networks

Abstract

Die sinkenden Kosten der Produktion von Low-Power Silikon Technologien und intelligente Strategien zur Verringerung des Leistungsverbrauchs haben zu einer hohen Wünschbarkeit der schnurlosen Kommunikation für Sensornetzwerke geführt. Zwischen den verschiedenen Anwendungsgebieten für solche Netzwerke, unter anderem Gebäudeautomation, Fahrzeugautomation sowie Container Tracking, gibt es einen gemeinsamen Bedarf an Knoten, die komplett eigenständig sind und mehrere Jahre mit einem Akkumulator funktionieren. Ein langes Leben ist normalerweise mit der zeitlichen Einteilung der aktiven und inaktiven Periode der Knoten und mit der Synchronisation der Kommunikation erreichbar. Die vorliegende Arbeit schlägt einen besonderen Funkempfänger vor, genannt "Wakeup Receiver", der eine Kommunikation ohne zeitliche Einteilung ermöglicht, und der keines komplizierten Synchronisationsverfahrens bedarf. Diese Entwicklung ermöglicht das Aktivieren der Knoten auf Verlangen und ergibt eine viel energieeffizientere Strategie und Kommunikation. Die Auswirkung auf die ganze Energie des Netzwerks wird durch eine integrierte Schaltung analysiert. Zum Schluss wird eine Implementierung des Empfängers vorgestellt, die im Rahmen des erwarteten Leistungsverbrauchs funktioniert. Mit der vorgeschlagenen Lösung werden Sensornetzwerke in Leistungsverbrauch und Kommunikation an Effizienz gewinnen, damit werden die Implementierungen und Anwendungen in ihren Anwendungsgebieten viele Vorteile bringen.<br />

Sinking costs in the production of low power silicon technologies and intelligent energy saving strategies have lead to wireless communication for sensor networks becoming highly desirable. In the different fields of application for such networks, which include building automation, car automation or container tracking, there is a common need to have nodes which are completely self-sufficient and last several years on battery operation. A long life is usually realized by scheduling periodical power-ups and power-downs of the node and synchronizing the communications. This work proposes a particular radio receiver called Wakeup Receiver, which allows incoming communication without schedule, removing the constraint of complicated synchronization protocols. This design allows for powering up the nodes on-demand, resulting in much more efficient energy saving strategies and communications. The impact on the overall network energy is also analyzed using a proof of concept custom integrated circuit. Finally, the implementation of the receiver is presented, which performs within the range of expected power consumption. With the proposed solution, sensor networks will achieve efficiency in energy consumption and communication, such that their implementation and utilization will bring great advantages to their application fields.