CN108668239B - 低功耗并支持一对多交互的无线通信系统及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线通信技术，涉及一种低功耗并支持一对多交互的无线通信系统及其通信方法，包括应答器和基站，所述应答器和基站内均包括调制解调层、无线包传输层和协议解析层；所述应答器内的调制解调层和基站内的调制解调层通过2.4GHz进行无线传输，本发明的低功耗并支持一对多交互的无线通信系统在支持一对多通讯的情况下，且可实现每个设备均能在最短时间内完成信息传递，还可以通过并发错峰传输和时隙调整技术防止信道堵塞。可实现设备间的实时响应与群组通讯的无线通信。

Description

低功耗并支持一对多交互的无线通信系统及其通信方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信技术，涉及一种低功耗并支持一对多交互的无线通信系统及其通信方法。
背景技术
无线通讯设备既要保证低功耗又要做到实时响应，这在很多领域里面是一对矛盾存在的问题，特别是那些还要支持一对多通讯的组群应用里，要做到每个设备均能在最短时间内完成信息传递，则需要考虑到诸如信道堵塞，并发错峰传输等若干问题。在电池技术受限的今天，低功耗依然是便携设备所必须具备的基本特性，不能满足低功耗的无线通信协议，便不能应用于诸多便携式无线通信设备所使用的的场合。所以一款很好的支持低功耗并且支持一对多应用，而且可以做到设备间的实时响应与群组通讯的无线通信协议是一种急迫的需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种保持低功耗、实时响应且支持一对多通信的低功耗并支持一对多交互的无线通信系统及其通信方法。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低功耗并支持一对多交互的无线通信系统，包括应答器和基站，所述应答器和基站内均包括调制解调层、无线包传输层和协议解析层；所述应答器内的调制解调层和基站内的调制解调层通过2.4GHz进行无线传输。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
步骤一、定义无线包传输层命令：发射、侦听、校验和重传，定义协议解析层命令：令牌、休眠、唤醒、包协议封装、数据解析、广播、点对点协议；
步骤二、对通讯模式进行选择：低功耗模式、并发错峰传输、广播与点对点结合的数据传输；
步骤三：低功耗模式：从关机进入开机并进入低功耗状态、当达到唤醒时间或接收指令并执行完成用户功能或当未收到指令时会回到低功耗状态，而当收到指令时可以通过执行用户功能并在执行完毕时回到低功耗状态，再或是通过用户键盘选择功能从而使得从低功耗状态进入执行用户功能状态，待执行完毕后进入低功耗状态，且当5分钟未有键盘输入时进入关机状态；
步骤四：并发错峰传输模式：从关机进入开机并在首次连接时确认时隙，并进入低功耗模式，并通过周期唤醒进行信道侦听，当信道空闲时进行处理数据，当信道忙时等待一个休眠时隙时间然后进行数据处理，当长时间未收到指令时，返回低功耗模式；
步骤五：对数据进行广播和点对点结合的数据传输方式，通过主机控制中枢将令牌相同部分以广播包的形式对若干应答器进行广播，并且主机采用点对点输出，将ID协议包进行包解析，并以定向发送的形式与应答器进行广播，应答器对数据进行处理后以ack包的形式反馈给主机。
作为优选，对步骤五中的数据传输中还增设有避免环境干扰对系统稳定性和数据传输完整性影响的智能跳频算法，具体为主机实时侦测信道内的载波信号，并通过解析判断出是干扰还是有效的通讯包文，如果干扰严重，则尝试跳频寻找干净的信道，成功后通知系统中所有从机跳频。
作为优选，当主机在和从机进行通信过程中会产生握手确认信号，如果该信号失败率提升，主机评判该失败率是单一从机不稳定，还是整个系统存在严重串扰，判定是否寻找新的信道。
发明的有益效果是：本发明是一种低功耗并支持一对多交互的无线通信系统在支持一对多通讯的情况下，且可实现每个设备均能在最短时间内完成信息传递，还可以实现防止信道堵塞和并发错峰传输等问题。可实现设备间的实时响应与群组通讯的无线通信。
附图说明
图1为本发明的低功耗并支持一对多交互的无线通信系统的系统架构示意图。
图2为本发明的唤醒原理的示意图。
图3为本发明的并发错峰传输的示意图。
图4为本发明的广播与点对点结合的数据传输方式的示意图。
图5为本发明的智能跳频算法的示意图。
具体实施方式
现在结合附图对发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明发明的基本结构，因此其仅显示与发明有关的构成。
如图所示，一种低功耗并支持一对多交互的无线通信系统，包括应答器和基站，所述应答器和基站内均包括调制解调层、无线包传输层和协议解析层；所述应答器内的调制解调层和基站内的调制解调层通过2.4GHz进行无线传输。
一种低功耗并支持一对多交互的无线通信方法，包括如下步骤：
步骤一、定义无线包传输层命令：发射、侦听、校验和重传，定义协议解析层命令：令牌、休眠、唤醒、包协议封装、数据解析、广播、点对点协议；
步骤二、对通讯模式进行选择：低功耗模式、并发错传输、广播与点对点结合的数据传输；
步骤三：低功耗模式：从关机进入开机并进入低功耗状态、当达到唤醒时间或接收指令时进行执行用户功能或当未收到指令时会回到低功耗状态，而当收到指令时可以通过执行用户功能并在执行完毕时回到低功耗状态，再或是通过用户键盘选择功能从而使得低功耗状态进入执行用户功能状态，待执行完毕后进入低功耗状态，而当5分钟未有键盘输入时进入关机状态；
通过令牌包唤醒等手段间隙开启射频模组的工作可以让整个模块工作在sleep状态，从而使系统工作在极低功耗状态，同时侦听唤醒又保证了通讯的实时性。同时低功耗状态及唤醒时间可以根据系统中实时的包传输环境自动学习匹配，动态的调节自己，以求达到更好的能耗控制效果。
使用数据侦听方式工作的从机，会在单位时间内间歇唤醒射频模组尝试接受令牌包，令牌包协议上设计为极短的包长度，从而保证了该包的传输时间尽可能的短，从而缩短单位时间内的唤醒时间并间接增加系统响应的实时性。
步骤四：并发错峰传输模式：从关机进入开机并在首次连接时确认时隙，并进入低功耗模式，并通过周期唤醒进行信道侦听，当信道空闲时进行处理数据，当信道忙时待休眠时隙时间进行数据处理，当长时间未收到指令时，返回低功耗模式；
一对多传输过程中，最容易遇到的问题就是信道阻塞及堵塞之后的处理手段，这直接影响了整个系统运行的效率和实时性，通过CS(Carrier Sense载波侦听)对信道进行繁忙评估，如若信道正忙则睡眠单位时间后再次侦听信道，主机和从机通过首次握手之后确定的唯一时隙值来保证多个从设备不会同时使用信道。
步骤五：对数据进行广播和点对点结合的数据传输方式，通过主机控制中枢将令牌相同部分以广播包的形式对若干应答器进行广播，并且主机采用点对点输出，将ID协议包进行包解析，并以定向发送的形式与应答器进行广播，应答器对数据进行处理后以ack包的形式反馈给主机。
利用广播包传输相同部分(令牌唤醒包及数据解析方式)，然后再使用点对点方式依次发送给每一个应答器独享的信息。这样既缩短了传输时间从而增加效率降低功耗，又可以一一握手回应保证数据的可靠性和传输指向性。
对步骤五中的数据传输中还增设有避免环境干扰对系统稳定性和数据传输完整性影响的智能跳频算法，具体为主机实时侦测信道内的载波信号，并通过解析判断出是干扰还是有效的通讯包文，如果干扰严重，则尝试跳频寻找干净的信道，成功后通知系统中所有从机跳频。
针对环境干扰对系统稳定性和数据传输完整性的影响，该协议内置了一种优化过的智能跳频算法。
该算法基于主机对通讯信道质量及通讯环境的综合评估，然后采取相应的对策(更改载波通信速度或系统跳频)来保证系统高效稳定工作，主机实时侦测信道内的载波信号，并通过解析判断出是干扰还是有效的通讯包文，如果干扰严重，则尝试跳频寻找干净的信道，成功后通知系统中所有从机跳频。主机在和从机进行通信过程中会产生ACK包文等握手确认信号，如果该信号失败率提升，也间接的表示出当前信道干扰严重，这时候主机也会去评判这种失败率是单一从机不稳定，还是整个系统存在严重串扰，从而判定是否需要寻找新的信道。
当主机在和从机进行通信过程中会产生握手确认信号，如果该信号失败率提升，主机评判该失败率是单一从机不稳定，还是整个系统存在严重串扰，判定是否寻找新的信道。
所述的握手确认信号为ACK包文。
以上述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种低功耗并支持一对多交互的无线通信方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、定义无线包传输层命令：发射、侦听、校验和重传，定义协议解析层命令：令牌、休眠、唤醒、包协议封装、数据解析、广播、点对点协议；
步骤二、对通讯模式进行选择：低功耗模式、并发错峰传输、广播与点对点结合的数据传输；
步骤三：低功耗模式：从关机进入开机并进入低功耗状态、当达到唤醒时间或接收指令并执行完成用户功能或当未收到指令时会回到低功耗状态，而当收到指令时可以通过执行用户功能并在执行完毕时回到低功耗状态，再或是通过用户键盘选择功能从而使得从低功耗状态进入执行用户功能状态，待执行完毕后进入低功耗状态，且当5分钟未有键盘输入时进入关机状态；
步骤四：并发错峰传输模式：从关机进入开机并在首次连接时确认时隙，并进入低功耗模式，并通过周期唤醒进行信道侦听，当信道空闲时进行处理数据，当信道忙时等待一个休眠时隙时间然后进行数据处理，当长时间未收到指令时，返回低功耗模式；
步骤五：对数据进行广播和点对点结合的数据传输方式，通过主机控制中枢将令牌相同部分以广播包的形式对若干应答器进行广播，并且主机采用点对点输出，将ID协议包进行包解析，并以定向发送的形式与应答器进行广播，应答器对数据进行处理后以ack包的形式反馈给主机；
对步骤五中的数据传输中还增设有避免环境干扰对系统稳定性和数据传输完整性影响的智能跳频算法，具体为主机实时侦测信道内的载波信号，并通过解析判断出是干扰还是有效的通讯包文，如果干扰严重，则尝试跳频寻找干净的信道，成功后通知系统中所有从机跳频；
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