CN117768952A - 一种提高单向传输速率的无线通信方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高单向传输速率的无线通信方法及设备，传输周期包含正向传输部分和反向传输部分；将一个传输周期的正向传输部分拆分成N段，N≥2，在各段内，第一通信端根据检测是否存在有效数据帧，定时向第二通信端发送有效数据帧或空包或不发送，当检测到不存在有效数据帧时，自动重传上一有效数据帧；所述有效数据帧中包含序号，所述序号用于第二通信端剔除重复的有效数据帧。本发明提高了单向传输速率，降低了丢包率，能够实现通信同步校准，降低了设备对时钟精度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信技术，尤其涉及一种提高单向传输速率的无线通信方法及设备。
背景技术
在无线通信技术领域中，存在其中一端发送数据量较大，另一端发送数据量较小的应用场景，比如无线鼠标的鼠标端和dongle端、无人机的遥控器和机身等。
以无线鼠标为例，现有技术存在两种通信方法，方法一是单向发送数据，对方不返回应答。该方法存在的缺陷是，会因为丢包影响产品功能使用，比如鼠标左键双击，如果丢失一包数据，则变为鼠标单击。方法二是双向通信，采用一问一答的方式，一方发出一个数据帧，对方发送一个应答帧，通信过程如图1所示，M->D表示第一通信端向第二通信端发送数据帧，D->M表示第二通信端向第一通信端发送数据帧。比如鼠标端发送有效数据帧，切换到接收，dongle端收到鼠标端数据帧后切换到发送模式，发送一个应答帧。
常见的2.4G芯片最高数据速率为2M，即0.5us/bit。
（1）鼠标端发送有效数据帧时间Ta1： (16+32+16+(8*6)+24)*0.5us = 68us
| 帧头 | 同步字 | 协议头 | 有效数据 | CRC校验 |
| 16bit | 32bit | 16bit | 6字节 | 24bit |
（2）Dongle端发送应答帧时间Ta2： (16+32+16+24)*0.5us = 44us
| 帧头 | 同步字 | 协议头 | 有效数据 | CRC校验 |
| 16bit | 32bit | 16bit | 0字节 | 24bit |
（3）RF从接收切换到发送时间Ta3（2.4G RF为半双工通信）：80us-100us（常见参数）
因此，鼠标端发送一帧数据到确认发送完成的时间T= Ta1+Ta3+Ta2 > 192us。
虽然高速USB鼠标理论上可以做到8K回报率，但因2.4G无线通信存在一定局限，导致最终产品的回报率受限。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中无线通信丢包以及传输速率受限的问题，本发明提供一种提高单向传输速率的无线通信方法及设备。
技术方案：一种提高单向传输速率的无线通信方法，包括多个传输周期，所述传输周期包含正向传输部分和反向传输部分，在正向传输部分，第一通信端发送数据，第二通信端接收数据；在反向传输部分，第二通信端发送数据，第一通信端接收数据；
将一个传输周期的正向传输部分拆分成N段，N≥2，在各段内，第一通信端根据检测是否存在有效数据帧，定时向第二通信端发送有效数据帧或空包或不发送，具体包括：
在正向传输部分的第一段，若检测到存在第一有效数据帧，则第一通信端发出第一有效数据帧；若检测到不存在，则发送空包或不发送任何包；
在正向传输部分的非第一段，若检测到存在下一有效数据帧，则第一通信端发出下一有效数据帧；若检测到不存在，则至少重新发送一次上一有效数据帧；所述有效数据帧中包含序号，所述序号用于第二通信端剔除重复的有效数据帧。
进一步地，在一个传输周期中，反向传输部分在正向传输部分之前，在反向传输部分中，第二通信端发出的数据帧中包含时间戳，第一通信端接收到含有时间戳的数据帧后，根据时间戳进行同步校准。
进一步地，第二通信端在发出数据帧后切换为接收模式，若超时未收到第一通信端发送的包，则切换回发送模式并发送相同的数据帧至第一通信端。
进一步地，在反向传输部分，第二通信端发出的数据帧中包含包接收标识，所述包接收标识用于显示第一通信端发出的包是否全部被成功接收，若全部被成功接收，则第一通信端继续发送后续的包；若未被全部成功接收，则第一通信端重新发送上一传输周期中所发送的包。
进一步地，在正向传输部分的非第一段，若不存在下一有效数据帧，重发一次上一有效数据帧后不再发送任何包，直到检测到存在下一有效数据帧时发送下一有效数据帧，或正向传输部分结束开始下一传输周期。
进一步地，重发一次上一有效数据帧后，第一通信端进入休眠状态，直到后续检测到存在下一有效数据帧时发送下一有效数据帧，或正向传输部分结束退出休眠状态。
进一步地，在反向传输部分，第二通信端发出的数据帧中包含设备信息，所述设备信息用于指示目标第一通信端的身份。
进一步地，在一个传输周期的反向传输部分中，第二通信端发出的数据帧只有一个。
一种提高单向传输速率的无线通信设备，包括第一通信端和第二通信端，所述第一通信端和第二通信端均包含处理器、存储器及存储在存储器上的软件程序，当处理器在执行软件程序时可实现上述的提高单向传输速率的无线通信方法。
进一步地，所述第一通信端有多个，第二通信端与多个第一通信端之间进行数据传输。
相比较现有技术，本发明提供的一种提高单向传输速率的无线通信方法及设备，存在以下有益效果：
（1）无线通信通过传输周期实现，与现有技术的区别是，该传输周期的正向传输部分和反向传输部分的占比不同。在一个传输周期中，第一通信端发出的数据帧多，第二通信端发出的数据帧少，第一通信端定时发送多个数据帧，对应的第二通信端仅需要发送一个数据帧作为应答，一次应答即可确认多个数据帧的接收，从而减少了双向通信数据帧的整体个数，减少了收发切换的频率，提高了单向传输速率，提高了有效带宽，尤其适合应用于单向传输数据量较多的场合，比如可应用在无线鼠标上。
（2）因为采用一发多收的通信方式，便不会像一发一收那样能够及时发现丢包现象。因此，在传输周期的正向传输部分，设置了自动重传机制。当检测不存在有效数据帧时，到下一个包发送的时间时会自动重新发送上一个有效数据帧至少一次，大大降低了丢包率，提高了无线通信的准确率。因为丢包的概率本身就是比较低的，所以采用本方法不需要等待反向传输时的应答帧到来再采取重传措施，而是直接自动进行重传，直接减少了丢包的发生。此外，还可以叠加使用应答帧中的包接收标识，进一步提高数据传输的准确度，进一步地减少丢包的发生。
（3）反向传输在正向传输之前，第一通信端能够根据反向传输时传输的数据帧中的时间戳进行同步校准，降低了对时钟精度的要求，从而降低了设备成本。该方法可以应用在跳频以及低功耗的应用上，以此增强抗干扰能力，节约能耗。
（4）不仅适用于一对一的数据通信，也可应用于一对多的应用场景，比如应用在无线键鼠上，需要在反向传输部分第二通信端发出的数据帧中增加设备信息，即可实现一个第二通信端与多个第一通信端之间的通信。
附图说明
图1为现有技术方法二的通信过程示意图；
图2为实施例一的通信过程示意图；
图3为实施例一的方法中数据重传情况的示意图；
图4为实施例一的方法中超时重发情况的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
一种提高单向传输速率的无线通信方法，包括多个传输周期，所述传输周期包含正向传输部分和反向传输部分，在正向传输部分，第一通信端发送数据，第二通信端接收数据；在反向传输部分，第二通信端发送数据，第一通信端接收数据。
正向传输可在反向传输之前发生，也可在其之后发生。但是对于先反向后正向的情况，第二通信端发出的数据帧中还可以包含包接收标识，第一通信端通过包接收标识可以获知上一通信周期发送的数据是否全部被成功接收，若未被全部接收可以重发上一通信周期传输的数据，以进一步提高数据传输的准确率。除此之外，将反向传输放在正向传输前面，还存在额外的作用，在第二通信端发出的数据帧中可以包含时间戳，第一通信端可以根据时间戳进行同步校准，从而降低设备对时钟精度的要求，可应用于跳频及低功耗的应用，以提高无线传输的抗干扰能力，节省功耗。在一个传输周期的反向传输部分中，第二通信端仅需要发出一个数据帧即可。
如图2所示，将一个传输周期的正向传输部分拆分成N段，N≥2，比如在本实施例中，正向传输部分拆成了8段。在各段内，第一通信端根据检测是否存在需要发送的有效数据帧，定时向第二通信端发送有效数据帧或空包或不发送，每段都会发生一次检测，因此在一个周期内第一通信端最多可以定时发送出8个有效数据帧。具体包括：
在正向传输部分的第一段，若检测到存在第一有效数据帧，则第一通信端发出第一有效数据帧；若检测到不存在，则可以发送空包，也可以不发送任何包，不发送任何包的情况下第二通信端就不会收到任何包，便会超时重试。
在正向传输部分的非第一段，即在第二段至第八段中，每段都会对是否存在需要发送的有效数据帧进行检测，若检测到存在下一有效数据帧，则第一通信端发出下一有效数据帧；若检测到不存在，则至少重新发送一次上一有效数据帧；所述有效数据帧中包含序号，当第二通信端接收到序号重复的数据帧时，可以将序号重复的包剔除，从而还原数据。至少重新发送一次，比如第一段发送了第一有效数据帧，第二段在发送时检测到不存在有效数据，则重新发送第一有效数据帧，第三段在发送时仍然不存在有效数据时，可以不再发送任何包，也可以再次重新发送第一有效数据帧，直到在后续的某段中检测到了有效数据帧则发送有效数据帧，或者直到本传输周期结束，下一周期开始。一般来说，只需要重新发送一次，丢包的概率就大大降低了，因为连续出现两次丢包的概率是非常低的。若前一个发出的包是空包，则后续不存在有效数据帧时可以不再重新发送空包，直到下一个有效数据帧出现再发送有效数据帧，或者直到本周期正向传输部分结束，开始下一传输周期的反向传输部分。数据重传的情况见图3所示。进一步地为了节省功耗，在重发一次上一有效数据帧后，第一通信端可以进入休眠状态，直到后续检测到存在下一有效数据帧时发送下一有效数据帧，或正向传输部分结束退出休眠状态。
为了防止反向传输部分第二通信端发出的数据帧未被第一通信端收到，便不会顺利进入正向传输部分的情况，还可以设置超时重发机制。当第二通信端发送出数据帧后，便切换到接收模式，准备接收正向传输部分的数据，但是超时未接收到第二通信端发出的数据帧，便重新切换回发送模式，如图4所示，重新发送一遍和上一个发出的数据帧相同的数据帧，再接收数据，图4为通信周期从第一个反向传输的数据包开始计时，遇到超时重发时，反向传输部分的占比会变大，这样正向传输部分便只够发送七个包。也可以设置成不管重发多少次，从最后一个反向传输的数据包开始计时，遇到超时重发时，正向传输部分依然可以发送八个包。两种超时重发的后续传输不做限制。若是因为第二通信端第一次发送的数据帧丢包，此时第二次发送的数据帧就会被第一通信端接收到，从而顺利进入正向传输部分。
一种提高单向传输速率的无线通信设备，包括第一通信端和第二通信端，所述第一通信端和第二通信端均包含处理器、存储器及存储在存储器上的软件程序，当处理器在执行软件程序时可实现上述的提高单向传输速率的无线通信方法。
该设备中，还可以存在多个（至少两个）第一通信端，第二通信端和多个通信端之间进行数据传输。当存在多个第一通信端时，就需要在反向传输部分，第二通信端发出的数据帧中包含设备信息，所述设备信息用于指示目标第一通信端的身份，以区分所发出的数据帧是的接收方是谁。比如无线键鼠的应用，一个dongle端、一个鼠标端、一个键盘端。
本实施例采用一发多收的传输机制，解决了一发一收导致传输数据效率低下的问题，另外巧妙地应用了自动重传解决了丢包的问题，尤其适用于无线鼠标这类单向传输数据较多的应用。
下面以无线鼠标的应用为例，常见的2.4G芯片最高数据速率为2M，即0.5us/bit，根据理论计算对本实施例的有益效果进行验证。
1、采用现有技术方法二的情况下，计算鼠标端发送一帧数据到确认发送完成的时间：
（1）鼠标端发送有效数据帧时间Ta1： (16+32+16+(8*6)+24)*0.5us = 68us
| 帧头 | 同步字 | 协议头 | 有效数据 | CRC校验 |
| 16bit | 32bit | 16bit | 6字节 | 24bit |
（2）Dongle端发送应答帧时间Ta2： (16+32+16+24)*0.5us= 44us
| 帧头 | 同步字 | 协议头 | 有效数据 | CRC校验 |
| 16bit | 32bit | 16bit | 0字节 | 24bit |
（3）RF从接收切换到发送时间Ta3（2.4G RF为半双工通信）：80uS-100uS（常见参数）
综上：鼠标端发送一帧数据到确认发送完成的时间 T = Ta1+Ta3+Ta2 > 192us，无法做到8K回报率。
2、采用本实施例的方法的情况下，计算鼠标端发送一帧数据到确认发送完成的时间：
（1）Dongle发送状态帧时间Tb1： (16+32+16+(8*2)+24)*0.5us = 52us
| 帧头 | 同步字 | 协议头 | 有效数据 | 有效数据 | CRC校验 |
| 16bit | 32bit | 16bit | 包接收标识 | 时间戳 | 24bit |
（2）鼠标端发送有效数据帧时间Tb2： (16+32+16+(8*6)+24)*0.5us = 68us
| 帧头 | 同步字 | 协议头 | 有效数据 | CRC校验 |
| 16bit | 32bit | 16bit | 6字节 | 24bit |
（3）RF从接收切换到发送时间Tb3：80uS-100uS（常见的2.4G芯片）
（4）RF连续发送的间隔时间Tb4 = 20us
综上：鼠标端发送一帧数据到确认发送完成的时间 T = (Tb1+Tb3+( Tb2+Tb4) *8)/8 < 107us，可以做到8k回报率。
由对比可知，无线鼠标在使用了本实施例的提高单向传输速率的无线通信方法后，能够做到8k的回报率，提升了无线鼠标的性能。
Claims (10)
1.一种提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，包括多个传输周期，所述传输周期包含正向传输部分和反向传输部分，在正向传输部分，第一通信端发送数据，第二通信端接收数据；在反向传输部分，第二通信端发送数据，第一通信端接收数据；
将一个传输周期的正向传输部分拆分成N段，N≥2，在各段内，第一通信端根据检测是否存在有效数据帧，定时向第二通信端发送有效数据帧或空包或不发送，具体包括：
在正向传输部分的第一段，若检测到存在第一有效数据帧，则第一通信端发出第一有效数据帧；若检测到不存在，则发送空包或不发送任何包；
在正向传输部分的非第一段，若检测到存在下一有效数据帧，则第一通信端发出下一有效数据帧；若检测到不存在，则至少重新发送一次上一有效数据帧；所述有效数据帧中包含序号，所述序号用于第二通信端剔除重复的有效数据帧。
2.根据权利要求1所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，在一个传输周期中，反向传输部分在正向传输部分之前，在反向传输部分中，第二通信端发出的数据帧中包含时间戳，第一通信端接收到含有时间戳的数据帧后，根据时间戳进行同步校准。
3.根据权利要求2所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，第二通信端在发出数据帧后切换为接收模式，若超时未收到第一通信端发送的包，则切换回发送模式并发送相同的数据帧至第一通信端。
4.根据权利要求1至3任一所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，在反向传输部分，第二通信端发出的数据帧中包含包接收标识，所述包接收标识用于显示第一通信端发出的包是否全部被成功接收，若全部被成功接收，则第一通信端继续发送后续的包；若未被全部成功接收，则第一通信端重新发送上一传输周期中所发送的包。
5.根据权利要求1至3任一所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，在正向传输部分的非第一段，若不存在下一有效数据帧，重发一次上一有效数据帧后不再发送任何包，直到检测到存在下一有效数据帧时发送下一有效数据帧，或正向传输部分结束开始下一传输周期。
6.根据权利要求1至3任一所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，重发一次上一有效数据帧后，第一通信端进入休眠状态，直到后续检测到存在下一有效数据帧时发送下一有效数据帧，或正向传输部分结束退出休眠状态。
7.根据权利要求1至3任一所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，在反向传输部分，第二通信端发出的数据帧中包含设备信息，所述设备信息用于指示目标第一通信端的身份。
8.根据权利要求1至3任一所述的提高单向传输速率的无线通信方法，其特征在于，在一个传输周期的反向传输部分中，第二通信端发出的数据帧只有一个。
9.一种提高单向传输速率的无线通信设备，其特征在于，包括第一通信端和第二通信端，所述第一通信端和第二通信端均包含处理器、存储器及存储在存储器上的软件程序，当处理器在执行软件程序时可实现权利要求1-8任一所述的提高单向传输速率的无线通信方法。
10.根据权利要求9所述的提高单向传输速率的无线通信设备，其特征在于，所述第一通信端有多个，第二通信端与多个第一通信端之间进行数据传输。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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