CN101969453B - 窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法，其中，窄带数据通信的末端网系统，包括至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息，实现了末端网点之间点对点通信，并且简单易用、近距离、低速率、低功耗，市场定位非常廉价，还支持TCP/IP协议，支持嵌入式应用的器件，适用于大型网络的高可靠性双向无线通信技术。本发明的无线窄带通信技术对当前我国物联网和无线家庭网络的应用将起到支撑作用，有无限的发展潜力。

Description

窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及窄带数据通信的系统及末端网系统进行通信的方法。

背景技术

随着个人计算机和因特网在家庭中的迅速普及，信息家电智能化程度的提高，以及无线电技术、通信技术和微处理器技术不断发展，家庭网络特别是简单、灵活与可靠的无线家庭网络日益受到人们的关注。

目前，无线家庭网络技术的应用主要集中在高速率方面，研究重点始终放在提高数据的传输速度上，而且提高了还要求更高。例如，IEEE 802.11标准(Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师协会)从起初802.11标准的2Mbps(million bits per second，兆比特每秒)到802.11b[即Wi-Fi(Wireless Fidelity，基于IEEE 802.11b标准的无线局域网)]的11Mbps，再到后来802.11a/g的54Mbps。

Home-RF标准(Home Radio Frequency，家居射频)也是从起初HomeRF 1.0的2Mbps到后来HomeRF2.0的10Mbps；HiperLAN标准(high-performance radio local area network，高性能无线局域网)也是从起初的HiperLAN1的24Mbps到后来HiperLAN2的54Mbps。

人们对低速率无线的应用一直很少关注，但这并不说明低速率应用不重要，事实上，低成本低速率应用比高速率应用更贴近人们的日常生活。

目前家庭区域无线组网技术中，主要利用红外技术或者蓝牙技术，实现小范围内的移动组网和无线接入。然而，红外技术只支持点对点的视距连接，收发装置的光路易受阻，无法绕过障碍物，使其通信距离短。而蓝牙技术的高带宽特性使它更适合于音频、视频、图像等多媒体设备，以及需要经常交换大量数据的设备，使其不适合无线窄带的数据传输。

因而现有无线窄带通信技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法，能实现无线窄带数据的可靠传输。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种窄带数据通信的末端网系统，其中，包括至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息；

所述末端网点包括：用于接收和发送控制指令信息的天线，用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的管理模块，及用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；所述天线、管理模块和应用电路依次连接。

所述的窄带数据通信的末端网系统，其中，所述管理模块包括：

用于发送和接收控制指令信息，并对该控制指令信息进行调制与解调，帧定时恢复的射频收发器；

用于对控制指令信息输入和输出进行控制的射频前置器；

用于对所述控制指令信息进行处理，并控制应用电路执行相应的控制指令的微处理器；

用于存储数据的存储器；

所述射频前置器、射频收发器、微处理器和存储器依次连接。

所述的窄带数据通信的末端网系统，其中，还包括用于在接收末端网点发送的控制请求信息后，向其它末端网点发送控制指令信息，或者直接向末端网点发送控制指令信息的控制模块，所述控制模块与所述末端网点无线连接；

所述末端网点还用于向控制模块发送控制请求信息，或者接收控制模块发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

所述的窄带数据通信的末端网系统，其中，还包括用于在接收末端网点发送的请求信息后，向其它末端网点发送控制指令信息，或者直接向末端网点发送控制指令信息的控制模块，所述控制模块设置在所述末端网点内；

所述末端网点还用于向所述控制模块发送控制请求信息，或者接收控制模块发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

所述的窄带数据通信的末端网系统，其中，所述管理模块上设置有进行传输确认判断和帧确认判断的判断单元，所述判断单元与所述微处理器连接。

所述的窄带数据通信的末端网系统，其中，所述无线窄带采用频率小于64K的信号进行数据传输。

一种窄带数据通信的总系统，其中，包括总网管单元、至少一个与该总网管单元连接的子网系统和至少一个与该总网管单元连接的末端网系统；

所述子网节点包括：用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的节点管理模块和用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；

所述末端网系统包括：至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息；

所述末端网点包括：用于接收和发送控制指令信息的天线，用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的管理模块，及用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；所述天线、管理模块和应用电路依次连接。

一种窄带数据通信的总系统，其中，包括总网管单元、至少一个子网系统和至少一个末端网系统，所述总网管单元与所述子网系统和末端网系统连接；其中

所述子网系统包括子网管单元、至少一个子网节点和至少一个末端网系统，所述子网管单元与子网节点和末端网系统连接；

所述子网节点包括：用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的节点管理模块和用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；

所述末端网系统包括：至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息；

所述末端网点包括：用于接收和发送控制指令信息的天线，用于组网、通信管理和对所述控制指令信息进行处理的管理模块，及用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；所述天线、管理模块和应用电路依次连接。

一种末端网系统中的无线窄带数据进行通信的方法，其中，包括以下步骤：

A1、由一个末端网点以无线的方式向其它末端网点发送控制指令信息，并判断是否有载波，如果有载波，则重发送该控制指令信息；否则，执行步骤B1；

B1、由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并判断是否有冲突，如果没有冲突，则执行步骤C1；

C1、由所述末端网点将该控制指令信息一次发送完；

D1、由所述其它末端网点接收所述控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

所述的无线窄带数据通信的方法，其中，在所述步骤B1判断有冲突时，执行以下步骤：

C11、由所述末端网点向其它末端网点发送阻塞信号，并判断该阻塞信号是否发送成功，如果是，则执行步骤C12，否则，放弃发送所述控制指令信息；

C12、由所述末端网点将所述控制指令信息做延时处理，并返回步骤A。

一种末端网系统中的无线窄带数据进行通信的方法，其中，包括以下步骤：

A2、由控制模块以无线的方式向末端网点发送控制指令信息，并判断是否有载波，如果有载波，则重发送该控制指令信息；否则，执行步骤B2；

B2、由控制模块向该末端网点发送一帧信息，并判断是否有冲突，如果没有冲突，则执行步骤C2；

C2、由控制模块将该控制指令信息一次发送完；

D1、由所述末端网点接收所述控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

所述的无线窄带数据通信的方法，其中，在所述步骤B2判断有冲突时，执行以下步骤：

C21、由所述控制模块向末端网点发送阻塞信号，并判断该阻塞信号是否发送成功，如果是，则执行步骤C22，否则，放弃发送所述控制请求信息；

C22、由所述控制模块将所述控制请求信息做延时处理，并返回步骤A2。

本发明提供的一种窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法，其末端网系统中包括至少两个末端网点，每个末端网点之间通过无线的方式连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，或者执行其它末端网点发送的指控指令，实现了末端网点之间点对点通信，而且简单易用、近距离、低速率、低功耗，市场定位非常廉价，并且支持TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议)，支持嵌入式应用的器件，适用于大型网络的高可靠性双向无线通信技术。本发明的无线窄带通信技术对当前我国物联网和无线家庭网络的应用将起到支撑作用，有无限的发展潜力。

附图说明

图1为本发明无线窄带数据通信末端网系统的结构框图；

图2为本发明末端网系统中的末端网点的网络拓扑结构示意图；

图3为本发明末端网系统中的末端网点的结构框图；

图4为本发明管理模块的结构框图；

图5为本发明末端网点的电路原理图；

图6为本发明实施例一无线窄带数据通信末端网系统的架构图；

图7为本发明实施例二无线窄带数据通信末端网系统的架构图；

图8为本发明实施例三无线窄带数据通信末端网系统的架构图；

图9为本发明末端网点之间通信的方法流程图；

图10为本发明控制模块与末端网点之间通信的方法流程图；

图11为本发明简化协议栈与ISO TCT/IP结构对应关系图；

图12为本发明末端网系统用于家居楼宇自动控制的应用示意图；

图13为本发明窄带数据通信的子网系统的结构框图；

图14为本发明窄带数据通信的总网系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供了窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法，致力于窄带宽应用，最大带宽不超过64Kbps，主应用带宽定义在几K级的，本发明提供的系统和器件适合于采集信号和传送控制命令，将与其他技术一起形成家庭区域无线组网的互补技术。

在人们的生活当中，有更多低速率的通信，能实现简单易用、近距离、低速率、低功耗，支持TCP/IP协议，极廉价的市场定位，支持嵌入式应用的器件，适用于大型网络的高可靠性双向无线通信技术，这种技术和器件，对当前我国物联网和无线家庭网络的应用将起到支撑作用，有无限的发展潜力。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的窄带数据通信的末端网系统，用于利用窄带通过无线方式传输数据，在传输数据时采用频率小于64K的信号进行传输。请参阅图1和图6，所述末端网系统包括至少两个末端网点100，在该末端网系统中，末端网点的数量一般不超过255个，当该系统用于家居控制时，根据一般家庭用户的要求设置为20-200个。

其中，每一个末端网点100与该末端网系统中的其它末端网点100之间通过无线的方式相互连接，用于接收其它末端网点100发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息。在本实施试中，每一末端网点均可设置唯一的标识，以防止邻近网络引起的控制问题或干扰。

请参阅图2，图2为末端网系统中的末端网点的网络拓扑结构示意图，图2中的圆圈表示一个末端网点100，实线表示各末端网点100(如图2中的圆圈)的连接状态，A、B、C、D和E之间连接的粗线表示一个连通，从A到E有多种通路，但A、B、C、D和E的粗线表示一优先通路，如果该通路中间有任何阻断，系统会自动选择其它通路实现连通。

该系统中采用的网状网络拓扑结构，也称“多跳”网络，任何一种末端网点都可以作为路由器或接入点，网状网络可通过多条路径传输数据，从而提高了网络带宽的有效性和传输的可靠性。通过多次“短跳”实现数据传输，这样可以使得数据传输距离最短，(譬如A到E的粗线)，从而不仅让数据丢失、干扰等问题的几率降低，而且可获得更高带宽。使用网状网络结构还可以让许多末端网点通过不同节点同时接入网络，实现在不同的空间中同时数据传输，并且不会降低系统性能。

请一并参阅图3，所述的末端网点100包括依次连接的天线101，管理模块102和应用电路103。所述天线101通过天线接口(图中未示出)与管理模块102连接，应用电路103通过设置在管理模块102通用接口与管理模块102连接。

所述天线101用于以射频的方式接收和发送控制指令信息，管理模块102用于将一个末端网系统内的末端网点100进行组网，及进行通信管理，并对接收和需要发送的控制指令信息进行处理。应用电路103中设置有各种识别、传感、控制器，用于根据控制指令信息执行相应的控制指令操作。其中应用电路是实现具体功能的信息采集前端和执行部件，如信息采集，通过管理模块接口采集模拟和数字量，如执行部件，通过管理模块接口触发开关、发出执行指令、输出电压电流等。

请参阅图4和图5，所述的管理模块102包括依次连接的射频前置器1021、射频收发器1022、微处理器1023和存储器1024。其中，所述射频前置器1021用于对控制指令信息输入和输出进行控制，并匹配接口天线。

射频收发器1022用于发送和接收控制指令信息，并对该控制指令信息进行调制解调和帧定时恢复。微处理器采用8051内核，用于对控制指令信息进行处理，并控制应用电路执行相应的控制指令，存储器1024用于存储数据。其中，射频收发器1022负责通信，包括对接收的信号进行解包分析，发送给微处理器1023处理。如果管理模块需要与外界通信，则负责信息打包，选择发送路径和发送后处理，在通信过程中，根据通信协议与外界交互信息。

本实施例中，管理模块102可以制成一块集成芯片，并且采用容易实现，抗噪声与抗衰减的性能好的FSK(Frequency-shift keying，频移键控)调制解调方式，其包括BFSK(Binary Frequency Shift Keying，二进制频移键控)和GFSK(GFSK-Gauss frequency Shift Keying，高斯频移键控)。在射频收发器1022、微处理器1023之间设置有一数/模转换装置1025用于射频收发器1022接收的信号进行数模转换。

并且该管理模块102内还设置有一判断单元1026，该判断单元与所述微处理器1023连接，用于在发送控制指令时进行传输确认判断和帧确认判断，使微处理器1023根据判断的结果将控制指令信息一次发送完毕，或者重新发送控制指令信息，或者放弃发送。使本发明的末端网点具有双向应答式的传送确认、帧确认、重新传输、冲突避免、帧检验以及数据包路由确保全网覆盖等功能。

本实施例中，所述末端网系统采用优化的压缩协议栈，支持TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议)协议，能与互联网、本地以太网、其它有线和无线数字网无缝融合，能实现大规模智能组网。

所述末端网点的射频部分采用多载波窄带调制的OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)技术，在子信道上的信号带宽小于信道的带宽，以此获得子信道上的频率平坦性衰落特性。在窄带平坦子信道上获得更大的信道容量，可以成倍提高通信系统的容量和频谱效率。

并且，所述末端网系统的工作方式采用眨眼为主的工作机理，末端网系统采用的主速率定义为9.6KBPS(kilobits per second千位/秒)。该系统在正常情况下，很长时间通信一次，每次的数据只有几个Byte(字节)。因而如果采用电池供电的系统可以支持系统数年，并且还可以利用太阳能、光能等自然能源永久供电，实现环保。

为了提高系统的反应速度，该末端网系统还采用了快速的唤醒机制，简单地说，整个网络的末端网点大部分时间处于休眠，而需要时可以立即唤醒进入工作。基于系统的睡眠机制和快速唤醒机制均通过现有的软件控制，在此不再赘述。

请继续参阅图6，其为本发明第一实施例的末端网系统架构图，在该系统中末端网点100通过其管理模块进行组网，并且在该系统中具有一个网关200，网关通信模式涵盖相邻末端网点和网关的所有通信模式。当该末端网系统中的一个末端网点100需要执行控制指令时，通过相邻的末端网点向该末端网点发送控制指令，当然该开端网点也可以向相邻的末端网点发送控制指令信息。此处相邻表示在无线控制范围内的两个末端网点。譬如，无线控制的范围为100米，那么在该系统中100米范围内的末端网点100都可以认为是相邻的末端网点。

请参阅图7，其为本发明第二实施例的末端网系统架构图，本实施例的末端网系统中还包括一控制模块300，该控制模块300与末端网点100无线连接，用于接收到末端网点发送的控制请求信息，并向其它末端网点发送控制指令信息，或者直接向末端网点发送控制指令信息。

并且末端网点100还用于向控制模块300发送控制请求信息，或者接收控制模块300发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

本实施例中，简单的控制模块可以是一个集成芯片加一个用户接口(如键盘、显示板)，复杂的控制模块可以是单片机、专用计算机及附属设备。

譬如，当本实施方式的末端网系统应用于一个办公区域的电脑控制系统中，在该办公区域设置有多台电脑和一台服务器，其中，电脑相当于该系统中的末端网点，服务器相当于控制模块。每一台电脑上均设置有一个管理模块，这些电脑和服务器公用一个相同的网关，并且通过无线连接。如果采用现有方式控制，工作人员需要一台一台地关闭或打开电脑，而本发明只需通过用一台电脑向服务器发送关闭或打开其它电脑的控制请求信息，服务器接收到该控制请求信息后，向该办公区域的其它电脑发送控制指令信息，将办公室时的电脑关闭；还可以通过服务器直接向电脑发送控制指令信息，直接将电脑关闭。

请参阅图8，其为本发明第三实施例的末端网系统架构图，本实施例与上述第二实施例的不同之处仅在于，控制模块300设置在末端网点内，其工作方式与第二实施例相同，在此不再赘述。

以上述第三实施例的应用实施例为例，可以在每一台电脑上设置一个控制模块使其成为服务器，每一台电脑都可以直接控制其它电脑的启闭。

为了避免目前广泛的公用免费频段，如2.4GHZ(现无绳电话和微波炉等都工作于该频段，它们之间的干扰不可避免)，本发明的末端网系统采用了公开免费频段，符合全球各国的频谱规范，在组网和传输过程中不需付费，以降低网络运行成本。例如，美国的908.42M，欧洲的868.42M，中国的433M等，都是规范下不繁忙的频段。

本发明的实施例提供的末端网系统可以嵌入到家庭网关系统中，采用数字家庭的最普及模式。例如，双向有线电视宽带机顶盒和其他网关设备，再通过公网或专网实现最大规模的网络覆盖。

基于上述的末端网系统，本发明实施例还对应两种利用该末端网系统中的无线窄带数据通信器件进行通信的方法，以下对这两种无线窄带数据通信的方法进行详细描述：

无线窄带数据可以直接利用末端网点与末端网点之间进行通信，请参阅图9，所述的方法包括以下步骤：

S110、由一个末端网点以无线的方式向其它末端网点发送控制指令信息，并判断是否有载波，如果有载波，则重发送该控制指令信息；否则，执行步骤S120；

在本实施方式中，末端网点通过其管理模块进行组网，形成一种网络拓扑结构的末端网系统，在该系统中的任何一个末端网点都可以向其它末端网点发送数据(即控制指令信息)。

并且，在传输数据时需要在无载波的状态下才能进行，所以在每一个末端网点中的管理模块上设置有判断单元，该判断单元用于进行有无载波的判断。判断单元判断的结果决定数据传输是中止还是继续，这个过程称为传输确认。例如：当判断的结果为有载波时，表示不能进行数据传输，需要将该信息重新发送一次或者多次，如果判断结果为无载波，则执行下述步骤。

S120、由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并判断是否有冲突，如果没有冲突，则执行步骤S130；

当判断单元判断的结果为无载波时，由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并由该判断单元判断这一帧信息在传输时信道是否有冲突，这个判断过程称为帧确认或者帧效验。当判断的结果为无冲突时，系统自动执行步骤S130，当判断结果为有冲突时，系统自动执行步骤S131。

S130、由所述末端网点将该控制指令信息一次发送完；

该末端网系统在传输数据时，需要在无载波、无冲突的条件下进行，所以当判断单元判断数据传输无载波，无冲突时，由该末端网点将该控制指令信息一次发送完毕。

S140、由所述其它末端网点接收所述控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

当一个末端网点向其它末端网点发送控制指令信息时，所述其它末端网点便开始接收该控制指令信息，当该控制指令信息接收完后，接收控制指令信息的末端网点便根据该控制指令执行相应的操作。

S131、由所述末端网点向其它末端网点发送阻塞信号，并判断该阻塞信号是否发送成功，如果是，则执行步骤S132，否则，执行步骤S133；

当判断单元判断的结果为无载波，有冲突时，该末端网点向需接收数据的末端网点发送阻塞信号，表示要占用信道，此时判断单元再判断该阻塞信号是否发送成功，如果发送成功，则执行步骤S132；否则，执行步骤S133、该末端网点放弃本次控制指令信息。

S132、由所述末端网点将所述控制请求信息做延时处理，并返回步骤S110。

当阻塞信号发送不成功时，该末端网点将该控制指令信息做延时处理，再返回步骤S110，这个过程叫重新传输。本发明在窄带数据通信时，通过试通信的方式决定谁先占用数据通道，谁先发送数据，实现可靠的数据传输机制。

无线窄带数据通信可以利用末端网系统中的控制模块与末端网点之间进行通信，请参阅图10，所述的方法包括以下步骤：

S210、由控制模块以无线的方式向末端网点发送控制指令信息，并判断是否有载波，如果有载波，则重发送该控制指令信息；否则，执行步骤S220；

S220、由控制模块向该末端网点发送一帧信息，并判断是否有冲突，如果没有冲突，则执行步骤S230；如果有冲突，则执行步骤S231；

S230、由控制模块将该控制指令信息一次发送完；

S240、由所述末端网点接收所述控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

S231、由所述控制模块向末端网点发送阻塞信号，并判断该阻塞信号是否发送成功，如果是，则执行步骤S232，否则，执行步骤S233；

S232、由所述控制模块将所述控制请求信息做延时处理，并返回步骤S210；

S233、放弃发送所述控制请求信息。

当然在本方式中，还可以通过一个末端网点向控制模块发送控制请求信息，通过控制模块向该末端网中的其它末端网点发送控制指令，控制其它末端网点执行相应操作，由于其数据处理的方式与上述方法相似，因此不再赘述。

本发明无线窄带数据通信的方法，采用少层次的简化协议栈，从而节约网络的开销。请参阅图11，在本实施方式中，简化的协议栈包括五层，依次为射频层、媒介访问控制层(MAC)、传输层、路由层和应用层。为了支持TCP/IP协议，简化协议栈与ISO TCP/IP结构有清晰的对应关系，从而满足无线电、网络协议、设备协议、设备类型和标识认证，并保证系统能与外界的TCP/IP网络互联互通。

其中，本简化协议栈中的路由层与ISO TCP/IP结构中的表示层和会话层对应，媒体访问控制层与ISO TCP/IP结构中的网络层和数据链路层对应，射频层与ISO TCP/IP结构中的物理层对应，本简化协议栈中的应用层和传输层分别与ISO TCP/IP结构中的应用层和传输层一一对应。

根据上述的系统和方法，本发明实施例还对应提供一个末端网系统的应用实施例，请参阅图12，其为家居和楼宇自动控制系统示意图。图中的internet表示因特网，PSTN表示互联网，电源开关、高温器、传感器、门禁/警报、家用电器、智能仪表均表示末端网系统中的末端网点，能源管理表示末端网系统中的控制模块。

当本地的控制模块要打开家用电器中的空调时，如果控制模块和空调是相邻节点(即在无线控制范围内)，那么控制模块可以直接发送控制指令打开空调，如果不是相邻节点，则需通过网络先将控制指令发送到与其相邻的节点，再通过该相邻的节点转发该控制指令，直到控制指令发送出去打开空调，当然执行节点(如此处的空调)具有授权确认功能。

总之，本发明无线窄带数据的末端网系统在进行通信时，一般按以下方式进行：

1、占用信道数据发送的基本条件是无载波，无冲突；

2、当数据发送判断无载波，有冲突时，发送一个要求解决冲突的请求，根据请求的结果决定重发还是放弃。

3、放弃发送的处理有三种可能：一是寻求另外发送路径，二是延时再试，三是存储记录。

4、一个节点逐次向相邻节点要求发送，直到指令发送出去。当全部节点都无法发出时，延时再试，再试的次数可以选择。

基于上述的末端网系统及其通信方法，本发明实施例还提供一种窄带数据通信的子网系统，请参阅图13，该子网系统依次包括子网管单元400、至少一个子网节点(图中未标出)和至少一个末端网系统。图中黑色方框表示子网节点，白色方框表示末端网点。

所述子网管单元400与该系统中的子网节点和末端网系统以有线的方式相互连接，在短距离内也可以采用无线的方式连接。

其中，所述子网节点包括用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的节点管理模块和用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路。

所述节点管理模块与上述管理模块102的功能类似，但其组网方式采用现有有线的组网方式，进行通信管理和对控制指令信息进行处理的方式与相术管理模块的方式相似。

该系统有网络的大架构，保留极大的系统ID(IDentity，身份标识号码)识别空间，并且所有子网节点，网关和末端网点都采用唯一的标识，以防止由于邻近网络(譬如该系统中的其它末端网系统或其相邻节点)而引起的控制问题或干扰，并且在传输数据时采用压缩帧格式、随机式的逆演算法来进一步减少信息的干扰和失真。

并且，该系统也采用简化的压缩协议栈，支持TCP/IP协议，能与互联网、本地以太网、其它有线和无线数字网无缝融合，能实现大规模智能组网。其中，互联网包括传感器网，信息采集网和其他通信量小的应用网络。

基于上述的窄带数据通信的子网系统，本发明实施例还提供一种窄带数据通信的总系统，请参阅图14，其包括总网管单元500、至少一个子网系统和至少一个与该子网系统相邻的末端网系统。其中，所述总网管单元与子网系统和末端网系统以有线的方式连接，用于以有线的方式进行组网。由于以上已对子网系统和末端网系统进行了详细描述，此处关于子网系统和末端网系统的描述，不再赘述。

在本发明的窄带数据通信的总系统中，由多个末端网系统可以组成一个子网系统，多个子网系统可组成一个总网，整个网络架构为树形架构，子网系统可以采用树形和星形混合结构，各级系统通过网关连接。

在该窄带数据通信的总系统中，网络的层次可无线扩充，但各个节点之间必须有明确的隶属关系，任何一个新加入的节点(如末端网点)，可主动发起联网请求，直到加入网络为止。当然该系统中的任何一个节点都可以随时退出网络，在退出网络时有两种机制：一是自动声明退出，二是网络点名不存在时退出。

综上所述，本发明提供的一种窄带数据通信的系统及无线窄带数据通信的方法，其末端网系统中包括至少两个末端网点，每个末端网点之间通过无线的方式连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，或者执行其它末端网点发送的指控指令，实现了末端网点之间点对点通信，并且具有以下有有益效果：

1、本发明采用8051微处理器、FSK调制器、廉价存储器等有效的低成本设计，实现了简单易用、近距离、低速率、低功耗，市场定位非常廉价；

2、本发明窄带通信系统的末端网点间无线数据链路的建立、维护和结束定义完整清晰；确认模式的帧传送与接收定义完整清晰；信道接入控制和帧校验定义完整清晰；还采用了时隙预留机制，其中，时序预留机制是指为固定间隔收发数据的设备(即节点)保留一个时间片，在该时间内其他设备不进行通信，以保证系统有最短的反应时间；节能模式：休眠为主、可配置应用模式，节省了能源消耗。

3、本发明系统中的各个节点采用模块化、通用性和可升级方式，通用指令类和可变帧结构。为了OEM(Original Equipment Manufacture，原始设备制造商)的某些特殊应用(例如电力网、安防网、物流网，移动网)提供应用编程接口；并且在保证了通用性，互操作性，向后兼容性和更广泛的应用的基础上，采用可升级的协议，使全网升级维护简单可行。

4、由于硬件软件都是模块化的，所以本设计的硬件安装到任何现有设备中即可组网；软件通信协议支持TCP/IP协议，支持嵌入式应用的器件，适用于大型网络的高可靠性双向无线通信技术，对当前我国物联网和无线家庭网络的应用将起到支撑作用，有无限的发展潜力。这种无线窄带器件适合于大型智能窄带数据通信组网，如物联网和其他传感控制网，可随处联网、方便应用，可靠传输，实现国家的智能网战略。

5、本发明以窄带低速数据通信为目标，通过本发明不仅可以实现家用电器和识别/传感/控制部件的无线组网和遥控，大量的低速数据采集控制设备的组网和运行，也使各种移动设备、计算机网络外设等数字设备之间的无线廉价连接成为可能。并且，随着技术的日益成熟和完善，本发明可以在各个方面开展许多新的应用，比如在物联网、工业检测与控制、货物库存跟踪、智能农业以及个人健康护理等方面有非常好的应用前景。

随着技术的发展，更多的注意力和研发力量将转到应用的设计和实现、互联互通测试和市场推广等方面，技术必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种窄带数据通信的末端网系统，其特征在于，包括至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息；

所述末端网点包括：用于接收和发送控制指令信息的天线，用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的管理模块，及用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；所述天线、管理模块和应用电路依次连接；

所述管理模块上设置有判断单元，该判断单元用于进行有无载波的判断和有无冲突的判断；当判断单元判断的结果为有载波时，表示不能进行数据传输，需要将该信息重新发送一次或者多次；当判断单元判断的结果为无载波时，由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并由该判断单元判断这一帧信息在传输时信道是否有冲突；当判断的结果为无冲突时，由该末端网点将该控制指令信息一次发送完毕；

所述管理模块包括：

用于发送和接收控制指令信息，并对该控制指令信息进行调制与解调的射频收发器；

用于对控制指令信息输入和输出进行控制的射频前置器；

用于对所述控制指令信息进行进一步处理，并控制应用电路执行相应的控制指令的微处理器；

用于存储数据的存储器；

所述射频前置器、射频收发器、微处理器和存储器依次连接；

所述窄带数据通信的末端网系统，采用简化的协议栈，所述简化的协议栈包括五层，依次为射频层、媒介访问控制层（MAC）、传输层、路由层和应用层；所述简化的协议栈与ISO TCP/IP结构有清晰的对应关系，其中，所述简化的协议栈中的路由层与ISO TCP/IP结构中的表示层和会话层对应，媒体访问控制层与ISO TCP/IP结构中的网络层和数据链路层对应，射频层与ISO TCP/IP结构中的物理层对应，应用层和传输层分别与ISO TCP/IP结构中的应用层和传输层一一对应。

2.根据权利要求1所述的窄带数据通信的末端网系统，其特征在于，还包括用于接收末端网点发送的控制请求信息，并向其它末端网点发送控制指令信息，或者直接向末端网点发送控制指令信息的控制模块，所述控制模块与所述末端网点无线连接；

所述末端网点还用于向控制模块发送控制请求信息，或者接收控制模块发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

3.根据权利要求1所述的窄带数据通信的末端网系统，其特征在于，还包括用于接收末端网点发送的请求信息，并其它末端网点发送控制指令信息，或者直接向末端网点发送控制指令信息的控制模块，所述控制模块设置在所述末端网点内；

所述末端网点还用于向所述控制模块发送控制请求信息，或者接收控制模块发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令。

4.根据权利要求1所述的窄带数据通信的末端网系统，其特征在于，所述判断单元与所述微处理器连接。

5.根据权利要求1所述的窄带数据通信的末端网系统，其特征在于，所述无线窄带采用频率小于64K的信号进行数据传输。

6.一种窄带数据通信的子网系统，其特征在于，包括子网管单元、至少一个子网节点和至少一个末端网系统，所述子网管单元与子网节点和末端网系统连接；其中

所述子网节点包括：用于组网、进行通信管理和对控制指令信息进行处理的节点管理模块和用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；

所述末端网系统包括：至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息；

所述末端网点包括：用于接收和发送控制指令信息的天线，用于组网、进行通信管理和对所述控制指令信息进行处理的管理模块，及用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；所述天线、管理模块和应用电路依次连接；

所述管理模块上设置有判断单元，该判断单元用于进行有无载波的判断和有无冲突的判断；当判断单元判断的结果为有载波时，表示不能进行数据传输，需要将该信息重新发送一次或者多次；当判断单元判断的结果为无载波时，由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并由该判断单元判断这一帧信息在传输时信道是否有冲突；当判断的结果为无冲突时，由该末端网点将该控制指令信息一次发送完毕；

所述窄带数据通信的子网系统，采用简化的协议栈，所述简化的协议栈包括五层，依次为射频层、媒介访问控制层（MAC）、传输层、路由层和应用层；所述简化的协议栈与ISO TCP/IP结构有清晰的对应关系，其中，所述简化的协议栈中的路由层与ISO TCP/IP结构中的表示层和会话层对应，媒体访问控制层与ISO TCP/IP结构中的网络层和数据链路层对应，射频层与ISO TCP/IP结构中的物理层对应，应用层和传输层分别与ISO TCP/IP结构中的应用层和传输层一一对应。

7.一种窄带数据通信的总系统，其特征在于，包括总网管单元、至少一个与该总网管单元连接的子网系统和至少一个与该总网管单元连接的末端网系统；其中

所述子网系统包括子网管单元、至少一个子网节点和至少一个末端网系统，所述子网管单元与子网节点和末端网系统连接；

  所述子网节点包括：用于组网、进行通信管理和对控制指令信息进行处理的节点管理模块和用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；

所述末端网系统包括：至少两个末端网点，每一所述末端网点与该末端网系统中的其它末端网点无线连接，用于接收其它末端网点发送的控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令，或者向其它末端网点发送控制指令信息；

所述末端网点包括：用于接收和发送控制指令信息的天线，用于组网、通信管理和对所述控制指令信息进行处理的管理模块，及用于根据该控制指令信息执行相应的控制指令的应用电路；所述天线、管理模块和应用电路依次连接；

所述管理模块上设置有判断单元，该判断单元用于进行有无载波的判断和有无冲突的判断；当判断单元判断的结果为有载波时，表示不能进行数据传输，需要将该信息重新发送一次或者多次；当判断单元判断的结果为无载波时，由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并由该判断单元判断这一帧信息在传输时信道是否有冲突；当判断的结果为无冲突时，由该末端网点将该控制指令信息一次发送完毕；

所述窄带数据通信的总系统，采用简化的协议栈，所述简化的协议栈包括五层，依次为射频层、媒介访问控制层（MAC）、传输层、路由层和应用层；所述简化的协议栈与ISO TCP/IP结构有清晰的对应关系，其中，所述简化的协议栈中的路由层与ISO TCP/IP结构中的表示层和会话层对应，媒体访问控制层与ISO TCP/IP结构中的网络层和数据链路层对应，射频层与ISO TCP/IP结构中的物理层对应，应用层和传输层分别与ISO TCP/IP结构中的应用层和传输层一一对应。

8.一种末端网系统中的无线窄带数据进行通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、由一个末端网点以无线的方式向其它末端网点发送控制指令信息，并判断是否有载波，如果有载波，则重发送该控制指令信息；否则，执行步骤B1；

B1、由该末端网点向其它末端网点发送一帧信息，并判断是否有冲突，如果没有冲突，则执行步骤C1；

C1、由所述末端网点将该控制指令信息一次发送完；

D1、由所述其它末端网点接收所述控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令；

所述末端网系统中的无线窄带数据进行通信的方法，采用简化的协议栈，所述简化的协议栈包括五层，依次为射频层、媒介访问控制层（MAC）、传输层、路由层和应用层；所述简化的协议栈与ISO TCP/IP结构有清晰的对应关系，其中，所述简化的协议栈中的路由层与ISO TCP/IP结构中的表示层和会话层对应，媒体访问控制层与ISO TCP/IP结构中的网络层和数据链路层对应，射频层与ISO TCP/IP结构中的物理层对应，应用层和传输层分别与ISO TCP/IP结构中的应用层和传输层一一对应。

9.根据权利要求8所述的无线窄带数据进行通信的方法，其特征在于，在所述步骤B1判断有冲突时，执行以下步骤：

C11、由所述末端网点向其它末端网点发送阻塞信号，并判断该阻塞信号是否发送成功，如果是，则执行步骤C12，否则，放弃发送所述控制指令信息；

C12、由所述末端网点将所述控制指令信息做延时处理，并返回步骤A1。

10.一种末端网系统中的无线窄带数据进行通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A2、由控制模块以无线的方式向末端网点发送控制指令信息，并判断是否有载波，如果有载波，则重发送该控制指令信息；否则，执行步骤B2；

B2、由控制模块向该末端网点发送一帧信息，并判断是否有冲突，如果没有冲突，则执行步骤C2；

C2、由控制模块将该控制指令信息一次发送完；

D1、由所述末端网点接收所述控制指令信息，并根据该控制指令信息执行相应的控制指令；

所述末端网系统中的无线窄带数据进行通信的方法，采用简化的协议栈，所述简化的协议栈包括五层，依次为射频层、媒介访问控制层（MAC）、传输层、路由层和应用层；所述简化的协议栈与ISO TCP/IP结构有清晰的对应关系，其中，所述简化的协议栈中的路由层与ISO TCP/IP结构中的表示层和会话层对应，媒体访问控制层与ISO TCP/IP结构中的网络层和数据链路层对应，射频层与ISO TCP/IP结构中的物理层对应，应用层和传输层分别与ISO TCP/IP结构中的应用层和传输层一一对应。

11.根据权利要求10所述的无线窄带数据进行通信的方法，其特征在于，在所述步骤B2判断有冲突时，执行以下步骤：

C21、由所述控制模块向末端网点发送阻塞信号，并判断该阻塞信号是否发送成功，如果是，则执行步骤C22，否则，放弃发送控制请求信息；

C22、由所述控制模块将所述控制请求信息做延时处理，并返回步骤A2。

Images