CN115933818B

CN115933818B - 扩展坞集成系统及对外通讯方法

Info

Publication number: CN115933818B
Application number: CN202310224235.8A
Authority: CN
Inventors: 郑连广; 李俊; 戴定卫; 聂为
Original assignee: Shenzhen Sinobry Electronic Ltd
Current assignee: Shenzhen Sinobry Electronic Ltd
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2043-03-10
Also published as: CN115933818A

Abstract

本发明的目的是提供扩展坞集成系统及对外通讯方法，所述系统包括：扩展坞本体和功率平衡装置；所述功率平衡装置集成到扩展坞本体上，在扩展坞本体与外部设备连接时，功率平衡装置用于在外部设备与扩展坞本体之间进行功率平衡，实时将外部设备的功率与扩展坞本体的功率进行融合后，再分配，得到在不同时间外部设备的功率平衡百分比和该时间下的扩展坞本体的功率平衡百分比，以此完成功率平衡。本发明通过功率平衡装置实现了外部设备和扩展坞本体的功率的动态平衡，以降低扩展坞的功率损耗，同时，保证扩展坞与外部设备之间的数据传输的效率和安全性。

Description

扩展坞集成系统及对外通讯方法

技术领域

本发明涉及扩展坞技术领域，尤其涉及扩展坞集成系统及对外通讯方法。

背景技术

扩展坞(Docking station)，又称端口复制器(Port Replicator)，是专为笔记本电脑设计的一种外置设备。通过复制甚至扩展笔记型计算机的端口，可使笔记本电脑与多个配件或外置设备(如电源适配器、网线、鼠标、外置键盘、打印机及外置显示器)方便的一站式连接。

为了使用方便，USB/WUSB扩展坞的设计大多是即插即用的，即插上USB电缆或通过无线方式与计算机主机连接上以后，扩展坞中的所有的驱动程序就开始运行，与各外部接口相关的内部模块被加电并开始工作。通常，扩展坞能提供多个外部设备接口，如果其中某些外部设备接口并没有接上对应的外部设备，如，显示器或音箱实际并未被接上，则说明用户并不想通过扩展坞进行图像显示或播放声音，而可能只想使用扩展坞上的其它端口(如网口、串口等)，但此时扩展坞的音、视频数据处理模块已经开始处理来自计算机主机的音、视频数据，导致白白地浪费功耗，这在扩展坞由USB供电时尤其严重。

另外，若扩展坞在通过无线方式与计算机主机连接后，其往往需要不断发出无线信号以对周围设备进行搜索，此时也存在较为显著的功耗浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供扩展坞集成系统及对外通讯方法，本发明通过功率平衡装置实现了外部设备和扩展坞本体的功率的动态平衡，以降低扩展坞的功率损耗，同时，保证扩展坞与外部设备之间的数据传输的效率和安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

扩展坞集成系统，所述方法执行以下步骤：扩展坞本体和功率平衡装置；所述功率平衡装置集成到扩展坞本体上，在扩展坞本体与外部设备连接时，功率平衡装置用于在外部设备与扩展坞本体之间进行功率平衡，实时将外部设备的功率与扩展坞本体的功率进行融合后，再分配，具体包括：获取外部设备和扩展坞本体的功率相关的数据，计算得到外部设备和扩展坞本体的功率特性，根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数；将外部设备的功率响应函数与扩展坞本体的功率响应函数分别代入到一个以时间为自变量的功率平衡百分比计算模型中，得到在不同时间外部设备的功率平衡百分比和该时间下的扩展坞本体的功率平衡百分比，以此完成功率平衡。

进一步的，所述计算得到外部设备和扩展坞本体的功率特性的方法均包括：基于设定时间范围内获取到的功率相关数据，使用函数逼近的方法，生成与该功率相关数据拟合程度最高的一个拟合函数，作为功率特性。

进一步的，所述将外部设备的功率与扩展坞本体的功率进行融合的过程为：将外部设备的功率和扩展坞本体的功率进行加和运算后，得到一个总功率。

进一步的，所述根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数的过程中，根据外部设备的功率特性生成对应的功率响应函数的方法包括：引入一个最小变化率为55HZ且最小变化量为0.01秒的时间变量，将功率特征代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到外部设备的功率响应函数。

进一步的，所述根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数的过程中，根据扩展坞本体的功率特性生成对应的功率响应函数的方法包括：引入一个最小变化率为55HZ且最小变化量为0.02秒的时间变量，将功率特征代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到扩展坞本体的功率响应函数。

进一步的，所述功率平衡百分比计算模型使用如下公式进行表示：

其中，f(t，k(t)，k(t-τ₁)，…，k(t-τ_k))为将功率特性代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到的外部设备的功率响应函数，k(t)为外部设备的功率特性，τ_k为延迟微分方程的延迟参数，取值为自变量的变化量；y(t)为扩展坞本体的功率特性，τ_k为延迟微分方程的延迟参数，取值为自变量的变化量；T为时间上限；t为时间，为自变量。

扩展坞集成系统的对外通讯方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：若扩展坞本体与外部设备的连接方式为有线连接，则执行步骤2；若扩展坞本体与外部设备的连接方式为无线连接，则执行步骤3；

步骤2：扩展坞本体直接将数据通过有线连接的连接线发送至外部设备；

步骤3：扩展坞本体首先将数据发送至功率平衡装置；功率平衡装置在进行功率平衡时，会与外部设备和扩展坞本体进行信号连接，同时，功率平衡装置在对扩展坞本体与外部设备进行功率平衡时，会进行功率相关数据的数据交换，此时接收到扩展坞本体的数据后，再将这些数据随功率平衡时进行的数据交换一起，打包发送至外部设备；在外部设备接收到打包发送过来的数据后，外部设备首先确认打包的数据中除功率相关数据外，是否存在其他数据，若存在则发送确认信号至扩展坞本体，扩展坞本体依据确认信号与外部设备建立数据发送通道。

进一步的，所述方法还包括：步骤4：当数据发送通道建立后，功率平衡装置选取外部设备与扩展坞本体之间进行通信时任意的数据，建立发送数据帧序列；外部设备或扩展坞本体中，若任意一方为数据发送方，则对应的一方为接收方，发送方则对发送数据帧序列分组生成动态数据包头；动态数据包头和上一数据传输时刻的数据包头进行相互运算，得到更新的数据包头，利用更新的数据包头对需要传输的数据进行打包生成打包的数据；选取发送方一次性成功发送且接收方一次性成功接收的数据帧建立接收数据帧序列；根据接收数据帧序列生成动态数据包头；利用动态数据包头更新数据包头，对打包的数据进行解包获得数据。

进一步的，得到更新的数据包头的具体方法为：发送方将S₁，S₂，S₃，S₄，S₅利用选择的随机生成算法生成动态数据包头，并利用

实现数据包头的更新；其中，S₁，S₂，S₃，S₄，S₅为选取发送方一次性成功发送且接收方一次性成功接收的数据帧后，所建立的发送数据帧序列对应的打包数据，K_S为数据包头；K_S(t)为更新的数据包头；H(t)为动态数据包头，A，B和C均为预设矩阵，且满足以下约束关系：

进一步的，所述根据接收数据帧序列生成动态数据包头的具体方法为：接收方接收到数据帧；接收方发送应答；接收方判断接收到的数据帧是否为新的数据帧，如果是新的数据帧，则接收方判断接收到该数据帧的前一数据帧是否被重传，如果不是带有重传标识的数据帧，则接收方将收到数据帧的前一数据帧加入接收数据帧序列。

采用上述技术方案，本发明具备以下有意效果：

1.减少功耗：在本发明中，通过一个功率平衡装置获取扩展坞本体和外部设备的功率相关的数据，以此的得到各自的功率特性，然后确定扩展坞本体和外部设备各自的功率分配比例，以避免在空闲状态下，扩展坞本体带来的功耗浪费。

2.保证效率和安全性：本发明的功率平衡装置由于在功率平衡过程中需要获取扩展坞本体和外部设备的相关数据，会带来额外的系统资源的消耗和浪费，但本发明在无线连接的情况下，将功率平衡装置作为扩展坞本体和外部设备进行数据交换的中间站，使得其能够在进行功率获取的过程中，完成数据的传递，降低了系统资源额外消耗的占比，以及其通过数据包头的更新和打包，提升了数据交换的安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的扩展坞集成系统的系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的扩展坞集成系统的对外通讯方法的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

在本发明中，系统本体包括一体化天线、第一转换开关、第一输入放大单元、输入滤波单元、第二输入放大单元、第二转换开关、第一输出放大单元、输出滤波单元、第二输出放大单元和移动终端设备，所述一体化天线连接第一转换开关，第一转换开关连接第一输入放大单元，第一输入放大单元连接输入滤波单元，输入滤波单元连接第二输入放大单元，第二输入放大单元连接第二转换开关，第二转换开关连接移动终端设备；第二转换开关连接第一输出放大单元，第一输出放大单元连接输出滤波单元，输出滤波单元连接第二输出放大单元，第二输出放大单元连接第一转换开关。

功率平衡装置的作用在于根据扩展坞本体和外部设备的连接方式来决定运作方式。

在扩展坞本体与外部设备通过有线连接直接连接，此时的扩展坞本体和外部设备可以通过有线连接直接完成安全高效的数据传递，此时的功率平衡装置主要起到功率平衡的作用。

在扩展坞本体与外部设备通过无线连接时，此时的功率平衡装置作为一个数据交换的中转站，将数据传递过程中的数据进行数据打包，加入数据包头，同时，在进行数据交换的过程中，进行功率平衡。

具体的，所述计算得到外部设备和扩展坞本体的功率特性的方法均包括：基于设定时间范围内获取到的功率相关数据，使用函数逼近的方法，生成与该功率相关数据拟合程度最高的一个拟合函数，作为功率特性。

功率特性在本发明中特指扩展坞或外部设备的功率随着时间变化的数值，随着运行时间的变化，扩展坞或外部设备的功率数值也会发生变化，因此可以绘制一个函数曲线在二维坐标系中拟合这些数据，由此得到一个拟合函数。

具体的，所述将外部设备的功率与扩展坞本体的功率进行融合的过程为：将外部设备的功率和扩展坞本体的功率进行加和运算后，得到一个总功率。

具体的，所述根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数的过程中，根据外部设备的功率特性生成对应的功率响应函数的方法包括：引入一个最小变化率为55HZ且最小变化量为0.01秒的时间变量，将功率特征代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到外部设备的功率响应函数。

具体的，功率响应函数表征了功率特性生成后，在特定的事件延迟后，功率的变化结果。

由于交流电的频率为55HZ，因此本发明中使用55HZ作为变化率，在此处，变化率为变化频率，在每个变化频率上，又增加0.01秒的事件变量，使得最后经过延迟微分方程的作用，得到对应的功率响应函数。

具体的，所述根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数的过程中，根据扩展坞本体的功率特性生成对应的功率响应函数的方法包括：引入一个最小变化率为55HZ且最小变化量为0.02秒的时间变量，将功率特征代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到扩展坞本体的功率响应函数。

最小变化量为外部设备的两倍，这是因为扩展坞的功率由外部设备提供，因此外部设备的变化带来的影响更为显著，需要在更短时间内进行调整，而扩展坞则相反。

具体的，所述功率平衡百分比计算模型使用如下公式进行表示：

扩展坞集成系统的对外通讯方法，所述方法执行以下步骤：

具体的，数据包头可以与IP包头类似，含有类似的数据信息，但在实践中，由于扩展坞和外部设备的连接往往通过无线连接或有线直连，这就使得其并不需要IP地址，因此在本发明中，数据包头更类似于数据包报头。

在网络协议通讯中，被附加到用于控制信息的运载和传输的数据包前面的定义位长度的特殊保留字段。当数据包到达其目标时，因为该数据包是以每个协议层的对应相反顺序处理和解包的，所以该字段将被分离并丢弃。

具体的，所述方法还包括：步骤4：当数据发送通道建立后，功率平衡装置选取外部设备与扩展坞本体之间进行通信时任意的数据，建立发送数据帧序列；外部设备或扩展坞本体中，若任意一方为数据发送方，则对应的一方为接收方，发送方则对发送数据帧序列分组生成动态数据包头；动态数据包头和上一数据传输时刻的数据包头进行相互运算，得到更新的数据包头，利用更新的数据包头对需要传输的数据进行打包生成打包的数据；选取发送方一次性成功发送且接收方一次性成功接收的数据帧建立接收数据帧序列；根据接收数据帧序列生成动态数据包头；利用动态数据包头更新数据包头，对打包的数据进行解包获得数据。

在本发明中，数据包头的大小为至少为18个字节，其中包括版本号，报头长度，服务类型，数据报总长度，标识，标志，片偏移，生存时间，协议和头部校验。

具体的，得到更新的数据包头的具体方法为：发送方将S₁，S₂，S₃，S₄，S₅利用选择的随机生成算法生成动态数据包头，并利用

实现数据包头的更新；其中，S₁，S₂，S₃，S₄，S₅为选取发送方一次性成功发送且接收方一次性成功接收的数据帧后，所建立的发送数据帧序列对应的打包数据，K_S为数据包头；K_S(t)为更新的数据包头；H(t)为动态数据包头，A，B和C均为预设矩阵，且满足以下约束关系：/>

动态数据包头的生产可以有效提高数据交换的安全性。在无线连接的情况下，外部设备和扩展坞之间的数据传递有可能被非法窃取。因此本发明利用功率平衡装置本身就要获取外部设备和扩展坞本体的数据的过程，将数据通过功率平衡装置来交换，在交换过程中，通过不断生成动态数据包头来完成数据包头的更新，使得即便数据被非法获取，依然难以解析数据包，保证了数据的安全性。

具体的，所述根据接收数据帧序列生成动态数据包头的具体方法为：接收方接收到数据帧；接收方发送应答；接收方判断接收到的数据帧是否为新的数据帧，如果是新的数据帧，则接收方判断接收到该数据帧的前一数据帧是否被重传，如果不是带有重传标识的数据帧，则接收方将收到数据帧的前一数据帧加入接收数据帧序列。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.扩展坞集成系统，其特征在于，所述系统包括：扩展坞本体和功率平衡装置；所述功率平衡装置集成到扩展坞本体上，在扩展坞本体与外部设备连接时，功率平衡装置用于在外部设备与扩展坞本体之间进行功率平衡，实时将外部设备的功率与扩展坞本体的功率进行融合后，再分配，具体包括：获取外部设备和扩展坞本体的功率相关的数据，计算得到外部设备和扩展坞本体的功率特性，根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数；将外部设备的功率响应函数与扩展坞本体的功率响应函数分别代入到一个以时间为自变量的功率平衡百分比计算模型中，得到在不同时间外部设备的功率平衡百分比和该时间下的扩展坞本体的功率平衡百分比，以此完成功率平衡。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算得到外部设备和扩展坞本体的功率特性的方法均包括：基于设定时间范围内获取到的功率相关数据，使用函数逼近的方法，生成与该功率相关数据拟合程度最高的一个拟合函数，作为功率特性。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述将外部设备的功率与扩展坞本体的功率进行融合的过程为：将外部设备的功率和扩展坞本体的功率进行加和运算后，得到一个总功率。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数的过程中，根据外部设备的功率特性生成对应的功率响应函数的方法包括：引入一个最小变化率为55HZ且最小变化量为0.01秒的时间变量，将功率特征代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到外部设备的功率响应函数。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据外部设备的功率特性和扩展坞本体的功率特性分别生成对应的功率响应函数的过程中，根据扩展坞本体的功率特性生成对应的功率响应函数的方法包括：引入一个最小变化率为55HZ且最小变化量为0.02秒的时间变量，将功率特征代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到扩展坞本体的功率响应函数。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述功率平衡百分比计算模型使用如下公式进行表示：

其中，/>

为将功率特性代入到以时间变量为自变量的延迟微分方程中，得到的外部设备的功率响应函数，k(t)为外部设备的功率特性，/>

为延迟微分方程的延迟参数，取值为自变量的变化量；y(t)为扩展坞本体的功率特性，/>

为延迟微分方程的延迟参数，取值为自变量的变化量；T为时间上限；t为时间，为自变量。

7.基于权利要求1至6之一所述扩展坞集成系统的对外通讯方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤4：当数据发送通道建立后，功率平衡装置选取外部设备与扩展坞本体之间进行通信时任意的数据，建立发送数据帧序列；外部设备或扩展坞本体中，若任意一方为数据发送方，则对应的一方为接收方，发送方则对发送数据帧序列分组生成动态数据包头；动态数据包头和上一数据传输时刻的数据包头进行相互运算，得到更新的数据包头，利用更新的数据包头对需要传输的数据进行打包生成打包的数据；选取发送方一次性成功发送且接收方一次性成功接收的数据帧建立接收数据帧序列；根据接收数据帧序列生成动态数据包头；利用动态数据包头更新数据包头，对打包的数据进行解包获得数据。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，得到更新的数据包头的具体方法为：发送方将S₁，S₂，S₃，S₄，S₅利用选择的随机生成算法生成动态数据包头，并利用

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据接收数据帧序列生成动态数据包头的具体方法为：接收方接收到数据帧；接收方发送应答；接收方判断接收到的数据帧是否为新的数据帧，如果是新的数据帧，则接收方判断接收到该数据帧的前一数据帧是否被重传，如果不是带有重传标识的数据帧，则将接收方将收到数据帧的前一数据帧加入接收数据帧序列。