CN114342547B - 用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的方法和系统 - Google Patents

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CN114342547B CN202080058976.8A CN202080058976A CN114342547B CN 114342547 B CN114342547 B CN 114342547B CN 202080058976 A CN202080058976 A CN 202080058976A CN 114342547 B CN114342547 B CN 114342547B
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Abstract

本发明涉及用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的方法和系统。在多接入介质中多个数据发送装置分别在彼此不同的时刻发送至少一个数据帧。根据本发明，各个发送装置，在其初始化其间：加载(E30)第一计数器、第二计数器和第三计数器的最终值，对第二计数器从其初始值进行触发(E31)，当第二计数器已经到达其最终值时，触发(E32)第一计数器，当第一计数器已经到达其最终值时，触发(E33)第三计数器，每当在无线电介质上检测到数据存在时第三计数器被复位成其初始值并且被重新触发，当第三计数器已经到达其最终值时，发送(E34)至少一个数据帧。

Description

用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的方法和装置。
背景技术
在使用载波侦听多址(CSMA)技术的无线网络中发送数据通过在开始发送数据帧之前检查介质是否可用来管理对无线网络的介质的访问。CSMA使得能够检测或避免发送中的消息的冲突。
与线缆网络不同，第一数据发送装置和第二数据发送装置可以在不检测彼此的情况下向第三发送装置发送，例如当第一数据发送装置和第二数据发送装置在彼此的范围之外时。
在航空电子领域中，正在进行使用无线电介质作为飞行器部件之间的通信手段来替换或补充飞行器的有线网络的工作。无线航空电子通信(无线航空电子内部通信WAIC)允许飞行器中以及飞行器外部的数据交换。在WAIC类别中的航空电子通信系统的上下文中，除了当前采用的射频范围(4.2GHz-4.4GHz)的选择之外，目前没有满足标准化定义的设备之间的交换协议。WAIC仅作为附录引用的相关标准是IEEE802.11(WiFi)和802.15(ZigBee)。
发现通过采购交换的时间组织来保证发送的排他性和发送的分布式及时性，同时确保无线电媒体的高水平的可用性，这些协议难以满足或根本不满足关键的机载系统的约束，特别是确定性。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的系统和方法来解决现有技术的缺点，该系统和方法使得可以避免数据帧的冲突的出现，并且可以适应数据发送装置的数目的变化。
为此，根据第一方面，本发明提出了一种用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的方法，在载波侦听多址无线网络中多个数据发送装置分别在彼此不同的时刻发送至少一个数据帧，其特征在于，所述方法包括由各个发送装置在该发送装置被初始化时执行的以下步骤：
加载第一计数器的最终值、第二计数器的最终值和第三计数器的最终值，所述第一计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，所述第二计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，并且所述第三计数器的最终值不同于其它数据发送装置的第三计数器的各个最终值，所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器具有初始值；
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化为其初始值，
当第二计数器已经到达其最终值时，对所述第一计数器从其初始值进行触发，如果所述第二计数器已经到达其最终值，则每当在介质上检测到数据存在时，将第一计数器强制到其最终值，
当所述第一计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第一计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并对所述第一计数器从其初始值进行触发。
本发明还涉及一种用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的系统，其中，多个数据发送装置分别在彼此不同的时刻发送至少一个数据帧，其特征在于，各个装置包括当该发送装置被初始化时使用的用于以下操作的单元：
加载第一计数器的最终值、第二计数器的最终值和第三计数器的最终值，所述第一计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，所述第二计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，并且所述第三计数器的最终值不同于其它数据发送装置的第三计数器的各个最终值，所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器具有初始值；
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化为其初始值，
当第二计数器已经到达其最终值时，对所述第一计数器从其初始值进行触发，如果第二计数器已经到达其最终值，则每当在介质上检测到数据存在时，将第一计数器强制到其最终值，
当所述第一计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并对所述第一计数器从其初始值进行触发。
因此，第一计数器根据规则时间规划给出发送装置的传输的重复或发送的主周期的值；第二计数器借助于比第三计数器的最终值T3大的值给出所有发送装置共用的系统性的等待时间，从而允许其重新定相(rephrasing)或全局同步；并且第三计数器给出各个发送装置专用的等待时间，使得借助于在各个周期进行重新定相或同步能够区分它们和排除它们。
根据本发明的特定实施方式，在初始化之后，各个发送装置：
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化成其初始值，
当所述第二计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并且对所述第一计数器从其初始值进行触发，在所述第三计数器的计数期间每当在介质上检测到数据存在时，将所述第一计数器强制到其最终值。
等待第二计数器到达其最终值因此允许所有发送装置的重新定相。在比第三最终值的任何值严格大的第二最终值期间，在所述无线电介质上无活动。
根据本发明的特定实施方式，各个数据发送装置与设备相关联，并且至少一个所发送的帧来自与所述发送装置相关联的设备和/或至少一个所发送的帧先前由至少一个其它数据发送装置传送。
因此，本发明使得能够扩展由其它数据发送装置发送的信号的范围，并且改进无线电介质对于例如由配置预定义的帧的可用性。
根据本发明的特定实施方式，第二计数器的最终值高于各个第三计数器的最终值可以采取的最大值。
根据本发明的特定实施方式，所述第一最终值高于对于i＝1到N的所述帧的发送时间的和加上对于i＝1到N的第三计数器T3的最终值的和加上所述第二最终值，其中，N是数据发送装置的最大数目。
根据本发明的特定实施方式，所述数据发送装置包括在飞行器中。
本发明还涉及一种存储在信息载体上的计算机程序，所述程序包括当被加载到计算机系统中并由计算机系统执行时用于实现前述方法的指令。
附图说明
通过阅读以下对示例性实施方式的描述，将更清楚地显现本发明的上述特征以及其它特征，所述描述是相对于附图作出的，其中：
图1示出了实施本发明的航空器所包含的无线通信网络的结构；
图2示出了实施了本发明的载波侦听多址无线网络中的数据发送装置的结构的示例；
图3示出了由根据本发明的各个数据发送装置执行的算法的状态图的示例；
图4示出了由本发明的各数据发送装置执行的算法的状态图；
图5示出了由本发明的各数据发送装置执行的算法的状态图；
图6例示了根据本发明特定实施方式的一个或更多个数据发送装置实施的中继器功能。
图1示出了实施本发明的航空器所包含的无线通信网络的结构。
具体实施方式
在图1中，飞行器10包括WAIC型的无线通信网络，其包括表示为SWCU1至SWCUN的数据发送装置。
各个数据发送装置SWCU1到SWCUN与诸如计算机、计算装置或传感器这样的设备相关联。
计算机和计算装置设置在飞行器10中，并且传感器设置在飞行器10的结构内部和外部的不同点处。设置在飞行器10的结构外部的传感器收集与以下内容有关的数据：一个或更多个着陆装置、飞行器机身、结构稳固性、温度、压力、湿度、腐蚀、接近度、用于转向控制的至少一个轮子、用于监测和控制发动机的发动机参数、霜冻的检测、轮胎压力、轮胎和刹车的温度、硬着陆的检测、行李舱数据、货舱门数据和外部成像。
设置在飞行器10内的传感器收集与以下内容中的一项或更多项有关的数据：机舱压力、烟雾、对与乘客和机组人员的安全相关的物体(例如救生衣和灭火器)、燃料箱、乘客门、货舱门、面板、阀和其它机械运动部件的监控、应急照明的控制、飞行器照明的控制、驾驶舱和机舱机组人员的语音、机舱机组人员和机舱的固定图像、飞行甲板机组人员和机舱机组人员的运动视频、与飞行操作相关的数字数据。
无线网络使用例如使用载波侦听多址技术的频带4.2GHz-4.4GHz。
各个数据发送装置在开始发送数据帧之前使用数据接收单元检查介质是否可用。因此，以非中心的方式做出发送数据帧的决定。
根据本发明，当发送装置被初始化时，各个数据发送装置进行：
加载第一计数器的最终值、第二计数器的最终值和第三计数器的最终值，所述第一计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，所述第二计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，并且所述第三计数器的最终值不同于其它数据发送装置的第三计数器的各个最终值，所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器具有初始值；
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化为其初始值，
当第二计数器已经到达其最终值时，对所述第一计数器从其初始值进行触发，如果所述第二计数器已经到达其最终值，则每当在介质上检测到数据存在时，将第一计数器强制到其最终值，
当所述第一计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并对所述第一计数器从其初始值进行触发。
在初始化之后，各个发送装置：
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化成其初始值，
当所述第二计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并且对所述第一计数器从其初始值进行触发，在所述第三计数器的计数期间每当在介质上检测到数据存在时，将所述第一计数器强制到其最终值。
图2示出了实现本发明的数据发送结构的示例。
各个数据发送装置SWCUi，i＝1至N，包括：
处理器、微处理器或微控制器200；
易失性存储器203；
非易失性存储器202；
可选地，存储介质读取器204，例如SD卡(安全数字卡)读取器或硬盘；
无线网络接口205，用于根据本发明发送数据，用于检测无线电介质上数据的存在并且用于接收数据；
接口206，用于将其连接到诸如计算机、数据处理装置或传感器等设备；
通信总线201，其将处理器200连接到ROM存储器202、RAM存储器203、存储介质读取器204、无线网络接口205和接口206。
处理器200能够执行从非易失性存储器202，从外部存储器(未示出)，从诸如SD卡等的存储介质，或从通信网络加载到易失性存储器203中的指令。当数据发送装置加电时，处理器200能够从易失性存储器203读取指令并执行。这些指令形成计算机程序，其使得处理器200实现关于图3至图5描述的方法的全部或部分。
通过由诸如DSP(数字信号处理器)或微控制器的可编程机器执行一组指令，可以以软件形式实现关于图3到图5描述的方法的全部或部分，或者通过诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的机器或专用组件，以硬件形式实现关于图3到图5描述的方法的全部或部分。
图3示出了由根据本发明的各个数据发送装置执行的算法的状态图的示例。
状态E30对应于数据发送装置的初始化状态。
在状态E30中，初始化变量Init被设置为值1，并且第一计数器C1的最终值T1、第二计数器C2的最终值T2和第三计数器C3的最终值T3被加载到计数器C1、C2和C3中。
第一计数器C1的最终值T1对于各个数据发送装置是相同的。第一计数器C1是每当在无线电介质上检测到数据存在时不被重新初始化和重新触发的计数器，但是是如果在计数期间在无线电介质上检测到数据的存在，则被强制为最终值的计数器，这将在下文中解释。例如，计数器C1的最终值T1等于16毫秒。
例如，最终值T1高于对于i＝1到N的帧的发送时间的和加上对于i＝1到N的计数器T3的最终值的和加上最终值T2，其中，N是数据发送装置的最大数目。
第二计数器C2的最终值T2对于各个数据发送装置是相同的。计数器C2是被重新初始化成初始值的计数器，并且如果计数器C2还没有到达它的最终值T2，即在经过状态；在这种情况下，其重新触发(即C2的重新触发)不再依赖于在无线电介质上检测到数据存在，而是依赖于触发第二计数器C2的明确动作。
计数器C2的最终值T2高于第三计数器C3的值可以采用的最大最终值T3。例如，计数器SG的值等于3毫秒。
第三计数器C3的最终值T3对于各个数据发送装置是不同的。计数器C3是每当在无线电介质上检测到数据存在时被重新初始化成初始值并被重新触发的计数器。例如当安装数据发送装置时，定义计数器C3的最终值T3。根据另一示例，计数器C3的最终值T3由数据发送装置根据其唯一标识符并且根据将T3的不同值与各个数据发送装置标识符相关联的表来确定。
例如，计数器C3的最终值等于1，1.5，2，2.5…毫秒。
当初始化状态E30结束时，发送装置进入状态E31。
在状态E31中，数据发送装置从初始值(例如0)触发第二计数器C2，并且第二计数器C2开始计数直到第二计数器C2达到其最终值T2。
当第二计数器C2已经达到其最终值T2时，如果变量Init处于值1，则数据发送装置转到状态E32，或者如果变量Init处于值0，则数据发送装置转到步骤E33。
在状态E32中，数据发送装置将变量Init设置为值0，并从初始值(例如0)触发第一计数器C1，并且第一计数器C1开始计数。
如果在第一计数器C1的计数期间在无线电介质上检测到数据存在，则发送装置进入状态E35。
如果在第一计数器C1的计数期间，在无线电介质上没有检测到数据存在，则当第一计数器C1已经达到其最终值T1时，发送装置进入状态E33。
在状态E35中，数据发送装置从初始值(例如0)触发第三计数器C3，第三计数器C3开始计数并且将所述第一计数器强制到其最终值T1。发送装置进入下面的状态E36。
在随后的状态E36中，数据发送装置等待直到第三计数器C3已经到达其最终值T3，并且当第三计数器C3已经到达其最终值T3时，数据发送装置进入状态E34。
在状态E33中，数据发送装置从初始值(例如0)触发第三计数器C3，第三计数器C3开始计数，并且发送装置等待直到第三计数器C3已经到达其最终值T3，以便转换到状态E34。
在状态E34中，数据发送装置要求在无线电介质上发送一个或更多个数据帧，并从初始值(例如0)触发第一计数器C1。
例如，数据发送装置传送来自与其相关联的设备的数据帧和/或先前由至少一个其它发送装置在无线电介质上发送的至少一个数据帧，从而为一个或更多个其它发送装置实现中继器的功能。
在执行了这些操作时，数据发送装置就返回到先前描述的状态E31。
图4示出了由根据本发明的各个数据发送装置执行的算法的状态图。
图4示出了每当在无线电介质上检测到数据存在时，将第三计数器重新初始化成初始值并重新触发。
在状态E40中，数据发送装置从初始值(例如0)触发第三计数器C3。
在下面的状态E41中，第三计数器C3开始计数。
如果在计数期间在无线电介质上检测到数据的存在，则数据发送装置返回到状态E40。
图5示出了由根据本发明的各个数据发送装置执行的算法的状态图。
图5示出了每当在无线电介质上检测到数据存在时，将第二计数器C2重新初始化成初始值并重新触发。
在状态E50中，数据发送装置从初始值(例如0)触发第二计数器C2。
在下面的状态E51中，第二计数器C2开始计数。
如果在第二计数器C2的计数期间在无线电介质上检测到数据存在，则数据发送装置返回到状态E50。
如果在计数到第二计数器C2的最终值T2期间在无线电介质上没有检测到数据，则数据发送装置转到状态E52。
在状态E52中，数据发送装置停止第二计数器C2并等待第二计数器C2的新触发以返回到状态E50。
图6例示了根据本发明特定实施方式的一个或更多个数据发送装置实施的中继器功能。
在图6的示例中，数据发送装置SWCU1第一个发送数据帧，数据发送装置SWCU2第二个发送数据帧，数据发送装置SWCU3第三个发送数据帧，数据发送装置SWCUN-1第N-1个发送数据帧，数据发送装置SWCUN第N个发送数据帧。
在图6的示例中，数据发送装置SWCU1发送来自与其相关联的设备的数据帧Tr1，数据发送装置SWCU2为由数据发送装置SWCU1发送的数据帧Tr1完成中继器的功能，数据发送装置SWCU3发送来自与其相关联的设备的数据帧Tr3。数据发送装置SWCUN-1传送来自与其相关联的设备的数据帧TrN-1，并且数据发送装置SWCUN为由数据发送装置SWCU1和SWCU3发送的数据帧Tr1和Tr3实现中继器的功能并且发送来自与其相关联的设备的数据帧。

Claims (10)

1.一种用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的方法，在载波侦听多址无线网络中多个数据发送装置分别在彼此不同的时刻发送至少一个数据帧，其特征在于，所述方法包括由各个数据发送装置在该数据发送装置被初始化来首次发送数据帧时执行的以下步骤：
将第一计数器的最终值、第二计数器的最终值和第三计数器的最终值分别加载到相应计数器中，所述第一计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，所述第二计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，并且所述第三计数器的最终值对于各个数据发送装置不同，所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器具有初始值；
对所述第二计数器从其初始值进行触发(E31)以开始所述第二计数器的计数；
当所述第二计数器已经到达其最终值时，对所述第一计数器从其初始值进行触发(E32)以开始所述第一计数器的计数并在无线电介质上检测数据存在
如果随着所述第一计数器的计数在无线电介质上检测到数据存在，则将所述第一计数器强制到其最终值并对所述第三计数器从其初始值进行触发以开始所述第三计数器的计数(E35)并在无线电介质上检测数据存在，而如果在所述第一计数器的计数期间在无线电介质上没有检测到数据存在，则当所述第一计数器达到其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发以开始所述第三计数器的计数(E33)并在无线电介质上检测数据存在；
随着所述第三计数器的计数，每当在无线电介质上检测到数据存在时，将所述第三计数器重新初始化成其初始值并且重新触发所述第三计数器(E35)以重新开始所述第三计数器的计数并在无线电介质上检测数据存在；
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送(E34)至少一个数据帧，并对所述第一计数器从其初始值进行触发。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在该数据发送装置的初始化之后当后续发送数据帧时执行的以下步骤：
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化成其初始值，
当所述第二计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发并且在无线电介质上检测数据存在，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并且对所述第一计数器从其初始值进行触发，在所述第三计数器的计数期间每当在介质上检测到数据存在时，将所述第一计数器强制到其最终值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各个数据发送装置与设备相关联，并且所发送的帧来自与所述数据发送装置相关联的所述设备和/或至少一个所发送的帧先前由至少一个其它数据发送装置传送。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二计数器的最终值高于各个第三计数器的最终值能够采用的最大值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一计数器的最终值高于对于i＝1到N的帧的数据发送时间的和加上对于i＝1到N的所述第三计数器的最终值的和加上所述第二计数器的最终值，其中，N是所述数据发送装置的最大数目。
6.一种用于在载波侦听多址无线网络中发送数据的系统，其中，多个数据发送装置分别在彼此不同的时刻发送至少一个数据帧，其特征在于，各个数据发送装置包括当该数据发送装置被初始化来首次发送数据帧时使用的用于以下操作的单元：
将第一计数器的最终值、第二计数器的最终值和第三计数器的最终值分别加载到相应计数器中，所述第一计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，所述第二计数器的最终值对于所有数据发送装置是相同的，并且所述第三计数器的最终值对于各个数据发送装置不同，所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器具有初始值；
对所述第二计数器从其初始值进行触发(E31)以开始所述第二计数器的计数；
当所述第二计数器已经到达其最终值时，对所述第一计数器从其初始值进行触发(E32)以开始所述第一计数器的计数并在无线电介质上检测数据存在
如果随着所述第一计数器的计数在无线电介质上检测到数据存在，则将所述第一计数器强制到其最终值并对所述第三计数器从其初始值进行触发以开始所述第三计数器的计数(E35)并在无线电介质上检测数据存在，而如果在所述第一计数器的计数期间在无线电介质上没有检测到数据存在，则当所述第一计数器达到其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发以开始所述第三计数器的计数(E33)并且在无线电介质上检测数据存在；
随着所述第三计数器的计数，每当在无线电介质上检测到数据存在时，将所述第三计数器重新初始化成其初始值并且重新触发所述第三计数器(E35)以重新开始所述第三计数器的计数并在无线电介质上检测数据存在；
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送(E34)至少一个数据帧，并对所述第一计数器从其初始值进行触发。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，各个装置包括在该数据发送装置被初始化之后当后续发送数据帧时使用的用于以下操作的单元：
对所述第二计数器从其初始值进行触发，所述第二计数器被重新初始化成其初始值，
当所述第二计数器已经到达其最终值时，对所述第三计数器从其初始值进行触发并且在无线电介质上检测数据存在，每当在无线电介质上检测到数据存在时所述第三计数器被重新初始化成其初始值并且被重新触发，
当所述第三计数器已经到达其最终值时，传送至少一个数据帧，并且对所述第一计数器从其初始值进行触发，在所述第三计数器的计数期间每当在无线电介质上检测到数据存在时，将所述第一计数器强制到其最终值。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述数据发送装置被包括在飞行器中。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，各个数据发送装置与设备相关联，并且所发送的帧来自与所述数据发送装置相关联的所述设备和/或至少一个所发送的帧先前由至少一个其它数据发送装置传送。
10.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置存储计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令用于在数据发送装置的处理器执行所述计算机程序时由所述数据发送装置实现根据权利要求1至5中的任一项所述的方法。
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