CN111770567B - 一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法，步骤包括：从机注册，在主机中建立每个从机的标识号和索引号的映射表；主机初始化后当到达设定的数据召测时间时，发送从机唤醒指令并立即进入接收状态；已注册的从机按照索引号依次上报数据，当所有从机均通讯正常时，主机依次更改各从机对应的时隙状态，完成本轮数据召测；本轮数据上报后，通过检查RSSI值在网络空闲时发起入网请求，主机根据时隙使用情况判定是否允许新的从机加入网络，若允许，从机则执行步骤一的注册，等待下一轮唤醒后完成数据召测。本发明吸收问答式和主动上报式的数据交互，既能有效缩短完成一轮数据收集的时间，又能有效的避免无线信号冲突。

Description

一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法
技术领域
本发明涉及时隙通讯领域，尤其涉及一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法。
背景技术
目前主流的微功率无线IC采用的是半双工通讯模式，并且在同一个信道上如果有多个接点同时发送数据，会因信号冲突而导致数据错误，因此为了避免这些问题，基于该技术开发的智能设备之间的数据交互主要采用如下两种方式：1.主机定时向从机查询数据2.从机通过检测信道的RSSI值来判断信道是否空闲，如果空闲则主动发送数据。
方式一为一问一答的方式，能有效的避免信号冲突，但是主机和从机都需要频繁的切换TX/RX模式，并且为了确保正确的完成问答流程，主机通常需要做“发送并等待接收”的操作，如果因为某些原因导致接收异常或者超时，整个问答的过程将耗费较长的时间，而实际应用中一台主机下面可能会带上几十甚至上百台从机，如此一来整个局域网中设备的数据实时性会非常差。
方式二为主动上报的方式，主机可以一直处于接收状态，从机在需要发送数据时检测到信道的RSSI值低于设定的水平时立即发送数据，这种方法可以有效的解决方式一中耗时太长的问题，但是存在较大的信号冲突问题，因为当多台从机需要发送数据时极有可能大家在同一时刻t1检测到信道空闲，然后一起发送数据，当然有增加一个随机延迟的方法，但这个随机值无法预测，并且每台从机发送数据的耗时也是不固定的，因此并不能有效解决信号冲突的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于微功率无线技术的时隙通讯方法，吸收问答式和主动上报式的数据交互，既能有效缩短完成一轮数据收集的时间，又能有效的避免无线信号冲突。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法，包括如下步骤：
步骤一，注册已接入主机的从机，在主机中建立每个从机的标识号和索引号的映射表；
步骤二，主机初始化后当到达设定的数据召测时间时，发送从机唤醒指令并立即进入接收状态；
步骤三，完成注册的从机按照索引号依次上报数据，当所有从机均通讯正常时，主机依次更改各从机对应的时隙状态，若存在未成功上报数据的从机，主机根据预先配置的补招次数，将前一轮召测结束后的时隙状态重新放入唤醒指令中，并再次执行唤醒，从机接收到该唤醒指令后，只有唤醒指令中对应时隙已分配但未上报数据的从机才会重新上报数据，直到所有从机的数据都被主机收到或者补招的次数达到设定的最大值，最终完成本轮数据召测；
步骤四，本轮数据上报后，通过检查RSSI值在网络空闲时发起入网请求，主机根据时隙使用情况判定是否允许新的从机加入网络，若允许，从机则执行步骤一的注册，等待下一轮唤醒后完成数据召测。
进一步地，主机设置一个值为t1+N*t2的接收超时定时器，其中，N为从机的数量，t2为从机的通讯时间，t1为主机发送指令的延时，主机每接收到一台从机的数据报文后将定时器值减去t2并重新设置定时器，用于确保在设定的时间段内强制结束本轮召测。
进一步地，从机在初始状态下处于未注册状态，当接收到从机唤醒指令后检查唤醒指令中是否存在空闲时隙，如果存在空闲时隙，则检查RSSI值，在信道空闲时发送入网请求，请求中携带本从机设备的ID号以及设备类型号，如果主机允许其加入，则会发送确认报文，报文中包含从机设备的ID号、设备类型号以及主机为其分配的时隙编号。
进一步地，当再次接收到从机唤醒指令时，从机首先记录从机唤醒指令中所有时隙状态并保持接收状态，小于本从机时隙编号的从机优先发送数据，本从机监听其它从机发出的报文，待其它从机均数据上报后，本从机发送数据报文，然后等待主机发起下一次唤醒。
进一步地，每个从机均设置一个值为t1+M*t2的超时定时器，其中t1为主机发送指令的延时，M为从机在主机中的时隙编号，t2为从机的通讯时间，从机每接收到一台其它从机的报文时将定时器减去t2并重置定时器。
与现有技术相比，本发明的时隙通讯方法，有效提高半双工通讯线路中主从设备之间的数据收集效率并且很好的解决多台设备组网并采用主动上报数据方式时带来的信道冲突问题，并且为主从设备之间提供非常灵活的自组网手段，可极大的提高智能设备之间的数据交互效率和数据的实时性，并极大的降低现场的施工复杂度，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。其中：
图1是本发明实施例基于微功率无线技术的时隙通讯方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法，如图1所示包括如下步骤：
步骤一，注册已接入主机的从机，在主机中建立每个从机的标识号和索引号的映射表；
步骤二，主机初始化后当到达设定的数据召测时间时，发送从机唤醒指令并立即进入接收状态；
步骤三，完成注册的从机按照索引号依次上报数据，当所有从机均通讯正常时，主机依次更改各从机对应的时隙状态，若存在未成功上报数据的从机，主机根据预先配置的补招次数，将前一轮召测结束后的时隙状态重新放入唤醒指令中，并再次执行唤醒，从机接收到该唤醒指令后，只有唤醒指令中对应时隙已分配但未上报数据的从机才会重新上报数据，直到所有从机的数据都被主机收到或者补招的次数达到设定的最大值，最终完成本轮数据召测；
步骤四，本轮数据上报后，通过检查RSSI值在网络空闲时发起入网请求，主机根据时隙使用情况判定是否允许新的从机加入网络，若允许，从机则执行步骤一的注册，等待下一轮唤醒后完成数据召测。
从机在初始状态下处于未注册状态，当接收到从机唤醒指令后检查唤醒指令中是否存在空闲时隙，如果存在空闲时隙，则检查RSSI值，在信道空闲时发送入网请求，请求中携带本从机设备的ID号以及设备类型号，如果主机允许其加入，则会发送确认报文，报文中包含从机设备的ID号、设备类型号以及主机为其分配的时隙编号。当再次接收到从机唤醒指令时，从机首先记录从机唤醒指令中所有时隙状态并保持接收状态，小于本从机时隙编号的从机优先发送数据，本从机监听其它从机发出的报文，待其它从机均数据上报后，本从机发送数据报文，然后等待主机发起下一次唤醒。
主机设置一个值为t1+N*t2的接收超时定时器，其中，N为从机的数量，t2为从机的通讯时间，t1为主机发送指令的延时，主机每接收到一台从机的数据报文后将定时器值减去t2并重新设置定时器，用于确保在设定的时间段内强制结束本轮召测。
每个从机均设置一个值为t1+M*t2的超时定时器，其中t1为主机发送指令的延时，M为从机在主机中的时隙编号，t2为从机的通讯时间，从机每接收到一台其它从机的报文时将定时器减去t2并重置定时器，通过定时器可判定当前从机的数据发送情况，当有从机出现故障无法发送数据时，规定时间内不影响其它从机的数据上报，确保在通讯异常的状态下也能快速完成一轮数据上报。
作为本发明的一实施例，本发明基于微功率无线技术的时隙通讯方法，假设主机A接入从机的容量为N，在内存中建立一个从机标识号(通常为从机的地址或者编号，采用ID表示)与索引号(取值范围[0，N-1]，采用INDEX表示)的映射表(采用ID_MAP表示)，初始状态下由于还没有实际的从机加入网络，所以映射表元素ID_MAP[INDEX]是一个无效值。
初始状态下，ID_MAP[0，N-1]的值为“无效”，当第一台从机加入后，ID_MAP[0]的值为从机的ID，由于ID_MAP[0]不再是“无效”，因此，时隙0被分配，状态为“已分配”，其它时隙因ID_MAP[1，N-1]的值为“无效”，因此状态为“空闲”。
新的从机申请加入时，主机从ID_MAP[0]开始搜索无效的ID，假如第ID_MAP[x]为无效，则将该从机分配编号为x的时隙，并把此台从机的ID存到ID_MAP[x]里面；当删除某一台从机时，主机从ID_MAP[0]开始搜索这台从机的ID，假如ID_MAP[m]的值和此台从机的ID一样，则将编号为m的时隙重置为空闲，并把ID_MAP[m]的值改为无效。
主机完成初始化之后，当设定的数据召测时间到达时，发送从机唤醒指令并立刻进入接收状态，此时完成了注册的从机会按照INDEX值从0～N-1的顺序依次上报数据，当所有从机均通讯正常时，主机依次将各从机对应的时隙状态由10改为11，当所有原本为10的时隙均变成11时标志着本轮数据召测全部完成。
若其中某个或某几个从机因长时间离线或者主动注销，则这些从机将被主机从映射表中移除，被移除的从机所占用的时隙编号重置为空闲状态，并且这些从机所在索引位置的从机识别号置为无效，待其他从机加入。
从机唤醒指令(Tn.0，Tn.1)为00、01、10、11四种状态，00表示本时隙禁止使用，01表示本时隙空闲，可分配，10表示本时隙已分配，且数据未上报，11表示本时隙已分配，且数据已上报。
如果出现通讯异常或者网络离线的从机，主机设置一个t1+N*t2的接收超时定时器，主机每接收一台从机的数据报文后将定时器值减去t2并重新设置定时器，用来确保在设定的时间段内强制结束本轮召测。没有完成注册的从机在检测到从机唤醒指令中有空闲时隙时，在本轮数据上报结束后会通过检查RSSI值的方式在网络空闲时发起入网请求，主机根据时隙使用情况或者其它相关配置来决定是否允许新的从机加入网络，如果允许则为其分配一个时隙编号并将从机ID记录在ID_MAP中，下一轮唤醒时，唤醒指令中对应的时隙位置由01变为10。
从机在初始状态下处于未注册状态，当接收到从机唤醒指令后检查指令中是否存在空闲时隙，如果有，则检查RSSI值，在信道空闲时发送入网请求，请求中携带从机设备的ID号以及设备类型号等信息，如果主机允许其加入，则会发送确认报文，报文中包含从机设备的ID号，设备类型号以及主机为其分配的时隙编号，假设为M。当再一次接收到从机唤醒指令时，从机首先记录该指令中所有时隙状态并且保持接收状态，当有编号小于M的时隙为10状态时，则表示编号小于M的其它从机需要优先发送数据，此时编号为M的从机监听其它从机发出的报文，如果收到M-A号从机的报文，则将M-A号时隙状态改为11，当接收到M-1号从机的报文时将已准备好的数据报文发送出去，然后等待主机发起下一次唤醒。
为了避免因存在编号小于M的从机离网或者通讯异常而导致后面的从机无限等待，编号为M的从机在接收到唤醒指令时会设置一个t1+M*t2的超时定时器，每接收到一台从机的报文时将定时器减去t2并重置定时器，由于t2可以设置得非常短，例如几十毫秒，因此可确保在通讯异常的状态下也能快速完成一轮数据上报。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于微功率无线技术的时隙通讯方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，注册已接入主机的从机，在主机中建立每个从机的标识号和索引号的映射表；
步骤二，主机初始化后当到达设定的数据召测时间时，发送从机唤醒指令并立即进入接收状态；
步骤三，完成注册的从机按照索引号依次上报数据，当所有从机均通讯正常时，主机依次更改各从机对应的时隙状态，若存在未成功上报数据的从机，主机根据预先配置的补招次数，将前一轮召测结束后的时隙状态重新放入唤醒指令中，并再次执行唤醒，从机接收到该唤醒指令后，只有唤醒指令中对应时隙已分配但未上报数据的从机才会重新上报数据，直到所有从机的数据都被主机收到或者补招的次数达到设定的最大值，最终完成本轮数据召测；
步骤四，本轮数据上报后，通过检查RSSI值在网络空闲时发起入网请求，主机根据时隙使用情况判定是否允许新的从机加入网络，若允许，从机则执行步骤一的注册，等待下一轮唤醒后完成数据召测。
2.根据权利要求1所述的时隙通讯方法，其特征在于：主机设置一个值为t1+N*t2的接收超时定时器，其中，N为从机的数量，t2为从机的通讯时间，t1为主机发送指令的延时，主机每接收到一台从机的数据报文后将定时器值减去t2并重新设置定时器，用于确保在设定的时间段内强制结束本轮召测。
3.根据权利要求1所述的时隙通讯方法，其特征在于：从机在初始状态下处于未注册状态，当接收到从机唤醒指令后检查唤醒指令中是否存在空闲时隙，如果存在空闲时隙，则检查RSSI值，在信道空闲时发送入网请求，请求中携带本从机设备的ID号以及设备类型号，如果主机允许其加入，则会发送确认报文，报文中包含从机设备的ID号、设备类型号以及主机为其分配的时隙编号。
4.根据权利要求3所述的时隙通讯方法，其特征在于：当再次接收到从机唤醒指令时，从机首先记录从机唤醒指令中所有时隙状态并保持接收状态，小于本从机时隙编号的从机优先发送数据，本从机监听其它从机发出的报文，待其它从机均数据上报后，本从机发送数据报文，然后等待主机发起下一次唤醒。
5.根据权利要求3或4所述的时隙通讯方法，其特征在于：每个从机均设置一个值为t1+M*t2的超时定时器，其中t1为主机发送指令的延时，M为从机在主机中的时隙编号，t2为从机的通讯时间，从机每接收到一台其它从机的报文时将定时器减去t2并重置定时器。
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