CN105703992B - 可变数据速率控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可变数据速率控制方法。在一种在分组交换基带信令通信网络中进行数据通信的方法中，该网络具有多个装置，其中每个装置至少包括能够至少以第一数据速率发送和接收包括净荷数据的帧的数据发送器和数据接收器，所述方法包括以下步骤：在表示帧中的随后要发送的净荷数据将以比第一数据速率的更高的第二数据速率被发送的一部分帧中，包括第一数据速率的数据；以及在以第二数据速率发送净荷数据期间，以第一数据速率发送保持介质繁忙信号。

Description

可变数据速率控制方法

技术领域

本公开涉及能够改变分组交换基带信令通信网络中的发送有效带宽的方法。

背景技术

用于家庭和建筑安装设施的典型电气控制系统包括大量被设计为被控制的电气装置和/或电气受控装置，诸如：电气开关和插座；各种类型的电气负载(如，照明、加热、制冷和各种电动装置)；以及诸如微型断路器、剩余电流断路器、保险丝等的防护装置。

在这样的安装设施中的控制系统包括一个或更多个装置，所述装置包括与一个或更多个上述电气装置关联的收发器装置，所述收发器典型地经由通信介质并行联接。出于简单和成本的原因，典型地，通信介质包括两个导线上的广播数据报(信号)手段。还可以在这两个导线上输送电力，或者分离地提供电力。所述两导线手段可以具有屏蔽或未屏蔽双绞线。可以对于该通信介质使用各种拓扑，诸如，总线、星形、环形、网状和/或以上拓扑的混合。

网络中的每个装置包括：收发器，用于接收和发送数据信号；计算机装置，用于根据存储在其中以及存储手段中的程序自愿地接收数据和发送数据，以维护各种数据(如，网络中的其他装置的状态)；以及控制电路手段，用于控制与其相关联的电气装置(如，灯、开关和电力负载)。网络中的每个装置适于并且被设置为经由通信介质(在一个实例中，为双导线手段)交换数据信号。

通过链接各种装置，能够控制和管理与各装置相关联的不同设备，各装置独立于其他装置被控制。装置之间的信息交换是对网络上的装置进行控制时的重要因素，并且以数字形成交换信息以便于控制以及管理控制是典型的方式。

期望的是设计数字信号传输以按照最适于使信息交换错误最小的数据速率来使信息交换错误最小。然而，通信介质对于能够在任何时刻以合理可靠性承载的数字信息量具有固有带宽上限。因此，存在很多数字发送技术和协议，它们能被用来在网络上分布的众多各种类型的装置之间共享通信介质的可用带宽。

在这些网络中使用的数字数据通信技术已知的有具有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)，并且当在物理网络上分布的许多装置中的一个装置之间进行数据通信时最经常使用。CSMA/CD机制的另一改进是包括某一形式的冲突避免(CA)，以使得数字数据帧的不可避免的碰撞不会导致可用发送时间的损失，也不会导致数据的损失。

CSMA/CD CA并不需要任何中央协调，所以其很适合于使用固定数字数据交换速率的家用建筑电气控制系统，以在诸如上述装置的分布式智能装置之间进行信息通信。然而，在使用例如上述类型两导线介质的带宽受限网络中，CSMA/CD无需被最优配置为在数据帧的发送的整个过程中最佳地使用可用发送带宽。

在装置之间传达数字信息的通信介质的可用带宽取决于各种因素，诸如所用的信令机制、装置中的可用信号处理功率以及像总长度、所附接装置的数量、电缆的类型和阻抗、以及装置施加于网络的负载等的网络拓扑因素。可以使用对于所有这些因素及其他因素的限制的制约选择来定义所选择的信令速率。

在CSMA通信介质上所采用的冲突检测和冲突避免机制可能需要：为了确保最差情况网络拓扑的广播监听中的可靠的冲突检测和冲突避免而选择的信令速率小于网络上两个装置之间可用的实际单播带宽。

CSMA通信介质的广播带宽可以被限定为如下发送信令速率，即，无需冲突检测和冲突避免，在给定所选择的网络拓扑制约的情况下，可以由所有设备实现高可靠性接收的发送信令速率。

从网络上的一个装置到网络上的另一装置(点到点)可用的实际单播带宽可以与广播带宽相同，或者远大于广播带宽。另外，由于诸如网络的物理特性和该两个通信装置的相对位置的因素和其他因素，该实际带宽可以不是对称的，即，它可以在一个方向上快于另一方向。

网络使用预定数据速率，该预定数据速率确保所有装置可以与其他装置通信，不管它们是在网络中的哪里，从而，省去了使用更高数据速率来容纳被认为是对于构成网络的物理系统的不可改变约束的数据的可能性。

发明内容

提出了可以设置有协议，该协议对于至少总线争夺(contention)时段期间的发送可以使用现有网络带宽限制(注意，这里的术语总线争夺时段指的是冲突检测和冲突避免机制活动的时间段)，随后，数据的剩余部分应当是无冲突的，但是允许在该总线争夺时段之后的帧内对于要发送的净荷数据选择信令速率，由此允许在帧的多个部分中使用不同的数据速率。

除了在帧的发送的不同部分中通过最佳地利用可用的但是未被使用的网络带宽能力获得的可能的优点之外，任何协议改进应当与现有已安装装置以及相关的可控配置兼容，从而，无需与现有装置或相关可控配置的替换或升级相关的成本负担，在网络拥有者方便的时候，通过添加一个或更多个装置和相关可控配置(其可以发送和接收原始标准(典型地，低)数据速率以及更新(典型地，更高)数据速率发送)，存在于网络中的系统可以被升级。

本公开的非限制特征提供了分组交换基带信令通信网络中的数据通信协议，该网络具有多个装置，其中每个装置至少包括能够至少以第一数据速率发送和接收包括净荷数据的帧的数据发送器和数据接收器，所述方法包括以下步骤：由所述多个装置的装置的发送器在表示帧中的随后要发送的净荷数据将以比第一速率更高的数据速率被发送的帧的一部分中以第一数据速率发送数据；以及在以第二数据速率发送净荷数据期间，以第一数据速率发送保持介质繁忙信号，向其他装置表明所述网络正在使用中。

在整个说明书和随后的权利要求中，除非上下文要求，否则“包括”和“包含”以及变型将被理解为隐含包括所陈述的特征或特征组，但是不排除任何其他特征或特征组。

本说明书中对于任何背景或现有技术的引用不是也不应被认为承认或者以任何形式暗示该背景或现有技术构成一般公知常识的一部分。

其他实施例的暗示和描述可以被包括在本公开内，但是它们可能没有被在附图中示出，或者本公开的另选特征可能在图中示出但没有在说明书中描述。

结合这里公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接以硬件、通过处理器执行的软件模块、或者两个的组合来实施。对于硬件实现，处理可以在一个或更多个专用集成电路(ASICs)、数字信号处理器(DSPs)、数字信号处理装置(DSPDs)、可编程逻辑装置(PLDs)、场可编程门阵列(FPGAs)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的其他电子单元或者它们的组合来实现。软件模块，也称为计算机程序、计算机编码或指令，可以包含大量源代码或目标代码段或指令，并且可以驻留在任何计算机可读介质中，诸如RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM、DVD-ROM或者任何形式的计算机可读介质。另选地，计算机可读介质可以集成到处理器。处理器和计算机可读介质可以驻留在ASIC或相关装置中。软件代码可以存储在存储器单元中，并且被处理器执行。存储器单元可以在处理器内或者处理器外部实现，在该情况下，该存储器单元可以经由现有技术已知的各种方式通信耦合到处理器。

本领域技术人员将理解，实施例不限于将其用于描述的特定应用。关于这里描述或示出的特定要素和/或特征，当前实施例不限于它们的优选实施例。将理解，可以在不偏离所公开的原理的情况下进行各种修改。因此，实施例将被理解为包含它们范围内的所有修改。

附图说明

图1示出通过一对导线互联的网络中布置的多个装置的基本布局；

图2示出包括确认的CSMA/CD CA数字数据帧；

图3示出根据实施例的包括确认的可变数据速率(高速)帧；

图4示出根据实施例的对于可变数据速率(高速)帧的可变数据速率(高速)设置块的详情；

图5示出根据实施例的对于可变数据速率(高速)帧的可变数据速率(高速)净荷块的详情；

图6示出根据实施例的包含所发送可变数据速率(高速)数据的槽的定时图，该定时图例示了在槽中并入以标准数据速率(低速)发送的数据以用作与在总线争夺时段期间所用的数据速率相比更高的数据速率发送的保持介质忙信号和净荷数据；

图7示出高速控制块的示例；以及

图8示出否定确认块的示例；

图9示出从装置到发送装置的否定确认的信令的示例；以及

图10示出接收可能的NACK响应之一的结果的示例，在该示例中，最佳地对于净荷的发送可以是标准数据速率的24倍，在另一示例中，可以是标准数据速率的8倍。

具体实施方式

有用的是，能够选择性地以最低成本和最小的不便利性代替或升级装置，以使网络运行来允许随着由于改变命令而产生的增加的数据的需求，增加网络上的新的或升级的装置之间的数据交换的数据速率。

有这样的时候，即，为了许多其他原因或需要而升级一个或更多个装置所使用的固件和/或配置是有利的或者高度重要的，由于带外接口可能不可用或不方便，需要或者期望在现有网络上发送更新。在一个示例中，家用和建筑网络上的装置的固件不可避免地需要被更新来提高装置的安全性，在另一示例中，网络上受控的装置需要被更新，例如，执行新功能的固件或者装置的配置参数需要被改变。包括更新的数据将需要以正常信令速率在网络上被发送，该正常信令速率典型地适于与一装置相关联的多个装置的并且被用于控制这些装置的控制功能。对于这些家用和建筑网络的数据速率通常是低的(与大部分专用计算机、计算机通信数据速率、或者甚至无线数据通信速率相比)，并且通常在装置之间传递少量数据，因为数据的高级别或高可靠性，强调精确性超过数据速率。然而，与执行固件更新所需的数据量相比，这些是非常少量的数据，结果，更新网络上一个或更多个装置的处理将导致不可接受的长更新时间和/或不可接受的高网络利用，这潜在地导致在固件更新期间的网络上其他装置的使用损失。一旦可以以可接受的更高数据速率发送大量数据，则可以使网络被用于许多先前没有预见的目的，诸如音频、视频、成批数据等的发送。

以对于网络上所述装置的已知数据速率进行分组交换基带信令通信网络中的数据的通信。网络将具有多个装置，每个装置至少包括能够发送和接收对于所有其他装置的数据(有时称为数据或消息的帧或块)的发送器和接收器，其中，进行数据通信的基带信令包括从发送装置发出的保持介质繁忙信号。保持介质繁忙信号可以采用很多形式，并且其主要目的是向其他装置表明网络被仅一个发送装置使用，其中，该发送装置以已知数据速率发送该数据以被一个或更多个其他装置接收。

CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)是广泛使用来确定当冲突的情况下网络中的网络装置如何以消息方式进行数据通信以及如何响应。当网络上的两个或更多个装置尝试在单个物理介质(如，双绞铜线或者光缆)上同时进行发送时，发生冲突。这被连接到该介质的所有参与装置检测到，并且在对于每个装置，短的随机并且不同的时间间隔(有时称为脱退(back-off)延迟或争夺延迟)过去之后，该装置尝试再次发送。如果发生另一冲突，则在称为指数脱退的处理中，从其选择随机等待时间的时间间隔逐步增加，从而需要进行发送的一个装置最终能够实现无冲突发送。

CSMA/CD是纯CSMA的修改。载波监听指的是在尝试发送之前发送装置监听载波(即，承载一个或多个信号的波形)。即，其首先尝试检测来自另一设备的编码信号的存在。如果监听到载波，则该装置在开始其自己的发送之前等待正在进行的发送完成。

多路访问描述了多个装置在物理介质上发送和接收。由一个装置进行的发送通常以广播方式被使用该物理介质的所有其他装置接收。

冲突检测被使用，从而只要检测到冲突就终止一个装置的发送，并降低下一次尝试时又一次冲突的可能性，来提高CSMA性能。用于检测冲突的技术取决于物理介质的类型：在电导线的情况下，例如，通过将发送数据与接收数据比较来检测冲突。

CSMA/CD在作为OSI模型中的底层的物理层运行，该OSI模型被使用来标准化和简化关于计算机网络的定义。该层对于用于与网络相接的装置定义所有物理和电气规范，并且该层只对形成为帧或消息格式(可以为不同格式)的原始位而言处理数据。

CSMA/CD的主要特征是它易于实现。这可以帮助使其成为国际标准以及以太网系统的重要部分，以太网系统不仅是LAN(局域网)的优选架构，而且被广泛地在诸如家庭和建筑自动化和工厂环境中的近距离网络中使用。

诸如CANbus协议的某些网络可以以不同的数据速率运行，但是该网络要求，为了确保通信，与该网络连接的所有装置以相同的数据速率运行。网络数据速率被选择为适于安装，并且一旦被选择，不太可能改变。CANbus系统不但被广泛知道为在汽车中使用，并且在家庭和建筑自动化和工厂环境中使用。

我们这里描述了一方法包括可以在协议中使用的一些步骤，该协议允许对于从多个装置的网络内的一个设备发送的特定帧(或消息)选择相对高的数据速率传输，否则的话，在所有这些设备之间以较低并且通常固定的数据速率(厦门称为标准数据速率)运行。这里，术语较低数据速率是相对的，并且意在告知读者与将来可能通常被理解为低数据速率或高数据速率的数据速率之间有所不同。在将来，曾经的最高数据速率可能成为装置之间可用的最低标准数据速率。也可能是在一个装置与另一装置之间使用的数据速率在一帧与下一帧之间是不同的，并且还可能是从一个装置向另一装置发送数据的速率不同于从该另一装置向回发送数据的速率。

这些步骤可被并入各种帧(消息)格式中。然而，会有一些共同的方面，包括保持介质繁忙信号和空闲介质确定处理以及相关联的时段。

在相对低数据速率的基带通信系统中，一系列数据流的通信利用某种编码方式，该某种编码方式对于一组固定时段定义位时间。如果网络的所有成员能够接受相同的位时间，则可以进行通信，虽然整个系统经常能够以各种不同的位时间运行，但是，这些位时间在整个通信网络上通常是统一的，在该通信网络中，位时间是用于使用特定位信号编码机制来进行数据位形成和发送的原子级(发送数字数据的最小时段)时段。

利用某些具有双导线电力和通信介质的分组交换通信网络的大量不同的信息、控制和管理系统可被用于同样大量不同的应用。具体地，在网络接入层、数据链路层和物理层之上的级中运行的分组交换网络正被更经常地用于住宅、商用建筑以及工业建筑建造工业，来支持建筑控制管理系统。在建筑和工业环境中，物理传输机制是使用便于安装以及相对便宜形式的通信介质，并且一种通用形式包括电导体对，有时是在某一外壳中的多对，并且，典型地，多对中的每对被扭绞。该类型的电缆典型地被认证(CAT 5、CAT5e、CAT 6等)，由此具有特定的通信特性。这些导线介质使得便于对于新的和现有的建筑进行连接和路由，在某些配置中，如图1中的示意图所示，沿着导体对在任何点处可以附接简单的分接线连接。

图1示出物理网络的实施例，包括将用于信号通信的介质提供给装置14、16、18和20的导线10和12，这些装置按照需要沿着导线10和12的长度方向分布。还可以在介质上或者单独地提供电力。

提供以下信息来帮助读者理解本说明书中使用的某些术语。该信息并不意在限定，而是应当帮助该领域的读者梳理和应用构成说明书中提供的公开的信息。

槽：可以进行原子级发送的时间段。在面向字节的协议中，这将通常包含一个或可能更多字节的数据，以及任何信令信息，诸如用于错误检测的奇偶校验。在一个示例的C-Bus^TM(施耐德电气(澳大利亚)有限公司33Port Wakefield Road,Gepps Cross,SouthAustralia)系统中，一个槽包含1字节(8位)数据以及用于奇校验的1个奇偶校验位。

帧：连续槽的序列，包含有效传输或哑(注意下面的评述)槽，并且包括消息以及零个或更多个确认块。

时钟：典型地通过网络上的一个装置以常规间隔产生的信号，以通过新槽的起始的表征来同步通信。在示例的C-Bus系统中，有时钟信号，并且以每2ms一个的速率产生。具有时钟是方便的但并非必须的，并且其对于本说明书中公开的方法和配置并非必须的。

哑槽：空的、不包含数据的发送的槽。

哑块：一个或更多个连续哑槽。在示例的C-Bus系统中，使用哑块来提供信息，例如，包括单个哑槽的哑块可以被使用来分离帧的不同节。

保持介质繁忙信号：确保有效发送与空闲总线区别开的机制。在示例的C-Bus系统中，通过在每个槽中使用奇校验，空闲总线能够与“0”字节的发送区别开，这意味着，对于任何有效的发送，在每个槽中总是至少存在一个有效的“1”位。否则，可以通过使用“1”校验，即，总是在发送时在定义的点发送“1”位来实现，但是这不太有用，因为它无法提供奇校验配置提供的有用的错误检测信息。在其他协议中，存在可以生成保持繁忙信号的其他方式。

空闲介质确定时段：总线表现为空闲的时间段，该时间段后总线按照惯例被认为是实际空闲。在示例的C-Bus系统中，空闲介质确定时段被限定为包括两个或更多个连续哑槽的哑块。

总线争夺时段：CSMA/CD CA网络上的一个或更多个装置可以同时进行发送的时间段。在示例的C-Bus系统中，通过当信号发送时每个发送装置实时地监测总线上的信号，实现冲突检测机制。如果在任何点，在发送装置发送“0”的总线上存在“1”的情况，则检测到冲突。然后，冲突避免机制是对于检测冲突以停止发送的发送装置，允许在该点正在发送“1”的其他装置没有误差地支配和继续发送。没有检测到冲突的最后发送装置被认为获胜或者是获胜装置，并且该装置的消息将在网络上发送。

在一个实施例中，数字数据交换协议优选地是CSMA/CD CA类型，图2示出了帧，该帧是包含数据净荷的消息，其中在该示例中，帧的控制块26(在帧信息部分34内)包含表征(如，被设为“0”的值)，该表征意指该帧被以信号传输到(发送该帧的装置在网络上将该帧发送到的)其他装置，并且该控制块具有至少对于该帧的区间的控制(其中，没有其他设备也进行发送)，并且意指数据净荷将以与标准数据速率相同的数据速率发送。

然而，当需要时，并且作为所提出的协议的一部分，可以有另一类型的帧，如图3、4和5所示，其中，帧的控制块25包含不同的表征(如，该值没有被设为“0”而是被设为如“1”)，并且其在控制块25期间被初始装置发送并且被网络内的任何及全部装置接收，该表征表明存在新数据速率的一部分帧(净荷)，其中新数据速率高于在净荷发送开始之前的帧内所用的速率。

按照惯例新数据速率可能是固定的，或者新数据速率可能在帧的控制块内被表明，或者数据速率可以利用所采用的编码机制和时钟恢复的知识来解码，或者通过网络上的先前数据通信确定该新的速率。在本说明书中随后将更多地描述数据速率确定和使用的实际方法，由此，描述采用该配置的协议。

图2示出了使用标准数据速率发送的帧，该帧包括报头块22、地址块24、控制块26(包含表征50)、数据块27和校验和块28，所有这些块构成作为所发送消息的块34，随后是哑块30，最后是确认块32，这些块构成完整的确认通信帧35。

帧中的每块可以包括零个或更多个槽，并且可能在不同协议中以不同顺序出现。在帧内的块的配置可以变化。

确认块可以为肯定的，表明成功的接收和处理消息，或者是否定的，表明某种失败，并且潜在地包括表明失败原因的数据。

仅为了示例目的并不意在限制本发明的权利要求的范围，图2所示的帧是典型的C-Bus网络通信配置，主要是因为它使用了包括单个哑槽作为一系列块的结束的标记的哑块，但是这在其他网络通信配置或协议中并非必须的，进一步地，当帧前面或后面有两个连续哑槽时，那么网络将再次开始工作，其中多个装置将开始争夺对于网络的控制。实质上，包括两个连续哑槽的哑块的定时长度等于空闲介质确定时段，如遵从并使用优选协议的装置之间所达成的那样，该时段为所有装置的所有接收器进行网络监测以确定介质(网络)是否繁忙的时间段。由于在两个连续哑槽的时间期间，网络上没有活动，所以所有装置的所有接收器将知道介质不仅不繁忙，而且可用于从一个或更多个装置的一个或更多个发送器发送包含定位到网络上的一个或更多个装置的数据的净荷的帧。

大部分协议共同的是一个设备为了发送而争夺对于网络的控制的方式。从而，不仅在使用特定协议而且当使用不同协议时，存在不同的争夺时段，该协议被用于确定在网络上只有一个发送器进行发送，即，获胜装置，因为所有其他想发送的装置在进行发送的同时也正在通过它们各自的接收器接收并确定它们已经接收了信号。以上描述仅是一个或更多个不同协议中使用的各种总线争夺方法中的一个。

由此，图2表明完全使用标准数据速率发送的帧，包含以该相同标准数据速率发送的数据净荷。在信息发送期间的C-Bus中的标准数据速率是5405波特率，但是术语标准并不意在表明所有网络通信系统(非C-Bus的其他网络)以特定数据速率发送和接收。它也并非表明仅存在一个网络可用的数据速率，因为存在能够使用多于一个的数据速率的网络，而这仅可能是当所有装置同时使用多于一个的数据速率中的该一个数据速率，并且如果该数据速率被改变则所述装置需要协调来使用该一个数据速率的情况下才如此。为了理解本说明书中公开的配置，术语标准或第一数据速率被用于代表对于所有设备通用的数据速率。

在本实施例的图4的高速设置块37中包括控制块25，在控制块25中，至少在本实施例中，存在高数据速率表征51，其表明具有该类型的控制块的消息或帧的剩余部分将包括一个部分，在该部分中将以标准数据速率或者比该消息的之前部分中使用的速率更高的数据速率发送数据。该表征采用位于图4的控制块25内并且被并入图3的高速设置块37内的“1”位高数据速率表征51的形式，这将该帧区别于图2所示的、控制块26在该帧的相同点包含“0”位的标准低速帧。

在图3中，高速设置块37用于代表图4所示的报头块22、地址块24、控制块25(包含高数据速率表征51)和校验和块28的组合。图3还包含高速设置块37之后的哑块30，哑块30之后是确认块32，这两块的目的等同于图2中示出的哑块30和块32。

图3还示出块32之后添加的附加块36和38，并且总共包含在块37和32之间、块32和块36之间以及块36和38之间的三个“哑块”30。

在本实施例中，哑块30是用于表明在帧的下一节开始之前的前一节的结尾的空白槽(不包括数据)。在一些协议中，使用这些哑块可能不是必需的。在示例的C-Bus网络中，空闲介质确定时段是包括两个或更多个连续哑槽的哑块，并且是C-Bus实施例的特定特征。然而，空闲介质确定时段在其他协议中可能不同，但是总是在该帧的最后块被发送并且被接收器接收之后使用，即，在用于具有这样的确认块的协议的块32之后使用。那么，一旦网络上的装置确定总线空闲，由于多个装置可能开始发送，所以开始总线争夺时段，并且最终其中之一装置将获胜。即，总线争夺时段在功能上非常不同，并且在到空闲介质确定时段为止所经过的实际时间上可能非常不同。

在一些协议中，前文(preamble)块(未示出)可能存在于报头块之内或之前，但是前文通常不传达任何信息，而是取而代之可以被用于执行：时钟恢复；与协助多于一个的装置之间的争夺方案相关的功能，诸如通过包括优先级确定位或字节；并且被用于预热时钟恢复电路，以准备好接收前文块之后出现的帧的剩余部分。

报头块22可以存在或不存在，并且没有被设置为包括关于之后的帧的类型的信息，并且还可以提供与该消息相关的优先级信息以及应当如何由网络上的装置对待它，或者帧的状态。

使用地址块24来定义对于该帧的、网络上的一个或更多个预期目的装置。地址块还可以提供关于发送装置的身份的信息，以使得回复可以返回到该发送装置。

在图2所示的帧中示出了控制块26，在图4中示出了控制块25。控制块包含针对目标装置和/或所有装置以及它们相关的装置配置的信息，该信息涉及要如何解释该帧。该块包含一个方法的步骤的结果，在该结果中，协议可以包含诸如指示符的额外信息，在一个实施例中，该指示符表明在该帧的随后部分中存在更高数据速率数据或标准数据速率数据。所述指示符或其他指示符可以表明替代编码方法、替代校验和方法和/或该可变数据速率帧的更高数据速率数据部分的长度。

数据块27包括消息的净荷。在图2中，数据块27是所发送消息块34的一部分。在如图4的情况下，控制块25包括指示符，其表明如图3所示，随后会有更高数据速率数据块36(净荷)。

图2和4中的校验和块28被包含是为了目标装置的便利，其对于所发送的帧的相关部分提供错误检测码。对于该码的算法可以是适当位长度的简单求和或哈希或循环冗余检验码，或者任何其他错误检测码。

图2所示的单低速消息块34以及图3和4中的高速设置块37用于表示块22、24、25/26、27(仅在图2的情况下)和28的组合；在其中设置(信息)帧部分高速设置块37包含包括表明随后存在更高数据速率净荷数据的高数据速率表征51的控制块25的图4中，本实施例中的设置帧部分包括更通用命名的帧信息部分内的更高数据速率设置块。

在C-Bus网络中，确认块32(图2或3)包括分配的时间段，在该时间段内，一个或更多个接收装置可以发送一个码，该码表明它们已经有错误或无错误地接收了帧信息部分高速设置块37，并且如下文所述的，所述装置发送非否定确认(NAK)，其包含与各接收器以特定数据速率接收数据的能力相关的附加信息。

在CSMA/CD网络中，在帧的发送期间，除了与当前发送相关的一个装置以外的网络上的所有装置拖延(hold off)任何待进行的发送，直到该帧的当前发送的结束之后的时间，该时间至少是介质空闲确定时段(如前文描述的，为至少比两个哑块的时段更短的时间段)，然后开始总线争夺时段，如前所述。

在更高数据速率设置块37和其确认块32完成的时间，总线争夺时段结束，并且在使用CA的CSMA/CD中，应该实施冲突避免职责，由此使得用于发送更高数据速率部分的网络不受基于CA的定时限制，并且允许使用更高的信令速率，其更为接近(用于广播消息的)广播网络带宽或者接近(用于点到点消息的，其中点到点是装置到装置)点到点网络带宽。

与发送无关的装置无法或者无需解码消息(除了可能地有正在发送的更高数据速率的事实，或者在接收器仅能够接收标准数据速率的情况下似乎可能在网络上没有进行发送)，并且这些装置可能在发送的进程之后确定发送的结束。意在接收所述发送的装置在标准(低)速率发送的情况下发送适当的数据确认块32；并且附加的更高数据速率数据块之后的适当数据确认块38(不同于32)被发送和接收。然而，如果与所述发送不相关的装置无法解码该帧(由于它们没有检测到以更高数据速率发送的数据)，则如本说明书中所述，它们通过其他方式继续确定通信介质的忙碌状态。在一个情况下，如果奇校验或断言的校验位被通信协议实施，则可以通过存在任何数据‘1’位，如或者通过使用如CANbus协议中的帧内的填充位，来检测网络上存在发送。由此，以标准数据速率发送信号从而所有装置知道网络是繁忙的步骤是本说明书中描述的方法的一部分。

可以使用曼彻斯特编码，但是其是许多本领域技术人员已知的许多可用编码机制中的一个，被基于保持直流(dc)平衡或者对于所使用网络的其他这样的重要性准则来选择。用于更高数据速率数据编码的7B/9B或8B/10B编码机制是优选地，并且通过观察用于使用这些机制以及可能的其他机制进行编码的信号在通信介质上的过渡，可以检测介质繁忙，尽管如果更高数据速率比旧式(legacy)(也称为“标准”)数据速率快很多，如本领域设计者所典型采用的，在装置的旧式接收器电路中的低通滤波可能产生无法从噪声中检测或识别的更高数据速率数据。以标准(低)发送速率发送“1”位确保所有旧式装置将检测该信号，并且推断出总线是非空闲总线，随后，可以无需确保这些旧式装置的进一步位检测，来发送新的更高数据速率数据。

图5示出可应用于C-Bus网络配置的一个实施例，其中，更高数据速率净荷36(图3)作为多个槽被传输，但是在每个发送的槽中包含附文：值为‘1’的位，该位被以标准数据速率发送以警告网络上的所有标准数据速率的装置以及其他装置：介质并非空闲，而是繁忙，并且处于正在发送信息的装置的控制之下。图5示出多个高数据速率(HDR)槽，包括HS槽1、HS槽2、…、HS槽n，最后的槽包括关于高速净荷数据的错误检测码(如，校验和)。

如上所述的繁忙通信介质的检测是该方法的步骤的一部分，并且允许不参与当前通信的所有装置保持空闲并且不干扰可用通信介质上的通信。

只要用于防止在帧的更高数据速率部分期间由旧式装置对于空闲通信介质的不正确检测的准则被对于给定协议满足或者已经被满足，如，在作为示例的C-Bus中，没有明显空的哑块处于旧式信令速率，并且存在同步时钟，则帧内的通信的所有其他方面可以被自由地改变以实现扩展的性能。

在实现更高数据速率(HDR)的实施例中，只要每个HDR槽内的单个位被根据协议的严格定时规则实现，则每个同步时段内的剩余时间可以被以与物理介质的制约兼容的任何方式自由使用和编码，只要这样的编码不超过该同一网络上的、适于接收更高数据速率信号的、用于旧式数据接收装置和关联的装置配置的硬件的电气限制。

图6示出在协议中可用的可能编码方法，在该协议中，用于单个‘1’位的数据符号48(如数字“48”正上面的脉冲的负走向部分所示，为单个‘1’位的数据符号)位于同步时钟符号46(如数字“46”正上面的脉冲的负走向部分所示，为同步符号)之后，并示出其相关联的过渡。由此，数据符号48是使用‘第一’速率(也称为标准速率)发送的介质繁忙信号，该第一速率是在用于进行命令和控制数据的通信的装置之间使用的数据交换速率，而不是随后的更高数据速率。

因此，标准数据速率时间段42(在本情况下，同步信号)内的剩余时间段40可用于以比用于标准数据速率装置通信更高的数据速率进行的适当数据编码方法。如图5所示，可以发送该帧的多个这样连续的同步信号以及所包含的更高数据速率部分。

还可以使用从以更高数据速率发送的数据恢复的时钟信号，在装置的接收器中解码以帧信息部分中表明的更高数据速率发送的净荷数据。

图3示出了高速通信帧，具有以标准数据速率发送的帧信息部分高速设置块37(高速设置块)、哑块30和确认块32，但是这次，响应于帧信息部分高速设置块37内的控制块25中的控制信息，附加哑块30和高速数据块(高于第一速率(标准速率))36被添加到帧中。作为以新的更高数据速率进行更高速率数据块通信的帧的一部分的高速数据净荷块36可以被以各种方式编码，并且该编码可以通过帧信息部分高速设置块37的控制块25内封装的一些或所有数据来描述。

高速数据速率数据块36包括根据旧式协议的要求满足繁忙介质规则的成分(如前面以示例描述的那样，在图6所示的同步信号的时段42内使用‘1’位数据符号48)，并且还允许时间来以帧信息部分中的控制消息定义的方式对附加于使用旧式协议发送的帧的该部分的数据进行编码(高速数据块37在其之前)。高速净荷数据块36还可以包括使用如图5所示的错误检测码(诸如校验和或循环冗余检查(CRC))，来帮助检测净荷数据块36内发送的错误，并且随后可以是另一哑块30和第二确认块38。注意，块32是之后的第一确认块，其在存在块36数据的情况下完成块37的发送的过渡，或者之后是否定确认及否定块36、30和38。如果确认32是肯定的并且之后是块36，则块38是第二确认块，但是仅用于块36的确认，并且具有不同的格式，由此具有不同于第一确认块32的意思。前面的描述仅是如何发送更高速率数据的一个示例，因为有很多不同类型的确认(肯定和否定)可以被用于处理装置之间的数据发送。

在帧内的相对较高数据速率通信期间，所有可兼容装置优选地通过该特殊帧以及/或者通过总是存在于通信介质上的同步时钟来同步。该同步时钟仅提供定时基准，因此可以由位于网络上的任何位置的“非智能”时钟装置来产生。

虽然非智能时钟对于提供标准数据速率通信的同步是足够的，并且可能由网络上的不同装置来提供，但是由于例如其物理远程性、诸如信号传播延迟的数据速率影响等，其对于提供帧的更高数据速率部分的同步而言是不够精确的。因此，对于更高数据速率部分的更好的同步方式可以是‘1’位数据符号48，其是由发送该更高数据速率帧的同一装置产生的，并且它具有与该帧的剩余更高数据速率数据部分相同的接收器处的网络传播延迟。

对于使用更高数据速率设置块的利用CSMA/CD和/或CA的通信协议的设计而言，优选地是基于网络的拓扑规则、电缆传输、网络及装置阻抗等来考虑网络的物理特性，例如不仅是在电气上距离最远的装置之间而且在电器上靠近的装置之间的两导线通信介质的已知最大物理长度内的最大带宽。预先确定并使用这些和其他相关特性减少了如果超过该范围或未知的情况下可能发生的定时错误的可能性和/或意外。此外，优选地，该装置的请求可变数据速率(相对较高数据速率)协议帧的高数据速率控制块(25)包含足够信息来允许接收装置接受图7所示的适当数据位速率和消息长度的适当信息，该图7还示出了这些块，包括消息种类块70、消息类型块71、控制块长度块72、高速数据速率块73、高速数据编码类型块74、更高数据速率长度块75和要以更高数据速率使用的误差检测码(校验和)方法块76。除了高数据速率指示符51之外，高速控制块25内的一些或所有其他信息可选地可以通过惯例来固定，在该情况下，不需要规定这些信息，因此可以被省略。这些字段，如果包括的话，不需要按与所描述的相同顺序出现，而是可以根据协议设计者的需要来自由排序，只要保持与旧式(低速)装置的兼容性即可。

高速数据速率并非必须是固定预设数据速率，因为该装置可能能够接收/发送两个或更多个数据速率，从而初始装置可以包括表示将发送数据的数据速率的数据73。一些装置可能能够自动检测并适应于任何接收的数据速率。由此，数据速率被认为是可变的，但是通常不会在帧内变化，而是可以在帧之间变化，而实质上对于特定帧是确定的。

在更高数据速率设置块包括关于建议的更高数据速率发送的信息的情况下，接收装置可能以肯定的确认32来响应，或者以若干类型的否定确认中的一个或更多个响应，这些类型的否定确认包括但不限于意指“不支持的更高数据速率”、“支持的更高数据速率，但是与所表明的高速设置块不一样高”、“支持的更高数据速率，但是与所表明的设置块不一样高，具有特定的最大数据速率”等的否定确认。

在一个实施例中，在该帧的正常数据速率部分期间，可变数据速率(相对较高数据速率)块时段被定位为接收器的装置使用。

图8示出图3的确认块32的分解，该确认块32在能够接收以较高速率(比标准速率高)发送的数据的装置的配置中是否定的，该确认块32在部分82中包括表明“该装置响应理解更高速正被传输但是该装置无法以该特定数据速率通信”的码。如图8所示，位N 84到位286、位1 88以及最终的位0 90是表明各装置能够如图9所示通信的最快数据速率，图9示出了如果每个装置无法接收所发送的特定数据速率时，根据每个装置的最大支持高速数据速率，每个装置以多路方式对该码做出‘1’位贡献。在‘1’位支配总线的情况下，网络上所发送的结果代码将表示高速消息可能发送和成功接收的最大速度。例如，图10示出表示这样的数据的示例寄存器的表，其允许发送装置通过检查否定确认中的码来确定什么是在该同一帧中发送净荷的、所有装置(以ACK或NAK进行响应)能够接受的最大数据速率。由此，如图9所示，‘000001’的接收意指，例如，标准数据速率的24倍可被使用，因为所有装置能够以该速率接收数据，而‘000011’的接收意指用于发送的最大数据速率是标准数据速率的20倍，等等，直到‘111111’的接收意指能够由块27中定位的所有装置接收的最大数据速率是标准数据速率的8倍。假设所有被定位到的接收装置也已经读取否定确认的内容，则该信息可以被发送装置使用来简单地以否定确认寄存器中表明的速率发送高速数据净荷块36，或者，如果确认块32如期望的那样是肯定的，则该信息可以被使用来以否定确认块中表明的速率简单地重新发送具有高速数据速率指示的高速设定块，随后以该速率发送高速数据净荷36。

可以在帧的可变数据速率(相对较高数据速率)通信块期间提供的数据的类型可以包括任何有用的数据类型，包括但不限于正常可运行数据、一个或更多个装置或者相关联设备的固件升级和配置数据、批量数据传输、或者诸如到/从特定装置的诸如音频或视频的高带宽消费信息。

还可以满足网络内的相对低数据速率通信的通信要求，并且同时以较高速率编码信息，以使得容许较高数据速率的装置可以接收和接受更高数据速率数据，同时其他装置以它们自己的相对低的数据速率运行，由此两种类型的装置可以在同一网络中共存。

对于诸如以施耐德C-Bus协议为示例的这里描述为示例的协议的面向字节的网络协议中的相对低数据速率数据的每个字节，如果更高数据速率通信能够对于每个字节起始符号同步，并且将一个有效低数据速率位插入每个字节中，则该字节可以被旧式装置识别为有效通信，然后根据该协议，当事实上没有旧式装置正在进行发送并且正在使用可变数据速率(相对高数据速率)的这些装置具有对于网络的不中断访问时，这些装置无法参与更高数据速率交换，进一步地并且必须地这些装置简单地认为旧式网络是繁忙的。

图6示出在诸如施耐德C-Bus协议的面向字节的协议中的槽，示出了用于较低数据速率字节时间42的时钟定时与用于网络上的较低数据速率通信的时钟定时相同，包括同步时钟符号46。在本发明的实施例中，同步时钟46(其可以由网络上的相同或不同装置发送到到该槽的剩余部分)之后是要由网络上的所有装置接收的、由发送装置根据正常数据速率操作发送的用于数据符号48的单个数据位，并且被包括以向网络中所有其他装置表示保持介质繁忙信号。此外，在本实施例中，用于数据位符号48的较低速度数据位之后是在剩余时间段40中插入时钟同步信号时段42的剩余时间内的、以较高数据速率发送的数据块40。由于通信装置的冲突避免职责在将高速数据块发送到总线上的时间是完全的，所以可以使用于数据符号48的数据位的边缘过渡更猛烈，允许其被用作槽的剩余部分中的数据的同步信号。该槽中的高速净荷数据的信令速率可以是根据一个或许多个因素设置的，包括但不限于通信介质(诸如双线)的实际网络物理特性，其具有例如可在通信介质的已知最大物理长度内运行的已知最大带宽。如果这些功能限制是已知的，那么所述一个或更多个更高数据速率中的数据速率可以被预先确定为在网络协议内使用，因为广播发送和点到点发送数据均可以由获胜装置以更高数据速率发送。

发送装置和接收装置之间的实际网络带宽可以由发送器通过使用发送器被配置为使用的实际广播带宽(给定应当总是成功的更高数据速率信令的下限)和最大信令速率，基于相对于先前发送的数据速率而言的成功速率，在连续的发送上学习。由接收器以接收未成功的指示而进行否定确认的更高数据速率发送(对于该更高数据速率发送，在该发送的早前接收到“支持更高数据速率”的确认)被原样地再次尝试，或者以更低数据速率再次尝试。一旦接收到成功发送和确认，则利用学习算法，该成功发送的数据速率可以被用作随后发送的基础，该学习算法根据普遍网络条件来适应性地增速和减速。

所提出的更高数据速率可以是总线争夺时段的一部分，从而与之前所述的一样，所提出的更高数据速率可以被使用来确定获胜的发送器，即，对于一个或更多个能够以较高数据速率进行接收的接收器，最快的发送器战胜较慢的发送器。这样配置中的协议在帧的总线争夺时段内包括代表所提出的最高数据速率的数据，以该数据速率，获胜装置能够发送数据，并且只有接收到最高数据速率数据的接收器将提供确认。

在槽内的时间段40期间，装置的发送器能够以任何数据速率发送通信，唯一的限制是发送和接收装置之间的网络的物理特性，而不是与网络上的现有装置的兼容性的任何惯例。

在时间段40期间，使用适当代码本或者在诸如以太网的其他序列发送机制中使用的任何其他适当形式的线编码的诸如曼彻斯特4B/5B、8B/10B的编码标准可以被使用来实现更高数据速率，并且仍然保留网络的直流(dc)平衡。对于DC平衡并不重要的其他情况，将使用其他机制。

在本公开中提供的信息可以应用于很多分组交换基带信令网络，以与这些网络的典型固定的相对低数据速率相比，实现数据吞吐量的显著增加。具体地，将这里公开的信息应用于施耐德C-Bus系统和协议可以以正常数据速率的至少6倍的速率传递数据，并且典型地对于小网络或者大网络上的相邻设备之间的24倍或更多，使用的实际速率能够根据到/从不同装置的发送中的预测的和实际的成功次数而改变。

其他类型的网络可以具有(与如这里描述的实施例中公开)不同的时段，在该时段中，可能存在更高数据速率帧段，但是在大多数情况下(如本领域技术人员在理解本公开时能够容易识别的那样)，一旦经过了运行的正常数据速率的时段(其为被设置以对于装置之间进行争夺以确定它们中的哪个要对通信网络(总线)独占访问的时段)，当可以确保只有单个发送器正在发送时，有机会实现从发起装置到网络中的一个或更多个其他装置的相对更高数据速率通信。

在以可变数据速率设定帧使用时分多路复用通信时段的某些网络中，并且当数据的发送处于较高数据速率时，存在时分多路复用通信时段，其具有通过由网络参考的单个时钟同步的对于每个装置的时间槽。

在以相对低数据速率运行的同时设置协议以使用和识别旧式装置的总线争夺时段，使得所有装置能够参与网络，同时使得能够不仅选择通过兼容装置使用的不同通信速率，而且能够引入相对更高数据速率时段期间的更健壮错误检测协议，从而使得在与旧式系统会被用于较小消息时相同的时间发送较大消息。

对于本领域技术人员显而易见的是，可能需要确保帧的较高数据速率部分中的编码数据应当不与网络上的其他有效信号混淆，包括同步时钟信号，如果存在的话。由此，应当利用代码本实现编码机制(诸如优选的8B/10B)，该代码本除了保持信号的正确的直流(dc)平衡之外，与所选择的最小更高数据信令速率相结合，确保高数据速率数据保持充分的过渡速率，以使得其从来不会对于同步时钟脉冲出错，由此确保旧式(低速数据速率)装置从来不会关于同步时钟的位置混淆，并且潜在地，在同步之外初始化通信。

还期望已有装置的接收器和发送器硬件将不需要任何修改，而仍然可以与具有更高数据速率数据帧的网络兼容，但是并不需要能够对它们解码，除非它们被升级，或者如果它们被更新，它们仅可以能够解码较高数据速率范围内的、，较新装置能够以该速率解码和/或发送的较低数据速率。

所描述的协议可以通过施耐德C-Bus协议以及其旧式装置和新的更高数据速率装置来使用，但是其不限于该网络系统，而是可以在KNX、CANbus、DALI和其他相关网络系统协议中找到应用。

在例如CANbus网络中，如果希望发送的装置找到处于空闲状态的共享介质，则其等待下一槽并且通过发送帧开始位来开始仲裁阶段(arbitration phase)。在该点，具有要发送的消息(如，该消息可以置于称为TXObject的外围寄存器中)的每个装置可以通过在仲裁槽中一系列地发送该消息的标识符(优先级)位，开始对于授权访问共享介质的竞赛，一个位对于从最高有效位开始的每个槽。标识符位之间的冲突通过逻辑AND算法解决，并且如果装置没有任何变化地读取介质上的其优先级位，则其实现了它是争夺的获胜者，并且它被授权访问以发送消息的剩余部分，同时其它装置切换到监听模式。事实上，如果当这些位中的一位被从介质读取回时该位改变的情况下，这意味着有更高的优先级(支配位)争夺介质，由此，消息撤回。在这样的配置中，仍然可能在从装置发送的帧内的位置处包括表示由装置提供的数据的数据速率的数据，该位置处于帧的起始和帧的以更高数据速率发送数据的部分之间，并且作为示例，在以第一数据速率发送的保持介质繁忙信号之后，可能是利用净荷数据的每一块或某些其他配置发送保持介质繁忙信号。

Claims (14)

1.一种在分组交换基带信令通信网络中进行数据通信的方法，该网络具有多个装置，其中每个装置至少包括能够至少以第一数据速率发送和接收包括净荷数据的帧的数据发送器和数据接收器，所述方法包括以下步骤：

由所述多个装置的装置的发送器在表示帧中的随后要发送的净荷数据将以比第一速率更高的数据速率被发送的帧的一部分中以第一数据速率发送数据；以及

在以更高数据速率发送净荷数据期间，由所述装置的所述发送器以第一数据速率发送保持介质繁忙信号，向其他装置表明所述网络正在使用中。

2.根据权利要求1的方法，其中所述帧包括帧信息部分，所述方法进一步包括以下步骤：

在帧发送装置的接收器处，从一个或更多个装置的发送器接收各装置的接收器能够接收的最高数据速率的表征，其中，该表征被包括在响应于该帧的帧信息部分的至少一部分的接收而发送回装置的接收器的确认中。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：

从接收的一个或更多个确认表征，确定当发送净荷数据时要使用所述更高数据速率。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

使用所述更高数据速率来发送净荷数据；以及

在以该更高数据速率发送净荷数据之前，在帧中放置所述更高数据速率的表示。

5.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

使用错误检测码来以所述更高数据速率发送净荷数据；以及

在以该更高数据速率发送净荷数据之前，在帧中放置错误检测码的表示。

6.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

使用编码机制来以所述更高数据速率发送净荷数据；以及

在以该更高数据速率发送净荷数据之前，在帧中放置编码机制的表示。

7.根据权利要求1的方法，其中，装置采用使用载波监听多路访问/冲突检测协议的网络装置。

8.根据权利要求7的方法，其中，载波监听多路访问/冲突检测协议还使用冲突避免。

9.根据权利要求1的方法，其中以所述更高数据速率的净荷数据的发送使用曼彻斯特编码。

10.根据权利要求1的方法，其中以所述更高数据速率的数据的发送使用8B/10B编码。

11.根据权利要求1的方法，其中以所述更高数据速率的数据的发送被用于发送以下组中的一个或更多个：用于更新装置的固件；网络上的装置的配置参数；批量数据、音频；或视频信息。

12.根据权利要求1的方法，其中在以所述更高数据速率的数据的发送期间，存在时分多路复用通信时段，该时段具有通过由网络参考的单个同步时钟同步的对于每个装置的时间槽。

13.根据权利要求1的方法，其中在槽内保持介质繁忙信号在所述更高数据速率数据的一些或全部之前被发送，并且被发送和接收装置使用作为对于该槽的剩余部分的一些或全部的所述更高数据速率数据的接收的同步信号。

14.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

在装置的接收器中，使用从以所述更高数据速率发送的数据恢复的时钟信号，解码以帧信息部分内表征的所述更高数据速率发送的净荷数据。

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