CN106604409B - 一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,通过基于概率的防碰撞方法,将无序的移动终端排列为有序的通讯队列,从而实现了数量庞大的移动终端群体与采集装置之间的快速通讯,具有实时性高、稳定性好的特点,同时,移动终端不动作时实行休眠,进一步降低了移动终端的功耗,延长了移动终端的待机时间。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域,具体涉及一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法。
背景技术
无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。与有线传输相比,无线传输具有许多优点,所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的,无线信号可以从一个发射器发出到许多接收器而不需要电缆,故无线通讯技术可以应用于移动群体的通讯。当前的无线传输技术有wifi、蓝牙、Zigbee等,其中,wifi具有通讯速度快、实时性高的优点,适用于移动群体通讯,但其同时存在功耗大的问题,不利于移动终端电池续航;而蓝牙功耗较低,但其能够连接的移动终端数量有限,通常仅能建立几个链接,故不适用数量较多的群体通讯;Zigbee也具有功耗低的优点,同时还可以自动灵活的组网,网络中可支撑设备数量众多,适用于移动群体通讯,但其存在入网时间长、通讯速度慢的问题,导致群体通讯实时性差,而且随着移动终端数量的增多通讯效率明显下降。由此可见,上述无线通讯方法用于移动群体通讯时均存在缺陷。
发明内容
本发明提供一种应用于移动群体的无线通讯方法,解决当前的无线通讯方法应用于移动群体通讯时存在的功耗大、通讯速度慢、群体数量有限的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、采集装置获得随机信道;
S2、采集装置在获得的随机信道建立周期为T的时隙,若干个时隙组成一个入网帧,同时若干个时隙组成一个数据帧,一个入网帧和一个数据帧组成采集装置的一个完整通讯周期,采集装置在每个时隙发送一个包含通讯信息的数据包,所述数据包至少包括当前时隙所处帧类型、当前时隙号以及本通讯周期入网帧和数据帧的长度;
S3、移动终端扫描附近信道,选择信号最优的采集装置的信道加入,从该采集装置接收包含通讯信息的数据包,通过基于概率的防碰撞方法加入该采集装置网络,与采集装置实时通讯,具体包括:
S31、移动终端扫描附近信道,选择信号最优的采集装置的信道加入;
S32、移动终端与采集装置进行第一轮通讯,具体为移动终端接收采集装置发送的包含通讯信息的数据包,在第一轮通讯周期数据帧任一时隙产生随机整数Ar,Ar小于第二轮入网帧的长度;
S33、移动终端与采集装置进行第二轮通讯,具体为当第二轮通讯周期入网帧的第Ar时隙到来时,移动终端向采集装置发出入网请求,采集装置在第Ar+1时隙给该移动终端分配一个通讯时隙号BX,则在第二轮及以后通讯周期数据帧的第BX时隙到来时,移动终端和采集装置实现一次通讯。
特别地,移动终端在接收到包含通讯信息的数据包后至下一轮通讯周期第一个时隙B1到来期间休眠,直至下一轮通讯周期第一个时隙B1到来才被唤醒。
特别地,移动终端在采集装置为其分配通讯时隙号BX至下一个通讯周期数据帧的通讯时隙号BX到来期间休眠,直至下一个通讯周期数据帧的通讯时隙号BX到来才被唤醒。
特别地,当多个移动终端同时产生的随机整数相同时,采集装置不应答。
特别地,采集装置根据移动终端对入网帧每个时隙的相应情况动态调整入网帧长度。
特别地,当采集装置与移动终端的通讯信道被干扰造成包含通讯信息的数据包丢包率达到设定阈值时,采集装置自动扫描空间中可用的空闲信道,并通知运动手环切换到新的信道。
特别地,所述移动终端采用运动手环。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明所述一种应用于群体通讯的无线通讯方法,具有通讯速度快、实时性高、群体数量大、功耗低的优点,解决了现有的无线通讯方法不适于移动群体通讯的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明实施例1提供的应用于移动群体通讯的无线通讯方法流程图。
图2为本发明实施例1提供的移动终端通过基于概率的防碰撞方法与采集装置实时通讯的方法流程图。
图3为本发明实施例1提供的运动手环入网和通讯时序图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示,图1为本发明实施例1所述的应用于移动群体通讯的无线通讯方法流程图。
本实施例以对某学校学生的运动情况进行监测为例,说明移动终端群体与采集装置之间进行无线通讯的具体方法,本实施例中所述移动终端具体采用运动手环。
如图3所示,图3为本发明实施例1提供的运动手环入网和通讯时序图。
所述应用于移动群体通讯的无线通讯方法包括以下步骤:
S1、采集装置获得随机信道;
学校分布有若干个采集装置,如校门口、操场、教学楼等处均设有多个采集装置,采集装置上电后其附近将产生一个随机延迟时间和随机信道,随机延迟时间到达后,采集装置即对该信道进行探测,若探测的结果是该信道未被占用,则采集装置立即占用该信道,若探测的结果是已经被占用,则采集装置再次产生一个随机信道并再次进行探测,直至找到可用的信道为止。随机延迟时间和随机信道在时间和空间两个维度上产生了一个二维的随机事件,避免了大量采集装置同时上电发生抢占同一信道的情况。
S2、采集装置在获得的随机信道建立周期为T的时隙,若干个时隙组成一个入网帧,同时若干个时隙组成一个数据帧,一个入网帧和一个数据帧组成采集装置的一个完整通讯周期,采集装置在每个时隙发送一个包含通讯信息的数据包,所述数据包至少包括当前时隙所处帧类型、当前时隙号以及本通讯周期入网帧和数据帧的长度;
采集装置在获得的随机信道建立通讯周期T为10毫秒的通讯时间片段,该时间片段即为采集装置与某个运动手环的通讯时间,称为一个时隙。若干个相同功能的时隙组成一个入网帧,入网帧后紧跟数据帧,若干个相同功能的时隙组成一个数据帧,一个入网帧和一个数据帧组成采集装置的一个完整通讯周期,采集装置在每个时隙发送一个包含通讯信息的数据包,所述数据包至少包括当前时隙所处帧类型、当前时隙号以及本通讯周期入网帧和数据帧的长度,一个完整的通讯周期内,未入网的运动手环实现一次入网,已入网的手环与采集装置进行一次数据交换。所述帧类型包括入网帧和数据帧,所述当前时隙号为当前时隙在本帧所处的时隙序号,所述入网帧长度为入网帧包括的时隙数量,所述数据帧长度为数据帧包括的时隙数量。
S3、移动终端扫描附近信道,选择信号最优的采集装置的信道加入,从该采集装置接收包含通讯信息的数据包,通过基于概率的防碰撞方法加入该采集装置网络,与采集装置实时通讯,如图2所示,图2为本发明实施例1提供的移动终端通过基于概率的防碰撞方法与采集装置实时通讯的方法流程图。所述移动终端通过基于概率的防碰撞方法与采集装置实时通讯具体包括以下步骤:
S31、移动终端扫描附近信道,选择信号最优的采集装置的信道加入;
以若干采集装置设置于校门口为例,早上上学期间,大量佩戴运动手环的同学来到校门口,在此运动运动手环被唤醒,各个运动手环扫描自身附近信道,分析附近几个采集装置的信号质量,选择加入信号最优的采集装置的信道。
S32、移动终端与采集装置进行第一轮通讯,具体为移动终端接收采集装置发送的包含通讯信息的数据包,在第一轮通讯周期数据帧任一时隙产生随机整数Ar,Ar小于第二轮入网帧的长度;
采集装置在每个时隙都会发送一个包含通讯信息的数据包,运动手环接收采集装置发送的数据包,每个运动手环占用一个时隙,即10毫秒,假设一个采集装置的容量设置为500个运动手环,则5秒即可完成一次采集装置与在网的500只运动手环的通讯,通讯速度快,完全满足运动数据的采集要求。而每一个运动手环只需要在5秒时间内唤醒10毫秒进行一次通讯即可,通讯时间仅占休眠时间的499分之1,假设通讯电流为30毫安,休眠电流为10微安,则平均电流仅70微安,从而实现极低的功耗。
运动手环加入采集装置信道后,和采集装置进行第一轮通讯,第一轮通讯中,MO个时隙A1~ AM0组成一个入网帧,NO个时隙B1~ BN0组成一个数据帧,一个入网帧和一个数据帧组成采集装置的第一个完整通讯周期,运动手环在某一时隙从加入信道的采集装置接收数据包,数据包的内容包括当前时隙所处帧类型、当前时隙号以及本通讯周期入网帧和数据帧的长度。运动手环在第一轮通讯周期数据帧任一时隙产生随机整数Ar,其中,Ar小于第二轮入网帧的长度。若当前收到数据包的时隙处于入网帧,则最早在入网帧后紧跟的数据帧的第一个时隙B1到达时,运动手环即产生随机整数Ar。
本实施例的优选实施方式为运动手环在接收到数据包后至产生随机整数Ar前一时隙的时间段内休眠,直至产生随机整数Ar时隙到来才被唤醒。若当前收到数据包的时隙处于入网帧,运动手环收到数据包在入网帧中所处时隙号记为AX,则运动手环根据通讯信息中的入网帧长度MO和当前时隙号AX,计算到达本次通讯周期数据帧第一个时隙B1的时间T1,T1=(MO-AX)×T,则运动手环在接收到数据包后至本通讯周期内入网帧后紧跟的数据帧的第一个时隙B1到达的时间段即T1时间段内休眠,最早在数据帧的第一个时隙B1到来才被唤醒,从而可以进一步降低运动手环的功耗,延长待机时间。
S33、移动终端与采集装置进行第二轮通讯,具体为当第二轮通讯周期入网帧的第Ar时隙到来时,移动终端向采集装置发出入网请求,采集装置在第Ar+1时隙给该移动终端分配一个通讯时隙号BX,则在第二轮及以后的通讯周期数据帧的第BX时隙到来时,移动终端和采集装置实现一次通讯。
已经入网的运动手环与采集装置进行第二轮通讯,第二轮通讯中,M1个时隙A1~ AM1组成一个入网帧,N1个时隙B1~ BN1组成一个数据帧,一个入网帧和一个数据帧组成采集装置的第二个完整通讯周期,当第二轮通讯周期入网帧的第Ar时隙到来时,运动手环向采集装置发出入网请求,采集装置收到移动终端发送的入网请求,并在入网帧的第Ar+1时隙到来时,采集装置给该移动终端分配一个通讯时隙号BX,则在第二轮通讯周期数据帧的BX时隙到来时,移动终端和采集装置实现一次通讯,将运动手环采集的数据发送至采集装置。同理,在之后每轮通讯周期数据帧的BX时隙到来时,移动终端和采集装置实现一次通讯。从而,在一个通讯周期内,未入网的运动手环成功入网,已入网的手环实现一次与采集装置的通讯,成功入网的手环被分配到数据帧的每一个对应时隙,使得原本无序的运动手环变的有序的与采集装置通讯,通讯速度快,实时性高,适应的移动终端群体数量大。
本实施例的优选实施方式为运动手环在发出入网请求至第二轮通讯周期数据帧的BX时隙到来前的时间段内休眠,直至第二轮通讯周期数据帧的BX时隙到来才被唤醒,从而可以进一步降低运动手环的功耗,延长待机时间。其中,运动手环在发出入网请求至第二轮通讯周期数据帧的BX时隙到来的时间记为T2,T2=(M1-(Ar+1)+BX)×T。
采集装置若未收到运动手环的入网请求,或需要入网的运动手环没有产生随机整数Ar,这种情况出现越多说明入网帧的长度过大,远大于需要入网的运动手环数量,可适当减小入网帧长度,以提高通讯效率。
若有多个运动手环同时产生的随机整数Ar数值相同,则会发生通讯碰撞,则采集装置不应答,运动手环进入下一轮通讯重新发出入网请求。这种情况出现越多说明入网帧长度过小,远小于需要入网的运动手环数量,可适当增大入网帧长度,以提高运动手环入网效率。
本实施例的优选实施方式为当采集装置与运动手环的通讯信道被干扰造成数据丢包率达到阈值时,采集装置自动扫描空间中可用的空闲信道,并通知运动手环同时切换到新的无干扰信道继续工作,实现信道的无缝切换,提高通讯的抗干扰能力。
本实施例中,采集装置分布于校门、各班级、楼道、操场等位置。确保校园内无线信号全覆盖。学生早晨到校,运动手环5秒钟内会迅速连接到校门的采集装置,该采集装置可支持500学生同时出现在校门进校的情况。此时学校服务器通过校门处采集装置可获取学生入校情况,并获取前一天晚上离开校园网络后的存储于运动手环内部的运动历史数据。随着学生移动到楼道或到班级,手环自动切换到相对应的采集装置,传送实时的运动数据,并通过对应的采集装置汇总到服务器。该通讯具有实时性,体育课期间百米短跑这种10几秒就完成运动,几乎可以同时将运动量的陡然增加实时反映到服务器上。放学离校后,学生的手环脱离通讯网络,不再进行通讯。运动手环将运动数据存储下来,并定时搜索通讯网络。直到第二天到校后再次联网。
本发明的技术方案,通过基于概率的防碰撞方法,将无序的移动终端排列为有序的通讯队列,从而实现了数量庞大的移动终端群体与采集装置之间的快速通讯,具有实时性高、稳定性好的特点,同时,移动终端不动作时实行休眠,进一步降低了移动终端的功耗,延长了移动终端的待机时间。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、采集装置获得随机信道;
S2、采集装置在获得的随机信道建立周期为T的时隙,若干个时隙组成一个入网帧,同时若干个时隙组成一个数据帧,一个入网帧和一个数据帧组成采集装置的一个完整通讯周期,采集装置在每个时隙发送一个包含通讯信息的数据包,所述数据包至少包括当前时隙所处帧类型、当前时隙号以及本通讯周期入网帧和数据帧的长度;
S3、移动终端扫描附近信道,选择信号最优的采集装置的信道加入,从该采集装置接收包含通讯信息的数据包,通过基于概率的防碰撞方法加入该采集装置网络,与采集装置实时通讯,具体包括:
S31、移动终端扫描附近信道,选择信号最优的采集装置的信道加入;
S32、移动终端与采集装置进行第一轮通讯,具体为移动终端接收采集装置发送的包含通讯信息的数据包,在第一轮通讯周期数据帧任一时隙产生随机整数Ar,Ar小于第二轮入网帧的长度;
S33、移动终端与采集装置进行第二轮通讯,具体为当第二轮通讯周期入网帧的第Ar时隙到来时,移动终端向采集装置发出入网请求,采集装置在第Ar+1时隙给该移动终端分配一个通讯时隙号BX,则在第二轮及以后的通讯周期数据帧的第BX时隙到来时,移动终端和采集装置实现一次通讯。
2.根据权利要求1所述的一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,移动终端在接收到包含通讯信息的数据包后至第一轮通讯周期数据帧的第一个时隙B1到来期间休眠,直至第一轮通讯周期数据帧的第一个时隙B1到来才被唤醒。
3.根据权利要求1所述的一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,移动终端在发出入网请求至第二轮通讯周期数据帧的通讯时隙号BX到来期间休眠,直至第二轮通讯周期数据帧的通讯时隙号BX到来才被唤醒。
4.根据权利要求1所述的一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,当多个移动终端同时产生的随机整数相同时,采集装置不应答。
5.根据权利要求1所述的一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,采集装置根据移动终端对入网帧每个时隙的响应情况动态调整入网帧长度。
6.根据权利要求1所述的一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,当采集装置与移动终端的通讯信道被干扰造成包含通讯信息的数据包丢包率达到设定阈值时,采集装置自动扫描空间中可用的空闲信道,并通知运动手环切换到新的信道。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种应用于移动群体通讯的无线通讯方法,其特征在于,所述移动终端采用运动手环。
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