CN1134942C - 带滑动频率的通信系统以及该系统的收发机 - Google Patents

Abstract

数据分组在由多个收发机构成的分布式通信网络上传送。为了减小其它无线信号的干扰，例如通过使用在非激活期间和发射中连续变化的线性滑动载波频率，使每次发射的载频与该发射机上次发射的相比是变化的。接收机以足够检测每个数据分组之前的前导载波脉冲串的速率来扫描频段。收发机的操作与低数据率信号异步。

Description

带滑动频率的通信系统以及该系统的收发机

发明背景

1.发明领域

本发明涉及在包括多个发射机和多个接收机的分布式无线通信通信系统上发射数据分组的方法，包括：

发射携带分别来自所述多个发射机中每个的所述各个数据分组的各个无线信号，所述多个发射机的所述的每一个以足够被至少一个接收机可靠接收的各个功率级别、在给定频段内的各个载频上发射，而且

所述接收机中的每一个扫描所述给定的频段，以分别检测所述频段内各接收机处信号强度足够被检测的发射。

本发明还涉及发射数据分组的装置，由包括一个发射部分以在一个载频上发射无线信号的发射机组成。

这样一种方法和装置建议用于集中式通信系统中，控制处于建筑物中很多地方的设备。例如，本发明用于如下系统的集中控制：每个房间或区域具有独立的本地控制的建筑中的人造照明系统、或者具有很多独立控制的加热设备、热泵(加热或制冷)或热交换机的加热及/或空调系统；需要从多个传感器地点向中心位置发送侦测数据、以及将控制信号发送回选定位置的入侵—检测、安全、或火灾检测系统。

为了方便，本说明泛泛地指“建筑物”或“建筑物计算机”。应该清楚名词“建筑物”应该解释为包括建筑物的一部分、或在公共控制之下并共享一个网络的具有两个或多个结构或部分的建筑物复合体；而且可能用于一个娱乐园或其他户外地点。

其他非面向节能的应用可能包括为现有的硬连线背景音乐集中控制音量或频道设置以及公共地址系统，而且特别允许在硬连线布局中所不提供的基于组或区段的控制。

2.现有技术描述

由于无线频谱中信道的数量，在硬连线系统中经常遇到对大量地点提供低数据率发送的需要。例如，通过使用低压线路从中心站或计算机操作控制本地电源电路的继电器，在多年前就已可以进行照明或通风以及空调单元的集中建筑物控制。在现有建筑物中翻新这样的系统是很困难的。这类系统的另一个困难是维修线路故障常常很困难，因为布线图是不准确的或不存在的，而且跟踪这些低压电缆很费时而且昂贵。

接收机达75英尺远的低功率无线控制系统在论文“SONA/ECS，adecentralized environmental control system(for disabled)”中有所描述，该文作为IEEE计算机协会计算机辅助残疾人研讨会，1982年11月4-5日，会议论文集的一部分发表。

建筑物控制的另一个系统使用建筑物中现有AC电源线路传输控制信号。在AC电源线路上传递相对低的射频的所谓“载波电流”系统已经用于在配电系统中遥测数据，以及“无线”内部通信或音乐系统，但是容易有多余噪声。为了降低成本，2路通信的900MHz无线信道在“900MHz radio provides two-way path for control and return”中做了描述，该文载于Transm.and Distribution，卷36，no.6，pp33-6，1984年六月。这个系统具有号称可以由公共事业自己的员工安装和维护的优点。

为了避免由于允许无执照操作的频段内其他用户的干扰信号带来的不可靠，使用高频扩频技术分配控制信号的系统，在US专利5,090,024、5,263,046、5,278,862和5,359,625中做了描述。其中最后一个近似于扫频波形，其连续方波由序列的chirp构成，而且方波的频率在序列的至少一部分上可变。这个技术建议用于900+MHz频段。

以Echelon名字出售的控制系统使用微处理器控制公共信道上到网络的每个独立控制的直接链路通信。这个系统适合多种应用，而且可以具有多达1Mbit/s的通信容量。这个系统使用了一种通信协议，该协议规定了分组结构、建立通信和应答通信的握手命令、纠错和恢复、以及通信丢失后一定时延后重发。除了一组节点可能要提供中继以外，传输可以在不同介质上，例如双绞线、辐射RF、红外、或电源线上传输的高频信号上，在中心源和每个节点之间进行。结果，安装这样一个系统很昂贵而且需要相当多的开发时间。Echelon系统可以用于49MHz频段，当功率小于1瓦时该频段在US是不需许可的。特别是如果在电源线上传输RF信号，这个系统使用扩频编码提供抗噪声性。

发明内容

本发明的一个目的是提供相对不受同频段内其他用户干扰的数据分组的无线传输。

本发明的另一个目的是提供使用低成本收发机的分布式通信系统。

本发明的还有一个目的是提供这样一个系统，它不需温度稳定的收发机。

根据本发明，该方法的特征在于，在每个独立于其它发射机的发射机中，发射各自的下一个数据分组之前，改变到所述给定频段内的一个不同载频的步骤，每个所述发射机相对于其它发射机异步地改变到不同的载频，使得在所述接收机中给定的一个中接收到的连续数据分组将在所述频段内以彼此随机的载频发射。

根据本发明，该装置的特征在于，所述发射机还包括载频控制装置，以在给定频段内改变载频。

用于数字数据发射信号的收发机使用比数据率高得多的载频，使得信号具有窄的相对带宽。载频在一个比带宽宽的范围内、或给定频段内缓慢变化。单个数据分组在特定分组的连续发射之间带一个充足的时延发射，使得载频以一个比信号带宽大的量变化。

发射可以使用频段内一组频率中随机选择的一个。但是优选地是，载频在频段内或频段的一部分上连续变化。

在优选实施例中，发射频率被控制为以锯齿形或、更优选的是三角形波形图案随时间线性变化。

在另一个优选实施例中，载频连续变化，包括发射数据分组的时间间隔在内。

在另一个优选实施例中，压控振荡器(VCO)连续振荡，而且未调制的载频随时间线性变化。振荡器和天线之间的功率放大器通断切换以控制发射。

优选地，当消息(分组)被接收方成功接收时，就发送一个确认信号。始发站或收发机等待一段预定时间以确定是否收到确认。如果没有，就重发分组。因为第二次发送是在不同载频上，由于一些其它无线信号的干扰而造成接收不到消息的可能性就大大降低了。

在优选的实施例中，单个收发机是分布式通信系统的一部分，其中的一个分组可能需要几跳(处于中间位置的收发机的重发)方能到达接收方。一次发送不成功的概率就增加了。在这个实施例中，每个收发机使用连续发射之间改变频率的技术，而且对于系统中的其他收发机独立且异步地做这件事，在接收机处系统内部冲突的概率也减少了。

在另一个实施例中，重新发送之前，始发收发机优选地等待一段时间，该时间基于到达接收方并返回所需要的预计跳数而定。在任何情况下，分组重发的频率与第一次发送所使用的频率无关。

在根据本发明的分布式通信系统中，每个收发机是一个低功率无线收发机，以足够与至少一个、但不是全部的其它收发机通信的功率发射。

根据本发明的另一个优选实施例，每次发送的是一个数字信息分组，前面加上未调制的载波信号脉冲串、以及/或同步信号。这个前缀的持续时间根据接收机的扫描速率而定，这样接收机可以在收到第一个数据比特之前锁定到发射上。

优选地，每个收发机包括一个微处理器，从该收发机所收分组的信息中确定该分组是否是给该收发机的；如果不是，该分组是否应该重发。

在这样一个系统中，优选地是大多数或全部收发机是可互换的并以几乎相同的功率级别在频段内发射，该频段对建筑的墙和楼板提供很好的穿透力，但是不会大量地辐射到其它建筑物或通信区域中。该频段可以是具有合适传播特性的任意的可用商业发射频段。但是，选择一个诸如“ISM”频段这样只要功率输出低于某个数字，例如1瓦特，就允许不经许可使用的频段，也是有好处的。对于US来说，一个所需的满足这些要求，而且容易得到相对低成本RF设备的频段，是900到950MHz频段；但是其它频段，例如接近49MHz、470MHz、以及2.4和4.5GHz的ISM频段也可以考虑。US以外可考虑其它频段。另外，提到上述频段只是为了举例。

在另一个优选实施例中，当接收到一个应该重发的分组时，收发机将等待一段时间并随后重发，除非收发机在与这个收发机上次发射以来的持续时间段有关的频率上检测到载波信号的出现。这个时间段优选地从收发机/控制单元组合中存储或产生的一个随机数表中得到；但是该延迟可以是预先指定给该组合的一个选定值。

在另一个实施例中，为了降低成本，发射频率不是高度稳定的，特别是相对于温度而言。发射频率将根据温度或老化效应而有一定的变化，就象从一次发射到下一次而做的有意改变一样。在这个实施例中，接收机部分能够在相对宽的频段内检测到任意频率的发射，并锁定到该频率上检测数字信号。优选地，所有的收发机都是可互换的并以几乎相同的功率级别发射，使用900和950MHz之间的载频；而且更优选地是，在大约10MHz宽的额定频段内，例如大约905到915MHz。

附图的简单描述

图1是根据本发明的系统原理图，表明期望在不同节点之间起作用的通信链路，

图2是使用图1系统的建筑物的图解视图，

图3是表明建筑物照明控制的不同级别之间关系的图，

图4是在部分预定的路由上通信的图1系统的节点逻辑图，

图5是伪随机扩散式通信的图1系统的节点逻辑图，

图6a-6d是用于不同操作协议的分组图，图6c的分组适于图5的系统，

图7是图2中建筑物房间内照明控制系统的框图，

图8是表明发射频率滑动的时间图，

图9是表明接收机锁定的图，

图10a和10b是根据本发明的带有简单滑动频率的收发机的发射机和接收机部分的框图，以及

图11a和11b是根据本发明、具有易断的发射机锁相环的第二收发机的发射机和接收机部分的框图。

优选实施例的描述

图1中所示的系统表示了本发明的原理，它可用于图2中图解表示的具有房间11-14、21-25以及31、32、34和35的建筑物。多个RF收发机T11-T14、T21-T26、T31、T32、T34、T35和T41组成一个通信网。除两个外所有这些收发机具有彼此关联的房间照明控制C11-C14等等，控制各个房间内置的日光灯照明，并从收发机接收控制信号。收发机T26作为无线中继，因此没有所关联的照明控制。包括建筑物计算机40的系统直接连接到收发机41，与用于该房间照明的收发机/控制组合T11/C11通信，并且优选地与网络中至少一个或两个其它收发机通信。当然很显然，该建筑物计算机和其有关的收发机不需要在同一房间内(他们一般是通过电缆连接的)，而且收发机T41可以置于任意地方，只要能够到达至少一个其它收发机或被其它至少一个收发机所到达。

几乎任何小计算机都具有足够的处理能力和存储容量用于本发明。一个“应用”程序提供网络建立、一般操作(自动地及建筑物人员所指示地)、常规网络测试过程，和任何所期望的与其它计算机或控制源的接口。

建筑物通信系统可能实现的不同控制模式级别如图3所示。最高级使用计算机中的应用程序；这可以认为是智能软件模块，主要驻留在建筑物计算机中，但是也可自动地与另一个计算机-例如一个为建筑物服务的电设施相互作用。控制的第二级是建筑物管理员，他们至少具有一些能力修改或替换建筑物计算机中的一般控制模式。第三级是通信网络本身，由于部分故障、或者其中的改变，这个网络影响控制房间单元的较高级能力。最低级是用户控制，其范围从难废弃的通断开关(最高权威)到房间中一些或所有发光体明暗设置的有限允许的改变。

为了允许使用标准的“建筑物块”来组合系统，并避免设备许可的管理复杂性，优选地选择允许未许可操作的发射机功率和载波频率，但要可以发射通过至少一层建筑物的内部墙壁或楼板，以便提供与至少一个其它收发机的可靠通信。也希望最小化临近建筑物内类似系统的干扰(照明控制信号的错误接收)。在本发明的优选实施例中，这些收发机的每一个都工作在相同的频段，如900和950MHz之间的UHF频段，而且优选的是大约905和915MHz之间的频段，这个频段中低于1瓦功率的脉冲发射是允许的。在典型的商用办公结构建筑中，例如，30和100mw之间的功率电平显然是期望的。通过将每次发送脉冲串的持续时间限制到，例如100毫秒，并注意等待间隔略微大于6秒，平均发射功率可以保持在460微瓦连续发射的等效值以下。收发机T11-T41之间可靠通信的路径通过图1中的互联线表示。

为了最小化任一收发机故障所造成的影响，建筑物中的网络配线设计为一般为每个房间的收发机/控制组合提供至少两个可靠的通信链路。典型的建筑物内问题—其解决办法由这个实施例表示—包括低层的大厅14，它可能有特殊的天花板装饰或特性，干扰与其上面房间24的通信，也包括顶端房间23，由于房间22的长度及使用使得它不能直接与组合T22/C22可靠通信。这个问题通过沿着房间22的长边中途提供收发机T26中继消息来解决。

在所示系统中，信号一般来自建筑物计算机40。这个计算机本身将经常通过调制解调器或其他网络连接到电力公司(电力公共事业)计算机，当需要减少一个区域内能量消耗的紧急状况发生时提供自动控制。收发机T41发射被编码为控制墙单元C11-C35中指定一个或一组、或者控制所有单元的信号。

本发明的另一个方面涉及不同收发机的重发控制，使消息最终到达它们的目的地，并在整个系统控制的复杂性和由于多次发送相同消息造成的混乱之间达到一个有效的折衷。

存储的路由选择表

图5中所示的操作方案使用预定路由选择方案，每个节点异步地操作，并基于CSMA(Carrier Sense Multiple Access载波监听多址访问)重发。每个收发机包括一个消息通过这个节点被路由选择去往的那些节点(或节点组)的地址表。当一个消息在步骤110被接收后，步骤112进行差错校验，并在步骤114将分组字头的目的地址做比较以确定它是否指向这个节点。如果是，在步骤116中将控制消息解码并执行，并在步骤118中检验任何所指示的照明中的立即变化。

在步骤120中目的地址又被检验，以确定其它节点是否应该接收同一消息。如果不是，那么输出一个确认控制信号。如果这是一个组地址，那么在步骤122中检验地址表确定消息是否应该重发。如果是，那么在步骤124中检查信道上是否有表示另一个收发机正在发射的信号，一旦信道空就在步骤126中重发该消息。如果步骤120中确定地址是一个单个地址，或者步骤122中确定组地址不在地址表中(即，这个节点不在到达其它任一远端节点的预定路径中)，或者步骤126的发送已经完成，那么在步骤128中产生一个确认信号。

与上述序列相反，如果在步骤114中收到的分组地址被确定为不是这个节点，那么在步骤130中检查地址表以确定这个分组地址是否列在表中。如果是，或者步骤128已经为一发到这个节点的消息而完成，就执行类似于步骤124-126的步骤134-136，藉此，或是发送这个要往其它节点的消息，或是发射这个节点的接收确认。步骤136的发射之后，或在步骤130中确定该消息不是发往这条预定路径上的更远节点之后，在步骤138中接收机被重新初始化，等待其它消息。

图4的处理假设不仅每个收发机或收发机/控制组合有(典型地，被编程为)一个唯一的节点地址，而且被提供并装载了组地址和节点地址的地址表。这些地址表所代表的预定路由选择可以通过研究建筑物的配线而预定，但是当接近路径开始处的收发机出现故障、或路径上相邻两个收发机之间传输受损或阻塞时可能做所需的修改。因此，除了步骤140中的上电初始化、以及下面所讨论的步骤142中的网络初始化以外，如果建筑物计算机从一个或多个收发机接收确认信号重复出错从而表明硬件故障或通信链路阻塞时，可能需要自动重配置预定路由。

如上所述，为了初始化编程以及建筑物计算机内和受影响收发机处的重新编程，图4的配置和操作方法可能增加硬件的成本以及网络开销。在具有很多通信链路的建筑物中，由于建筑物的动态使用这些链路的可靠性经常改变，这种重新编程可能是一个严重的缺陷。这可以通过提供两个或多个路由选择路径到达特定组合来克服，例如通过在步骤130搜索的表中包括附加地址来克服。

扩散式(Flooding)

另一种通信方法包括建筑物“扩散”，使每个收发机重复接收到的消息，而不考虑逻辑或预定路由，除非接收到的消息只寻址到那个节点。但是，显然必须有一些限制，否则一条消息会无休止地绕着网络循环。一种形式的限制是从建筑物计算机发送时在字头中放入日期/时间截止码，而且在那个时间之后禁止任何节点重发，并在确认消息的字头中放入类似的截止码。但是，这种方法需要每个收发机/控制组合包括一个时间精确的本地时钟，至少与分组被重发到最终目的地的时间相比是精确的。

另一种限制消息沿着网络循环的方法包括在字头中插入一个序列号，并给每个收发机提供一个存储器栈，该栈具有预定数目的位置，存储最近接收的序列号，并且仅当在栈中找不到该序列号时才重发消息。但是，这种方法仍然需要收发机/控制组合中额外的存储容量。

带跳跃计数的扩散

一种不需要很大的本地存储容量限制消息循环的方法，利用每个发送分组字头中所放置的一个消灭级别变量码。这个技术利用了这个事实的优点：建筑物计算机包含定义到达建筑物每个节点一般所需中继步数的数据，因而很容易将与建筑物计算机的收发机直接通信的节点的重发次数限制到0，对于“二级”节点，限制到1，依次类推；并且允许离开很远的节点额外重发1到2次，这里最直接路由上的碰撞可能引起一条消息通过次长的路由到达。当给定节点已经重发了一个分组后接收到该分组来自另一个节点的重发时，这种方法也防止给定节点的二次重发。

图5的逻辑图表示当传输协议包括分组消灭级别变量时，一个节点的操作。步骤110-120与图4中相同。但是在步骤120确定地址是一个组地址后，步骤150中将分组存储在分组存储器中。这个分组字头包括一个含消灭级别变量的域，它是表示这条消息可以被重发多少次的数。在步骤151中检查这个域，而且如果值大于0，步骤152中消灭级别变量就递减一次。步骤154中，当检查信道时这个修改的分组被保持，同图4中的步骤124。

如果信道空，那么在步骤126中发送带递减的消灭级别变量的分组。步骤154中预定的时间间隔之后，如果信道未变空，就放弃重发的尝试。步骤126的放弃之后，或步骤120中单个地址的确认之后，步骤128中产生一个确认分组。即使放弃意味着组中较远的节点在这次不会收到该分组，那么如果这个节点等待太久而不能发射确认信号，那么建筑物计算机将该分组重发到这个节点以及其它节点。

步骤160中当检查信道时确认分组被保持，同步骤134，并在步骤162中发射该确认信号。

如果在步骤114中确定一个接收分组寻址到一个不同的节点，那么在步骤166中将它与最近存储在分组存储器中的以前收到的分组相比较。这个存储器大小可以定为只存储最近接收到的分组，或在大网络中流量较高时，可存储最后两个或多个以供比较。如果地址和数据内容相同，那么在步骤168中将存储器中的分组消灭级别变量与刚接收到的分组的该变量相比较。如果刚收到分组中的该变量与变量的存储值相同或比它小，而且该变量大于零(即，刚收到分组与以前收到的分组以相同数目、或较少的重发而到达这里，因此将转发新重复的分组)，或者如果步骤166中的比较表明这条消息是不同的消息，那么在步骤170中这个分组被存储在与步骤150中所用的相同的存储器中。在步骤172、174、和176中分组消灭级别变量递减，产生的分组放在一步队列中，一旦信道足够快地可用就发送，而且如步骤152、154和156中一样发送。在步骤162中确认发送之后，或步骤176中其它节点的分组发送之后，或步骤168或174中发送判据丢失之后，步骤138中重新初始化接收机以等待下一个分组的接收。

当接收到由于远离建筑物计算机的节点重发所造成的相同分组时，同时接收到由于建筑物计算机前次试图将一个分组发送到另一个节点之后没有收到确认信号造成的来自建筑物计算机的重复消息的重发时，图5的节点处理防止最近重发的分组的重发。

确认分组可以象输出分组一样处理，除了它们总是指向建筑物计算机的。因此，不用提供地址，而是可以使用一个确认码。组合(原为该分组的目的地)可以将它的地址留在分组中的相同位置上，并将消灭级别变量设为该组合存储器中存储的预定值。

经划分的覆盖树(PAST)

对于不大的建筑物，而且其中必要的通信链路是可靠的，有效的(在通信资源方面)路由选择协议使用分区地址，它将唯一地址和分组中一个段的路由选择信息结合起来。尽管分组长度可能增加，但对于最长链为10或更少链的网络来说，这个分组长度是可接受的。

图6d中表示的分组格式使用两比特位置代表地址的一个四级数字。如果消息是限制于全网及单个节点地址的，那么理论上255个房间可以用使用四级数字的4数字地址寻址，但是实际上可实现的的号码会更少。

优选地，在每个节点应需要很少的简单比较来确定消息是否被重发。所示的PAST格式使用一个数字表示第一级节点(例如，1000)；下一个数字表示通过第一级节点到达的节点(1200是通过节点1000可到达的第二节点)；依次类推。地址0000被识别为“全网”消息并被除了最后级节点以外的全部节点重发。

根据这个协议，在第一级节点1000处，任何第一数字＝1、及至少一个其它数字不等于0的地址应该被重发。第二级节点1200将重发以12开始且有不等于0的后面数字的地址，依次类推。这个路由选择方案大大简化了不同节点处的逻辑和存储器需求；但是2比特数字限制该树在分支的每一级上为3个节点，除了最后级可以为9个第三级节点中的每一个容纳4个节点。因此，如果较远的房间可用4跳到达，而且开始点接近中心，理论上可以唯一地寻址共147个房间。但是，建筑物中的信号传播会那么有利是不太可能的，因此很多地址是用不到的。

在刚描述的系统中，地址0000是全网广播。但是，地址0001到0333是无用的。更有效的操作可以使用一个前导比特区分全网广播和确认信号。用这种寻址方案，更多的后继比特将用于地址；如果“1”意味确认，那么后继比特将用于节点地址。这种方案使接收这样的确认分组的节点，仅当该分组来自树的相同分支上较远的节点时重发，并且藉此限制同级上不同节点对相同确认信号的多次重发。

一个不容易克服的问题是跟在全网广播后面的确认信号之间的碰撞问题。特别是，所有节点具有相同的收发机和微处理器能力。没有节点包括将分组存入队列以重发。因此，如果两个节点很快地、但非碰撞地向树中的同一个较高级(接近建筑物计算机)节点发射，很可能较高级节点还未重发这些确认分组中的第一个，而且一个将会丢失。这不能简单地通过在全网广播的确认发送中设置交错的延迟—这里这些延迟简单地与节点地址有关—来解决，因为某些节点将从其它分支的节点收到很强的信号，并能够阻止精确检测来自同一分支节点的信号。

通过增加级数或增加每数字的比特数增加地址的长度，可以将这种方案用于带很大数目房间的建筑物。但是，当一条通信链路变得不可靠时，路由选择的重配置可能很困难。

信号和数据格式

对于下面将要讨论的理由，载波频率相比建筑物控制所需的相对小的数据量来说很高。诸如4800波特这样很低的数据率就足够了。一种建议格式和发送方案包括大约200毫秒的发送周期；即，建筑物计算机将等待这样长时间接收确认信号。在该时间期间内没有收到确认就认为是失败，因此消息将被重发。

另外，当最远的节点需要很多跳才能到达时，建筑物计算机在重发消息之前将基于往返路程所需的跳跃次数、加上每次重发之前一些等待时间余量来定时间。

一个分组可由20个以20kbit/s速率发射的8比特字节组成，前面是持续大约12毫秒的未调制的载波脉冲串或前缀。对应于总发送持续时间20毫秒。至少前两字节分配为地址及/或其它数据，包括路由选择信息，它将标识消息被指向的一个单个房间控制、或一个组、或所有控制。只需3比特用于照明亮度(暗度)信息。其它比特分配为校验比特，以及确认或其它系统命令信息。

图6a-6d中表示的不同的分组格式未按精确的时间尺度描绘。一个块的长度不一定是一个字节，或为几个比特或几个字节。对于给定大小的建筑物及控制方案，相同的块带同一参考号。

直接路由选择

也许最不复杂的技术—因其增加分组长度最多—是将完整的路由选择路径作为每个输出分组的一部分发射。这具有在每个节点的处理中简单的优势；但是，在中等大的建筑物中，每个节点具有唯一的地址，很容易需要八到十二字节。

如图6a中所示，分组50以一个字头或前缀51开始，可能是未调制的或者包括同步或其它比特调制以简化识别该分组对这个网络有效。字头或前缀的长度通过接收机为了解码和处理它而锁定到发射的相对难度(所需的时间量)来确定。第一信息块52是始发该分组的节点或收发机地址；对于输出分组这是连接到建筑物计算机的收发机T41的地址。下一块是路由选择块53，包括描述源和目的地之间遵循的路由的信息。当目的地是一个二级收发机时，路由选择块53可以短到一个地址，如所示；如果目的地只有在很多次重发之后才能达到那么可能有很多比特长；而且如果目的地是一个一级收发机时可以忽略；或在大建筑物中可以用某些形式编码以减少分组长度。

在图6a的格式中，第四块是目的块55，它是分组的控制数据要到达的组合的地址。该地址可以是完全任意的，或者可以包括标识建筑物(如果相邻建筑物干扰被认为是问题时有用)以及组内地址的某些部分。命令块56跟在其后，它可包括不同种类的网络信息或分组描述，例如“确认”、或分组长度、或优先权信息；或可指明该组合所需的一些特殊的响应，例如发射测试信号。数据块57可以很短。在照明控制网络中，可以使用诸如“关断”、或暗度为9％、25％、50％、90％、正常、或110％等设置。这可只用3比编码。

校验块58多数格式中是最后发送的。可以遵循任意所需的差错校验或纠正规则，并可以在长度上多于或少于一个字节。

当使用图6a的格式时，分组重发时可保留整个路由选择信息，或者从列表中删除进行重发的节点地址。当完整路由被保留到目的地时，确认分组的产生就简化了，因为它的所有路由选择信息已经存在。但是，这个协议要求接收组合必须检查整个路由及目的块以确定分组是否应该被重发、解码用于控制这个控制单元，或者被忽略。如果除了目的地以外任一地址都与接收组合匹配，那么该分组应被重发。当写应用程序时，那些一般技术人员将能够基于这种分组格式的使用来设计其它协议，最好地适应于本地的需要。

直接寻址

因为减少了分组长度和重发的次数，图4的节点逻辑显得最好。在字头或前缀之后，图6b中所示的一般数据分组60只需要包括目的节点地址55、命令块56中的其它控制码或标志；块57中的照明控制数据，可能少到只需3比特；以及差错校验或纠正块58。但是，优选的是源块52在这个实施例中保留。例如，这个块可以用于区分输出和确认分组，并因此而减少组合中所需的不同逻辑操作的数目。

不同的分组可以具有不同长度，通常是由于数据域67的长度不同。当使用带图4节点逻辑的图6b的分组时，为了初始化网络必须用地址表装载每个收发机微处理器的ROM。特殊数据的其它例子包括纠错算法，它可以在制造控制单元时驻留在固定的ROM中，或者可以后装载。因此初始化数据可能比常规的照明控制数据长得多。分组长度可以是命令块56中编码项中的一个

带跳跃次数的扩散

在系统设计者希望避免图4逻辑和图6b分组在每个组合所需的存储和逻辑能力方面所带来的要求，它们是由于地址表的存储和数据接收过程中多次比较的需要，以及当发现了节点间信号传输的实质改变时更新这些表所需的网络负担，那么诸如图6c中分组70的分组格式可能是优选的。块52-58可以与图6b中相同。图6c的特殊性质是块79，它包括“消灭级别”变量。典型地，当分组被建筑物计算机的收发机T41发射时，这个块被设置。它具有与沿着正常的、或稍微长一些的路由发送时会出现的最大跳跃次数有关的值。这个域值在每次分组重发时递减，当接收分组具有一个，例如0消灭级别时就不再重发。这就避免了分组无休止地绕着网络循环，而不需要复杂的地址或路由选择方案。

PaST格式

图6d中所示的分区生成树格式80在每个节点中仅以简单的存储和比较功能而提供预定的路由选择。与图6b分组的唯一不同是源块82和目的块85的地址格式。这些地址被设计为树结构，以收发机T41开始。树形排列基于分组从收发机T41出发沿着作为树的分支的连续链路的移动。所有第一级节点必须是与收发机T41直接通信的。

地址是参考源地址82表示的。每个地址由一串数字构成，每个数字占有地址域82内的一个子域82’。在这个实施例中一个数字由两比特84代表，这样它的数值可以从0到3。如果除了最后数字外所有数字都匹配这个节点的地址，而且这个节点不是最后级节点(它们从不重发)，那么分组被该节点重发。

显然，在所有上面分组的描述中，给出的值只是示范性的。分组内块的相对位置是为了处理方便而选择的，不构成本发明的一部分。命令块56和校验块58中的功能可以增加或改变，而且这些块不一定由连续比特组成。

避免冲突

为了减少复杂字头和路由选择指令的开销负担，在中等规模办公建筑中根据图5方法的操作是优选的。建筑物计算机启动诸如图6c中所示的分组70这样的分组的发送，并等待预定时间间隔以接收确认。

如图1中所示，可以期望收发机T11、T14和T24同时接收这个分组。正如下面将更详细描述的，每个收发机/控制组合包括至少一个微处理器(以下称为“微处理器”，即使它的整个功能可以在两个处理器之间分开)，它可以将接收到的数字信息解码并确定做何操作，如果有操作的话，就进行。如果该消息是针对所有控制的，那么对控制C11、C14和C24提供适当的控制信号。同时，每个收发机T11、T14和T24将准备重发该消息。重发中的第一步是观察一段随机延迟的间隔，用于减少碰撞的可能性。使用随机数发生器，这三个收发机中每个的微处理器产生一个延迟间隔数，例如在1和128个间隔之间。一次延迟间隔的持续时间是任意选择的，基于发射机的上电延迟加上这个系统接收机的检测响应时间而定，但是通常小于一个分组周期或很小几个分组周期。在相应的延迟间隔中，三个收发机中每一个都侦听以确定是否接收到另一个网络传输，并且在它自身随机产生的延迟间隔之后没有检测到这样的发送时开始发送。

与图1中系统装置一致，没有其它收发机可以可靠地与超过一个的由T11、T14和T24所构成的最内部级通信。因此在T11的延迟间隔之后，T21将接收到该消息；T14的延迟之后，T12将接收到该消息；且T24的延迟之后，T22、T25和T34应该收到该消息。假设没有碰撞，那么这个过程将随着消息被中继、经过不同的延迟间隔、辐射状向前而继续。但是，存在很大可能是T22会成为T24(最内部级)和T12(向前的下一级)发射之间碰撞的牺牲品，因为如图T24或T12都不能可靠地侦听到对方。如果T12或T24在对方完成该消息之前开始发射，T22的微处理器将通过差错编码判断出接收到了破坏的数据。T22将继续等待一个清楚的消息，并可能从T25或T26收到它。因为T26的发射是第四级重发，而T25的发射是第二级，它们之间的碰撞的可能性被大大减少了。

因为房间的位置，照明控制C11-C35常常主要因为其它原因、而不是与其它收发机的RF通信来确定，例如人们进入房间或在房间内的使用方便、或建筑物布线历史上的偶然，由于沿着某种程度并行的路径的链路数目的不同，网络拓扑具有一些碰撞问题是常见的。一种办法是通过增加某些节点的延迟、或提供其它减少碰撞可能性的逻辑限制，提供优选的路由。驻留在各个收发机/控制组合的微处理器中的控制程序可以编为或多或少地响应建筑物计算机的重编程，以克服并行路径问题。例如，收发机T12可以被命令不中继任何收到的消息；T13则通过T26和T22通信。在通过这些路由的通信变为不可靠时，T26可以临时地禁止，并通过来自建筑物计算机的命令允许T12中继。

安装

本发明的一个特性是安装和配置的低成本。因为收发机(包括任何有关的微处理器)是完备的并且不需要电气调整，很容易地由一个不经特殊训练的电工来安装。所需的连接仅有输入电源，和到控制单元的控制连接。控制单元或收发机可以是彼此插入的，或者集成的，这样证明很经济。唯一的额外要求是序列号、条形码、或其它与收发机中存储(通常由制造者)的地址或标识号有关的号码要记录在安装说明或每个位置的建筑图上。

一个优选的实施例包括构成应用程序一部分的配置例程。它可以完全自动地执行，不需人为干预，除非所发现的结果是一个或多个收发机在其列表上是已安装的、但联系不上。

在这种网络配置的方法中，建筑物计算机40启动指向那些可以直接同与建筑物计算机有关的收发机通信的控制点(第一级节点)的分组的发送；然后通过每个第一级节点一次发送一个指向那些能够与第一级节点通信的控制点(因此称为第二级节点)的类似分组；依次类推直到至少一条通信链路被标识到每个控制点。根据这个信息，建筑物计算机为每个控制点计算路由或重发数据。

使用图5的节点逻辑以及图6c的分组格式，启动计算机将命令发送一个带消灭级别0的“全网”地址分组。这个分组将被收发机T11、T14和T24收到，它们是通信范围内仅有的。因为消灭级别变量是0，这些中的每一个不会重发该分组，而是会发送一个确认。为了产生类似图1中的网络通信图，当收到这些确认时，应用程序将这三个节点标识为第一级。

作为下一个循环，每次计算机将一个分组指向刚才标识的第一级节点，包括引起被寻址节点发送带消灭级别变量零的“全网”分组的特殊命令或数据块。当接收到确认信号时，将重发到收发机T41，使计算机可以标识起自第一级节点的连接。类似地，这种方法可以系统地联系每个可操作地链接的收发机，使计算机产生图1的通信连接图。

作为例子，如果这次没有中继收发机T26，而且从T13到T23的链路太不可靠，那么在应用程序的控制下将产生出错消息，即没有与T23的通信。通过研究图2的建筑图(也可基于已经输入的安装图数据在计算机中产生)建筑物人员可以确定问题是由于收发机T23的孤立，而不是收发机故障。增加中继T26成为显然的改正办法。

这些数据可以用不同方式使用，根据这个网络中使用的路由选择模式而定。例如，如果正常模式发送是通过扩散式，发送一个表示分组被重发次数的码信号，那么建筑物计算机存储与每个控制点地址有关的数字，这里该数字等于通过最短路由到达该控制点所需的重发次数；或者一个较大的数字，如果系统操作员确定这样将会减少分组在从建筑物计算机的收发机第一次发送之后不通过的情况。如果每个控制点具有唯一的序列号或条形码(可使用多达48或50比特)，这个方法特别经济，这些码可以在单元在整个建筑物中安装时写入建筑物地图；而且当控制点确认收到了该分组时可以用做初始地址。因此常常需要建筑物计算机分配很短的地址用于常规的分组寻址。

这些技术使在屏幕上显示建筑物的3-D图象成为可能，这样为了未来控制的目的，操作员可以根据与诸如太阳暴露度这样的外界因素有关的他们的位置、或沿着墙或楼板的组来选择控制点实现照明优化，而不必采用复杂的列表或图。

如果路由信息一般是与每个分组中的地址一起发送的(图6a)，那么建筑物计算机存储为每个控制点确定的最短路由，如果寻址该控制点时用于发送。如果用于重发的地址表存储在每个控制点中，那么计算机从所得到的路由信息中产生这样的表，然后将各自的表内容发送到每个控制点。

也很清楚的是，用这个发明，其它自动配置技术在应用程序控制下都是可能的。

另外，便携式计算机可以被携带通过建筑物，以便每次直接与每个控制点中的一个通信，并确定这个点可以将一个分组直接发送到哪些其它控制点并从其接收确认信号。

收发机/控制单元组合

希望控制单元是一个标准单元，或可简单修改以便容易连接到有关收发机的单元。图7中所示的装置是控制一个房间或具有公共照明需要的区域的照明的优选装置。所示的房间具有3个照明202，每个有一个或多个荧光管203以及远端可控的镇流器204。在这个实施例中镇流器是通过来自墙单元210的供电导线上传播的信号控制。墙单元210包括一个I/O(输入/输出)电路212，为照明提供AC电源，并提供室内通信和控制功能。例如，这个房间包括一个通过红外链路与I/O电路通信的“鼠标”214以及一个通过另一个红外链路与I/O电路通信的入侵传感器216。鼠标214和传感器216提供转发到微处理器218的控制信号，218存储照明控制数据或信号，并控制I/O电路使电灯在所需时间以所需照度、或由建筑物计算机允许而工作(例如，鼠标214控制)。

连接到微处理器218的是另一个微处理器222，它直接与由接收机部分224和发射机部分226构成的收发机相关联。

这个实施例表示了分开的用于房间控制的微处理器218和用于网络通信的222，和分开的并将用于接收机和发射机的天线228和230。但是，没有理由表明经济或技术开发不能将这些微处理器和天线合并成一个。

如下面所讨论的，接收机和发射机彼此独立工作，除了本发明所优选的通信协议要求发射和接收彼此排斥。在优选实施例中，通过天线230的发射频率与最近通过天线228接收的载频无关。

滑动频率

来自其它信号源的干扰总是无线通信的潜在问题。在无关的企业中的人们正在考虑使用900和950MHz之间的频段，因为在这些频段工作的收发机有商品化的开发，因为这些频段的传播特性，以及因为低功率非许可操作的可能性。结果，必须设计设备或技术，在不昂贵的情况下，面临不期望的干扰时为被控的建筑物系统提供足够可靠的数据传输。

申请人相信，在大多数情况下，干扰来自同样是窄带源的信号源。通过使用，具有±4kHz发射频移和20千比特/秒数据率的频移键控调制，根据本发明的发射也是窄带源。如果来自收发机T41的连续分组发射是频段内的不同频率上，那么都成为过度干扰的牺牲品是不太可能的。一种技术是使用一个预定的跳频方案，例如用于军事保密的那种，但是这种技术不仅存储跳跃算法或序列，也必须将网络收发机严格同步于主时钟。

根据本发明的另一方面，连续发射是在以比发射信号带宽大的频移的载频上进行的，在所选的带宽上做简单的载频平滑变化或阶跃的单调变化。图8表示一个优选的三角波形变化，其中在一次发送和下一次大约1.5秒之后的发送之间，载频移动1.5MHz。发射机226可以很容易地完成它，图10a中表示了比图7中更详细的细节，其中VCO 302从频率扫描控制接收一个扫描输入，而且二进制数据输入优选地是20千比特/秒。选择扫描速率保持载频在一次发射脉冲串中在接收机带宽内改变，但是也使过度衰减这个脉冲串的干扰信号不影响下次发送的可能性最大化。

当在分组开始发射载波脉冲串时，VCO将有一个缓慢改变的频率，而且当被调制时将从现在的载频上下变化4kHz。这个信号在功率放大器304中放大并通过天线耦合器306馈送到天线230。

这使一个分组发送期间(20毫秒持续时间，包括一个前缀脉冲串)的频移小于20kHz，很好地满足了通信范围内节点的接收机224和它们的AFC电路所优选的50kHz。

为了降低成本或允许简单的滑动频率，如果在收发机部分不使用锁相环，那么温度变化将引起VCO频率典型地改变10PPM/℃。在900MHz，这等于非常冷建筑物和冷单元与带高环境的热建筑物之间的100℃变化在控制单元内只有900kHz的变化。如果老化具有相等的效果，发射机部分中温度和老化的影响将引起达大约±1MHz的变化。为了保持在接收机部分的10到12MHz通带内，所选的发射机范围标称上从905到915MHz。但是由于温度和老化带来的附加变化将在20秒三角周期内相当恒定，这样频率变化的斜率不会超过大约每秒1.0Mhz。

为了简化网络控制问题，希望网络异步地操作，既为了分组发送的定时也为了振荡器频率。因此，不仅与建筑物计算机有关的收发机T41具有自由运转的发送频率的三角波控制，对于一个完整波形周期其周期大约20秒，而且网络中的所有其它收发机也是如此。每个发射机只有当被命令发送时才打开，任意时刻都可以进行发送请求，这样被发射的精确频率是不可预测的。这个协议的结果是每个收发机的接收机部分224不能预测要接收的下一个数据信号的频率，而且必须能够在发射的第一个数据比特之前搜索并锁定在该发射上。

为了允许在这个模式中的操作，每个接收机具有两种操作模式：捕获模式和跟踪模式。在捕获模式接收机具有大约10到12MHz的通带，从大约904到916MHz。如前面所描述的，一个分组以未调制的载波脉冲串开始，该脉冲串持续足够时间周期从而使载波可以被检测到，而且为了接收机锁定到那个信号并跟踪它进入跟踪模式。这是接收机扫描速率、以及检测和计算时间的函数。为了使电路成本和处理时间降下来，需要至少1毫秒的未调制脉冲串，而且优选为大约12毫秒。

在跟踪模式接收机应该有较窄的带宽，但是不要窄于100kHz。这会有效地阻塞窄通带外的干扰噪声或信号，但是使FSK信号完全通过。接收机将结合一个AFC电路，用于在跟踪模式中控制本地振荡器，如果使用线性滑动，可使载频中较小的变化可以被跟踪到。

图10b中的原理框图所表示的根据本发明的接收机部分224的第一个实施例包括三个部分：用于捕获模式的宽带，由带通滤波器312所限定，用于跟踪模式的窄带，由IF滤波器322所限定，以及低通滤波器332。来自天线228的信号通过耦合器316匹配到放大器314。VCO 317的输出与滤波器312的输出在混频器318中混频，提供第一IF信号。然后该信号与本地振荡器324的输出在混频器325中混频，提供第二IF信号，该信号在放大器326中放大并在第二IF低通滤波器322中滤波。一个简单的检测器336提供从滤波器322输出的FSK信号中检测的二进制信号。

为了在捕获模式中识别带内信号的存在，接收信号强度指示器340也接收滤波器332的输出。接收信号强度指示器340的输出提供给判决电路342。判决电路有一个控制VCO317的输出，使VCO停在提供指示器340的最大输出的频率上。在这个实施例中低通滤波器322的带宽也由带宽控制器344改变，该控制器接收来自判决电路342的第二输出。在捕获中滤波器322可以设置为较宽的带宽，并在跟踪中为较窄的带宽，这样信噪比可以提高。判决电路342也接收数据检测器336的输出，以便能够确定接收到的信号是网络信号还是干扰信号。一旦确定接收的信号是干扰，就恢复VCO的扫频以搜索网络信号。

为了改善接收机辨别靠近载频的干扰信号的能力，优选的是在所有时间都以较窄的带宽操作接收机。在这种情况下，带宽控制器344就可省掉。

在另一个实施例中，一个可调的窄带通滤波器扫过诸如912到924MHz这样的频段，直到信号被接收到的那一点。在该点上，扫频停止，信号被检测到。

避免干扰信号

尽管在进行本发明的时候，900MHz的ISM频段内业务相对较少，但是根据本发明的系统必须能够在不加很大修改或维护的情况下工作很多年。因此，尽管有其它信号的干扰，并且不需要修改、调整或重编程，收发机实际上将接收所发射的网络信号应该是可能的。干扰可以由建筑物一部分中出现的信号所引起，而不是其它的；而且干扰可以是经常或总是出现在一个信道上的特殊信号，或者偶然或随机产生的信号。

当收发机锁定到信号上，并假设这种情况发生在发射的未调制部分或前缀部分，那么根据网络所使用的通信协议该信号可以由前缀—如果有的话—或由后面的调制和数字信息识别为网络信号；例如，调制类型和比特率匹配这个申请中所描述的例子之一，或该系统所选择的另一种。这种信号的确认可能需要2到5毫秒。但是，如果接收机和它的微处理器可以更快地检测到不同调制的出现，那么这个接收信号可以更快地被识别为伪信号，而且收发机将更早地恢复对不同信号的搜索。通过包括一个附加的检测“错误”调制出现的检测器，跳过可以在一毫秒内开始。这种在成本和接收机复杂性上的稍微增加减少了错过有效的网络传输开始的机会。

避免干扰的另一个技术是预测，当在所关心的频段内检测到多个干扰信号时它是优选的。如果接收机振荡器不是高稳和精确校准的，干扰信号的载频不能被精确识别，因此作为一个特殊频率，在下一次频段扫描中将被跳过。但是，频率本身不一定是已知的。如果接收机中的调谐滤波器或VCO被各自稳定的源扫过频段，从扫频开始到对应于干扰信号的频率的时间是容易测量和存储的。微处理器中的“干扰频率”表存储了多个当前扫频时所识别的对应于干扰信号的时间。对于下面给定数目的扫频，当滤波器的振荡器通过这些频率时检测器输出是空白的，这样只有网络信号或新的干扰信号才被检测。

为了进一步通过“智能”接收机改善在出现多个干扰信号时网络信号检测的概率，刚才描述的技术可以通过在一定的扫频次数后检测每个所存储的时间来增强，这个次数可与干扰频率表中的项目数有关。每次检验到干扰仍在其频率上出现时，这个频率被再次检测到的时间间隔就增加，直到某个最大值。

如果需要的话，上述接收机频率的相互关系也可用于当已经在接收一个频率时允许在另一个频率上的发送。根据优选的操作协议，当收发机正在接收频段内的一个网络信号时，收发机将不发送。作为一种实际情况，当发射机部分正在发射时，接收机部分可能接收一个极强的信号，这样只能确定强信号的中心频率。但是，如果当发射机部分正在发射时接收机部分具有足够的选择性来接收并解调网络信号，那么在控制协议中做一些变化可以增加总的分组通过量，而不是增加碰撞。为了实现它，收发机的控制微处理器必须确定这个发射机目前在一个与正接收的频率足够不同的频率上发射，以避免任一个其它的正在接收与这个收发机相同分组的收发机中的碰撞。否则优选的是当一个分组正在被接收时，延迟来自这个收发机的发射。如果在(a)这个发射机部分此时发射的频率和(b)接收机部分现在正在接收的频率之间可以确定大致的关系，当仍然坚持发射机频率被改变的优选模式时，那么可以做这样的确定而不需要精确校准的接收机和发射机部分。

对于图10中所示的收发机，这个关系通过使接收机跟踪正在发射的发射机频率来确定，如上所述。例如，微处理器在这样跟踪时关联接收机频率扫描中的时间，用时间或使该频率发送的发射机的三角形或其他变化控制电路中的电压，并存储这些关联。当检测到网络信号并接收时，微处理器将现在正在产生的发射机控制值与对应于这次接收的接收机扫频时间的值相比较，并确定现在要发射的近似频率是否能与现在正接收的网络频率很好分开。

PLL发射机

如果干扰可以另外避免，上述系统不必与线性滑动频率一起操作。例如，所有发射机可以操作在一个频率上，而且每个接收机可以被调谐到那一个频率上。这就消除了丢失发送的可能性，因为当接收机检查其结果是干扰的信号时，它的扫描会中断；而且可使第一个数据比特开始发送之前的前缀或同步时间的长度大大减少。由于单个接收机中的碰撞带来的网内干扰可以通过使用分组接收和重发之间的可变延迟来减少。

使用多个预定频率也可优化系统的操作，这样接收机的整个带宽或扫频范围就可以减少；或者每个接收机被设计或编程为只扫描所有的那些预定频率或其中选定的一组。为了在预定频率上操作，或者在某个预定频率上扫描，典型的做法是使用锁相环稳定VCO相对参考源的频率，对所选频率使用所选的分频比。

环路稳定时间是设计PLL时要确定的重要参数。如果要在不同时间产生不同频率，那么通常需要快速稳定，这样命令改变频率之后很短时间内发射频率就能在新值上相当恒定。在使用带FSK调制的PLL发射机的电信系统中，数据调制率通常很高，以至与PLL的响应时间相比，同样值比特的最长允许序列的时间周期很短。因此调制不会影响PLL所定义的中心频率。但是，本申请中所描述的系统使用的是低比特率，而且可以发射比稳定时间长的具有一串相同值比特的信号。在这种情况下，发射机锁相环引起提供给VCO的环路控制电压发生变化—即，载频从选定值漂移。这种漂移使接收机所检测的数据毁坏，因为在接收机中其第一振荡器锁定在与精确的第一IF频率所选值不同的频率上。

在根据本发明的这个方面的分组数据传输系统中，发射机锁相环在刚发送数据之前被打破(打开)；即，在前缀之后且刚好在调制开始的瞬间或之前。尽管发射机在数据调制期间“漂移”，但是这个时间足够短以至实际的漂移是不重要的。一旦数据脉冲串已经发完，而且发射机的输出放大器已经关掉，环路就重新闭合，这样振荡器在所选的(或下一个所选的)频率上又稳定了。

图11a中所示发射机包括与参考图10a所描述的相同的器件。PLL的参考部分包括一个参考振荡器352，其输出被可控参考分频器354所接收，354的输出又是相位比较器356的两个输入中的一个。VCO302的输出被可控主分频器358接收，358的输出又是相位比较器356的另一个输入。比较器356的输出通过开关360到稳定时间大约为2到3毫秒的环路滤波器362。环路滤波器被设计为在没有信号输入到滤波器时，其输出将保持相当恒定一段时间，等于要发射的最长数据脉冲串的时间。环路滤波器362的输出是VCO中加法器364的两个输入之一，也接收要发射的二进制数据信号。VCO输出在功率放大器304中放大，并提供给天线230。

参考分频器354、分频器358以及开关360可以被来自收发机微处理器的信号所控制，例如图7中所示的处理器222。改变分频比允许选择不同的预定频率。开关360优选地通过微处理器在第一个数据比特正要发射之前打开，并在数据分组完成之后立即闭合。显然开关360的打开可以稍微延迟一些，只要来自环路滤波器362的控制电压的改变产生的振荡器的改变与FSK发送中使用的频率偏离相比较小。

通过可控的参考分频器374和主分频器378，图11b中所示的接收机部分具有类似的VCO 317的PLL控制，374和378也受微处理器222和比较器356控制。环路滤波器362可能与发射机部分中所使用的相同。可选的，使用一组PLL电路既用于发送又用于接收也是很经济的，尽管VCO频率会不同地设置以提供IF频率偏移。

如果每个发射机只在指定频率上发射，发射机PLL中的可调分频器可以是简单的固定分频器；且如果整个系统使用一个频率，接收机分频器就也不需可调。但是，使用一组PLL电路既用于发送又用于接收仍然是很经济的，在这种情况下，分频器必须可调以允许频移第一中频的量。

其他改变

很多本发明的其他用法和改变对于那些一般技术人员来说是了解的。例如，通过使分组变大些，可以用于发射更大的信息脉冲串，例如语音。

本发明不仅限于低速率调制，或FSK。这些是特定的照明控制应用所要求的，对于其它应用、特别是需要较高数据传输速率的那些，其它调制技术或速率可能是优选的选择。

确认分组与输出分组同样方法处理是不必要的。例如，不管输出分组的格式，可能需要缩小他们的多次发送。为了实现它，根据这个变化，确认分组应该包括一个表示它是一个确认的码，以及确认节点的地址。每个节点被编程为存储沿着路由到达建筑物计算机的下一个节点地址。当发射对这个节点的接收确认时，只需要添加确认码和“下一个节点”地址。当在“下一个节点”收到时，该地址被识别为有效的。因为这是一个确认，这个“下一个节点”将替代为它所存储的地址以发送确认并重发。这将继续到到达建筑物计算机。

这个技术有这个缺陷，如果一条链路变得相当不可靠，即使并行链路是可用的也需要一些重编程。

特别是在一个“全网”分组发送之后，希望不会存在使很多确认信号丢失的大量碰撞。假设发送持续时间10毫秒，而且建筑物中共有400个控制单元，需要4秒使建筑物计算机的收发机收到所有的确认，如果它们都是以优选的连接串到达的话。因此可能需要在接收到一个“全网”分组之后，在每个收发机试图发送确认信号或重发来自另一个节点的信号之前，提供一个比通常的随机延迟长的时间。类似地，在发送任何单个寻址的分组到还未收到确认分组的组合之前，建筑物计算机应该比通常的延迟长得多。

如果“建筑物”实际上包括两个分开相当远的结构，使得来自一个中至少一个节点指向另一个中至少一个节点的直接无线通信是不可靠的，那么单个建筑物计算机可以通过从计算机提供向远端建筑物中的收发机提供一条数据链路来控制二者。但是，将两个结构看作一个网络，可能可以最小化干扰分组的问题。甚至通过在一个建筑物、或两个的外部放置一个中继收发机来链接它们可能是最经济的，类似于将中继T26用于图1和2中的实施例的方法。

可以使用很多其他格式或协议来避免干扰的影响。如果一个或多个信道相当独立地用于这个网络，就不需要频率扫描；在那种情况下，如果发射机的稳定性很精确，那么所有收发机可以工作在同一信道。但是，这将产生碰撞增加的缺陷。通过每个收发机独立于其它收发机的频率扫描，大大减少了接收机处的碰撞概率。如果在接收距离内另一个节点开始在一个频率上发射，该频率处于特定的接收机所锁定的窄通带外，那么已经锁定在第一发送上的任何特定接收机部分通常不会被影响。

假如干扰需要使用上述的干扰—自适应接收机，如果可以确定建筑物一个区域内的接收机部分都在它们的频率扫描中大约同样的一个或多个时间段处遭到干扰，那么可以得到系统性能中的进一步改善。除了一般的控制信号分组和确认分组，如果可以指示收发机向建筑物计算机发射长期干扰图样，这样任何影响多个收发机的图样都可被识别，该区域的发射机部分可以被指示当它们的频率扫描通过那个大致频率时不发射，在操作和通信复杂性上会有一定增加。这种技术的有用性部分依赖于在几分钟内发射机频率/时间扫描关系的稳定性。

除了所描述的控制功能，系统可用于很多情况，这里建筑物计算机可以控制很多受同样环境因素或建筑物控制判决所影响的设备。例如，远程可控的遮阳蓬在一些区域很有效，可减少加热或空调的成本。这些蓬的控制单元很容易地以低成本包括在网络中，而不是提供本地传感器和单机的控制系统。当为另一个系统、例如人工照明做控制判决时，一个系统或设备组的操作应该考虑，这是很确实的。

人工照明已经根据带明暗镇流器的一般荧光管灯做了描述。当然，本发明是不限于此的。作为照度技术可能已为其它光源做了开发，这些可以同样通过根据本发明的网络而进行同样好的控制。

Claims (14)

1.一种通过包括多个发射机和多个接收机的分布式无线通信系统发射数据分组的方法，包括：

从所述多个发射机发射携带相应的一个所述数据分组的相应的无线信号，所述多个发射机的所述各个中的每一个以能被至少一个接收机可靠接收的足够功率级别、以给定频段内的各个载频发射，而且

每个所述接收机扫描所述给定频段，以检测所述频段内各个接收机处信号强度足够被检测的发射，

其特征在于如下步骤，在每个独立于其它发射机的发射机中，发射各自的下一个数据分组之前在所述给定频段内改变到不同的载波频率，每个所述发射机相对于其它发射机异步地改变到不同的载波频率，这样在所述接收机中给定一个处接收到的连续数据分组将以所述频段内彼此随机的载波频率发射。

2.根据权利要求1的方法，其中每个所述发射机关联于一个相应接收机以形成相应收发机，其特征在于，在接收到要重发的各个数据分组之后，每个收发机以所述频段内、与接收到的各个数据分组的载波频率无关的载波频率重发各个数据分组。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，每个发射机相对于时间线性地改变其载波频率。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于，载波频率的改变在数据分组的发送过程中继续。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述给定频段大约10MHz宽而且载波频率以大约每秒1MHz的速率改变。

6.一个发射数据分组的装置，包括一个发射机，发射机包括一个在载频上发射无线信号的发射部分，其特征在于，所述发射机还包括载波频率控制装置，用于在给定的频段上连续改变载波频率。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，所述载波频率控制装置作为时间的函数线性地改变载波频率。

8.根据权利要求6或7的装置，其特征在于，所述载波频率控制装置在数据分组发送过程中连续地改变载波频率。

9.根据权利要求6或7的装置，其特征在于，载波频率控制装置在每个数据分组发送之后将载波频率改变到给定频段内不同的载波频率。

10.根据权利要求6的装置，包括接收机部分，用于在所述给定频段内接收无线信号，

其特征在于，发射机部分在与所接收的分组的载波频率无关的载波频率上重发接收到的分组。

11.根据权利要求10的装置，其特征在于，所述装置包括一个微处理器，检验接收到的数据分组以确定是否应该重发，并控制重发。

12.根据权利要求10的装置，其特征在于，所述装置包括：

响应于接收到应该被重发的分组，延迟一段随机确定的时间，并随后检测以确定在所述频段内是否正在接收另一个无线信号的装置，以及

仅当确定所述频段内没有正在接收的无线信号之后才重发所述分组的装置，而且

其特征在于，设计所述载波频率控制装置，只根据从所述收发机的最后发送以来的持续时间来控制载波频率。

13.根据权利要求10的装置，其特征在于，发射机频率在10MHz宽的频带上变化，而且所述接收机部分扫描大于10MHz宽的频段以便允许不稳定的发射机频率漂移。

14.根据权利要求10的装置，其特征在于，在发送数据分组前的一段给定时间发射机部分发射无数据的脉冲串，而且

所述接收机部分具有足够的扫描速率，可以在上述持续时间内扫描所述的给定频段。

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