CN105915328B - 对同步帧的接收处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种对同步帧的接收处理方法和装置，包括：在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则进入定时休眠，如果接收到则进入下一步；解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，进入定时休眠。本发明可以降低设备的功耗，延长设备的续航时间。

Description

对同步帧的接收处理方法和装置
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线网络通信场景中，从设备对同步帧的接收处理方法和装置。
背景技术
目前，随着技术的发展和社会的进步，无线传感器网络、智能穿戴等一系列产品逐渐成为了市场上的焦点。这种类型的设备通常会通过无线网络来进行相互之间的通信，在这种无线网络中，存在着主设备和从设备之分，一般来说，从设备通常是终端设备，例如无线传感器、智能穿戴设备、甚至可以是智能仪表等；主设备通常是数据集中设备，如网关、服务器、中央控制器等。
从设备通常用于采集数据，需要实时或定时与主设备保持无线通信，进行数据传输或信息交互；而且从设备通常处于无人值守的场景中，如高温、高压环境中的传感器，设置在车辆中的传感器，设置在建筑物中的温度、湿度传感器等等，因此需要从设备具备相当的电池续航时间。而且从设备可能会安装在各种物体或场景中，因此其体积也是趋于小型化和小巧化。
从用户体验上说，使用者想最短时间内得到系统的反馈(即网络的实时性指标)，这就要求设备的无线接收端(通常是从设备端)要在发送端传输数据时处于开启状态，但是一直开启必然造成大量的电池消耗，这也是无线网络设备发展中需要权衡的一个主要矛盾。
针对这一系列问题，一种类型的解决办法是开发出体积更小且容量更大的电池，用来替代现有的供电方案。然而电池技术在近些年来的发展中处于瓶颈期，短时间很难出现一个可大规模商用的突破性技术或产品。
另一种类型的解决办法是降低电池供电设备的功耗，以达到在现有能量基础上的更长工作时间。
在现有技术中，还要保证设备间无线通信的实时性，除了常开接收器的方法，另一主要解决手段就是通过全网时间同步方法定期地查询下行状态。
现有技术中的同步帧的格式如下表1所示：
5bytes 1byte 2bytes 1byte 0～N bytes 2bytes
SHR PHR FCF SN Frame payload FCS
表1
表1中，公开了现有同步帧的字段，所述各个字段的含义如下：
同步头(SHR，Synchronization header)：用来指示同步帧起始位置，包括5个字节；
物理层(PHY)头(PHR，PHY header)：用来指示从后述FCF开始到后述FCS结束全部字节的长度；
帧控制域(FCF，Frame control field)：用于指示帧的类型和模式；
帧序列号(SN，Sequence number)；
帧有效载荷(Frame payload)：其值N小于122bytes；
帧校验位(FCS，Frame check sequence)。
在现有技术中，主设备(如网关)按一定的时间(t)发送所述同步帧，从设备(如节点)在同步帧发送之前唤醒接收并完成处理，如图1所示为无线网络通信中主设备和从设备利用同步帧进行信息通信的一种示意图。参见图1，主设备会每隔时间t发送同步帧，而从设备会以相同的时间间隔进行唤醒以接收所述同步帧，从而完成全网时间同步。
但是，现有技术中，从设备是在接收到完整的同步帧之后，再对同步帧进行解析。这种方式对从设备的功率消耗比较高，降低了从设备的电池续航时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种无线网络通信中对同步帧的接收处理方法和装置，以降低设备的功耗，延长设备的续航时间。
一种对同步帧的接收处理方法，包括：
在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则进入定时休眠，如果接收到则进入下一步；
解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，进入定时休眠。
优选的，该方法在根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷之后，进一步包括：
当该同步帧包含有效载荷时，则解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，按照解析结果进行相应处理后再进入定时休眠。
优选的，所述解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，具体包括：
解析所述同步帧的物理层PHY头字段PHR，判断PHR的值是否大于不含有效载荷时的预定值，如果大于则判定该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
优选的，在解析所述同步帧的PHR之前，进一步包括：
解析所述同步帧的同步头字段SHR并校验该SHR，如果SHR正确则进入下一步，否则进入定时休眠。
优选的，所述进入定时休眠之前，进一步包括：进行时钟调整，之后再进入定时休眠。
一种对同步帧的接收处理装置，包括：
定时接收模块，用于在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则进入定时休眠，如果接收到则进入下一步；
解析判断模块，用于解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，发出进入定时休眠的指令。
优选的，所述解析判断模块，进一步用于：在根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷之后，当该同步帧包含有效载荷时，则解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，按照解析结果进行相应处理后再发出进入定时休眠的指令。
优选的，所述解析判断模块，包括PHR解析判断子模块，用于解析所述同步帧的PHR，判断PHR的值是否大于不含有效载荷时的预定值，如果大于则判定该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
优选的，所述解析判断模块，进一步包括SHR解析判断子模块，用于在解析所述同步帧的PHR之前，解析所述同步帧的SHR并校验该SHR，如果SHR正确则触发所述PHR解析判断子模块，否则发出进入定时休眠的指令。
优选的，该装置进一步包括时钟调整模块，用于在检测到进入定时休眠的指令后，进行时钟调整，之后再触发设备进入定时休眠。
与现有技术相比，本发明提出了一种新的在无线网络通信场景中从设备的接收和处理同步帧的方法。现有技术的同步方法是接收到完整的协议帧之后，再加以解析。而本发明在收到同步帧后，只先解析所述同步帧的部分指定字段的值之后就做出判断处理，即根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，直接进入定时休眠。这样就不必向现有技术那样将整个同步帧全部解析完再处理，节约了解析时间和解析操作的耗能，因此降低了设备的功耗，延长了设备的续航时间。
附图说明
图1为无线网络通信中主设备和从设备利用同步帧进行信息通信的一种示意图；
图2为本发明所述从设备对同步帧的接收处理方法的一种流程示意图；
图3为本发明所述从设备对同步帧的接收处理装置的一种示意图；
图4为本发明所述无线网络通信中从设备对同步帧的接收处理方法的一种详细的实施流程图；
图5为从设备接收同步帧的一种时序图；
图6为从设备判定接收的同步帧不包含有效载荷的一种时序图；
图7为从设备判定接收的同步帧中包含有效载荷的一种时序图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图2为本发明所述从设备对同步帧的接收处理方法的一种流程示意图。参见图2，该方法主要包括：
步骤201、从设备在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则进入定时休眠，如果接收到则进入下一步；
步骤202、从设备解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，进入定时休眠。所述进入定时休眠是指该从设备进入定时休眠状态。
与所述方法对应的，本发明还公开了一种对同步帧的接收处理装置，该接收处理装置至于所述从设备内。图3为本发明所述从设备对同步帧的接收处理装置的一种示意图，参见图3，该同步帧的接收处理装置主要包括：
定时接收模块301，用于在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则发出进入定时休眠的指令，如果接收到则进入下一步。所述发出的进入定时休眠的指令可以触发从设备进入定时休眠状态。
解析判断模块302，用于解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，发出进入定时休眠的指令。所述发出的进入定时休眠的指令可以触发从设备进入定时休眠状态。
在进一步的优选实施例中，本发明所述的方法在根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷之后，进一步包括：当该同步帧包含有效载荷时，则解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，按照解析结果进行相应处理后再进入定时休眠。
对应的，所述接收处理装置的一种实施例中，所述解析判断模块302，进一步用于：在根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷之后，当该同步帧包含有效载荷时，则解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，按照解析结果进行相应处理后再发出进入定时休眠的指令。从设备在检测到该进入定时休眠的指令后，会进入定时休眠状态。
在本发明所述方法的一种优选实施例中，所述同步帧的格式如表1所示，所述同步帧的部分指定字段是指同步帧的PHR，由于PHR用来指示后续从FCF到FCS结束全部字节的长度，而FCF与FCS之间包括有效载荷即所述帧有效载荷。如果同步帧中没有有效载荷，则所述从FCF到FCS结束全部字节的长度是一个预定值M，例如表1所示的同步帧格式中，所述：预定值M＝FCF的长度(2字节)+SN的长度(1字节)+FCS的长度(2字节)＝5字节；该预定值M是不含有效载荷时的PHR的值。
也就是说，如果同步帧采用表1所示的同步帧的格式，则PHR的值最小是不含有效载荷时的预定值M，即5个字节。如果PHR的值大于M，则说明该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
所以在本发明所述方法的一种优选实施例中，所述解析所述同步帧的部分指定字段的值，是指要解析所述同步帧的PHR字段的值。
所述解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，具体包括：解析所述同步帧的PHR，判断PHR的值是否大于M，所述M为不含有效载荷时的一个预定值，如果大于M则判定该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
当然，如果按照表1所述的同步帧格式，按照解析同步帧各个字段的顺序，在一种优选实施例中，所述解析所述同步帧的部分指定字段的值，是指要解析所述同步帧的SHR字段和PHR字段的值。也就是说，该方法需要进一步在解析所述同步帧的PHR之前，进一步包括：解析所述同步帧的SHR并校验该SHR，如果SHR正确则进入下一步，否则进入定时休眠。
对应的，在所述对同步帧的接收处理装置的一种实施例中，所述解析判断模块302中，具体包括PHR解析判断子模块，用于解析所述同步帧的PHR，判断PHR的值是否大于不含有效载荷时的预定值，如果大于则判定该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
进一步的，所述解析判断模块还可以进一步包括SHR解析判断子模块，用于在解析所述同步帧的PHR之前，解析所述同步帧的SHR并校验该SHR，如果SHR正确则触发所述PHR解析判断子模块，否则发出进入定时休眠的指令。
另外，在本发明所述方法的又一种优选实施例中，所述进入定时休眠之前，进一步包括：对从设备进行时钟调整，之后再触发从设备进入定时休眠。
对应的，在所述对同步帧的接收处理装置的一种实施例中，该装置进一步包括时钟调整模块，用于在检测到进入定时休眠的指令后，进行时钟调整，之后再触发设备进入定时休眠。
由于本发明在通常完成时钟调整的情况下只需要解析同步帧的前6个字节即可做出是否继续解析还是进入定时休眠的状态，因此在本文中可以将本发明的方法简称为6字节帧头同步法。现有技术的同步方法是接收到完整的协议帧之后，再加以解析。而本发明所述的6字节帧头同步法是通过只解析SHR+PHR共计6个字节来实现更低功耗的同步，仅在同步帧需要解析时才完整的接收一整包数据。在同等应用的条件下，本发明可以节省至少5个字节的接收和处理时间，使得设备功耗降低了约50％，延长了设备的续航时间。
所述6字节帧头同步法可以仅在同步帧需要解析时才完整的接收一整包数据。在有下行命令或者数据的时(即Frame payload≠0)，从设备开启整包帧的接收时间，并作出相关的处理和响应。
本发明的流程和逻辑，在具体实现方式上，既可以使用分离式解决方案，即：射频收发器(RF Transceiver)+主控单元的方式，亦可以使用集成的射频SOC的解决方案。
图4为本发明所述无线网络通信中从设备对同步帧的接收处理方法的一种详细的实施流程图。参见图4，下面详细说明在一个从设备执行同步帧接收处理的完整流程，该流程具体包括：
步骤401、从设备入网成功，即成功接入无线网络，并进入休眠模式。从设备在第一次同步成功之后，按照自己需要同步时间进行周期性唤醒、休眠，根据硬件条件选择需要提前醒来打开接收机的时间△t。设定超时时间为：△t+T(6字节帧头接收时间)。
步骤402、从设备定时唤醒，等待接收同步帧。
步骤403、是否在等待时间内没有接收到同步帧，如果是则进入步骤404，如果接收到同步帧则进入步骤405。
步骤404、判断是否超过指定的失锁次数，如果是则从设备重新接入无线网，否则进入定时休眠，并等待定时唤醒，返回步骤402。所述失锁次数是一个预设值，相当于表示没有接收到同步帧的周期次数。
步骤405、解析所述同步帧的SHR，检验该SHR是否正确，如果正确则进入步骤406，否则进入定时休眠，并等待唤醒，返回步骤402。
步骤406、解析所述同步帧的PHR，判断该PHR的值是否大于不含有效载荷时的预定值M，例如如表1所述的同步帧，则此处需要判断PHR的值是否大于5，如果是则说明该同步帧具有有效载荷，进入步骤407；否则说明该同步帧没有有效载荷，进入定时休眠，但需要说明的是，此处在进入定时休眠之前，需要进行时钟调整(即时钟同步)，之后再出发设备进入定时休眠，返回步骤402。
步骤407、解析所述同步帧中除SHR和PHR的后续其它字段，根据解析结果判断是否需要相应的处理，判断的方式可以依照现有技术进行，如果需要处理，则进入步骤408；否则进入定时休眠，但需要说明的是，此处在进入定时休眠之前，也需要进行时钟调整(即时钟同步)，之后再出发设备进入定时休眠，返回步骤402。
步骤408、对根据解析结果进行相应的处理，之后进入定时休眠，但需要说明的是，此处在进入定时休眠之前，也需要进行时钟调整(即时钟同步)，之后再出发设备进入定时休眠。
下面利用时序图的方式进一步说明本发明所述方法在时序上的过程。
图5为从设备接收同步帧的一种时序图。参见图5，在从设备的射频接收器收到完整的SHR后，射频部分将产生IO电平变化或者溢出中断，主控部分捕获电平或者中断后，读出PHR的值，判断仲裁进行下一步的处理。
图6为从设备判定接收的同步帧不包含有效载荷的一种时序图。参见图6，当从设备读取出PHR的值，发现PHR＝5时，则判定本同步帧中不包含有效载荷，因此会从工作状态转为休眠状态。
图7为从设备判定接收的同步帧中包含有效载荷的一种时序图。参见图7，当从设备读取出PHR的值，发现PHR>5时，则判定本同步帧中包含有效载荷，因此会继续保持工作状态直到解析处理完本同步帧。
综上所述，本发明的同步帧在保证协议完整描述性的同时，可以更加简洁、灵活；同步帧是维系网络所必须的前提条件，采用本发明的所述的6字节帧头同步法，既保证了时间同步的精度，又减少了接收的时间，进而大大的降低了功耗；而且，由于设备之间是具有时间同步特性的，故保证了整个系统的下行链路的顺畅，进而拥有了较高的实时性，且仍然是工作在较低功耗之下的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述各实施例的功能模块可以位于一个终端或网络节点，或者也可以分布到多个终端或网络节点上。
另外，本发明的每一个实施例可以通过由数据处理设备如计算机执行的数据处理程序来实现。显然，数据处理程序构成了本发明。此外，通常存储在一个存储介质中的数据处理程序通过直接将程序读取出存储介质或者通过将程序安装或复制到数据处理设备的存储设备(如硬盘和或内存)中执行。因此，这样的存储介质也构成了本发明。存储介质可以使用任何类型的记录方式，例如纸张存储介质(如纸带等)、磁存储介质(如软盘、硬盘、闪存等)、光存储介质(如CD-ROM等)、磁光存储介质(如MO等)等。
因此本发明还公开了一种存储介质，其中存储有数据处理程序，该数据处理程序用于执行本发明上述方法的任何一种实施例。
另外，本发明所述的方法步骤除了可以用数据处理程序来实现，还可以由硬件来实现，例如，可以由逻辑门、开关、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等来实现。因此这种可以实现本发明所述方法的硬件也可以构成本发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种对同步帧的接收处理方法，其特征在于，包括：
在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则进入定时休眠，如果接收到则进入下一步；
解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，进入定时休眠；
其中，所述解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，具体包括：
解析所述同步帧的物理层PHY头字段PHR，判断PHR的值是否大于不含有效载荷时的预定值，如果大于则判定该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷之后，进一步包括：
当该同步帧包含有效载荷时，则解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，按照解析结果进行相应处理后再进入定时休眠。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在解析所述同步帧的PHR之前，进一步包括：
解析所述同步帧的同步头字段SHR并校验该SHR，如果SHR正确则进入下一步，否则进入定时休眠。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进入定时休眠之前，进一步包括：进行时钟调整，之后再进入定时休眠。
5.一种对同步帧的接收处理装置，其特征在于，包括：
定时接收模块，用于在定时唤醒后接收同步帧，如果在指定时间内未接收到则进入定时休眠，如果接收到则由解析判断模块对所述同步帧进行解析；
解析判断模块，用于解析所述同步帧的部分指定字段的值，根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷，当该同步帧不包含有效载荷时，则不解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，发出进入定时休眠的指令；
其中，所述解析判断模块，包括物理层PHY头字段PHR解析判断子模块，用于解析所述同步帧的PHR，判断PHR的值是否大于不含有效载荷时的预定值，如果大于则判定该同步帧包含有效载荷，否则判定该同步帧不包含有效载荷。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述解析判断模块，进一步用于：在根据解析结果判断该同步帧是否包含有效载荷之后，当该同步帧包含有效载荷时，则解析除所述部分指定字段外的其余字段的值，按照解析结果进行相应处理后再发出进入定时休眠的指令。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述解析判断模块，进一步包括同步头字段SHR解析判断子模块，用于在解析所述同步帧的PHR之前，解析所述同步帧的SHR并校验该SHR，如果SHR正确则触发所述PHR解析判断子模块，否则发出进入定时休眠的指令。
8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括时钟调整模块，用于在检测到进入定时休眠的指令后，进行时钟调整，之后再触发设备进入定时休眠。
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Denomination of invention: Synchronization frame receiving processing method and device

Effective date of registration: 20200309

Granted publication date: 20190301

Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee

Pledgor: BEIJING WILL CREATE TECHNOLOGY CO., LTD.

Registration number: Y2020990000161

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