CN105915456A - 一种可变报头的中继通讯协议方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变报头的中继通讯协议方法，将传输数据按照一定的数据格式进行封装，根据报文类型分为请求报文和响应报文，根据报文模式分为开关量报文和数字量报文，根据报文请求或者响应方式不同，完成不同类型的封装，每个字段表示不同的含义，能有效减少无效数据的传输，数据报文附加校验码，对报文数据传输进行校验，保证数据传输过程的正确率；本发明简单易行，能工作于多种通讯协议，不受平台限制，能减少通讯流量，节约电能，并且可以将异构无线传感网系统之间的数据交互进行有效集成。

Description

一种可变报头的中继通讯协议方法
技术领域
本发明涉及一种通讯协议，具体地说是一种可变报头的中继通讯协议方法。
背景技术
以无线传感网络为技术支撑的物联网在实际生活中成为十分重要的技术，应用范围涉及到众多领域。无线传感网络可以进行复杂环境下的数据采集，节点部署方便快捷，省去了传统意义上的有线连接的布线问题，极大提高了工作效率，降低了协作成本。
使用无线传感网络可以方便地进行远程无线数据采集、远程无线数据请求，但是在进行长距离数据传输过程中，由于节点发射功率以及节点实际功耗等问题，采集的数据需要增加中继才能完成远程传输。无线传感网节点的实际功耗与所传输的数据流量有关，传输的数据量越大，节点实际功耗也越大，这对电池供电的中继传输节点而言，是个致命的缺陷。
目前，无线传感网络进行数据传输时，大都使用自己的私有协议，这就存在不同的异构系统之间，数据格式的兼容性差，不能进行有效集成。
发明内容
本发明目的在于提供一种可变报头的中继通讯协议方法，通过该方法能降低无线传输负载和无线传输节点功耗，同时克服现有的不同无线传感网系统之间使用私有协议而不能进行有效数据交互的问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种可变报头的中继通讯协议方法，其特征在于：该协议方法将传输数据按照一定的数据格式进行封装，根据报文类型分为请求报文和响应报文，根据报文模式分为开关量报文和数字量报文，根据报文请求或者响应方式不同，完成不同类型的封装，每个字段表示不同的含义，是一种可变报头的中继通讯协议，有效减少无效数据的传输，数据报文附加校验码，对报文数据传输进行校验保证数据传输过程中的正确率，具体方法步骤如下：
1）源地址目标地址处理
源地址是协议报文发送端地址，目标地址是报文传输到达的地址，源地址和目标地址按照3位二进制方式进行编码，并分别封装在第一字节的5-7位和2-4位；源地址为数据报文发起端节点地址，目标地址为数据报文需要到达的节点地址，处理具体如下：
11）中继通讯协议报文为请求数据报文，则源地址为请求数据的节点地址，目标地址为需要进行数据采集的节点地址；
12）中继通讯协议报文为响应数据报文，则源地址为进行数据采集的节点地址，目标地址为请求数据的节点地址。
2）报文类型处理
根据所要传输的报文是请求节点发送数据，还是节点接收到数据请求后的响应数据，在第一字节的0-1位报文类型字段进行不同的封装，报文类型为请求数据，第一字节的0-1位为00，或者报文类型为响应数据，第一字节的0-1位为01；
3）报文模式处理
根据所要传输报文中所携带的数据是开关量还是数字量进行报文模式选择，报文模式封装在第二字节的第7位，如果报文模式是开关量，在第二个字节的第7位填充0，如果报文是数字量，则在第二个字节的第7位填充1；
4）请求（响应）源地址节点负载数量处理
根据所要传输报文中所需传输的负载，确定报文中包含的开关量或者数字量传感器数量，并将数量值封装在第二字节的第0-6位，报文可以携带的传感器值为0-127个；
5）请求（响应）节点传感器位置处理
根据步骤4）中的传感器数量，确定所需位置字节数，并将请求（响应）节点传感器位置信息封装在第3字节以及其后的所需字节中；节点传感器位置具体处理如下：
根据步骤3）中报文模式为开关量或者数据量，对节点中的开关量传感器位置或者数字量传感器位置进行编码，使用传感器的位置信息与字节中的位相对应，所要请求（响应）的传感器，在字节中的对应位置上置“1”，没有请求（响应）的传感器，字节中的对应位置上置“0”，相应位置编码为最低的传感器的位置，对应字节中的第0位，依次类推，当传感器数量大于8个时，填充另外一个字节，并将填充好的这些字节数据，封装在第3字节以及其后的字节中；
6）请求（响应）报文负载数据处理
节点请求（响应）的负载数据根据位置信息，被依次封装在步骤5）中节点传感器位置信息的后续字节中，数字量按照大端存储模式进行封装；请求（响应）报文负载数据，具体处理如下：
61）如果报文是请求报文，所请求的传感器类型在步骤3）中确定，请求目标节点中的某个传感器数据，则在位置字节的相应位置“1”，在没有请求的传感器相应位置上置“0”，完成目标节点的传感器位置信息封装。
62）如果报文是开关量传感器响应数据，则根据步骤5）节点中的开关量传感器位置与字节中的位对应的关系，填充相应负载数据字节，开关量为开状态，相应的位置“1”，开关量为关状态，相应位置“0”，并将填充好的这些字节数据，封装在传感器位置信息后面的字节中；
63）如果报文是数字量传感器响应数据，则根据步骤5）节点中的数字量传感器位置，在传感器位置信息字节后面，依次填充的位置信息低位所代表的传感器数据，每个传感器数据按照2字节进行表示，高位字节在前，低位字节在后的大端存储模式进行编码；
7）CRC-16校验处理
为验证数据报文在传输过程中是否出现差错，在报文最后2个字节按照大端存储模式封装了CRC-16校验信息。
本发明优点在于：通过用字节位表示位置的方法，对传输数据进行压缩，在数据传输过程中减少通讯流量，达到无线通讯的节约电能效果；同时，将异构无线通讯网络间的数据报文按照统一格式进行封装，便于信息的融合，该组协议方法简单易行，不受平台限制。
本发明能降低数据传输量、降低节点的功耗，减少网络流量，有效集成异构无线传感网系统。本发明适用于电能消耗要求较严格的、基于远程无线中继模块的通讯。
附图说明
图1为本发明中的报文结构图。
图2为本发明中的请求开关量结构图。
图3为本发明中的相应开关量结构图。
图4为本发明中的请求数字量结构图。
图5为本发明中的响应数字量结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
一种可变报头的中继通讯协议方法，将传输数据按照一定的数据格式进行封装，根据报文类型分为请求报文和响应报文，根据报文模式分为开关量报文和数字量报文，根据报文请求或者响应方式不同，完成不同类型的封装，每个字段表示不同的含义，是一种可变报头的中继通讯协议，有效减少无效数据的传输，数据报文附加校验码，对报文数据传输进行校验保证数据传输过程中的正确率。
图1为本发明所述的一种可变报头的中继通讯协议。
所述的报文头包括：报文的第一个字节，其中：第5-7位表示节点源地址，可以支持8个源节点；第2-4位表示节点目标地址，可以支持8个目标节点；第0-1位表示报文类型，其中：00表示目标地址平台向源地址平台请求数据，01表示源地址平台向目标地址平台响应数据，10，11为保留功能；报文的第二个字节，其中：第7位表示报文模式，0表示开关量，1表示数字量，第0-6位表示报文有效载荷数量，共7位，表示最大支持有效载荷为0-127个数字量或者开关量报文。
所述的有效载荷包括：报文中封装的进行传输的数字量或者开关量数据。
所述的CRC-16校验码包括：报文的CRC-16校验信息，按照大端存储模式，封装在报文的最后2个字节中。
图2为本发明的开关量请求协议报文，图3为本发明的开关量响应协议报文，数据报文处理如下：
A、将源地址按照二进制编码填充第一字节的5-7位；将目标地址按照二进制编码填充第一字节的2-4位；图2报文类型为请求数据，第一字节的0-1位为00，或者图3报文类型为响应数据，第一字节的0-1位为01。
B、确定报文模式是开关量，在第二个字节的第7位填充0。
C、第二字节的0-6位，填充所请求或者响应的开关量数量，如请求传输ID为1、3、5的开关量状态数据，则开关量数量为3，此处的值为3。
D、根据开关量数量，确定报文负载。按照源地址节点上的开关量数量，除以8，转换为几个字节长度。按照节点上的传感器ID进行从低位进行填充，请求数据的ID在字节中对应位置为1，未请求数据的ID在字节中对应位置为0，依次封装在源地址节点数字量或者开关量位置低位字节（3）byte3以及后续字节中，每一个字节可表示8个开关量。
E、在开关量请求协议报文中，例如，请求传输ID为1、3、5的开关量状态数据，则编码为00101010，填充D中所述相应字节。
F、在开关量响应协议报文中，1表示开状态，0 表示关状态，如ID为1、3、5的开关量为开状态，ID为0、2、4的开关量为关状态，则响应的开关量状态数据为00101010，填充D中所述相应字节。
G、数据报文的最后2个字节16位CRC-16校验码，使用大端存储模式（big-endian，高位字节在低位字节前面）完成封装。
图4为本发明的数字量请求协议报文，数据报处理如下：
A、将源地址按照二进制编码填充第一字节的5-7位；将目标地址按照二进制编码填充第一字节的2-4位；报文类型为请求数据，第一字节的0-1位为00。
B、确定报文模式是数字量，在第二个字节的第7位填充1。
C、第二字节的0-6位，填充所请求数字量数量，如请求传输ID为1、3、5的数字量数据，则数据量数量为3，此处的值为3。
D、根据数字量数量，确定报文负载。按照源地址节点上的数字量数量，除以8，转换为几个字节长度。每一个字节可表示8个数字量，按照节点上的传感器ID进行从低位进行填充，依次封装在源地址节点数字量或者开关量位置低位字节（3）byte3以及后续字节中。请求数据的ID在字节中对应位置为1，未请求数据的ID在字节中对应位置为0。如请求传输ID为1、3、5的数字量数据，则编码为：101010，填充在相应字节中。
E、数据报文的最后2个字节16位CRC-16校验码，使用大端存储模式（big-endian，高位字节在低位字节前面）完成封装。
图5为本发明的数字量响应协议报文，数据报处理如下：
A、将源地址按照二进制编码填充第一字节的5-7位；将目标地址按照二进制编码填充第一字节的2-4位；报文类型为响应数据，第一字节的0-1位为01。
B、确定报文模式是数字量，在第二个字节的第7位填充1。
C、第二字节的0-6位，填充所响应数字量数量，如请求传输ID为1、3、5的数字量数据，则数据量数量为3，此处的值为3。
D、根据数字量数量，确定报文负载。按照源地址节点上的数字量个数，除以8，转换为几个字节长度。每一个字节可表示8个数字量，按照节点上的传感器ID进行从低位进行填充，依次封装在源地址节点数字量或者开关量位置低位字节（3）byte3以及后续字节中。响应数据的ID在字节中对应位置为1，未响应数据的ID在字节中对应位置为0。如响应传输ID为1、3、5的数字量数据，则编码为：101010，填充在相应字节中。
E、数字量数据依次存储在D中所述的表示数字量位置字节的后续字节中，每一个数字量为16位2字节数据，使用大端存储模式（big-endian，高位字节在低位字节前面），byte m存储某一数字量高字节（MSB），byte m+1存储某一数字量低字节（LSB）。如响应传输ID为1、3、5的数字量数据，则将ID为1、3、5的数字量数据依次进行封装到报文中。
F、数据报文的最后2个字节16位CRC-16校验码，使用大端存储模式（big-endian，高位字节在低位字节前面）完成封装。
另外，本发明所述的方法，除了可以用在无线网络传输中，也可以用在有线以太网以及工业总线通讯过程中。
以上是对本发明的实施例进行了具体说明，凡在本发明提出的精神和原则之内，所做的修等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变报头的中继通讯协议方法，其特征在于：该协议方法将传输数据按照一定的数据格式进行封装，根据报文类型分为请求报文和响应报文，根据报文模式分为开关量报文和数字量报文，根据报文请求或者响应方式不同，完成不同类型的封装，每个字段表示不同的含义，能有效减少无效数据的传输，数据报文附加校验码，对报文数据传输进行校验，保证数据传输过程的正确率；具体方法步骤如下：
1）源地址目标地址处理
源地址是协议报文发送端地址，目标地址是报文传输到达的地址，源地址和目标地址按照3位二进制方式进行编码，并分别封装在第一字节的5-7位和2-4位；
2）报文类型处理
根据所要传输的报文是请求节点发送数据，还是节点接收到数据请求后的响应数据，在第一字节的0-1位报文类型字段进行不同的封装，报文类型为请求数据，第一字节的0-1位为00，或者报文类型为响应数据，第一字节的0-1位为01；
3）报文模式处理
根据所要传输报文中所携带的数据是开关量还是数字量进行报文模式选择，报文模式封装在第二字节的第7位，如果报文模式是开关量，在第二个字节的第7位填充0，如果报文是数字量，则在第二个字节的第7位填充1；
4）请求或响应源地址节点负载数量处理
根据所要传输报文中所需传输的负载，确定报文中包含的开关量或者数字量传感器数量，并将数量值封装在第二字节的第0-6位，报文携带的传感器值为0-127个；
5）请求或响应节点传感器位置处理
根据步骤4）中的传感器数量，确定所需位置字节数，并将请求或响应节点传感器位置信息封装在第3字节以及其后的所需字节中；
6）请求或响应报文负载数据处理
节点请求或响应的负载数据根据位置信息，被依次封装在步骤5）中节点传感器位置信息的后续字节中，数字量按照大端存储模式进行封装；
7）CRC-16校验处理
为验证数据报文在传输过程中是否出现差错，在报文最后2个字节按照大端存储模式封装了CRC-16校验信息。
2.根据权利要求1所述的可变报头的中继通讯协议方法，其特征在于：步骤1）中，源地址为数据报文发起端节点地址，目标地址为数据报文需要到达的节点地址，处理具体如下：
11）中继通讯协议报文为请求数据报文，则源地址为请求数据的节点地址，目标地址为需要进行数据采集的节点地址；
12）中继通讯协议报文为响应数据报文，则源地址为进行数据采集的节点地址，目标地址为请求数据的节点地址。
3.根据权利要求1所述的可变报头的中继通讯协议方法，其特征在于：步骤5）中请求或响应节点传感器位置具体处理如下：
根据步骤3）中报文模式为开关量或者数据量，对节点中的开关量传感器位置或者数字量传感器位置进行编码，使用传感器的位置信息与字节中的位相对应，所要请求或响应的传感器，在字节中的对应位置置“1”，没有请求或响应的传感器，字节中的对应位置置“0”，相应位置编码为最低的传感器的位置，对应字节中的第0位，依次类推，当传感器数量大于8个时，填充另外一个字节，并将填充好的这些字节数据，封装在第3字节以及其后的字节中。
4.根据权利要求1所述的可变报头的中继通讯协议方法，其特征在于：步骤6）中请求或响应报文负载数据，具体处理如下：
61）如果报文是请求报文，所请求的传感器类型在步骤3）中确定，请求目标节点中的某个传感器数据，则在位置字节的相应位置上置“1”，在没有请求的传感器相应位置上置“0”，完成目标节点的传感器位置信息封装；
62）如果报文是开关量传感器响应数据，则根据步骤5）节点中的开关量传感器位置与字节中的位对应的关系，填充相应负载数据字节，开关量为开状态，相应的位置上置“1”，开关量为关状态，相应位置上置“0”，并将填充好的这些字节数据，封装在传感器位置信息后面的字节中；
63）如果报文是数字量传感器响应数据，则根据步骤5）节点中的数字量传感器位置，在传感器位置信息字节后面，依次填充的位置信息低位所代表的传感器数据，每个传感器数据按照2字节进行表示，高位字节在前，低位字节在后的大端存储模式进行编码。
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