CN106100798A - 数据传输装置及传输数据的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据传输装置及传输数据的方法和系统，本发明中，发送单元在发送数据帧时，进行速率匹配之后作为业务数据携带在新的数据帧中通过可见通通信的方式发送，在接收通过可见光信号的方式数据帧时，进行速率匹配后提取出其中的业务数据作为数据帧并通过接口模块输出。这样，在进行数据传输时，就无需对所要传输的数据帧进行解析，从而能够实现数据帧的透传，提高了数据传输的安全性。并且由于是通过可见光通信的方式进行传输，能够大幅提高传输的速率。

Description

数据传输装置及传输数据的方法和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据传输装置及传输数据的方法和系统。

背景技术

随着计算机技术的发展，各种电子设备迅速普及，数十年来，智能手机、pad、计算机等也不断推陈出新。然而，设备间短距离通信的问题一直困扰着人们，给人们生活带来了极大的不便。

目前，传输连接器主要分为有线和无线连接两种产品类型。对于有线传输而言，传统的机械式连接不仅会有线缆的束缚，设备上开孔也破坏了产品的美观，在一定程度上扼杀了产品的工业设计。同时，连接器孔洞在长期插拔使用下会造成性能损耗和物理性破坏，EMI和RFI等信号干扰和无线干扰更是难以避免。短距离无线连接技术在移动设备中的应用开始增多，主要包括Zig-Bee、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi、近场通信(NFC)、红外通信技术(IrDA)等技术。然而，随着技术的发展，现有的无线连接技术已然不能满足用户对人性化、高速率、时尚外观等性能要求，暴露出诸如速率低、频带资源紧张、通信存在安全隐患等问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种新型的数据传输装置及传输数据的方法和系统，用以提高数据传输的速度和安全性。

第一方面，本发明提供了一种数据传输装置，包括：发送单元和/或接收单元；其中，所述发送单元和所述接收单元均包括：接口模块、信号处理模块和可见光通信模块；所述信号处理模块与所述接口模块以及所述可见光通信模块相连；

其中，在所述发送单元中，所述信号处理模块用于根据可见光通信模块的传输速率和所述接口模块的传输速率对所述接口模块接收到的数据帧进行速率匹配，并将完成速率匹配的数据帧作为业务数据携带在新的数据帧中，并将新的数据帧通过所述可见光通信模块输出；

在所述接收单元中，所述信号处理模块用于通过所述可见光通信模块接收数据帧；进行速率匹配后提取其中的业务数据作为数据帧并通过所述接口模块输出；其中接收到的数据帧中的业务数据包含一个完整的数据帧，该完整的数据帧的类型与所述接口模块的类型一致。

可选地，所述可见光通信模块为USB接口模块，用于接收USB协议类型的数据包。

可选地，在所述传输设备包括发送单元和接收单元时，所述发送单元和所述接收单元复用信号处理模块和接口模块。

可选地，在发送单元中，所述可见光通信模块包括LED灯和用于驱动LED灯的模拟驱动电路；所述模拟驱动电路与所述信号处理模块相连；所述信号处理模块用于将新的数据帧通过所述可见光通信模块输出，包括：对所述模拟驱动电路进行调制，使得模拟驱动电路控制所述LED灯发送该数据帧对应的可见光信号；

在接收单元中，所述可见光通信模块包括光敏器件和与所述光敏器件相连的模拟驱动电路；该模拟驱动电路用于根据光敏器件接收到的可见光信号生成对应的数字信号；所述信号处理模块与所述模数转换电路相连，用于根据接收到的数字信号得到对应的数据帧。

可选地，在发送单元中，所述可见光通信模块还用于在发送数据帧之前，对数据帧对应的信号进行前级预加重处理；

在接收单元中，所述可见光通信模块还用于在提取中接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块之前，对接收到的数据帧进行前级预加重处理。

可选地，在所述发送单元中，所述信号处理模块用于将所述接口模块接收到的数据帧作为业务数据携带在新的数据帧中，包括：将所述接口模块接收到的数据帧作为业务数据，并添加相应的控制指示信息得到新的数据帧；

在所述发送单元中，所述信号处理模块用于提取接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块包括：去除接收到的数据帧中的控制指示信息，将所剩余的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块。

可选地，所述控制指示信息包括同步头和/或信道编码。

可选地，在所述控制指示信息包括同步头和信道编码时；

在所述发送单元中，所述信号处理模块用于添加相应的控制指示信息得到新的数据帧包括：首先添加信道编码，之后对添加了报文头的数据帧进行线路编码，之后添加信道编码；

在所述发送单元中，所述信号处理模块提取接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块，包括：去除同步头，之后进行反向线路编码，之后去除信道编码。

第二方面，本发明还提供了一种利用上述所述的装置传输数据的方法，其中，

当所述数据传输装置包括发送单元时，所述方法包括：

首先将待传输的文件的文件名输出到发送单元的接口模块，之后将该文件的数据内容输出到发送单元的接口模块；

当所述数据传输装置包括接收单元时，所述方法包括：

首先接收数据传输装置的接口模块输出的文件名对应的数据帧，之后接收数据传输装置的接口模块输出的文件内容对应的数据帧，根据接收到的数据帧得到对应的文件。

第三方面，本发明还提供了一种利用上述所述的装置传输数据的系统，其中，

当所述数据传输装置包括发送单元时，所述系统利用该数据传输装置发送文件的步骤具体包括：

首先将该文件的文件名输出到发送单元的接口模块，之后将该文件的数据内容输出到发送单元的接口模块；

当所述数据传输装置包括发送单元时，所述系统利用该数据传输装置发送文件的步骤具体包括：

首先接收数据传输装置的接口模块输出的文件名对应的数据帧，之后接收数据传输装置的接口模块输出的文件内容对应的数据帧，根据接收到的数据帧得到对应的文件。

本发明提供的数据传输装置及传输数据的方法和系统中，发送单元在发送数据帧时，进行速率匹配之后作为业务数据携带在新的数据帧中通过可见通通信的方式发送，在接收通过可见光信号的方式数据帧时，进行速率匹配后提取出其中的业务数据作为数据帧并通过接口模块输出。这样，在进行数据传输时，就无需对所要传输的数据帧进行解析，从而能够实现数据帧的透传，提高了数据传输的安全性。并且由于是通过可见光通信的方式进行传输，能够大幅提高传输的速率。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明一实施例提供的数据传输装置的主要结构；

图2示出了利用图1中的结构传输数据时的主要流程；

图3示出了图1中的接口模块111的一种具体的结构的示意图；

图4和图5示出了一种信号处理模块112的工作流程图；

图6示出了一种信号处理模块212的工作流程图；

图7示出了可见光通信模块113的一种结构示意图；

图8示出了本发明再一实施例提供的数据传输装置的主要结构。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新的数据传输的方式，主要用于数据的近距离传输；一方面，通过可见光通信的方式，提高数据传输的速率，另一方面，通过透明传输的方式发送需要传输的数据，这样可以大幅提高数据传输的安全性；再一方面，在进行透明传输之前，还对接收到的数据帧进行速率匹配，这样就能够支持对不同速率的数据接口的数据的传输。

下面结合附图对本发明的一些实施例进行详细的描述。

本发明提供的数据传输装置可以仅包含发送单元，这样可以与包含对应的接收单元的数据传输装置配合使用；相应的，也可以仅包含接收单元，这样可以与包含相应的接收单元的数据传输装置配合使用；或者也可以同时包含发送单元和接收单元，可以与上面所指的仅包含发送单元或者进包含接收单元的数据传输装置配合使用。

在仅包含发送单元或者仅包含接收单元，该数据传输装置可以用以实现单工传输，在同时包含发送单元和接收单元时，如果发送单元和接收单元使用同一套数据处理和接口的系统，则可以支持半双工和单工的通信方式，实现与相应的设备的通信；对于发送单元和接收单元使用不同的数据处理和接口的系统的情况，则可以单工、半双工、全双工的通信方式。

参见图1，为本发明一实施例提供的数据传输装置的结构示意图；图1中示出了两个数据传输装置100和数据传输装置200，其中数据传输装置100中设置有发送单元110、数据传输装置200中设置有接收单元210；

其中发送单元110包括接口模块111、信号处理模块112和可见光通信模块113；接收单元210包括接口模块211、信号处理模块212和可见光通信模块213。

参见图2，在需要进行数据传输时，在发送端的发送单元110中，接口模块111主要用于接收第一设备300所发送的数据帧，之后将接收到的数据帧发送到信号处理模块112上，信号处理模块112用于按照接口模块111和可见光通信模块113的传输速率对接口模块111接收到的数据帧进行速率匹配，并将完成速率匹配的数据帧作为业务数据携带在新的数据帧中，并将新的数据帧通过可见光通信模块113输出。

在接收端的接收单元210中，信号处理模块212用于通过可见光通信模块213接收数据帧；该数据帧为上述的可见光通信模块113发送的数据帧，该数据帧中业务数据本身包含一个完整的(不同类型的)数据帧，该数据帧的协议类型与接口模块111和接口模块211的协议类型一致；之后信号处理模块212进行速率匹配后提取接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧并通过接口模块211输出给第二设备400。

参见上述的流程可以看出，在整个过程中，在发送端，对于第一设备300(比如电脑、手机、PAD等)发送到接口模块111的数据帧，信号处理模块112完全不需要解析该数据帧，而是直接将该数据帧作为业务数据封装到一个新的数据帧中发送到数据传输装置200处；而在接收端，可见光通信模块213在接收到新的数据帧之后，信号处理模块212提取出其中的业务数据(也即是接口模块111接收到的数据帧)接口发送到接口模块211，通过接口模块211发送到第二设备400上。从而完成了数据传输的过程。在该传输过程中，可以不对数据帧进行解析和重组，实现了对数据帧的透传，能够大幅增强数据传输的安全性，另外由于采用可见光通信的方式进行传输，能够大幅提高传输的效率。另外，本发明实施例中，发送单元110中的信号处理模块112以及接收单元210中的信号处理模块可以进行速率匹配，这样就能够支持多种不同的传输协议。比如当上述的接口模块111和接口模块211为USB接口时，可以支持USB1.0协议的传输速率，USB2.0协议的传输速率和USB3.0协议的传输速率，这样可以使得该数据传输装置用于对仅支持部分USB协议的设备的数据进行传输。

不难理解的是，这里的速率匹配可以是指传输信道上的比特被重发(repeated)或者被打孔(punctured)，以匹配物理信道的承载能力，信道映射时达到传输格式所要求的比特速率。

不难理解的是，当接口模块111和接口模块211为USB接口时，接口模块111接收到的数据帧以及接口模块211最终发送的数据帧，均是指USB链路层数据帧。在USB接口的针脚接收到电平后，会通过USB链路层转换为对应的数据帧，该数据帧即是USB链路层数据帧。

在具体实施时，这里的接口模块111和接口模块211的类型一致。在具体实施时，可以按照如下方式设置这里的接口模块111，程序负责处理与该接口模块相连的设备发来的各种设备请求，并负责控制与外围电路的数据传输。

其中的固件程序框架首先会初始化所有的内部状态变量，然后进行调用任务分配函数、标准设备请求函数和中断处理函数。其中的控制器是全中断驱动的，所有的信息交互都是通过中断来进行的，并且除了远程唤醒外，所有传输都要由与该接口模块111相连的设备来启动，这里的接口模块111只是负责对相应的设备的请求做出响应。

作为一种可选的实施方式，可以均为USB接口，此时可以用于传输USB协议的数据。这里的第一设备300和第二设备为有数据传输需求的设备，比如可以为电脑、手机、PAD等。与USB接口相连的设备和USB接口之间在逻辑上是一一对应直接进行连接的，在该设备和外设之间进行数据传输的通道称为管道，在高速模式下这条管道的速度为480Mbps，由于USB接口可连接可设置许多外设，所有的外设共享着480Mbps的带宽。数据根据令牌(Token)的不同实现数据从设备流向数据传输装置或者是数据传输装置流向设备。

当USB设备连接到集线器上时，设备会被自动检测到而不需人为地设置和干预，同样在设备与系统断开连接时，系统同样能够自动检测到设备已经不存在了。这种机制同样用于检测设备是一个全速还是低速设备。USB的集线器是通过监视差分数据线来检测设备是否已经连接到端口上。而主机软件是周期性的检查每个集线器来判断是否有设备和集线器连接或者断开。

USB模块可以根据不同的场合配置成双缓冲、三缓冲和四缓冲方式。本发明设计采用的是四倍缓冲的方式。

下面以接口模块111和接口模块211的接口类型均为USB接口示例说明接口模块111以及接口模块211的结构、与其他结构的连接关系、在使用时与其他设备的连接关系。

以接口模块111为USB接口为例，在实施时，第一设备300与该USB接口111之间在逻辑上是一一对应直接进行连接的，USB的集线器通过监视差分数据线来检测第一设备300是否已经连接到该USB接口上。USB接口还通过数据引脚直接与信号处理模块112相连，实现第一设备300和信号处理模块112之间的相互通信。参见图3，具体来说，USB接口可以包括USB的集线器和一个FX2LP，FX2LP包含了一个专用的硬件，用来缓冲USB数据。该FX2LP在同步从设备FIFO模式下运行，信号处理模块112作为主设备使用。

上述的描述同样适用于接口模块211。

在具体实施时，这里的信号处理模块112生成新的数据帧的过程可以具体是指，将接口模块111接收到的数据帧作为业务数据，并添加相应的控制指示信息得到新的数据帧；相应的，信号处理模块212通过可见光通信模块112接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧的过程可以是指：去除接收到的数据帧中的控制指示信息得到相应的数据帧。

不难理解的是，这里的控制指示信息是指用于指示或者控制作用的信息。在具体实施时，作为一种可选的实施方式，这里的指示控制信息可以具体包括信道编码、同步头等。

进一步的，在控制指示信息包含信道编码和同步头时，信号处理模块112对原始数据帧进行处理的流程可以参见图4和图5，包括：

首先对接口模块111接收到的原始数据帧进行速率匹配，之后对完成速率匹配的数据帧的(图中示出的是通过FIFO接口接收的方式，也可以为其他方式)的头部添加信道编码(该过程可以通过RS编码实现，添加的校验位的字节数可以根据需要设定)，并将原始数据帧作为业务数据整体封装到新的数据帧的信息位(该过程可以通过8B10B编码实现，这里的信息位的字节数可以根据需要设定)，从而作为新的数据帧的业务数据；之后进行线路编码，在进行线路编码后得到的数据帧中添加同步头(用于实现与对端的同步)，得到新的数据帧。

另外，在具体实施时，如果信号处理模块112与可见光通信模块113之间通过是通过串口连接，参见图5，此时在线路编码之后，同步之前一般还包括并串转换的过程。

在接收端，信号处理模块212去除报文头得到原始的数据帧的过程是图4中所示的过程的逆过程，相应的过程可以包括：

首先去除接收到的数据帧中的同步头，之后按照反向的方式进行线路编码，在之后去除信道编码，从而得到原始的数据帧。对应于图5，相应的信号处理模块212去除报文头得到原始的数据帧可以参见图6。包括去同步过程、串并转换过程、速率匹配过程、8B10B编码过程、RS译码过程，之后通过FIFO接口输出到接口模块211。

信号处理模块212的处理过程可以参考信号处理模块112的处理过程，这里不再详细说明。

在具体实施时，这里的信号处理模块112和信号处理模块212均可以通过FPGA实现。

在具体实施时，参见图7，这里的可见光通信模块113可以具体包括模拟驱动电路1131和与模拟驱动电路1131相连的LED灯1132；其中模拟驱动电路1131与信号处理模块112相连，用于接收信号处理模块112输出的数字信号，并将该数字信号调制成对应的模拟信号，以使LED灯1132根据该模拟信号发出对应于相应的数据帧的可见光。而可见光通信模块213则可以包括模拟驱动电路2131和与模拟驱动电路2131相连的光敏器件2132；其中模拟驱动电路2131与信号处理模块112相连，其中光敏器件2132能够根据接收到的光照强度不同产生对应的模拟信号，模拟驱动电路2131则将该模拟信号转换为数字信号发送至信号处理模块212，该信号处理模块212对模拟信号调制，得到对应的数据帧。之后对该数据帧按照以上描述的方式进行处理，得到原始的数据帧并发送到接口模块211。

作为再一种可选的实施方式，在发送单元110中，可见光通信模块113还用于在发送数据帧之前，对数据帧对应的信号进行前级预加重处理；

具体来说，当可见光通信模块113采用如图7所示的设计时，在发送时，模拟驱动电路1131采用前级预加重电路针对所测得到的EOE信道特性进行设计，通过在发送端预先抑制低频分量、放大高频部分，来折衷拓展EOE信道的3dB带宽。最后驱动LED灯进行电光转换。

作为一种替代的实施例，参见图8，在具体实施时，可以在数据传输装置100中还设置接收单元120，在数据传输装置200中还设置发送单元220。这里的接收单元120的结构可以与上述实施例中的接收单元210一致，而发送单元220的结构可以与上述实施例中的发送单元110一致。这样数据传输装置100和数据传输装置200就可以均支持单工模式、全双工模式和半双工模式。

作为再一种可替代的实施例，数据传输装置100的发送单元110和接收单元120可以共同使用同一套信号处理模块和接口模块。同样的数据传输装置的发送单元210和接收单元220可以共同使用同一套信号处理模块和接口模块。这样数据传输装置100和数据传输装置200就可以均支持单工模式和半双工模式。

为了更好的实现数据的传输，本发明的另外一个方面还提供了一种可以上述的各个实施例中提到的数据传输装置配合使用的传输数据的方法，该方法由设置在上位机中的相应装置执行，该方法包括：

在发送端，所述方法包括：

首先将待传输的文件的文件名输出到发送单元的接口模块，之后将该文件的数据内容输出到发送单元的接口模块；

在接收端，所述方法包括：首先接收数据传输装置的接口模块输出的文件名对应的数据帧，之后接收数据传输装置的接口模块输出的文件内容对应的数据帧，根据接收到的数据帧得到对应的文件。

具体来说，在发送端，调用第一设备300选择同步文件夹，有文件就开始发送文件名帧，然后进行数据的读取，再发送对应的数据帧，然后看文件是否发送完成，如果发送完毕，即已完成第一设备300到接口模块的任务发送。如果最后文件未发送完成，返回进行下一步读取数据。

当接口模块为USB接口时，发送过程只需通过USB驱动程序来完成外设的控制指令和数据传输。

在接收端，调用第二设备开始检测是否有数据，是否有文件名帧，如果都有，然后建立文件，进行读取数据帧，然后检测数据帧是否正确，如果正确，即表明接收完成，如果不正确，要指出出错记录日志，返回到最开始的操作。

当接口模块为USB接口时，接收过程只需通过指令来控制USB驱动程序完成外设的控制指令和数据传输。

本发明提供的数据传输装置及传输数据的方法和系统能够用于设备间数据共享、身份验证、新型智能媒体等各方面多个方面，且不仅限于以上实例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种数据传输装置，其特征在于，包括：发送单元和/或接收单元；其中，所述发送单元和所述接收单元均包括：接口模块、信号处理模块和可见光通信模块；所述信号处理模块与所述接口模块以及所述可见光通信模块相连；

其中，在所述发送单元中，所述信号处理模块用于根据可见光通信模块的传输速率和所述接口模块的传输速率对所述接口模块接收到的数据帧进行速率匹配，并将完成速率匹配的数据帧作为业务数据携带在新的数据帧中，并将新的数据帧通过所述可见光通信模块输出；

在所述接收单元中，所述信号处理模块用于通过所述可见光通信模块接收数据帧；进行速率匹配后提取其中的业务数据作为数据帧并通过所述接口模块输出；其中接收到的数据帧中的业务数据包含一个完整的数据帧，该完整的数据帧的类型与所述接口模块的类型一致。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可见光通信模块为USB接口模块，用于接收USB协议类型的数据包。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述传输设备包括发送单元和接收单元时，所述发送单元和所述接收单元复用信号处理模块和接口模块。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

在发送单元中，所述可见光通信模块包括LED灯和用于驱动LED灯的模拟驱动电路；所述模拟驱动电路与所述信号处理模块相连；所述信号处理模块用于将新的数据帧通过所述可见光通信模块输出，包括：对所述模拟驱动电路进行调制，使得模拟驱动电路控制所述LED灯发送该数据帧对应的可见光信号；

在接收单元中，所述可见光通信模块包括光敏器件和与所述光敏器件相连的模拟驱动电路；该模拟驱动电路用于根据光敏器件接收到的可见光信号生成对应的数字信号；所述信号处理模块与所述模数转换电路相连，用于根据接收到的数字信号得到对应的数据帧。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

在发送单元中，所述可见光通信模块还用于在发送数据帧之前，对数据帧对应的信号进行前级预加重处理；

在接收单元中，所述可见光通信模块还用于在提取中接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块之前，对接收到的数据帧进行前级预加重处理。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

在所述发送单元中，所述信号处理模块用于将所述接口模块接收到的数据帧作为业务数据携带在新的数据帧中，包括：将所述接口模块接收到的数据帧作为业务数据，并添加相应的控制指示信息得到新的数据帧；

在所述发送单元中，所述信号处理模块用于提取接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块包括：去除接收到的数据帧中的控制指示信息，将所剩余的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制指示信息包括同步头和/或信道编码。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述控制指示信息包括同步头和信道编码时；

在所述发送单元中，所述信号处理模块用于添加相应的控制指示信息得到新的数据帧包括：首先添加信道编码，之后对添加了报文头的数据帧进行线路编码，之后添加同步头；

在所述发送单元中，所述信号处理模块提取接收到的数据帧中的业务数据作为数据帧发送到所述接口模块，包括：去除同步头，之后进行反向线路编码，之后去除信道编码。

9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的装置传输数据的方法，其特征在于，

当所述数据传输装置包括发送单元时，所述方法包括：

首先将待传输的文件的文件名输出到发送单元的接口模块，之后将该文件的数据内容输出到发送单元的接口模块；

当所述数据传输装置包括接收单元时，所述方法包括：

首先接收数据传输装置的接口模块输出的文件名对应的数据帧，之后接收数据传输装置的接口模块输出的文件内容对应的数据帧，根据接收到的数据帧得到对应的文件。

10.一种利用如权利要求1-8任一项所述的装置传输数据的系统，其特征在于，

当所述数据传输装置包括发送单元时，所述系统利用该数据传输装置发送文件的步骤具体包括：

首先将该文件的文件名输出到发送单元的接口模块，之后将该文件的数据内容输出到发送单元的接口模块；

当所述数据传输装置包括发送单元时，所述系统利用该数据传输装置发送文件的步骤具体包括：

首先接收数据传输装置的接口模块输出的文件名对应的数据帧，之后接收数据传输装置的接口模块输出的文件内容对应的数据帧，根据接收到的数据帧得到对应的文件。