CN1849758A - 使用自动转发器的无线电网络通信系统和协议 - Google Patents

Abstract

一种用于允许传播的数据被网络内的设备(A，B)共享的射频通信网络(10)系统和协议。当设备超出相互之间的传输范围时本发明尤其有用。网络(10)包括使用位于设备(A，B)之间的转发器设备(40)来管理网络中的数据传送。本发明还提供冲突的数据传输之间出现冲突时的数据传送管理。

Description

使用自动转发器的无线电网络通信系统和协议

技术领域

本发明涉及通过射频互相通信的设备的网络。

背景技术

可以通过安排一组相互之间通过射频(RF)装置通信以在设备之间传输数据的设备来创建设备的网络。假如每个设备都在每个设备的最大通信范围之内，则每个设备都可以与网络中的每个其它设备有效通信。

在许多这种网络中，设备可以全部是收发信机，即每个都能发送和接收。为了传送数据项，一个设备主要充当发射机，而其它设备主要充当接收机。在本上下文中，主要充当发射机的收发信机将被称为收发信机/发射机。那些主要充当接收机的收发信机将被称为收发信机/接收机。

与其中在同一时刻仅在两个设备之间发生通信的“点对点”系统相比，本发明可以用于“点对多点”系统。在点对多点通信系统中，通信在一个设备和网络中的两个或更多个其它设备之间同时发生。

可靠的“点对多点”通信系统允许创建共享网络变量。这是为网络中所有设备所知的变量。例如，如果一个设备想要改变共享网络变量的值，其必须要发送请求而且必须保证所有设备同时接收并处理被更新的变量。如果不能做到同时更新，或者并非网络中的所有其它设备都接收到该更新，那么该网络就不具有共享网络变量。

共享网络变量允许创建没有中央控制器的网络。所有有关网络运行和控制的必要数据同时被网络中的每一个设备所知。该数据可以在任何时间由网络中的任何设备更新，并且保证所有其它设备相应更新它们的数据。这就使得当与具有中央控制器的网络进行比较时，网络内设备的控制变得简单，更为灵活，且降低了成本。

每个设备之间的单个通信活动在此被称为事务。事务在发送数据到一个或多个该数据的收发信机/接收机的设备(收发信机/发射机)之间发生。事务也包括从收发信机/接收机发送到收发信机/发射机以及到网络中的收发信机/接收机相互之间的数据。

当同时向多于一个的收发信机/接收机发送时(已知的广播或多播)，知道所有的收发信机/接收机都已经成功接收到数据是非常重要的。如果即使是有一个收发信机/接收机没有成功接收到数据(例如，由于致使一个收发信机/接收机中的数据破坏的比特错误)，那么所有其它收发信机/接收机都必须得到通知并非所有的其它收发信机/接收机都已成功接收到了该数据。

这种网络可能使用具有主要和次要比特的传输系统。这就意味着如果有冲突，且两个设备同时发送主要和次要比特，则当监视通信媒体时，每个设备将看见主要比特的传输。发送次要比特的设备知道已经发生冲突且能够采取任何适当的动作。例如，这可能意味着停止所有进一步的传输。

在常规的点对点通信协议中，通常的程序是使每个设备在接收数据之后的一段时间发送一个确认声明。这就有一个缺陷，即发送设备必须确切知道网络内的接收设备的数量，并且知道怎样与它们中的每一个联系。同一数据段到多个接收设备的可靠传输要求该同一数据的多次传输，以及对确认每次传输的相应等待。该同一数据到很多接收方的重复传输浪费了通信媒体的可用带宽。这种方法也要求发射机获取并存储有关确切是哪个接收设备要接收给定传输的数据。这种方法允许以不必要的复杂性和对通信媒体可用带宽的低效使用为代价来创建共享网络变量。

作为选择，点对多点的传输可以用来将数据同时发送给多个接收方，而无需返回任何确认。这造成数据传输不可靠，并且发射机不能够确定是否所有的接收设备都已经成功接收到了数据。不可靠的数据传输意味着不能创建共享网络变量。

当两个或多个设备在彼此的通信范围之外时情况就比较复杂。正如可以理解的那样，每个设备都具有其最大传输范围(由设计因素决定，包括但不限于发射功率、接收机灵敏度、天线类型、以及信号处理算法)。当某些设备在最大范围之外并且因此不能相互通信时，通信和同步通信就会更加复杂。

本发明的目的之一是提供一种用于改进RF多播通信系统中的设备之间，特别在置于超出系统中的一个或多个其它设备的正常通信范围的设备之间的通信的系统和协议。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种无线电通信系统，其包括第一收发信机、第二收发信机和转发器，该第一和第二收发信机相互间隔大于它们各自最大传输范围中的至少一个的距离，并且该转发器被置于该第一和第二收发信机中间，该方法包括，一旦接收到来自该第一或第二收发信机中任意一个的数据，该转发器发送一个转发标志并接着发送从该第一或第二收发信机中任意一个接收的数据。

根据本发明的第二方面，提供一种用于设备网络中的通信协议，该协议具有帧，该帧包括用于发送数据的第一时隙，在第一时隙之后用于指示转发标志的第二时隙，以及在第二时隙之后用于重传在第一时隙内发送的数据的第三时隙。

根据本发明的第三方面，提供一种无线电通信系统，其包括第一收发信机、第二收发信机和转发器，该第一和第二收发信机相互间隔大于它们各自最大传输范围的至少一个的距离，并且该转发器被置于该第一和第二收发信机中间，其中一旦在第一时隙接收到来自该第一或第二收发信机中的任意一个的数据，该转发器在第二时隙发送一个转发标志，并接着在第三时隙发送在第一时隙接收到的数据。

根据本发明的第四方面，提供一种用于包括至少两个收发信机的无线电通信系统的转发器，该至少两个收发信机相互间隔大于它们各自传输范围的至少一个的距离，在使用中，该转发器被置于该至少两个收发信机中间，其中一旦在第一时隙接收到数据，该转发器在第二时隙发送一个转发标志，并接着在第三时隙发送在第一时隙接收到的数据。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于包括至少一个其它收发信机和转发器的无线电通信系统中的收发信机，该收发信机和至少一个其它收发信机相互间隔大于它们各自传输范围的至少一个的距离，在使用中，转发器被置于该收发信机和该至少一个其它收发信机中间，其中一旦在第二时隙接收到来自该转发器的转发标志，该收发信机暂停进一步的活动，直到其在第三时隙接收到来自该转发器的数据，该数据最初由该至少一个其它收发信机在第二时隙之前的第一时隙发送。

根据本发明的第六方面，提供一种用于至少包括第一收发信机、第二收发信机和转发器的无线电通信系统中的方法，该第一收发信机和第二收发信机相互间隔大于该至少一个收发信机的最大传输范围的距离，并且该转发器被置于第一和第二收发信机中间，以便一旦接收到从第一收发信机发送的数据，该转发器转发从第一收发信机发送的数据，其中，在该转发器完全接收或转发从该第一收发信机发送的数据之前接收到从第二收发信机发送的数据时，该转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止其各自的发送。

根据本发明的第七方面，提供了一种无线电通信系统，其至少包括第一收发信机、第二收发信机和转发器，该第一收发信机和第二收发信机相互间隔大于至少一个收发信机的最大传输范围的距离，并且该转发器被置于该第一和第二收发信机中间，以便在接收到从第一收发信机发送的数据时，该转发器转发从该第一收发信机发送的数据，其中，在该转发器完全接收或转发从第一收发信机发送的数据之前接收到从第二收发信机发送的数据时，该转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止其各自的发送。

根据本发明的第八方面，提供了一种用于至少包括第一收发信机和第二收发信机的无线电通信系统中的转发器，该第一收发信机和第二收发信机相互间隔大于至少其中一个收发信机的最大传输范围的距离，在使用中，该转发器被置于该第一和第二收发信机中间，以便在接收到从第一收发信机发送的数据时，该转发器转发从第一收发信机发送的数据，其中，在该转发器完全接收或转发从第一收发信机发送的数据之前接收到从第二收发信机发送的数据时，该转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止其各自的发送。

根据本发明的第九方面，提供了一种用于包括至少一个其它收发信机和转发器的无线电通信系统中的收发信机，在使用中，该收发信机和该至少一个其它收发信机相互间隔大于至少其中一个收发信机的最大传输范围的距离，并且该转发器被置于该收发信机和该至少一个其它收发信机中间，以便在接收到从该至少一个其它收发信机发送的数据时，该转发器转发从该至少一个其它发射机发送的数据，并且在转发从该至少一个其它收发信机发送的数据之前接收从该收发信机发送的数据时，该转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止各自的发送，其中，在接收到来自该转发器的数据序列时，该收发信机将停止发送。

附图说明

图1示出了根据本发明优选实施例的一个网络结构；

图2示出了用于本发明的环境中的网络协议模型；

图3示出了根据本发明优选实施例的帧结构；

图4示出了部署在根据本发明的网络中的一个转发器和两个收发信机；

图5示出了用于图4的配置中的帧结构；

图6示出了本发明中使用的收发信机设备的优选结构；以及

图7示出了部分ISO 7层模型，其中执行了图6的收发信机设备的某些功能。

具体实施方式

图1中示出了一种典型的网络架构，其中网络10由节点1、2和3构成，节点1、2和3是收发信机设备并可在给定通信事务中充当发射机和/或接收机。网络10可以通过网关11与其它网络20通信。

本发明的协议设计基于ISO 7层模型并且有些术语与ISO所使用的相同。本发明中所使用的协议是无连接的，意味着一旦单个数据传输已经发生，就不希望在此之前或之后有其它的相关数据传输。

本发明的协议模型基于ISO 7层模型并在图2中示出。对于在两个节点上分布的应用，每个协议层具有到另一个节点内对等层的虚拟连接。正如可以看到的那样，每个层得到由上一层提供的数据，将其作为数据单元处理并添加自己的协议控制信息(PCI)字段。在每一层，协议数据单元(PDU)或者是数据，或者是由下一更高层提供的包。PDU的名字前冠有其应用的层(例如，SPDU为会话PDU)。

物理层涉及ISO系统中的机械和电气网络接口。在本发明的系统中，物理层指的是用于在通信媒体上发送和接收比特的硬件和固件元件。

在ISO系统中，链路层用于数据链路控制(例如，组帧、数据透明性、差错控制)。在本发明中，链路层用于将字节划分为比特、比特填充(如果需要的话)、组帧、冲突检测、优先排序、错误检测、肯定/否定确认生成、校验、转发和重传。

ISO系统中的网络层用于网络路由、寻址、呼叫建立和清除，而在本发明中，网络层用于网络路由、寻址、事务建立和清除。

在ISO系统中，传输层用于端到端的消息传输、连接管理、差错控制、分段和流控制。本发明的环境中没有使用传输层。

ISO系统中的会话层用于应用实体的对话和同步控制，但是没有在本发明的环境中使用。

表示层在ISO系统中用于传送语法协商，以及数据表示转换，而在本发明的环境中，表示层用于应用数据的可选加密。

ISO系统中的应用层用于文件传输、访问管理、文档和消息交换、作业传输和操纵，而在本发明的环境中，应用层支持发送和接收应用数据。

最后，用户应用层不但在ISO中使用，而且在本发明的环境中使用，用于任何需要实现特定功能或行为的需要。

本发明所具有的特征主要属于链路层。

在本发明的协议中，使用能够可选地由主要比特和次要比特组成。如果两个设备同时发送主要比特和次要比特，那么接收机和发射机(监测它们自己的传输)将仅检测主要比特。

通过由发射机首先监测媒体而获得媒体访问，并且如果没有检测到已有传输，发射机将尝试通过发送前置码流而要求媒体访问。这种前置码以至少一个可检测比特开始。对媒体访问的要求定义了事务的开始。事务包含所有的数据传送、数据确认和转发。网络中的所有节点必须连续监测媒体，并且如果它们检测到事务发生，则将延迟任何对要求媒体访问的尝试直至当前事务完成。

事务是异步的：它们可以在任意时刻发生，而且从一个事务到下一事务的开始的时间差不一定是比特周期的整数。

在本申请中，事务被特别定义为划分为几个包含不同类型数据的子时隙的连续时段。事务以前置码开始设置的时段，后面跟有将要从收发信机/发射机发送到两个或多个收发信机/接收机的特定数据。在其间发送数据的时隙长度可变，并且包含用作帧校验序列的部分。跟随数据传输的是一个时隙，在该时隙期间可由收发信机/接收机发送肯定确认，其后跟随一个时隙，在该时隙期间由收发信机/接收机发送否定确认。图3示出了该帧的结构。

如上所述，事务是异步的并且可以在任何时间启动。然而，一旦启动，该事务就具有基于时间的结构。事务中的特定标记用于显示可变长度数据部分的开始和结束。在其间发送肯定和否定确认的时隙是时间固定的。通过编码和编码到这些时隙中的数据的冗余，能够传送一个或多个收发信机/接收机的肯定确认和一个或多个收发信机/接收机的否定确认。事务中涉及的所有设备都将看到这两种确认时隙。

期望肯定确认的收发信机/接收机将在肯定确认时隙期间发送特殊码，并在否定确认时隙期间接收(如果没有使用主要比特传输)或者发送次要比特(如果使用主要/次要比特)。

类似的，想要否定确认的收发信机/接收机将在肯定确认时隙期间发送次要比特(如果使用了主要/次要比特)或者接收(如果没有使用主要比特传输)，并在否定确认时隙期间发送特殊码。

设备监测它们没有进行传输的时隙的事实意味着，在两个确认时隙的最后，每个设备都检测到了肯定确认、否定确认或者同时检测到此二者，并因此能够计算出网络的整个确认状态。

例如，发送肯定确认的收发信机/接收机将能够检测到某些其它发送否定确认的收发信机/接收机。在使用了主要比特的情况下，肯定确认的该收发信机/接收机将试图在否定确认时隙期间发送次要比特，但是将检测由于在否定确认时隙期间同时发送适当码的其它收发信机/接收机的主要比特。在没有使用主要比特的情况下，肯定确认的收发信机/接收机将在否定确认时隙期间接收并且检测由于在否定确认时隙期间发送适当码的其它收发信机/接收机的任何比特。相反的情况适用于发送否定确认的收发信机/接收机。

在事务的最后，所有的设备都不知道有多少肯定或否定确认，它们所需要知道的是有一些肯定确认和一些否定确认。

如果在事务期间根本存在任何否定确认，那么所有的收发信机/接收机都知道这一点，并且会丢弃接收到的数据。类似地，收发信机/发射机也知道这一点并会试图重新运行该事务。

肯定确认的生成如下。一旦接收到数据，节点就仅在以下时候生成肯定确认：

-数据时隙已经针对其嵌入的帧校验序列被校验并且被发现是有效的；以及

-数据时隙内出现的任何寻址信息匹配由该设备使用的寻址信息。

每个设备收发信机通常包含至少两种不同类型的地址，如下：

-单元地址，允许该设备被唯一地寻址；以及

-多播地址，允许同时寻址网络中的那些设备以便更新共享网络变量。

另外，设备也可以可选地包括：

-网络地址，允许物理设备由其所在的逻辑网络分组。

可能还有其它的变化，但是这三种地址类型被用作其它更多的复杂寻址方案的基础。

产生否定确认所涉及的过程如下。接收设备(收发信机/接收机)只有在通过利用嵌入的帧校验序列对接收的数据执行校验而确定该数据时隙被破坏的时候才生成否定确认。

当设备确定数据时隙损坏时，进一步检查数据时隙内的任何字段没有用处。

如果满足生成肯定确认的条件而且如果没有其它的收发信机/接收机已经生成否定确认，才能由收发信机/接收机接受由收发信机/发射机发送的数据。这样确保了所有的收发信机/接收机仅接收给定消息一次。对于点对多点消息，这可能意味着消息被收发信机/接收机丢弃，即使该消息看起来有效并被肯定确认。

以上描述了在其中可以利用本发明的一般环境。以上所述的序列只有当每个设备都在其它设备的范围之内时使用。应当理解，每个设备都具有最大传输范围，超过该范围其就不能与其它设备通信。最大传输范围是由设计因素决定，设计因素包括但不限于发射功率、接收机灵敏度、天线类型以及信号处理算法。对于较短范围(没有得到许可证的)的设备，该范围通常从数十到最多几百米。在一个或多个设备位于另一个设备的最大传输范围之外的情况下(即不能直接与那个设备通信)，在执行上述过程时就会遇到困难。特别是在收发信机/发射机发送数据，某些或所有的其它收发信机/接收机将接收不到来自那个特定收发信机/发射机的数据的情况下，将不可能更新共享网络变量。

根据本发明的一个方面，修改上述的协议(共同未决的专利申请的主题)以允许在设备之间转发数据以便扩展网络中使用的设备的有效传输范围。修改后的协议结合转发器使用，转发器大致位于网络中设备的几何中心并在分布于它们的正常传输范围之外的设备之间充当中继。

图4示出了网络中的设备A和B的实例配置。设备A和B被分隔大于它们各自传输范围中的每一个的距离。由此，如果设备A想要如上所述发送数据，设备B将不能接收这些数据并不能够知道如何如上所述地继续下去。这将妨碍共享网络变量的有效更新。然而，根据本发明，转发设备40被放置在设备A和B之间并充当转发器。这样，如果设备A发送数据，转发设备40就会从设备A接收到这次传输并转发该数据以便设备B能接收到设备A的数据。当设备B发送其确认时，这将被转发器接收到。转发器再发送能被设备A和B二者接收到的全部确认状态。两个设备于是知道信息被转发器中继了，并再被转发器范围内的所有设备接受或拒绝。设备A和B于是能够以正常的方式继续。

当然，例如设备B不一定是收发信机/接收机而可以是收发信机/发射机。然而，在此情况下，由于超出了设备B的范围的设备A(例如，收发信机/接收机)不能够接收所发送的数据，设备B将发送信息到网络。此外，部署在设备A和设备B之间的转发设备40将接收由设备B发送的数据，并转发这些数据使得转发设备40范围内的设备A和任何其它设备接收该转发。类似的，来自设备A的确认将被转发器接收，其再提供全部确认状态返回设备B。

应当理解的是，实际上并不需要直接将转发设备40放置在两个设备之间而是可以放置在任何合适的位置以便网络内部的设备能都可达。

在某些情况下，有可能设备A有足够的到达设备B的范围，然而传输范围比设备A更短的设备B不能与设备A通信。在此情况下，转发设备40可以位于比靠近设备A更靠近设备B，以便允许来自设备B的传输到达转发设备40，然后被转发并发送给设备A。

事实上，以相同的方式构建网络中的所有设备是有利的。这意味着，每个设备无论是充当收发信机/发射机、收发信机/接收机或是转发设备，都以相同的方式构建并能够独立执行它们想要的功能。这样在复杂度和制造成本方面就有显著的节省，因为仅需要制造一种设备。随后将参照图6和7更详细地描述设备的特定结构。

在使用中，如果设备被设置为转发器，一旦接收到第一帧中的消息(见图3)，转发器将立即在新的第二时隙中发送转发标志，并且接着在新的第三时隙中转发在第一时隙中接收到的数据。网络于是以如上所述正常运转，其中已经接收到所转发信息的收发信机/接收机设备然后将如上所讨论的那样，继续确认那些数据的成功或不成功接收，而转发器将发布最终的全部转发状态，以通知网络中的所有设备所转发数据的成功或失败。

图5中示出了修改后的协议帧。与图3的帧相比较，清楚地显示出图5的修改后的转发标记事务与图3的非转发标记事务之间的区别。特别地，在两个事务帧中均存在提供用于数据传输的第一时隙，然而，在图5的转发标记帧中，为转发标记标志的传输提供了第二时隙。提供第三时隙，在该时隙内重发第一时隙内发送的数据。接着提供确认时隙，包含用于发送肯定确认的第一子时隙和用于发送否定确认的第二子时隙。另外，在图5的转发标记帧中，还提供了附加时隙，用于传输转发状态，转发状态向所有设备提供传输已被转发的证实。

以上所述涉及转发器的情况在可能有些设备将在同一时刻开始传输的事实下甚至更为复杂。当所有设备都在相互的范围内时，在使用主要和次要比特的系统时可容易正常地处理冲突。首先，通过在发送之前监测传输媒体而避免冲突。这留下一段可以在此期间同时开始发送的较短周期。如果两个设备同时在该较小周期内开始发送，则在要被发送的数据比特中将不可避免的存在差异。当该差异发生时，发送次要比特的设备将检测到由于其它发射机的主要比特，并且能够因此停止进一步的发送。

检测到冲突的设备在稍后的时间重新安排其发送。这个时延可以基于小随机数，可选地由将被发送的消息的长度定标。

在使用转发器设备的情况下，发送设备和经由转发器接收该发送的另一设备之间有更长的延迟。

例如，再次参考图4，如果设备A开始发送，在转发器设备40接收到设备A的发送的时间和其转发将被设备B接收的发送的时间之间会有一个延迟。在该段时间内，设备B可能开始发送其自己的数据。这个新的发送将引起冲突，其可在转发器处被检测到，而不是在设备A处。这种情况由本发明的另一方面解决。

特定地，转发设备40检查其接收的数据。如果其在接收期间检测到比特填充破坏或数据编码破坏，这表示设备A和B正在同时发送。在检测到这种情况时，转发器设备40有意开始发送一个长的主要比特流(例如，6到8比特)，其破坏了正常比特填充或数据编码规则。这将引起设备A和B都检测到冲突，并根据正常冲突检测和解决规则而停止发送。

至于正常冲突，设备A和B的每一个接着在一段随机时延之后都安排一个重传，根据消息长度可选地定标。这个延迟对每个设备都完全相同的可能性非常小，然而，万一每个设备再次在同一时刻开始发送，则重新计算延迟周期，但是这次每个设备将其各自的延迟周期乘以2。对于每个后续的故障，相继的延迟周期被加倍直到某些预定倍数。在该点处，发送将被放弃并且可选地可以通过任何适当的手段通知操作员。然而，在大多数情况下，随机延迟周期将导致消除发送冲突，并且网络设备将能够以正常方式继续发送。

当然，将理解的是，可以使用任何其它适当的重传延迟形式。

如上所讨论，实际上以相同的方式构建网络中的所有设备是有利的。这意味着，每个设备无论是其充当收发信机/发射机、收发信机/接收机或是转发设备，都将以相同的方式构建并且能够分别执行它们所希望的功能。这在复杂度和制造成本方面提供了显著的节省，因为只需要制造一种类型的设备。

收发信机设备100的优选实现使用无线电接收机，无线电发射机以及微处理器。这前面两项可以选择性组合为发射机/接收机，如图6所示，图6示出了包含微处理器110和发射机/接收机120的设备100。发射机/接收机120通过天线130发送和接收数据。

应理解的是，使用微处理器并非强制性的。例如，协议可以在专用集成电路、可编程逻辑设备或可编程门阵列中实现。使用微处理器较为方便，因为其允许容易的可更改的软件实现，并减少了总的部件计数。然而，软件实现仅适用于低到中等的数据速率。

发射机/接收机120的功能是接收或发送信息。发射机/接收机的选择将由因素范围决定，包括(但不限于)：

a.产品将被销售的市场管理环境。

每个国家都具有规则，其确定了包括允许的频率、发射功率电平和带宽的因素。适用于某些国家的发射机/接收机在其它国家可能不符合规定。

对于在各个国家范围内具有广泛销售要求的产品，有可能需要选择适合于每个国家的几种不同的收发信机/接收机。

b.功耗，连同任何其它决定可用功率值的考虑。

例如，具有高功耗的发射机/接收机可能不适用于电池运行。

c.发射机/接收机在接收和发送模式之间切换所用的时间。

在本发明的通信协议中，在接收与发送之间切换的时间非常重要，因为该协议包含一组固定的时间片。依赖于所执行的全部事务，时间片可能需要被接收或者被发送。

在接收和发送之间切换的时间构成了开销(停滞时间)。长的切换时间的结果是浪费带宽。

d.接口类型。

有许多可用的发射机/接收机类型。提供数字数据输入和输出的类型给以与微处理器的最简单接口。

e.数据速率。

发射机/接收机需要支持适用于整体产品需求的数据速率。这个数据速率可以在极低和极高之间的任何位置。

f.物理尺寸，以及可用空间的量。

g.成本。

h.设计工作量。

最少，发射机/接收机需要：

a.发送数据输出，由微处理器用于将通信状态置于无线媒体上；

b.接收数据输出，由收发信机用于向微处理器指示无线媒体的状态；以及

c.控制输入，由微处理器用于选择发射机/接收机的运行的接收或发送模式。

控制输入可以在非常简单和非常复杂之间变化。在最为简单情况下，它用于在接收与发送之间进行选择。有些发射机/接收机支持低功率“睡眠”模式。其它的则允许为发射机/接收机运行特性进行复杂设置和配置。

对于所述的协议，控制输入的类型并非关键性的。

某些适当的发射机/接收机包括RFM ASH系列的TR1000到TR3100，Chipcon CC1000和Nordic NRF401、NRF403。

微处理器110用于实现通信协议，利用发射机/接收机作为将通信状态置于无线媒体上并从无线媒体接收通信状态的装置。

微处理器的类型和选择并非关键性的，只要其能够执行具有精确定时的操作。精确的程度仅需足以避免在通信协议中生成比特误差。

该协议最好以面向比特的方式实现，因为这样允许容易地识别时间片开始的点。

微处理器负责执行至少某些以下的功能：

a.用于发送和接收的数据编码和解码方案，例如曼彻斯特编码；

b.接收机中发送时钟的恢复-例如通过同步到前置码；

c.冲突检测；

d.创建每个时隙，以及时间片期间的适当发送或者接收以交换相关确认信息；

e.实现可以由接收设备使用的差错检测方案，以确定所接收的传输是否有或没有错误；

f.实现可以由接收设备使用的错误校正方案，以校正传输期间的一定数量的接收错误；以及

g.增加可用于改变事务的结构的转发器功能，允许为了扩展范围的目的而转发信息分组。

如前所述，用于描述在通信协议中使用的功能的公共方法是ISO 7层模型。同时基于这种模型的软件结构并非强制性的，其使用简化了总体设计。利用这种模型，底部几层中实现的功能在图7中示出。

微处理器硬件提供了电气接口(物理层)，而微处理器软件执行所有更高层的功能。

特别地，链路层的软件MAC-B部分负责数据发送和接收的所有时间关键性功能，包括至少某些以下的功能：

a.启动新的传输(包括任何前置码的生成)；

b.发送数据比特；

c.发送帧标记；

d.启动接收；

e.同步到传输的数据流以及时钟恢复；

f.数据比特的接收和解码；

g.帧标记的接收和解码；

h.冲突检测；

i.启动每个时间片；以及

j.时间片内数据比特的发送和接收。

链路层的软件MAC-F部分并不是如此的时间关键的。其负责较高层的面向消息的处理，包括以下中的至少一些：

a.从接收的数据比特构建分组；

b.分组错误校验；

c.确定何时确认以及将生成的确认的类型(使用MAC-B的时间片服务)；

d.(可选的)基于分组结构，调度转发传输的操作；

e.启动新分组的传输；

f.生成分组错误校验序列；

g.传输分组，每次传输比特；

h.确认和冲突的检查，以及确定是否应该重传分组以及应当何时发生该重传。

有许多不同的微处理器可用。有一些具有消除了用于时间关键功能的一些处理器负载的特殊可用硬件功能，例如时间间隔生成，脉冲生成等。同时这些硬件功能并非强制性的，它们的使用大大简化了软件设计和编码。

一些适合用于本发明中的微处理器包括Texas InstrumentsMSP430系列，Atmel Atmega系列和Hitachi H8/3644系列。

本发明一个方面的有用特征涉及对包含由收发信机/发射机发送的数据的可变长度时间片的结束的精确检测。

对于通信媒体来说希望要求一些形式的平衡传输以避免直流偏移的累积。这种平衡要求当考虑中等到长时间周期时媒体上ON和OFF状态的数量相等。

有许多可用于将数据比特转换为媒体上的状态的编码方案。这些方案根据它们在媒体上所消耗的带宽以及接收机内发送数据的恢复的容易性而变化。

最普通的一种方案是曼彻斯特编码。这种编码为每个数据比特使用媒体上的两种状态，并且具有简单的处理用于接收机中的数据恢复。这种方案将比特1编码为状态对(OFF，ON)，而将比特0编码为状态对(ON，OFF)。

曼彻斯特编码总是在每个数据比特的中间具有状态转移(OFF到ON，或ON到OFF)，这大大简化了接收机中数据恢复和同步到发射机时钟上的过程。

在曼彻斯特编码中，状态对(OFF，OFF和ON，ON)是不允许的。

可以利用曼彻斯特编码以便非法状态对用于传送有关重要点的信息。

非法状态序列的准确选择并不是非常重要，只要其一直被使用。优选地，应当保持曼彻斯特编码的直流平衡。

代表传输的可变部分的结束的适当编码使用简单的非法序列：(ON，ON，OFF，OFF)。这就保持了直流平衡，而且能够容易地被曼彻斯特解码器识别。

如果还需要传达附加信息，这个序列可以用作“引入”。这样，例如，其它可能的序列可以是：

(ON，ON，OFF，OFF，ON，OFF)＝第一重要点

(ON，ON，OFF，OFF，OFF，ON)＝第二重要点

当同时考虑方法和优点时，优选的协议实现是面向比特的、同步的，并且采用非法编码来表示变量部分中的重要点。

这有利于在寻找可变部分的结束过程中提供基于时间的高度精确，相对来说容易实现，而且无需转义序列或比特填充。另外，在寻找可变部分的结束过程中的较高基于时间的精确度也在确定所跟随的固定时隙的开始过程中创建了高度精确。

很容易仅通过计数传输的状态或比特而发送固定时间片。在接收时间片周期期间没有发送任何信息的情况下，所接收的时间片需要曼彻斯特解码器(无需支持非法状态)以及计时器。

应当理解的是，已参考优选实施例进行以上描述，而且可以在本发明的范围之内进行许多变化和修改。

Claims (43)

1.在包括第一收发信机、第二收发信机和转发器的无线电通信系统中，所述第一和第二收发信机相互间隔大于它们各自最大传输范围的至少一个的距离，并且所述转发器被置于所述第一和第二收发信机中间，该方法包括：

在接收到来自所述第一或第二收发信机中任意一个的数据时，所述转发器发送一个转发标志，使得所述收发信机暂停进一步的活动，并接着发送从所述第一或第二收发信机中任意一个接收的数据。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述第一和第二收发信机发送一个确认，指示由所述转发器发送的所述数据的接收是成功还是失败。

3.根据权利要求2的方法，其中，在接收到来自所述第一和第二收发信机的每一个的所述确认时，所述转发器将发送用于所述转发的传输的整体状态。

4.一种用于设备网络中的通信协议，该协议具有一个帧，其包括用于发送数据的第一时隙，在所述第一时隙之后用于指示转发标志的第二时隙，以及在所述第二时隙之后用于转发在所述第一时隙发送的数据的第三时隙。

5.根据权利要求4的通信协议，还包括在所述第三时隙之后的第四时隙，用于允许由预定接收所述数据的设备确认数据接收是成功还是失败。

6.根据权利要求5的通信协议，其中，所述第四时隙被划分为用于指示肯定确认的第一子时隙，以及用于指示否定确认的第二子时隙。

7.根据权利要求6的通信协议，其中，所述第一和第三时隙长度可变，而所述第一和第二子时隙长度固定。

8.根据权利要求6的通信协议，其中，所述肯定确认包括发送包含足够冗余以允许其在出现接收错误时被恢复的特定编码值，而所述否定确认包括发送包含足够冗余以允许其在出现接收错误时被恢复的特定编码值。

9.根据权利要求7的通信协议，还包括用于发送整体状态到网络的第五时隙。

10.一种包括第一收发信机、第二收发信机和转发器的无线电通信系统，所述第一和第二收发信机相互间隔大于它们各自最大传输范围的至少一个的距离，并且所述转发器被置于所述第一和第二收发信机中间，其中，一旦在第一时隙中接收到来自所述第一或第二收发信机中的任意一个的数据，所述转发器在第二时隙中发送一个转发标志，使得所述收发信机暂停进一步的活动，并随后在第三时隙中发送在所述第一时隙中接收到的数据。

11.根据权利要求10的无线电通信系统，其中，所述第一和第二收发信机在第四时隙中发送一个确认，指示在所述第三时隙中发送的所述数据的接收是成功还是失败。

12.根据权利要求11的无线电通信系统，其中，所述第一和第二收发信机在所述第四时隙的两个子时隙的第一个子时隙中发送肯定确认，或者在所述第四时隙的两个子时隙的第二个子时隙中发送否定确认。

13.根据权利要求11的无线电通信系统，其中，在第五时隙中，所述转发器向所有收发信机发送用于转发的传输的整体状态。

14.一种用于包括至少两个收发信机的无线电通信系统的转发器，所述至少两个收发信机相互间隔大于它们各自传输范围的至少一个的距离，在使用中，所述转发器被置于所述至少两个收发信机中间，其中，一旦在第一时隙中接收到数据，所述转发器在第二时隙中发送一个转发标志，使得所述收发信机暂停进一步的活动，并随后在第三时隙中发送在所述第一时隙中接收的数据。

15.根据权利要求14的转发器，其中，一旦在第四时隙中接收到来自所述至少两个收发信机的确认数据，所述转发器在第五时隙中发送整体确认状态。

16.一种用于包括至少一个其它收发信机和转发器的无线电通信系统中的收发信机，所述收发信机和所述至少一个其它收发信机相互间隔大于它们各自传输范围的至少一个的距离，在使用中，所述转发器被置于所述收发信机和所述至少一个其它收发信机中间，其中，一旦在第二时隙中接收到来自所述转发器的转发标志，所述收发信机暂停进一步的活动，直到其在第三时隙中接收到来自所述转发器的数据，所述数据最初由所述至少一个其它收发信机在第二时隙之前的第一时隙中发送。

17.根据权利要求16的收发信机，其中，在第四时隙中，所述收发信机发送一个确认，指示在所述第三时隙中发送的数据的接收是成功还是失败。

18.根据权利要求17的收发信机，其中，所述收发信机在所述第四时隙的两个子时隙的第一个子时隙中发送肯定确认，或在所述第四时隙的两个子时隙的第二个子时隙中发送否定确认。

19.一种用于至少包括第一收发信机、第二收发信机和转发器的无线电通信系统中的方法，所述第一收发信机和所述第二收发信机相互间隔大于所述至少一个收发信机的最大传输范围的距离，并且所述转发器被置于所述第一和第二收发信机中间，以便一旦接收到从所述第一收发信机发送的数据，所述转发器转发从所述第一收发信机发送的数据，其中，一旦在所述转发器完全接收或转发从所述第一收发信机发送的数据之前接收到从所述第二收发信机发送的数据，所述转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止其各自的发送。

20.根据权利要求19的方法，其中，所述第一和第二收发信机各自的发送由一个连续的主要比特序列开头。

21.根据权利要求20的方法，其中，由所述转发器发送的所述数据序列以一个主要比特序列开始。

22.根据权利要求21的方法，所述方法还包括一旦接收到来自所述转发器的所述数据序列而使得每个收发信机停止发送时，每个收发信机将在尝试重发其原始发送之前延迟一个周期。

23.根据权利要求21的方法，其中，所述延迟周期由每个收发信机通过选择一个随机数并根据其各自传输中的比特数而定标该随机数来计算。

24.根据权利要求23的方法，其中，如果后续发送重试仍然冲突，则增大随后计算的延迟周期。

25.根据权利要求24的方法，其中，在预定数量的失败重试之后，所述收发信机停止进一步的发送尝试。

26.根据权利要求25的方法，其中，在停止进一步的发送尝试后，网络警告操作员进一步的传输尝试已经停止。

27.一种无线电通信系统，其至少包括第一收发信机、第二收发信机和转发器，所述第一收发信机和所述第二收发信机相互间隔大于至少一个收发信机的最大传输范围的距离，并且所述转发器被置于所述第一和第二收发信机的中间，以便一旦接收到从所述第一收发信机发送的数据，所述转发器转发从所述第一收发信机发送的数据，其中，一旦在所述转发器完全接收或转发从所述第一收发信机发送的所述数据之前接收到从所述第二收发信机发送的数据，所述转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止其各自的发送。

28.根据权利要求27的无线电通信系统，其中，所述第一和第二收发信机各自的发送由一个连续的主要比特序列开头。

29.根据权利要求28的无线电通信系统，其中，由所述转发器发送的所述数据序列以一个主要比特序列开始。

30.根据权利要求29的无线电通信系统，其中，在接收到来自所述转发器的所述数据序列而使每个收发信机停止发送时，每个收发信机在尝试重发其原始发送之前延迟一个周期。

31.根据权利要求30的无线电通信系统，其中，所述延迟周期由每个收发信机通过选择一个随机数并根据其各自传输中的比特数而定标该随机数来计算。

32.根据权利要求31的无线电通信系统，其中，如果后续发送重试仍然冲突，则增大随后计算的延迟周期。

33.根据权利要求32的无线电通信系统，其中，在预定数量的失败重试之后，所述收发信机停止进一步的发送尝试。

34.根据权利要求33的无线电通信系统，其中一旦停止进一步的发送尝试，所述无线电通信系统警告操作员进一步的传输尝试已经停止的事实。

35.一种用于至少包括第一收发信机和第二收发信机的无线电通信系统中的转发器，所述第一收发信机和所述第二收发信机相互间隔大于至少其中一个收发信机的最大传输范围的距离，在使用中，所述转发器被置于所述第一和第二收发信机的中间，以便一旦接收到从所述第一收发信机发送的数据，所述转发器转发从所述第一收发信机发送的数据，其中一旦在所述转发器完全接收或转发从所述第一收发信机发送的数据之前接收到从所述第二收发信机发送的数据，所述转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止其各自的发送。

36.根据权利要求35的转发器，其中，由所述转发器发送的所述数据序列是主要比特序列。

37.一种用于包括至少一个其它收发信机和转发器的无线电通信系统中的收发信机，在使用中，所述收发信机和所述至少一个其它收发信机相互间隔大于至少其中一个收发信机的最大传输范围的距离，并且所述转发器被置于所述收发信机和所述至少一个其它收发信机中间，以便一旦接收到从所述至少一个其它收发信机发送的数据，所述转发器转发从所述至少一个其它收发信机发送的数据，并且一旦在转发从所述至少一个其它收发信机发送的数据之前接收到从所述收发信机发送的数据，所述转发器发送一个数据序列，指示每个收发信机停止各自的发送，其中，一旦接收到来自所述转发器的所述数据序列，所述收发信机将停止发送。

38.根据权利要求37的收发信机，其中，来自所述收发信机的发送由一个连续的主要比特序列开头。

39.根据权利要求38的收发信机，其中，一旦接收到来自所述转发器的所述数据序列，所述收发信机在试图重发其原始发送之前延迟一个周期。

40.根据权利要求39的收发信机，其中，所述延迟周期由所述收发信机通过选择一个随机数并根据其传输中的比特数而定标该随机数来计算。

41.根据权利要求40的收发信机，其中，如果后续重传仍然导致接收来自所述转发器的数据序列，则所述收发信机将在重传其原始发送之前增大后续的延迟周期。

42.根据权利要求41的收发信机，其中，在预定数量的失败重发尝试之后，所述收发信机将停止进一步的发送尝试。

43.根据权利要求42的收发信机，其中，一旦停止了进一步的发送尝试，所述收发信机将警告操作员进一步的发送尝试已经停止的事实。

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