CN108243017A - 广播实现方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种广播实现方法，从设备接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，用于指示RS‑485总线网络中的多个从设备按照次序作出应答，第一从设备根据所述应答从机信息确定需要应答时，根据所述应答从机信息计算应答开始时刻，并在到达应答开始时刻作出应答。采用该广播实现方法，RS‑485总线网络中的多个从设备按序应答广播帧，可以避免从设备间的应答冲突，提高RS‑485总线网络的通信效率。

Description

广播实现方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种广播实现方法、装置和设备。

背景技术

推荐标准(Recommended Standard，RS)-485规定了串行通信系统中驱动器(driver/generator/transmitter)和接收器(receiver)的电气特性。RS-485由电信行业协会和电子工业联盟(Telecommunications Industry Association and ElectronicIndustries Alliance，TIA/EIA)联合发布，因此也称为EIA-485或TIA-485。

RS-485仅规定了驱动器和接收器的电气特性，没有规定或推荐任何通信协议，也就是说，RS-485仅规定了物理层。Modbus协议是一种主(master)/从(slave)架构的通信协议。基于Modbus协议的网络中，有一个节点是主节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是从节点。每一个从节点都有一个唯一的地址。基于RS-485部署的总线型网络(以下称为RS-485总线网络)采用主从通信方式，因此Modbus设备常常通过RS-485物理层进行通信。Modbus协议约定，地址0x01至0xF7为从机地址，0x00表示广播地址。

RS-485总线网络中的主设备需要与多个从设备通信时，传统方式可以是向该多个从设备分别发送单播帧，也可以是向全网发送广播帧。但是，多次发送单播帧的方式，消耗主设备的大量资源且耗时较长。而发送广播帧的方式，所有从设备收到广播帧后都会应答广播帧，从设备之间存在应答冲突，需要不断尝试应答和退避冲突，浪费从设备的处理资源并造成RS-485总线长时间被占用。

发明内容

本发明实施例提供了一种广播实现方法和装置，主设备发送包括应答从机信息的广播帧，指示RS-485总线网络上的多个设备按照次序作出应答，以避免多个设备间应答广播时冲突，提高了广播通信效率，从而提高所述RS-485总线网络的性能。

第一方面，提供一种广播实现方法，用于RS-485总线网络中。该方法包括：

第一从设备接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照次序作出应答；

当根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧时，所述第一从设备根据所述应答从机信息获取应答开始时刻，并在到达所述应答开始时刻时作出应答。

从设备根据广播帧中的应答从机信息确定需要应答时，确定应答次序并计算应答开始时刻，并在达到应答开始时刻再作出应答，避免了从设备间的广播应答冲突，提高了从设备的资源利用率和通信成功率。

在第一方面的第一种可能的实现中，所述第一从设备根据所述应答从机信息获取应答开始时刻，包括：

所述第一从设备根据所述应答从机信息获取所述第一从设备的应答次序N，所述应答次序为所述第一从设备在所述多个从设备中应答所述广播帧的次序；

所述第一从设备根据单点超时时长和所述第一从设备的应答次序，计算所述第一从设备的应答开始时刻。当单点超时时长为D，所述第一从设备的应答次序为N，N≥1，所述第一从设备的应答开始时刻Tsn为T0+(N-1)*D，其中，T0是所述第一从设备收到所述广播帧的时刻。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现，在第一方面的第二种可能的实现中，

当所述第一从设备的应答次序N为1，即，所述第一从设备为第一个要作出应答的从设备时，所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0，即，所述第一从设备收到所述广播帧后立即开始应答。

当所述第一从设备的应答次序N≥2时，所述第一从设备在到达所述第一从设备的应答开始时刻Tsn前，侦听RS-485总线；根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻Tek，更新所述第一从设备的应答开始时刻Tsn，更新后的Tsn为Tek+(N-K-1)*D，其中，K为所述第二从设备的应答次序，N＞K≥1。所述第一从设备可以根据所述第二从设备的地址和所述广播帧获得所述第二从设备的应答次序K。

第一从设备通过侦听应答次序在线的从设备的应答帧，并根据应答次序在先的从设备的应答结束时刻，实时调整自己的应答开始时刻，可以避免按照固定的单点超时时长退避冲突所造成的延时，提高广播应答效率。

结合第一方面及其上述可能的实现中的任一种，在第一方面的第三种可能的实现中，所述应答从机信息为类型长度值(type-length-value,简称TLV)格式；

类型为0的应答从机信息，指示所述RS-485总线网络中的所有从设备需要按照次序应答。相应地，各个从设备可以根据自己的地址与该起始地址的差值确定自己的应答次序；

类型为1的应答从机信息，指示值字段中起始地址到终止地址范围内的多个从设备需要按照次序应答。相应地，各个从设备可以根据自己的地址与所述起始地址的差值确定自己的应答次序；

类型为2的应答从机信息，指示值字段中各个地址对应的从设备需要按照次序应答。相应地，需要应答的各个从设备可以将自己的地址在值字段中的顺序作为自己的应答次序；

类型为3的应答从机信息，指示值字段中应答指示位指示需要应答的从设备按照次序应答。相应地，需要应答的从设备可以将自己对应的应答指示位在所有值为1的应答指示位中的顺序作为自己的应答次序。

结合第一方面及其上述可能实现中的任一种，在第一方面的第四种可能的实现中，若所述第一从设备根据所述应答从机信息确定不需要应答所述广播帧，可以记录所述广播帧中的信息，然后丢弃所述广播帧。

第二方面提供了一种用于RS-485总线网络中的广播实现方法，包括：

主设备生成并发送广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照应答次序作出应答，所述应答次序为所述应答从机信息所指示的所述多个从设备返回应答帧的次序；

所述主设备接收所述多个从设备按照应答次序返回的应答帧。

通过主设备生成并发送包括应答从机信息的广播帧，指示RS-485总线网络中的多个从设备按照应答次序作出应答，可以避免多个从设备间的广播应答冲突，提高广播通信成功率，从而提高RS-485总线网络的性能。

在第二方面的第一种可能的实现中，所述主设备生成所述广播帧，包括：

所述主设备确定所述多个从设备的地址；

根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息；

根据所述应答从机信息生成所述广播帧。

结合第二方面的第一种可能的实现，在第二方面的第二种可能的实现中，所述应答从机信息为TLV格式；所述预设条件包括：

若要指定所述RS-485总线网络中所有从设备按照次序应答，采用类型为0的应答从机信息。相应地，应答从机信息中的长度字段值为0，值字段为空；

若要指定地址连续的多个从设备按照次序应答，采用类型为1的应答从机信息。相应地，应答从机信息中的值字段中包括起始地址和终止地址，长度字段值为2；

若所述主设备要指定地址不连续的多个从设备按照次序应答，可以根据需要应答的从设备的数量，确定所述应答从机信息的类型。当需要应答的从设备的数量小于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为2。相应地，值字段中包括需要应答的多个从设备的地址。当需要应答的从设备的数量大于等于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为3。相应地，值字段中需要应答的从设备对应的应答指示位均置为1。

所述预设阈值可以为其中n为从设备的地址的位数。

主设备根据需要应答的从设备的情况(数量，地址)确定应答从机信息，在指定应答次序，避免从设备间应答冲突的同时，可以尽量缩短广播帧的长度，提高带宽利用率。

结合第二方面及第二方面上述可能的实现中的任一种，在第二方面的第三种可能的实现中，所述方法还包括：所述主设备根据所述多个从设备返回的应答帧，记录各个从设备的状态信息；所述状态信息包括设备版本，发射功率，休眠时间等。

结合第二方面及第二方面上述可能的实现中的任一种，在第二方面的第四种可能的实现中，所述主设备接收所述多个从设备按照应答次序返回的应答帧，包括：所述主设备根据单点超时时长和所述多个从设备的数量确定应答等待周期，并在所述应答等待周期内，接收所述多个从设备依次返回的应答帧。

第三方面，提供了一种广播实现装置，具有实现上述第一方面中第一从设备的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。

第四方面，提供了一种从设备，用于实现上述第一方面的广播实现方法。所述从设备包括处理器和通信接口，所述处理器和通信接口相互连接。所述设备还可以包括存储器，用于存储计算机程序，该计算机程序包括程序指令；所述处理器执行所述程序指令，执行如上述第一方面所述广播实现方法。

第五方面，提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述第一从设备所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述第一方面及其可能实现中任一种所设计的程序。

第六方面，提供了一种主设备，具有实现上述第二方面中主设备的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。

第七方面，提供了一种主设备，用于实现上述第二方面的广播实现方法。所述主设备包括处理器和通信接口，所述处理器和通信接口相互连接。所述设备还可以包括存储器，用于存储计算机程序，该计算机程序包括程序指令；所述处理器执行所述程序指令，执行如上述第二方面所述广播实现方法。

第八方面，提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述主设备所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述第二方面及其可能实现中任一种所设计的程序。

第九方面，提供了一种RS-485总线网络，包括主设备和多个从设备；所述主设备如上述第六方面或第七方面所述，所述多个从设备中每个从设备如上述第三方面或第四方面所述。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种广播实现方法的流程示意图；

图2A是本发明实施例提供的一种类型的应答从机信息的结构示意图；

图2B是本发明实施例提供的另一种类型的应答从机信息的结构示意图；

图2C是本发明实施例提供的又一种类型的应答从机信息的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种广播实现方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种广播实现装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种从设备的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种主设备的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种主设备的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的RS-485总线网络的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

本发明实施例提供一种用于RS-485总线网络中的广播实现方法，主设备发送的广播帧中包括应答从机信息，该应答从机信息用于指示RS-485总线网络中多个从设备按照次序对该广播帧作出应答，可以避免该多个从设备应答时冲突，提高了通信效率和网络性能。且各个从设备可以根据在先从设备的应答，重新计算应答等待时间，缩短应答等待时长，从而进一步提高通信效率。

参见图1，为本发明实施例提供的一种广播实现方法的流程示意图，用于RS-485总线网络中，该方法包括：

101、第一从设备接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中多个从设备按照次序对所述广播帧作出应答；

所述主设备发送广播帧时，所述RS-485总线网络中从设备都会收到该广播帧。本发明实施例中，通过扩展该广播帧，携带应答从机信息，主设备可以指定需要通信的多个从设备按照次序作出应答。

根据该应答从机信息，不需要通信的从设备收到该广播帧后，无需作出应答，避免了对RS-485总线的占用，也无需消耗资源侦听总线是否空闲，从而提高了整个RS-485总线网络的通信效率和性能。

所述应答从机信息为类型长度值(type-length-value,简称TLV)格式。参见图2A，2B和2C所示的应答从机信息示意图，本发明实施例中的应答从机信息说明如下。

类型(Type)字段值为0表示：网络中的所有从设备需要按照次序(即按照从设备的地址顺序)应答。此时长度(Length)字段的值为0(字节)，表示值(Value)字段所包含数据的长度为0字节，也即，值(Value)字段为空。各个从设备根据自己的地址确定自己的应答次序。

类型(Type)字段值为1表示：值(Value)字段所包含的地址范围内的多个从设备需要应答。此时长度(Length)字段的值为2(字节)。值(Value)字段中包括起始地址(1个字节)和终止地址(1个字节)。例如图2A所示，起始地址为0x02，终止地址为0x1F，则地址在0x02～0x1F之间的从设备均需要作出应答。各个从设备可以根据自己的地址与该起始地址的差值确定自己的应答次序。

类型(Type)字段值为2表示：值(Value)字段中指定地址的从设备需要应答。值(Value)字段中包括所有需要应答的从设备的地址。此时长度(Length)字段的值可变，若需要应答的从设备为n个，则长度(Length)字段的值为n(字节)，表示值(Value)字段所包含数据的长度为n字节。例如，主设备指定地址为0x11，0x15，0x43和0x78的四个从设备应答该广播帧，则在所述应答从机信息的值(Value)字段中包括上述四个地址(0x11，0x15，0x43和0x78),如图2B所示。需要应答的各个从设备可以将自己的地址在值字段中的顺序作为自己的应答次序。

类型(Type)字段值为3表示：值(Value)字段中应答指示位指示需要应答的从设备作出应答。RS-485总线网络中可分配给从设备的地址有247个，即0x01～0xF7，因此值(Value)字段中包括247个应答指示位,长度(Length)字段的值为31(字节),如图2C所示。值(Value)字段中第1～247位(bit)分别对应地址：0x01～0xF7，即，第1bit对应地址：0x01，第2bit对应地址：0x02，……，第247bit对应地址：0x F7。可以用应答指示位的值为1指示需要应答，值为0指示不需要应答。例如，第5bit置为1，则地址为0x05的从设备需要应答该广播帧。需要应答的从设备可以将自己对应的应答指示位在所有值为1的应答指示位中的顺序作为自己的应答次序。

具体实现中，主设备可以根据需要作出应答的从设备的数量，来确定应答从机信息的类型。当需要作出应答的多个从设备的地址是连续的，应答从机信息可以用类型(Type)字段值为1的实现方式。当需要作出应答的多个从设备的地址不连续时，如果数量小于31，应答从机信息可以用类型(Type)字段值为2的实现方式；如果数量大于31，应答从机信息可以用类型(Type)字段值为3的实现方式。

102、若所述第一从设备根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧，则所述第一从设备根据所述应答从机信息确定应答开始时刻，并在所述应答开始时刻作出应答。

具体地，所述第一从设备根据所述广播帧中的所述应答从机信息判断是否需要应答所述广播帧。若根据所述应答从机信息确定不需要应答所述广播帧，可以记录所述广播帧中的信息，然后丢弃所述广播帧。若根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧，则所述第一从设备根据所述应答从机信息确定应答开始时刻，并在所述应答开始时刻作出应答，所述第一从设备是所述多个从设备中的一个。

所述第一从设备根据所述应答从机信息确定应答时刻，具体包括：

所述第一从设备根据所述应答从机信息获取所述第一从设备的应答次序，所述应答次序为所述第一从设备在所述应答从机信息所指示的所述多个从设备中作出应答的次序；

所述第一从设备根据单点超时时长和所述第一从设备的应答次序，计算所述第一从设备的应答开始时刻。

例如，所述第一从设备的应答次序为N，N≥1。D表示单点超时时长，单位通常为微秒(μs)或毫秒(ms)。所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0+(N-1)*D，其中T0是所述第一从设备收到所述广播帧的时刻。本发明实施例中，可以忽略各个从设备收到广播帧与主设备发送广播帧之间的时差。换言之，T0也是主设备完成该广播帧发送的时刻，网络中各个从设备均从T0开始计算应答开始时刻。

可选的，所述广播帧中还包括单点超时时长。所述单点超时时长是由主设备为所述广播帧指定的每个从设备应答所述广播帧所需的最大时长。所述主设备可以根据所述广播帧中的数据、从设备处理速度、总线通信速率等因素确定所述单点超时时长。

当然，所述单点延时时长也可以预先配置在主设备和各个从设备上。这样，从设备收到任一包括应答从机信息的广播帧时，按照该预设配置的单点超时时长计算应答开始时刻。

所述单点超时时长一般不小于从设备作出应答实际所需的时长，可以是经验值。本发明实施例中，所述单点超时时长须大于网络中应答最慢的从设备的应答时长。例如，RS-485总线网络中有200个从设备，应答时长可能有10ms、20ms、25ms、50ms、80ms、95ms不等，其中最长的应答时长为95ms。为了保证每个从设备都有足够时间完成应答，所述单点超时时长应不低于95ms。

虽然从设备按照应答次序和单点超时时长依次等待可以避免从设备之间的应答冲突。但是网络中不同的从设备作出应答实际所需的时长是不同的，很多从设备的应答时长通常都小于该单点超时时长。因此应答次序在后的从设备可以根据应答次序在先的从设备作出应答的时刻，实时调整自己的应答开始时刻，避免按照固定的单点超时时长等待所造成的时延。

若所述第一从设备的应答次序N为1，即，所述第一从设备为第一个要作出应答的从设备，则所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0，即，所述第一从设备收到所述广播帧后立即开始应答。

若所述第一从设备的应答次序N≥2，所述第一从设备可以根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻(即完成应答，发出应答帧的时刻)，更新自己的应答开始时刻。具体地，在到达所述第一从设备的应答开始时刻(Tsn)前，所述第一从设备侦听RS-485总线上的通信，以确定是否有应答次序在先的从设备做出应答。若所述第一从设备没有侦听到应答次序在先的其他从设备的应答帧，则所述第一从设备在到达应答开始时刻Tsn时作出应答。若到达Tsn前的中间时刻，所述第一从设备侦听到应答次序在先的第二从设备的应答帧，则所述第一从设备根据该中间时刻更新自己的应答开始时刻(Tsn)。本发明实施例中，可以忽略所述第一从设备侦听到所述第二从设备的应答帧，与所述第二从设备发出应答帧的时差。换言之，上述中间时刻等于第二从设备完成应答帧发送的时刻，即等于第二从设备的应答结束时刻。

例如，所述第一从设备在到达Tsn之前的中间时刻Tek侦听到应答次序为K(K<N)的第二从设备的应答帧，所述第一从设备更新应答开始时刻Tsn＝Tek+(N-K-1)*D。在到达更新后的应答开始时刻Tsn前，所述第一从设备继续侦听应答次序在先的从设备的应答帧，如果侦听到，继续更新Tsn，如果没有侦听到，则在到达Tsn时，发出应答帧。

下面结合一个具体的例子来说明本发明实施例提供的广播实现方法。假定主设备在T0时刻完成广播帧的发送，单点超时时长为100ms，所述广播帧的应答从机信息中类型(Type)字段值为2，值(Value)字段中指定地址为0x03，0x06，0x0A和0x13的四个从设备应答该广播帧。网络中每个从设备收到所述广播帧后，判断自己的地址是否在所述广播帧的应答从机信息中，以确定自己是否要应答该广播帧。所述四个从设备0x03，0x06，0x0A和0x13收到该广播帧后，确定自己要应答该广播帧，分别获取各自的应答次序，计算各自的应答开始时刻。具体过程如下：

(1)从设备3收到该广播帧后，确定自己要应答该广播帧，获取应答次序N＝1，获取单点超时时长(从所述广播帧中或从本地)，计算得到自己的应答开始时刻：

Tr1＝T0+(1-1)*100ms＝T0

从设备3收到广播帧后立即作出应答。假定应答用了10ms，即应答时长为10ms，则从设备3在其应答结束时刻：Te1＝Tr1+10ms＝T0+10ms，完成应答。

(2)从设备6为第2个需要应答的从设备，此例中，假定从设备6出现了故障，不能作出应答，因此从设备6占用单点超时时长100ms。

(3)从设备10收到该广播帧后，确定自己要应答该广播帧，获取应答次序N＝3，获取单点超时时长,并计算得到自己的应答开始时刻：

Tr3＝T0+(3-1)*100ms＝T0+2*100ms

在到达Tr3＝T0+2*100ms之前，从设备10侦听应答次序在先的从设备(从设备3和从设备6)的应答帧；从设备10在中间时刻Te1＝T0+10ms侦听到从设备3的应答帧，因此从设备10将自己的应答开始时刻调整为：Tr3＝Te1+(3-1-1)*100ms＝T0+110ms。

然后，从设备10接着继续侦听应答次序在先的从设备(从设备6)。由于从设备6故障，因此从设备10在到达Tr3＝T0+110ms之前，侦听不到从设备6的应答帧，无法根据从设备6的应答进一步调整应答开始时刻。当达到Tr3＝T0+110ms时刻，从设备10进行应答。假定从设备10应答用了20ms，则从设备10在其应答结束时刻：Te3＝Tr3+20ms＝T0+110ms+20ms＝T0+130ms，完成应答。

(4)从设备18收到该广播帧后，确定自己要应答该广播帧，获取应答次序N＝4，获取单点超时时长,并计算得到自己的应答开始时刻：

Tr4＝T0+(4-1)*100ms＝T0+3*100ms

在到达Tr4＝T0+3*100ms之前，从设备18侦听应答次序在先的从设备(从设备3，从设备6和从设备10)。从设备18在中间时刻Te1＝T0+10ms侦听到从设备3的应答帧，因此从设备18将自己的应答开始时刻调整为：Tr4＝Te1+(4-1-1)*100ms＝T0+210ms。

然后，从设备18继续侦听应答次序在先的从设备(从设备6和从设备10)。由于从设备6故障，因此从设备18侦听不到从设备6的应答帧。从设备18在中间时刻Te3＝T0+130ms侦听到从设备10的应答帧，因此从设备18将自己的应答开始时刻调整为：Tr4＝Te3+(4-3-1)*100ms＝Te3＝T0+130ms。

由于从设备18应答次序为4，从设备10的应答次序为3，因此从设备18与从设备10之间没有其它从设备需要应答，因此，从设备18的应答开始时刻就是从设备10的应答结束时刻。也就是，从设备18在侦听到从设备10的应答帧后，立即作出应答。

假定从设备18应答用了30ms，则从设备18应答结束时间为Te4＝Tr4+30ms＝T0+130ms+30ms＝T0+160ms。

至此，本发明实施例提供的广播应答流程结束。

从上述过程可以看出，在Te4时刻(T0+160ms)，主设备指定的四个从设备完成该广播帧的应答。如果按照单点超时时长不做调整的方式作出应答，从设备18在T0+(4-1)*100ms+30ms＝T0+330ms时刻完成应答。因此，动态调整应答开始时刻的方式，所述四个从设备完成该广播帧的应答可以缩短170ms。从设备6由于故障，没有应答，应答时长等于单点延时时长。如果从设备6没有故障，总的应答时长还可以进一步缩短。

进一步地，所述第一从设备在到达所述应答开始时刻，可以先侦听RS-485总线是否被占用，并在确认总线空闲的情况下再发送应答帧。

本发明实施例提供的广播实现方法，第一从设备根据广播帧中的应答从机信息，确定需要对该广播帧作出应答时，根据单点超时时长和应答次序计算应答开始时刻，在达到应答开始时刻再作出应答，避免了从设备间的应答冲突，提高了从设备的资源利用率和通信效率。此外，第一从设备根据应答次序在先的其他从设备的应答结束时刻，实时调整自己的应答开始时刻，避免按照固定的单点超时时长退避冲突所造成的延时，提高了广播应答效率，从而提高整个RS-485总线网络的性能。

参见图3，为本发明实施例提供的另一种广播实现方法的流程示意图图，该方法包括：

301、主设备生成并发送广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照应答次序作出应答；

所述RS-485总线网络中的从设备都会收到所述主设备发送的所述广播帧。本发明实施例，所述主设备通过所述广播帧中的应答从机信息，指定所述多个从设备按照应答次序应答所述广播帧。所述应答次序为所述应答从机信息所指示的所述多个设备返回应答帧的次序。

所述应答从机信息为TLV格式，具体可参见步骤101中描述。

可选地，所述广播帧中还包括单点超时时长。所述主设备可以根据所述广播帧中的数据、从设备处理速度、总线通信速率等因素，为所述广播帧指定每个从设备应答所述广播帧所需的最大时长，即，所述单点超时时长。

当然，所述单点延时时长也可以预先配置在主设备和各个从设备上。这样，从设备收到任一包括应答从机信息的广播帧时，都按照该预设配置的单点超时时长计算应答开始时刻。

302、接收所述多个从设备按照应答次序返回的应答帧。

所述主设备可以根据单点超时时长和所述多个从设备(所述应答从机信息中指定需应答所述广播帧的从设备)的数量确定应答等待周期，并在所述应答等待周期内，接收所述多个从设备依次返回的应答帧。

可选地，当所述应答等待周期结束，如果所述多个从设备中仍有从设备未返回应答帧，所述主设备可以向所述多个从设备中未应答的从设备发送更新的广播帧。当然，所述主设备也可以向所述多个从设备中未应答的从设备发送单播帧。

进一步地，所述方法还可以包括：所述主设备根据所述多个从设备返回的应答帧，记录各个从设备的状态信息，例如设备版本，发射功率，休眠时间等。

所述主设备生成广播帧，包括：所述主设备确定所述多个从设备的地址；根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息；根据所述应答从机信息生成所述广播帧。

所述主设备根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息，包括：

若所述主设备要指定所有从设备按照次序应答，优选采用类型为0的应答从机信息。相应地，各个从设备可以根据自己的地址确定自己的应答次序。

若所述主设备要指定一段地址范围内的多个从设备(地址连续的多个从设备)按照次序应答，优选采用类型为1的应答从机信息，并且在应答从机信息的值字段中包括起始地址和终止地址。相应地，各个从设备可以根据自己的地址与该起始地址的差值确定自己的应答次序。也可以采用类型为1的应答从机信息指定所有从设备按照次序应答，则应答从机信息的值字段中的起始地址为从设备的最小地址，终止地址为从设备的最大地址。

若所述主设备要指定地址不连续的多个从设备按照次序应答，可以采用类型为2或3的应答从机信息。具体地，所述主设备可以根据需要应答的从设备的数量，确定所述应答从机信息的类型。当需要应答的从设备的数量小于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为2(即，所述应答从机信息包括需要应答的多个从设备的地址)，需要应答的各个从设备可以将自己的地址在值字段中的顺序作为自己的应答次序。当需要应答的从设备的数量大于等于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为3(即，所述应答从机信息包括与每个从设备对应的应答指示位)，需要应答的从设备可以将自己对应的应答指示位在所有值为1的应答指示位中的顺序作为自己的应答次序。

所述预设阈值可以为其中n为从设备的地址的位数。例如，RS-485总线网络中从设备的地址的位数为8时，所述预设阈值设为32。当需应答的从设备数量大于等于32时，应答从机信息的类型为3。当预设阈值设小于32时，应答从机信息的类型为2。这样，当需应答的从设备数量较少时，直接按序携带需要应答的从设备的地址，可以减小广播帧的长度，还可以提高设备的处理效率。当然，除了将预设阈值设置为也可以设置为更大或更小的数值。

显然，无论上述何种情况，都可以采用类型为3的应答从机信息来实现。

本实施例中其他未尽细节可参考本发明实施例图1所示方法中描述。

本发明实施例提供的广播实现方法，主设备生成并发送包括应答从机信息的广播帧，通过该应答从机信息指示RS-485总线网络中的多个从设备按照应答次序作出应答，以广播实现类似组播的通信机制，相比于传统的单播或广播方式，可以提高主设备的资源利用率和通信效率，同时还可以避免多个从设备间的广播应答冲突，从而提高RS-485总线网络的性能。

参见图4，为本发明实施例提供的一种广播实现装置的结构示意图，用于实现本发明实施例图1所示的广播实现方法。所述广播实现装置40包括接收模块401和处理模块402；

所述接收模块401，用于接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示RS-485总线网络中多个从设备按照次序应答所述广播帧；

所述处理模块402，用于根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧时，根据所述应答从机信息确定应答开始时刻，并在所述应答开始时刻作出应答。

所述广播实现装置40部署在所述多个设备中的第一从设备上。

所述处理模块402具体用于根据所述广播帧中的所述应答从机信息判断是否需要应答所述广播帧；若根据所述应答从机信息确定不需要应答所述广播帧，则记录所述广播帧中的信息，然后丢弃所述广播帧；若根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧，则根据所述应答从机信息确定应答开始时刻，并在所述应答开始时刻发送应答帧。

所述处理模块402具体用于根据所述应答从机信息获取所述第一从设备的应答次序，所述应答次序为所述第一从设备在所述应答从机信息所指示的所述多个从设备中作出应答的次序；根据单点超时时长和所述第一从设备的应答次序，计算所述第一从设备的应答开始时刻。例如，所述第一从设备的应答次序为N，N≥1。D表示单点超时时长。所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0+(N-1)*D，其中T0是所述第一从设备收到所述广播帧的时刻。

若所述第一从设备的应答次序N为1，即，所述第一从设备为第一个要作出应答的从设备，则所述应答开始时刻Tsn＝T0，即，所述第一从设备收到所述广播帧后立即开始应答。

若所述第一从设备的应答次序N≥2，所述第一从设备可以根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻(即发出应答帧的时刻)，更新自己的应答开始时刻。

所述处理模块402还用于根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻，实时调整所述第一从设备的应答开始时刻。具体地，所述处理模块402在到达所述第一从设备的应答开始时刻(Tsn)前，侦听RS-485总线上的通信，以确定是否有应答次序在先的从设备做出应答。若没有侦听到应答次序在先的其他从设备的应答帧，则在到达应答开始时刻Tsn时作出应答。若在到达Tsn之前的中间时刻，侦听到应答次序在先的第二从设备的应答帧，则根据该中间时刻更新所述第一从设备的应答开始时刻(Tsn)。例如，在到达所述第一从设备的应答开始时刻Tsn之前的中间时刻Tek，侦听到应答次序为K(K<N)的第二从设备的应答帧，则更新所述第一从设备的应答开始时刻为Tsn＝Tek+(N-K-1)*D。

本实施例中其他未尽细节可参考本发明实施例图1所示的广播实现方法中所述。

本发明实施例提供的广播实现装置，可以根据广播帧中包含的应答从机信息，确定是否需要对该广播帧作出应答，在确定需要应答该广播帧时，根据单点超时时长和应答次序计算应答开始时刻，在达到应答开始时刻再作出应答，避免了从设备件的应答冲突。此外，本发明实施例提供的广播实现装置根据应答次序在先的其他从设备的应答结束时刻，实时调整自己的应答开始时刻，避免按照固定的单点超时时长退避冲突所造成的延时，提高了应答效率，从而提高整个RS-485总线网络的性能。

参见图5，为本发明实施例提供的一种从设备的结构示意图，应用于RS-485总线网络中，用于实现本发明实施例图1所示的广播实现方法。所述从设备50包括：处理器501和通信接口502。

所述从设备50用于实现本发明实施例图1所示方法中的第一从设备。

所述处理器501和所述通信接口502相互连接。

所述通信接口503包括RS-485芯片，用于与所述RS-485总线网络中其他设备通信。

所述处理器501，用于通过所述通信接口502接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中多个从设备按照次序对所述广播帧作出应答。所述处理器501，还用于根据所述广播帧中的所述应答从机信息判断是否需要应答所述广播帧；在根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧时，根据所述应答从机信息确定应答开始时刻，并在所述应答开始时刻作出应答。

所述处理器501通常为微控制器(microcontroller unit，简称MCU)；还可以包括数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件。

可选地，所述处理器501，还用于在根据所述应答从机信息确定不需要应答所述广播帧时，记录所述广播帧中的信息，并丢弃所述广播帧。

所述处理器501具体可以根据所述应答从机信息获取所述从设备50(即所述第一从设备)的应答次序，所述应答次序为所述第一从设备在所述应答从机信息所指示的所述多个从设备中作出应答的次序；再根据单点超时时长和所述第一从设备的应答次序，计算所述第一从设备的应答开始时刻。例如，所述第一从设备的应答次序为N，N≥1。D表示单点超时时长，单位通常为微秒(μs)或毫秒(ms)。所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0+(N-1)*D，其中T0是所述第一从设备收到所述广播帧的时刻。

若所述第一从设备的应答次序N为1，即，所述第一从设备为第一个要作出应答的从设备，则所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0，即，所述第一从设备收到所述广播帧后立即开始应答。

若所述第一从设备的应答次序N≥2，所述处理器501还用于根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻，实时调整所述从设备50(即所述第一从设备)的应答开始时刻。

所述处理器501具体用于：在到达所述第一从设备的应答开始时刻(Tsn)前，侦听RS-485总线上的通信，以确定是否有应答次序在先的从设备做出应答。若在到达Tsn之前的中间时刻，侦听到应答次序在先的第二从设备的应答帧，则根据该中间时刻更新所述第一从设备的应答开始时刻(Tsn)。例如，在到达所述第一从设备的应答开始时刻Tsn之前的中间时刻Tek，侦听到应答次序为K(K<N)的第二从设备的应答帧，则更新所述第一从设备的应答开始时刻为Tsn＝Tek+(N-K-1)*D。若没有侦听到应答次序在先的其他从设备的应答帧，则在到达应答开始时刻Tsn时作出应答。

所述处理器501中还包括存储器，用于存储所述单点超时时长。

所述通信接口502还用于发送对所述广播帧的应答帧。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中仅示出了从设备与本发明相关的部分结构，还可以包括比图示更多的部件，或者不同的部件布置。

参见图6，为本发明实施例提供的一种主设备的结构示意图，用于实现本发明实施例图3所示的广播实现方法。所述主设备60包括：生成模块601，发送模块602和接收模块603。

所述生成模块601，用于生成广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照次序作出应答；

所述发送模块602，用于发送所述广播帧。所述RS-485总线网络中的从设备都会收到所述广播帧。本发明实施例，所述广播实现装置60通过所述广播帧中的应答从机信息，指定所述多个从设备按照次序应答所述广播帧。

所述接收模块603，用于接收所述多个从设备返回的应答帧。

所述应答从机信息为TLV格式，具体可参见步骤101中描述。

可选地，所述广播帧中还包括单点超时时长。

所述生成模块601，确定所述多个从设备的地址；根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息；根据所述应答从机信息生成所述广播帧。

所述主设备60可以采用任一类型的应答从机信息来指定所述多个从设备按照次序应答。所述预设条件包括：

若所述主设备60要指定所有从设备按照次序应答，优选采用类型为0的应答从机信息。

若主设备要指定地址连续的多个从设备按照次序应答，优选采用类型为1的应答从机信息。

若所述主设备60要指定地址不连续的多个从设备按照次序应答，可以采用类型为2或3的应答从机信息。具体地，所述广播实现装置60可以按照预设条件，确定所述应答从机信息的类型。所述预设条件包括：当需要应答的从设备的数量小于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为2，需要应答的各个从设备可以将自己的地址在值字段中的顺序作为自己的应答次序。当需要应答的从设备的数量大于等于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为3，需要应答的从设备可以将自己对应的应答指示位在所有值为1的应答指示位中的顺序作为自己的应答次序。

所述预设阈值可以为其中n为从设备的地址的位数。当然，除了将预设阈值设置为也可以设置为更大或更小的数值。

显然，无论上述何种情况，都可以采用类型为3的应答从机信息来实现。

所述接收模块603可以根据单点超时时长和所述多个从设备(指定需应答所述广播帧的从设备)的数量确定应答等待周期，并在所述应答等待周期内，接收所述多个从设备返回的应答帧。

所述主设备60还可以包括：记录模块，用于根据所述多个设备返回的应答帧，记录各个设备对应的状态信息，例如设备版本，发射功率，休眠时间等。

本实施例中其他未尽细节可参考本发明实施例图1和图3所示方法中描述。

本发明实施例提供的主设备，生成并发送包括应答从机信息的广播帧，通过该应答从机信息指示多个设备按照应答次序作出应答，以广播实现类似组播的通信机制，相比于传统的单播或广播方式，在避免多个从设备间广播应答冲突的同时，可以提高通信效率，从而提高整个RS-485总线网络的性能。

参见图7，为本发明实施例提供的另一种主设备的结构示意图。所述主设备70包括：处理器701和通信接口702。所述主设备70用于实现本发明实施例图3所示的广播实现方法。

所述处理器701和所述通信接口702相互连接。

所述通信接口702包括RS-485芯片，用于与所述RS-485总线网络中的从设备通信。

所述处理器701，用于生成广播帧并通过所述通信接口702发送所述广播帧；所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照次序作出应答。

所述处理器701还用于通过所述通信接口702接收所述多个从设备返回的应答帧。

所述处理器701通常为MCU，还可以包括数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件。

所述应答从机信息为TLV格式，具体可参见步骤101中描述。

所述处理器701，具体用于确定所述多个从设备的地址；根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息；根据所述应答从机信息生成所述广播帧。

所述处理器701中还包括存储器，用于存储所述RS-485总线网络中从设备的地址。

所述主设备70可以采用任一类型的应答从机信息来指定所述多个从设备按照次序应答。所述预设条件具体可参考图3所示方法步骤302中所述。

可选地，所述广播帧中还包括单点超时时长。所述处理器701还用于根据所述广播帧中的数据、从设备处理速度、总线通信速率等因素确定所述单点超时时长。所述单点超时时长是从设备应答所述广播帧所需的最大时长。

当然，所述单点延时时长也可以预先配置在主设备和各个从设备上。所述存储器还可以用于存储所述单点超时时长。

所述处理器701可以根据所述单点超时时长和所述多个从设备(指定需应答所述广播帧的从设备)的数量确定应答等待周期，并在所述应答等待周期内，接收所述多个从设备返回的应答帧。

所述处理器701，还用于根据所述多个设备返回的应答帧，记录各个设备对应的状态信息，例如设备版本，发射功率，休眠时间等。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中仅示出了主设备与本发明相关的部分结构，还可以包括比图示更多的部件，或者不同的部件布置。

参见图8所示，为本发明实施例提供的RS-485总线网络的示意图，其中包括主设备801和多个从设备802。所述主设备801的工作原理、结构和功能的具体细节可参见本发明实施例图6或7所示，在此不再赘述。从设备802的工作原理、结构和功能的具体细节可参见本发明实施例图4或5所示，在此不再赘述。

本发明实施例提供的广播实现方法也可用于星型组网方式的低速率无线个人区域网(low-rate wireless personal area network，简称LR-WPAN)。LR-WPAN中的协调器等同于本发明实施例中的主设备，非协调器设备：全功能设备(full-function device，简称FFD)和精简功能设备(reduced-function device，简称RFD)，等同于本发明实施例中的从设备。本发明实施例基于RS-485总线网络来说明，并不作为对本发明的限制。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述各方法实施例中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述存储介质可以是随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘或光盘等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种广播实现方法，用于推荐标准RS-485总线网络中，其特征在于，包括：

第一从设备接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照次序作出应答；

当根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧时，所述第一从设备根据所述应答从机信息获取应答开始时刻，并在到达所述应答开始时刻时作出应答。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一从设备根据所述应答从机信息获取应答开始时刻，包括：

所述第一从设备根据所述应答从机信息获取所述第一从设备的应答次序N，所述应答次序N为所述第一从设备在所述多个从设备中应答所述广播帧的次序；

所述第一从设备根据单点超时时长D和所述第一从设备的应答次序N，计算所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0+(N-1)*D，其中，T0是所述第一从设备收到所述广播帧的时刻。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，N≥2，所述方法还包括：

所述第一从设备在到达所述第一从设备的应答开始时刻Tsn前，侦听RS-485总线；

根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻Tek，更新所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝Tek+(N-K-1)*D，其中，K为所述第二从设备的应答次序，N＞K≥1。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述应答从机信息为类型长度值(type-length-value,简称TLV)格式；所述应答从机信息的类型为如下任意一种：

类型为0，指示所述RS-485总线网络中的所有从设备需要按照次序应答；

类型为1，指示值字段中起始地址到终止地址范围内的多个从设备需要按照次序应答；

类型为2，指示值字段中各个地址对应的从设备需要按照次序应答；

类型为3，指示值字段中应答指示位指示需要应答的从设备按照次序应答。

5.一种广播实现方法，用于推荐标准RS-485总线网络中，其特征在于，包括：

主设备生成并发送广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照应答次序作出应答；

所述主设备接收所述多个从设备按照应答次序返回的应答帧；

所述应答次序为所述应答从机信息所指示的所述多个从设备返回应答帧的次序。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主设备生成所述广播帧，包括：

所述主设备确定所述多个从设备的地址；

根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息；

根据所述应答从机信息生成所述广播帧。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述应答从机信息为类型长度值(type-length-value,简称TLV)格式；所述预设条件包括：

若要指定所述RS-485总线网络中所有从设备按照次序应答，采用类型为0的应答从机信息；

若要指定地址连续的多个从设备按照次序应答，采用类型为1的应答从机信息；

若所述主设备要指定地址不连续的多个从设备按照次序应答，当需要应答的从设备的数量小于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为2；当需要应答的从设备的数量大于等于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为3。

8.一种广播实现装置，用于推荐标准RS-485总线网络中，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收主设备发送的广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照次序作出应答；

处理模块，用于当根据所述应答从机信息确定需要应答所述广播帧时，所述第一从设备根据所述应答从机信息获取应答开始时刻，并在到达所述应答开始时刻时作出应答；

所述广播实现装置部署在所述多个从设备中的第一从设备上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于根据所述应答从机信息获取所述第一从设备的应答次序N，所述应答次序N为所述第一从设备在所述多个从设备中应答所述广播帧的次序；根据单点超时时长D和所述第一从设备的应答次序N，计算所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝T0+(N-1)*D，其中，T0是所述第一从设备收到所述广播帧的时刻。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，N≥2，所述处理模块，还用于所述第一从设备在到达所述第一从设备的应答开始时刻Tsn前，侦听RS-485总线；根据应答次序在先的第二从设备的应答结束时刻Tek，更新所述第一从设备的应答开始时刻Tsn＝Tek+(N-K-1)*D，其中，K为所述第二从设备的应答次序，N＞K≥1。

11.一种主设备，用于推荐标准RS-485总线网络中，其特征在于，包括：

生成模块，用于生成广播帧，所述广播帧中包括应答从机信息，所述应答从机信息用于指示所述RS-485总线网络中的多个从设备按照应答次序作出应答；

发送模块，用于发送所述广播帧，所述应答次序为所述应答从机信息所指示的所述多个从设备返回应答帧的次序；

接收模块，用于接收所述多个从设备按照应答次序返回的应答帧。

12.根据权利要求11所述的主设备，其特征在于，所述生成模块，具体用于确定所述多个从设备的地址；根据所述多个从设备的地址和预设条件，确定所述应答从机信息；根据所述应答从机信息生成所述广播帧。

13.根据权利要求11或12所述的主设备，其特征在于，所述应答从机信息为类型长度值(type-length-value,简称TLV)格式；所述预设条件包括：

若要指定所述RS-485总线网络中所有从设备按照次序应答，采用类型为0的应答从机信息；

若要指定地址连续的多个从设备按照次序应答，采用类型为1的应答从机信息；

若所述主设备要指定地址不连续的多个从设备按照次序应答，当需要应答的从设备的数量小于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为2；当需要应答的从设备的数量大于等于预设阈值时，确定所述应答从机信息的类型为3。