CN103797864A

CN103797864A - 从设备和主设备间的无线数据通信

Info

Publication number: CN103797864A
Application number: CN201280044276.9A
Authority: CN
Inventors: 大卫·亚历山大·恩格林恩-洛佩斯
Original assignee: Nordic Semiconductor ASA
Current assignee: Nordic Semiconductor ASA
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-05-14
Also published as: US20150079907A1; TW201312357A; KR20140066751A; GB2494758A; JP2014527376A; TWI537736B; GB201215439D0; GB2494758B; WO2013038146A1; EP2749088A1; GB201115791D0; JP6010622B2

Abstract

本发明涉及一种无线数据通信，公开了一种在主设备和从设备之间无线通信的方法。所述方法包括：·所述主设备不断将请求消息（10a-10h）发送到所述从设备；·所述从设备仅在对某些请求消息的应答中发送应答消息（12a-12d）；其中，所述从设备在对请求消息的应答中发送应答消息，如果：·a)从其最近的应答消息（12a-12c）开始，已经过去了预定时间段；·b）所述请求消息包含数据（12d）。

Description

从设备和主设备间的无线数据通信

技术领域

本发明涉及无线数据通信，特别的，虽然不是专有的，短程无线电通信。

背景技术

已知一些短程无线电通信协议，在所述协议中，主设备和外围设备或者从设备通信，例如，来控制外围设备和/或向它发送或者从它接收数据。这些协议的例子有蓝牙(Bluetooth)，ANT，Zigbee，等等。

这些系统设计师面临的问题之一是，在外围设备的响应能力与它们的功耗以及由此的电池寿命之间的权衡。因此，当它从用户的角度上令人满意的时候，即外围设备对于主设备发来的指令或者数据响应迅速，这意味着来自主设备的信号频繁传输，这导致外围设备的高能量消耗，因为它通常需要响应所有它接收的来自主设备的信号。功耗可以通过增加通信间隔来减少，但是代价就是它增加了外围设备响应主设备的通信消息的时间，即‘应用程序延迟’，这在某些情况下可能是不利的。

这种权衡在所谓的“零数据”链接中是尤为重要，在所述链接中只有当有事件时才会发送数据，因而在大部分的时间，外围设备消耗功率去应答来自主设备的不带任何数据的消息。

众所周知，通过将外围设备配置为忽略一定比例的来自外围设备的消息以减少外围设备的功率消耗。这被称为‘从延迟’。例如，从设备或者外围设备为三的从属延迟只会侦听和响应每个来自主设备的第三消息，而忽略介于中间的两个消息。这样减少了平均功率消耗，因为从属设备不经常发送，并且还允许接收器在传送中间被关掉。但是，它并不能帮助解决上面列出的问题，因为增加从延迟的也将会相应地增加主设备的应用程序延迟。

发明内容

本发明的目的是处理这个问题，并且从第一个方面考虑时，提供一种主设备和从设备间的无线通信的方法，所述方法包括：

所述主设备不断地将请求消息发送到从设备；

所述从设备设置为仅在对某些所述请求的应答中发送应答消息；并且

其中所述从设备在对请求消息的应答中发送应答消息，如果：

a)从其发送的最后的应答消息开始，已经过去了预定的时间段；

或者

b)所述请求消息包含数据。

本发明延伸到一种用于无线通信的系统，所述系统包括主设备和从设备，其中：

所述主设备被设置为不断地将请求消息发送到从设备。

a)从其发送的最后的应答消息开始，已经过去了预定的时间段；或者

b)所述请求包含数据。

本发明也延伸到和主设备一起用于无线通信的从设备，所述主设备不断地发送请求消息，所述从设备设置为仅在对某些所述请求的应答中发送应答消息；其中所述从设备在对请求消息应答时发送应答消息，如果：

b)所述请求包含数据。

因此，依照本发明本领域技术人员可以看出，尽管可能会对它们侦听，所述从设备或者外围设备不会应答每个来自主设备的请求消息；而是，在应答之前，它等待某一时间段，除非主设备有数据要发送，并且请求消息包含这样的数据。这代表了功率消耗上的节约，因为从设备的发送器不那么经常被加电。但是这并没有危害主设备向从设备发送数据，如指令码，并且如果需要，它在其上快速执行。这实际上允许从属延迟的增加，并且在减少的从功率消耗上伴随有优势，但是没有在主设备处相应的增加应用程序延迟。

抑制从设备发送应答的预定时间段可以被定义为时间，或者定义为不被应答的请求消息的总数。在一些实施例中后者是优选的，例如，它更容易适应在请求消息之间的传输间隔上的改变。

在从设备不应答的预定的时间段可以在制造上简单的被固定，或者可以是可变的。在一组实施例中，预定时间时间段被设置为响应于从所述主设备接收到的指令。这允许协议能通过主设备来设定从设备的延迟时间段。所述从设备可能被强制接受这个设定或者可能适用于应用一种算法去决定是否接受所述延迟时间段或者拒绝来自主设备的最初的连接请求。这样的功能有利于保证从设备不与需要太高的更新速度（通过设定预定时间段非常短）的主设备配合，所述太高的更新速度使从设备的电池寿命低得无法接受。当然真实的功率消耗在一定程度上取决于主设备多长时间发送一次非零数据消息，但是从延迟（从设备必须发送的最低时间段）对于典型的零数据链接将会有更大的作用。

在一些实施例中，主设备仅和一个从设备配合；在其他的实施例中它和多个从设备配合。

在一组优选实施例中，所述从设备被设置为通知主设备它可以依照本发明工作。这个可以，例如，被包含在主设备产生的传输中，表明它可用于形成连接。尽管主设备将会设定从延迟，如果它发现从设备可以依照本发明来工作，它可以选择一个更高的从延迟，因为主设备将会知道，和先前技术的从设备相比，这在所述应用程序的延迟上不会有这样的反作用。

依照本发明，如果从设备接收来自主设备的非零数据请求消息或者由于从延迟设置的需要，从设备将会发送应答消息。但是在一组实施例中，如果从设备有要发送到主设备上的数据，从设备会被进一步的配置为发送应答消息。因此实施例被设想成，从设备和主设备二者都偶尔有严格时间要求的数据要发送。当然这是能根据应用配置的。在一些应用中，从设备可能被配置成任何时候只有当它发送应答时才发送数据。这维持了最大节能模式。或者从设备可能可以根据优先算法来选择是否立即发送数据或者和与下次所委托的传输一起发送。如果需要，这提供了快速发送数据的灵活性和可选择性。

如上所述，尽管从设备会侦听每个消息，但这不是关键。因此在一些实施例中，从设备可能会忽略某些请求消息，甚至不侦听它们。这将会扩大它可以获得的最小的应用程序延迟。所以例如有时在一些应用程序中，其中一个应用程序需要其中所有的请求消息被侦听的延迟，在其他的应用程序中可能可接受更高的应用程序延迟。例如为三的应用程序延迟将意味着从设备仅侦听每个第三请求消息（并且仅当它包含数据或者已经达到从延迟时才响应它）。将会领会到，本发明允许从延迟高于应用程序延迟。明显的，大于一的应用程序延迟将会在节电上有进一步的有益影响，因为它可能甚至允许接收器在某些消息的发送中来中断电源。

通常所述主设备将定义应用程序延迟，也会定义从延迟。

本发明可能会应用到许多不同的无线数据协议中-特别是那些使用用零数据链接的。两个非限制性的例子包括ANT协议和蓝牙低功率协议(Bluetooth Low Energy)(TM)。

附图说明

现在将会参考附图描述本发明的一个实施例，仅通过举例的方式，其中：

图1是示出了依据本发明的一个实施例的链接的建立的原理图；

图2是示出了一旦链接建立后，通过主设备和从设备发送和接收信号的时序图；以及

图3是示出了分别通过主设备和从设备做传输的简化流程图。具体实施方式

图1示出了在无线数据通信协议如ANT或者蓝牙低功率（Bluetooth Low Energy）(TM)中主设备和从设备之间数据链接的建立。主设备通常被相对复杂化，包括至少某些形式的微控制器。举例说这可能是智能手机或者个人计算机。举例说也可能是电池或者主电源供电。从设备将通常包含低处理功率并是以电池供电的设备。一个例子可以是无线耳机。

从示意图的顶部向下移动，在最初的前-链接阶段，从设备定期的发送‘广告’消息，表明它对应答的连接和侦听能力。这个传输可以相对的不频发-假定每十秒钟-从而不会太多消耗从设备的电池。当主设备期望形成一个连接，它通过以‘连接请求’消息应答所述广告消息中的一个，来启动连接阶段。后者包括主设备期望生成的连接的有关属性的信息。它包括例如设定轮询消息之间间隔的参数，所述参数会刻画所述连接的特性。它还包括从设备可能会遵守的从延迟-即来自主设备的轮询消息的最大数量，从设备可以从其最后的响应开始等待到它再次应答之前。它可能进一步包含应用程序延迟-即从设备可以简单忽略的来自主设备的轮询消息的最大数量。这个序列是许多无线通信协议中的典型。举例说它可以是蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy）(TM)。

在这个过程（未示出）的变化中，可能会有一个附加步骤，其中主设备询问从设备，它是否可以在下面的描述方式中工作。例如，所述从设备上的存储器可能包括含有标志的可寻址的部分。另一种实现它的方法可以是：在形成协议一部分的独立用户标示（UUID）编码中，适当设定特定位。这可能被自动地发现-例如，作为广告消息的一部分。被主设备设定的链接参数可能一定程度上取决于从设备是否是可以用这种方式工作。例如，由于将会被说明的理由，如果从设备是可以依据本发明来工作的，所述主设备可能准备忍受更高的从延迟，因为与不可按照依据本发明工作的从设备相比，这不会对应用程序延迟有相同的影响。

一旦主设备已经发出了连接请求消息以建立链接，它开始在连接请求消息指定的间隔上周期性的发送轮询消息。从设备然后以‘响应’应答，尽管不是在每种情况中都如参考图3所示。

图2更详细示出了当连接被设定时，在主设备和从设备之间的一个典型的发送序列。主设备在发送窗口2期间发送轮询消息。这与从设备的接收窗口4相一致，它允许轮询消息被从设备所接收。当主设备需要发送时，通过仅在短时间窗口加电无线电接收机，从设备可以限制它的能量消耗，从而延长它的电池寿命。轮询消息可能包含数据或者用于从设备的指令，或者它可以承载空数据并且简单的维持该连接，根据采用的协议，这可能是必要的。

在接收轮询消息后的短时间里，从设备然后在窗口6期间加电它的发送器，并且发送响应消息。这也可能是协议需要的简单空消息或者可能包含从设备发送到主设备的数据。主设备在接收窗口8期间接收这个响应消息。然后隔一秒时间段重复该循环。在图2的左边和右边示出了下一个主发送和接收窗口2',8'以及相应的从接收和发送窗口4',6'。

可以观察到主接收窗口8,8'显著长于从发送窗口6,6'。这反应了一个事实，即主设备可以同时的被链接到多个从设备上，使得每个应答都在给定的时隙中。

现在转向图3，可以示意性的看到来自主设备（例如，如从前一样每间隔一秒钟）的一组的轮询消息10a-h和相应的来自从设备的应答消息12a-d。但是可以看到，不是每个轮询消息10都接收到响应消息12。这反应了一个事实，即在建立链接时，主设备已经设定了从延迟，在这个例子中，是三。这意味着从设备是被允许的，为了节电，忽略了来自主设备的直到两个的连续的轮询消息10，仅响应第三。因此，如这里所示的那样，第一个轮询消息10a引出了响应12a，但接下来的两个10b,10c被忽略。下面的轮询消息10d无论如何都会通过12b响应，的因为已经被达到从延迟的限制。然后对两个将被忽略的轮询消息10e,10f重复同样的模式，并且下面的一个消息10g由12c来响应。但是，后续的轮询消息10h并没有被忽略，它也由应答消息12d来响应。这是因为轮询消息10h包含用于所述从设备的数据和/或者指令。举例说，后续响应消息12d可以充当所述数据/指令的安全接收确认。

可以看出，尽管这个实施例需要从接收器在每次循环中加电，从而抵消了一些设定高从延迟的优势，但是，这意味着从延迟可以真正的被相对高的设定，对应用程序延迟没有负面影响。如上面的例子所示，从延迟是三，但是应用程序延迟可以被设定为一，因为所述从设备侦听每个请求消息允许它对例如10h的非零数据轮询消息立即响应（在标准系统响应时间之内），也就是没有因为更高的从延迟而引人延时。尽管如此，从延迟仍然可以对从设备的电池寿命有有益效果，因为发送器不需要在每次循环中上电。这个系统在零-数据链接上是有益的，其中典型的主数据包不包含任何数据。

当然这里给出的具体细节仅仅是示例性的，并且可能被选择以适应任何具体的应用程序。特别是应用程序延迟大于可以被设定的延迟（相当于从延迟的值）。

Claims

1.一种在主设备和从设备间无线通信的方法，所述方法包括：

所述主设备不断地将请求消息发送到所述从设备；

所述从设备仅在对某些所述请求消息的应答中发送应答消息；

其中，所述从设备在对请求消息的应答中发送应答消息，如果：

或者

b)所述请求消息包含数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定时间段包括请求消息的总数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括响应于从所述主设备接收到的指令，设定所述预定时间段。

4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述主设备和多个从设备相配合。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述从设备通知所述主设备，它能够依照任意前述权利要求工作。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过在由所述从设备产生的传输中包含信息，表明可用来形成连接，所述从设备通知所述主设备它能依照任意前述权利要求工作。

7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，如果所述从设备有要发送到主设备的数据，那么所述从设备发送应答消息。

8.一种用于无线通信的系统，所述系统包括主设备和从设备，其中：

所述主设备被设置为不断地将请求消息发送到所述从设备。

所述从设备被设置为仅在对某些所述请求的应答中发送应答消息；并且

或者

b)所述请求消息包含数据。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述预定时间段包括请求消息的总数。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述从设备被设置为响应于从所述主设备接收到的指令，来设定所述预定时间段。

11.根据权利要求8到10中的任一项所述的系统，其中，所述主设备能够与多个从设备相配合。

12.根据权利要求8到11中的任一项所述的系统，其中，所述从设备被设置为通知主设备，它能依照权利要求1到7中的任一项工作。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，通过在由从设备产生的传输中包含消息，表明可用来形成连接，所述从设备被设置为通知主设备它能依照权利要求1到7中的任一项工作。

14.根据权利要求8到13中的任一项所述的系统，其中，所述从设备被设置为如果从设备有要发送到主设备的数据，那么发送应答消息。

15.一种从设备，用于与不断地发送请求消息的主设备无线通信，从设备被设置为仅在对某些所述请求消息的应答中发送应答消息；其中，所述从设备在对请求消息的应答中发送应答消息，如果：

b)所述请求消息包含数据。

16.根据权利要求15所述的从设备，其中，所述预定时间段包括请求消息的总数。

17.根据权利要求15或16所述的从设备，所述从设备被设置为响应于从所述主设备接收的指令，来设定所述预定时间段。

18.根据权利要求15到17中的任意一项所述的从设备，所述从设备被设置为通知所述主设备它能依照权利要求1到7中的任一项工作。

19.根据权利要求18所述的从设备，通过在由所述从设备产生的传输中包含信息，表明可用来形成连接，所述从设备被设置为通知所述主设备它能依照权利要求1到7中的任一项工作。

20.根据权利要求8到13中的任一项所述的从设备，所述从设备被设置为，如果它有要发送到主设备的数据，那么发送应答消息。