传送数据的方法和信令系统.pdf

一种在主/从无线网络的一个主站(10)和多个从站(SL1到SL5)之间传送数据的方法，包括主站把从站分配到多个类别(Z1，Z2)。主站发送信标信号，其中包含主站有数据向之传送的类别指示。从站根据一种唤醒序列工作，接收信标信号，决定收到的信标信号中是否有其类别的指示。如果有，从站传送包括身份指示的请求。主站检查是否有数据分组要传送给拥有所指示标识符的从站，如果有，则发送数据包，而如果没有，则发送否定证实。那些没有参与消息交换的从站可以转回睡眠模式，从而节约电力。

1.  一种在一个主站和多个从站之间传送数据的方法，其中每个从站都有一个用于区别的标识符，包括把从站分配到多个类别中，把属于每个类别的从站的标识符储存在主站中，主站发送信标信号，其中包含主站有数据向之传送的类别指示，响应于确定收到的信标信号中有为其分配的类别指示的从站发送包含从站标识符的响应，响应于确定有数据要传送给拥有所指示标识符的从站的主站向该从站传送数据。

2.  根据权利要求1的方法，其特征在于信标信号被间歇地发送。

3.  根据权利要求1或2的方法，其特征在于如果主站没有数据信号给所指示类别中的从站，则主站做出否定证实。

4.  根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于从站间歇地监视信标信号的存在。

5.  根据权利要求1至4任何一个的方法，其特征在于从站向主站发送改变类别的请求信号。

6.  根据权利要求5的方法，其特征在于改变类别的请求信号包括要改变到的类别的指示。

7.  根据权利要求1至6中任何一个的方法，其特征在于每个类别包括一个共同的操作特征。

8.  一种信令系统，包括至少一个主站和多个从站，每个从站都有一个用于区别的标识符，主站包括装置，用于储存从站的标识符被分配的多个类别，以及一个发送器，用于发送包含那些要向之传送数据的类别指示的信标信号，每个从站具有装置，用于识别接收到的信标信号中其类别指示，并具有用于发送包括从站的标识符的响应的装置，而主站具有装置，用于决定其有数据要传送给拥有已被识别的标识符的从站，并促使将数据发送到该从站。

9.  根据权利要求8的系统，其特征在于主站具有用于使发送器间歇地发送信标信号的装置。

10.  根据权利要求8或9的系统，其特征在于主站和从站在单频信道上工作。

11.  根据权利要求8、9或10的系统，其特征在于主站具有装置，用于如果主站没有数据信号给所指示类别中的从站，则发送否定证实。

12.  根据权利要求8至11中任何一个的系统，其特征在于从站具有用于间歇监视信标信号的存在的装置。

13.  根据权利要求8至12中任何一个的系统，其特征在于从站信令具有用于向主站发送改变类别请求的装置。

14.  根据权利要求13的系统，其特征在于所述发送改变类别请求的装置包括指示要改变到的类别的装置。

15.  一种在信令系统中使用的从站，该信令系统中，主站发送含有那些其有数据向之传送的从站的类别指示的信标信号，从站包括收发器、储存其被分配的类别及自己的标识符的装置、储存其收发器的唤醒序列的装置、对接收到信标信号做出响应的装置，用于检查是否该信标信号含有其类别指示，并且如果含有，则促使收发器向主站发送包含其标识符的响应消息，以及对主站的应答做出响应的装置，主站的应答或者使从站保持通电以接收数据，或者使其采用睡眠模式。

16.  一种在数据信令系统中使用的主站，该信令系统包括多个从站，每个从站都有一个用于区别的标识符，主站包括把从站分配到多个类别的装置、在每个类别中储存从站的标识符的装置、发送含有那些其有数据向之传送的类别指示的信标信号的发送器、从从站接收包括被分配到信标信号中指示的类别的标识符的响应的装置、检查是否有数据要发送给发送响应的从站的标识符，并且如果有，则促使发送器发送数据的装置。

传送数据的方法和信令系统
技术领域
本发明涉及在一个主站和多个从站之间传送数据的一种方法和信令系统。
本发明特别但非唯一适用于低费用的主/从无线网络。
背景技术
在主/从网络中，一个单一设备(主站)完全控制多个设备(从站)的网络。一般来说，主设备含有充足够的电源(即电力线)，而从设备可以由电池供电。这种网络模式有利于使用非常简单，因此费用低的从设备，后者只能与主设备通信。
因为从设备使用电池供电，所以它们需要耗电低。从主设备向从设备传送消息(下行链路传送)所采用的标准的查询/应答方法有许多缺点。
查询/应答系统依靠从设备能够以规则的间隔接收查询。这要求从设备要定时侦听主设备的查询。为此，主设备必须在发送目的消息时附带某种形式的唤醒信号，以便引起从设备的注意。此唤醒信号必须持续发送至少和从设备的睡眠时间一样长，以便当从设备醒来时能够发现该唤醒信号，并使其接收器打开，接收消息本身。如果不需要传输任何消息(大多数时候是这样)，从设备就将无必要地耗费能量。
查询/应答系统的另一个缺点是大任务循环带来的不利，这点可能影响到频率的选择。
发明内容
本发明的一个目的是提高主/从网络中从设备的电池使用效率。
根据本发明的第一个方面，它提供一种在一个主站和多个从站之间传送数据的方法，其中每个从站都有一个用于区别的标识符，包括把从站分配到多个类别中，把属于每个类别的从站的标识符储存在主站中，主站发送信标信号，其中包含主站有数据向之传送的类别指示，响应于确定收到的信标信号中有为其分配的类别指示的从站发送包含从站标识符的应答，响应于确定有数据要传送给拥有所指示标识符的从站的主站向该从站传送数据。
根据本发明的第二个方面，它提供一种信令系统，包括至少一个主站和多个从站，每个从站都有一个用于区别的标识符，主站包括储存装置，用于储存从站的标识符被分配的多个类别，以及一个发送器，用于发送包含那些要向之传送数据的类别指示的信标信号，每个从站具有装置，用于识别接收到的信标信号中的类别指示，并具有用于发送包括从站的标识符的响应的装置，而主站具有装置，用于决定其有数据要传送给拥有已被识别的标识符的从站，并促使将数据发送到该从站。
根据本发明的第三个方面，它提供在信令系统中使用的从站，其中，主站发送含有那些其有数据向之传送的从站的类别指示的信标信号，从站包括收发器、储存其被分配的类别及自己的标识符的装置、储存其收发器的唤醒序列的装置、对接收到的信标信号做出响应的装置，用于检查是否该信标信号含有其类别指示，并且如果含有，促使收发器向主站发送包含其标识符的响应消息，以及对主站的应答做出响应的装置，主站的应答或者使从站保持通电以接收数据，或者使其进入睡眠模式。
根据本发明的第四个方面，它提供在信令系统中使用的主站，该信令系统包括多个从站，每个从站都有一个用于区别的标识符，主站包括把从站分配到多个类别的装置、在每个类别中储存从站的标识符的装置、发送含有那些其有数据向之传送的类别指示的信标信号的发送器、从从站接收包括被分配到信标信号中指示的类别的标识符的响应的装置、检查是否有数据要发送给发送响应的从站地标识符，并且如果有，促使发送器发送数据的装置。
确定信标信号不包括其类别指示的从站可以进入睡眠模式，在这种模式时，它会定时醒来侦听信标信号。
实施根据本发明的方法和系统时，类别可以包括诸如操作类别，每个类别有一个或多个从站，或者包括唤醒序列，其中一些从站相对频繁地醒来，其它从站较少醒来。
如果需要，主站在应答时检测到没有向一特定从站传送的数据时，可以发送一个否定证实，这样从站便能断电了。

附图简述
现在参考附图，举例描述本发明，其中：
图1是主/从无线网络的示意框图，
图2代表一个信标信号的部分，
图3是说明主/从无线网络基本操作的流程图，以及
图4说明动态调整所分配的类别。
这些图中使用相同的数字代表相应的特征。
本发明实施的模式
图1所示的无线网络包括一个主站10，它包括由控制器(C)14控制的收发器12。主站10由电力线16或其它如发电机等适合的电源供电。
此无线网络还包括多个从站SL1至SL5，它们为方便起见，安排在两个类别Z1和Z2中，每个类别各有一个共同的操作特征。从站SLI到SL5各包括一个收发器20，由微控制器22控制。从站SLI到SL5分别由各自的电池24供电。每个从站各有一个用于区别的标识符，如无线身份码(RIC)或RIC的简易形式。
在所示实施方案中，收发器12、20以单频工作。从站SL1到SL5根据多路存取协议发送数据，例如载波侦听多重访问协议(CSMA)，这时收发器在发送前先检查频率信道未是否被占用。然而这不能避免冲突，因为在第一个收发器检查完信道空闲，准备发送的短暂间隔中，第二个收发器检查频率信道，便造成冲突。可以使用诸如随机指数补偿方案等争用解决方案，以试图避免第一和第二从站在同一时刻重试。
运行所示无线网络时，从站SL1到SL5采用睡眠模式，消耗很少的电能，但定时醒来检测主站10以固定间隔发送的信标信号。一个从站有一个唤醒序列，可能和同一类别的其它从站的唤醒序列不同，例如，一个或多个从站可以每30毫秒醒来一次，而另一个或多个可以每2秒醒来一次。为了从站能够决定是否主站10有数据消息，该网络定义从站可被指定到其中的多个类别(Z_max)。这些类别并不都有指定的从站，因为网络是动态的，从而不仅允许从站进入或离开网络，还可以从一个类别重新指定到另一个类别。定时发送的信标信号用于使从站同步，并包括表示哪一类别内的一个或多个从站当前有暂挂的消息的指示。
图2是一个信标信号BS的相关部分的示例，该信标信号保留一定比特数Z_max，用于分别指示对那些类别主站10有数据消息。参照图2，比特位置Z1到Z_max对应各自的类别，如果主站10有一个或多个消息发给任何特定类别中的从站，其相应的比特值为“1”，否则为“0”。因此，如图所示，主站只有发向类别ZI和Z4中的从站的消息。类别Z2、Z3和Z5至Zmax中的从站在决定没有发向其类别的数据消息后，转回睡眠模式。但类别ZI和Z4中的从站醒来时确定接收到的信标信号中相关的比特位置的值为1。这些从站各自向主站发送数据请求信号，其中包括它们的无线身份码，作为CSMA信号，并激活它们的接收器。主站接到数据请求，检查是否有发向特定无线身份码的数据消息，如果有，便向该从站发送一个数据包。该从站确认以完成事务。如果主站没有发向特定从站的数据消息，则向该从站发送否定证实，该从站收到后，便可以转回睡眠模式。
如果主站在该类别没有暂挂的消息了，将相应的暂挂比特从“1”复位到“0”。
图3是流程图，概括了根据本发明的基本方法。框30表示主站10发送信标信号。框32表示从站醒来。框34表示从站检查与其类别相应的比特值。框36表示检查比特值是否为“1”。如果不是(N)，从站转回框38代表的睡眠模式，如果是“1”(Y)，框40表示从站发送包括该从站标识的请求消息。框42表示主站检查从站的标识是否和数据包附带的标识一致。框44表示检查是否主站有发给该特定从站的数据包。如果没有(N)，框46表示主站发送否定证实消息，框48表示从站转回睡眠模式。如果有发给该从站的数据包(Y)，框50表示主站发送该数据包。框52表示从站发送确认。框54表示从站转入睡眠模式。框56表示主站检查是否还留有任何消息发给前面消息到达的类别。如果没有(N)，则框58表示将比特值变为“0”。如果还留有一些消息(Y)，流程图回到框40，主站等待从站发来下一个请求和标识。
从框58，流程图前进到框60，后者表示主站检查是否有其它数据包转发给从站。如果答案为否(N)，流程图回到框30。如果答案为是(Y)，框62表示主站等待下一个请求消息。
当具有长和短醒来间隔的从站被分配在同一类别时，会出现这种情况：即一个从站请求传送数据，而没有发给该站的数据暂挂，于是主站10发出否定证实。例如，两个从站可能被分配在一个类别，其中一个从站每2秒醒来，而另一个每30毫秒醒来。如果主站打算向前一个设备发送消息，那么后一个设备可能不断重复请求数据。因此，需要自适应的解决方案，允许从站动态改变其类别分配。
当一个从站加入主/从无线网络时，它分配到一个唯一的地址，以在网络上运行，并假设被指定到类别Z(＝1)。如果在其运行期间，从站在此类别请求数据，但收到否定证实的次数超过某阈值(如：在一给定时间段内为5次)，那么它选择转到另一个类别，例如下一个类别((Z mod Z_max)+1)。
为此，从站必须首先向主站发送一个类别改变通知，该通知中有打算转到的类别的一个指示。如果从站收到对此消息的成功确认，便可以转到其新类别。如果没有收到确认，它必须保持原类别，或者再次尝试通知主站自己的意图。这种与主站的通信，对于主站与从设备保持同步至关重要。
图4表明的正是这种操作。此例中有两个从站SL1、SL2和一个主站10。从站SL1睡眠时间长，而从站SL2更频繁地醒来。两个从站都假设默认类别Z1。主站10想发送一个消息给从站1。
参照图4，为方便起见，显示三个阶段(1)、(2)和(3)。
阶段1    主站10将其网络信标的类别暂挂标志字段的第一比特设置为1，表示有消息(信标(类别1)(BEACON(category 1))包)发给类别Z1中的从站SL1。从站SL2醒来，侦听信标信号，检测到类别Z1有消息暂挂。于是它向主站发送数据请求(数据-请求(从站2)(DATA_REQ(slave 2))包)。因为主站没有发给从站SL2的暂挂消息，它应答以对数据请求否定证实(数据-请求-否定证实(从站2)(DATA_REQ_NAK(slave 2))包)。从站SL2收到，并增加一次消息请求失败计数。
阶段2    主站发送下一个信标信号BS(信标(类别1))(BEACON(category 1))，因为从站SL1还没有请求暂挂的消息，所以主站还是设置了其网络信标信号的类别暂挂标志字段的第一比特。从站SL2再次醒来，侦听信标信号，发现类别Z1有消息暂挂。于是它向主站发送另一个数据请求(数据-请求(从站2))(DATA_REQ(slave 2))，并收到另一个否定证实(数据-请求-否定证实(从站2))(DATE_REQ_NAK(slave 2))。这一次，其消息请求失败计数达到了某一阈值，从站SL2决定转到类别Z2。于是，它向主站发送一个类别改变通知(类别-改变(从站2，Z)(CATEGORY_CHANGE(slave 2，Z))包)，其中包括它打算转到的类别号。然后主站确认此类别改变通知(确认(从站2)(ACK(slave，2))包)，并为从站SL2而更新其设备表。
阶段3    主站发送下一个信标信号BS，因为从站SL1还没有请求暂挂的消息，所以主站还是将其网络信标信号的类别暂挂标志字段的第一比特设置为1。这一次，从站SL1醒来，侦听信标，发现类别Z1有消息暂挂。于是它请求数据(数据-请求(从站1))(DATA_REQ(slave 1))，主站将数据发送给从站SL1(数据(从站1)(DATA(slave 1))包)。当从站SL1向主站发送了确认(确认(从站1)(ACK(slave 1))时，主站将其消息暂挂标志字段的第一比特复位到“0”。(注意：从站SL2可能也听到了此网络信标，但发现类别Z2中没有消息暂挂。)因此下一个信号信标不包含设置类别暂挂标志。
进行这种操作，最终将把具有相似唤醒序列的从站一起集中到一个共同的类别中。这有助于减少耗电，并缩小网络中从站的任务循环。
根据本发明的方法和信令系统可以使用双频，主站使用第一频率信道进行下行链路发送，从站使用第二频率信道进行上行链路发送。
在本说明书和权利要求书中，在一个部件前面使用的词“一个”，并不排除存在多个同样的部件。另外，“包括”一词并不排除存在除那些已列举的部件或步骤外，还有其它部件或步骤。
通过阅读本发明的内容，本领域的技术人员将容易做出其它修改。这样的修改可能涉及在主/从系统及组成部分的设计、制造和使用中的已知的其它特性，而且可以用来代替或补充本说明书描述的特性。
工业应用
用于数据通信的方法和信令系统。