專利名稱：無線電通信系統(tǒng)和收發(fā)信機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線電通信系統(tǒng)和收發(fā)信機。
背景技術：
可以通過安排一組相互之間通過射頻(RF)裝置進行通信以在設備之間傳輸數(shù)據(jù) 的設備來創(chuàng)建設備的網(wǎng)絡。假如每個設備都在每個設備的最大通信范圍之內(nèi)的話，每個設 備都可以與網(wǎng)絡中的每個其它設備有效地通信。與其中在同一時刻僅在兩個設備之間發(fā)生通信的“點對點”系統(tǒng)相比，本發(fā)明可以 用于“點對多點”系統(tǒng)。在點對多點通信系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡中的一個設備和兩個或更多個其它 設備之間同時發(fā)生通信?？煽康摹包c對多點”通信系統(tǒng)允許創(chuàng)建共享網(wǎng)絡變量。這是為網(wǎng)絡中所有設備所 知的變量。例如，如果一個設備想要改變共享網(wǎng)絡變量的值，其必須要發(fā)送請求而且保證所 有設備同時接收并處理所更新的變量。如果不能做到同時更新，或者并非網(wǎng)絡中的所有其 它設備都接收到該更新，那么該網(wǎng)絡就不具有共享網(wǎng)絡變量。共享網(wǎng)絡變量允許創(chuàng)建沒有中央控制器的網(wǎng)絡。所有有關網(wǎng)絡運行和控制的必要 數(shù)據(jù)同時被網(wǎng)絡中的每一個設備所知。該數(shù)據(jù)可以在任何時間由網(wǎng)絡中的任何設備更新， 并且保證所有其它設備相應更新它們的數(shù)據(jù)。這就使得當與具有中央控制器的網(wǎng)絡進行比 較時，網(wǎng)絡內(nèi)設備的控制變得簡單，更為靈活，且降低了成本。每個設備之間的單個通信活動在此被稱為事務(transaction)。在發(fā)送數(shù)據(jù)到一 個或多個該數(shù)據(jù)的收發(fā)信機/接收機的設備(收發(fā)信機/發(fā)射機)之間發(fā)生事務。事務還 包括從收發(fā)信機/接收機發(fā)送到收發(fā)信機/發(fā)射機以及到網(wǎng)絡中的收發(fā)信機/接收機相互 之間的數(shù)據(jù)。在本上下文中，為給定事務發(fā)送數(shù)據(jù)以在整個網(wǎng)絡中共享的設備被稱為“收發(fā)信 機/發(fā)射機”，而接收事務內(nèi)返回的數(shù)據(jù)的設備被稱為收發(fā)信機/接收機。應當理解，在同 一事務內(nèi)，給定的收發(fā)信機/接收機還可以發(fā)送確認信號。在下一事務中，該收發(fā)信機/接 收機可以變成收發(fā)信機/發(fā)射機。當同時向多于一個的收發(fā)信機/接收機發(fā)送時(已知的廣播或多播)，知道所有的 收發(fā)信機/接收機都已經(jīng)成功接收到數(shù)據(jù)是非常重要的。如果即使是有一個收發(fā)信機/接 收機沒有成功接收到數(shù)據(jù)(例如，由于一個致使收發(fā)信機/接收機中的數(shù)據(jù)破壞的比特錯 誤)，那么所有其它收發(fā)信機/接收機都必須得到通知，并非所有的其它收發(fā)信機/接收機 都已成功接收到了數(shù)據(jù)。
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這種網(wǎng)絡通常使用一種編碼將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特的方法。選擇該編碼方法作為可 用傳輸技術和諸如數(shù)據(jù)率和靈敏度的性能要求之間的折衷。普遍使用的編碼類型包括曼徹 斯特編碼和位填充技術。在常規(guī)的點對點通信協(xié)議中，通常的程序是在接收數(shù)據(jù)之后的一段時間使每個設 備發(fā)送一個確認聲明。這就有一個缺陷，即發(fā)送設備必須確切知道網(wǎng)絡內(nèi)的接收設備的數(shù) 量，并且知道怎樣與它們中的每一個聯(lián)系。同一數(shù)據(jù)段到多個接收設備的可靠傳輸要求該 同一數(shù)據(jù)的多次傳輸，以及對確認每次傳輸?shù)南鄳却Ｔ撏粩?shù)據(jù)到很多接收方的重復 傳輸浪費了通信媒體的可用帶寬。這種方法還要求發(fā)射機獲取并存儲有關確切是哪個接收 設備要接收給定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這種方法允許以不必要的復雜性和對通信媒體可用帶寬的低 效使用為代價來創(chuàng)建共享網(wǎng)絡變量。可選地，點對多點的傳輸可以用來將數(shù)據(jù)同時發(fā)送給多個接收方，而無需返回任 何確認。這造成數(shù)據(jù)傳輸不可靠，并且發(fā)射機不能夠確定是否所有的接收設備都已經(jīng)成功 接收到了數(shù)據(jù)。不可靠的數(shù)據(jù)傳輸意味著不能創(chuàng)建共享網(wǎng)絡變量。當兩個或多個設備在彼此的通信范圍之外時，情況就比較復雜。正如可以理解的 那樣，每個設備都具有其最大傳輸范圍(由設計因素決定，包括但不限于發(fā)射功率、接收機 靈敏度、天線類型、以及信號處理算法)。當有些設備在最大范圍之外并且因此不能與對方 通信時，通信和同步通信就會更加復雜。創(chuàng)建共享網(wǎng)絡變量也會由于來自不同設備的傳輸之間的沖突的發(fā)生而受到阻礙。 沖突反過來影響數(shù)據(jù)在整個網(wǎng)絡的成功傳輸。能夠檢測到?jīng)_突的發(fā)生并進行適當?shù)奶幚硎?非常重要的。這種適當?shù)男袆涌砂ㄍㄖl(fā)送設備其發(fā)送被中斷，以及通知網(wǎng)絡中的其它 設備發(fā)生了沖突。傳統(tǒng)的減少沖突可能性的方法包括在傳輸之前監(jiān)測媒體一段時間。每個設備會在 其傳輸過程中被延遲一段隨機時間，或者是對網(wǎng)絡中每個設備唯一的時段。例如，這段時間 可以通過使用該設備的設備地址(對于要唯一尋址的設備該地址必須是唯一的)而做到對 每個設備唯一。這可以使用單個比特的持續(xù)時間來衡量，從而如果幾個設備希望正好在同 一時刻開始傳輸?shù)脑?，它們就會等待不同的時段。等待最短時間的設備可以開始傳輸(并 且其它設備會看到這種傳輸，接收到該傳輸，并在稍后的時間重試它們自己的傳輸)。這種方法明顯的減少了沖突的可能性，然而，當使用其中不同網(wǎng)絡中的設備可能 使用相同地址的多個網(wǎng)絡時，該方法不是失效保護的并且未必適當。本發(fā)明的目的是提供一種用于改進RF多播通信系統(tǒng)中的設備之間的通信的系統(tǒng) 和協(xié)議，特別是如果兩個或更多數(shù)據(jù)傳輸之間發(fā)生了沖突。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于射頻通信網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀包括 被編碼以便當接收該數(shù)據(jù)幀的設備已經(jīng)從另一個源接收到數(shù)據(jù)時被理解為沖突的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種在設備的射頻網(wǎng)絡中檢測兩個傳輸之間的沖突 的方法，該方法包括從第一設備發(fā)送根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第一數(shù)據(jù)幀；從第二設備發(fā)送根據(jù)本發(fā)明的第一方面的數(shù)據(jù)幀的第二數(shù)據(jù)幀；以及
在接收第一數(shù)據(jù)幀的同時，檢測來自該第二數(shù)據(jù)幀的編碼數(shù)據(jù)序列，并將結果數(shù) 據(jù)序列識別為指示沖突。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包括至少三個設備的無線電通信系統(tǒng)，在使用 中，第一設備發(fā)送根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第一數(shù)據(jù)幀，第二設備發(fā)送根據(jù)本發(fā)明的第一 方面的第二數(shù)據(jù)幀；以及第三設備接收該第一和第二數(shù)據(jù)幀，并在接收該第一數(shù)據(jù)幀的同 時，檢測來自該第二數(shù)據(jù)幀的編碼數(shù)據(jù)，并將結果數(shù)據(jù)序列識別為指示沖突。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于包括至少兩個其它收發(fā)信機的無線電通信 系統(tǒng)中的收發(fā)信機，在使用中，該其它收發(fā)信機的第一個發(fā)送根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第 一數(shù)據(jù)幀，而第二個其它收發(fā)信機隨后發(fā)送根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第二數(shù)據(jù)幀，在使用 中，一旦在接收第一數(shù)據(jù)幀的同時接收到來自第二數(shù)據(jù)幀的編碼數(shù)據(jù)，則將該結果數(shù)據(jù)序 列識別為指示沖突。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種用于設備的射頻網(wǎng)絡中的通信協(xié)議，該協(xié)議具 有幀，該幀包括用于發(fā)送數(shù)據(jù)的第一時隙；第一時隙之后用于發(fā)送第一確認狀態(tài)的第二時隙；第二時隙之后用于發(fā)送第二確認狀態(tài)的第三時隙；以及第三時隙之后用于發(fā)送沖突指示的第四時隙。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種包括收發(fā)信機/發(fā)射機以及至少兩個收發(fā)信機 /接收機的無線電通信系統(tǒng)，其中該收發(fā)信機/發(fā)射機在第一時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)到收發(fā)信機 /接收機，并且其中一旦接收到該數(shù)據(jù)，則每個收發(fā)信機/接收機在第一時隙之后的第二時 隙內(nèi)返回第一確認狀態(tài)，在第二時隙之后的第三時隙內(nèi)返回第二確認狀態(tài)，或者在第四時 隙內(nèi)返回沖突確認。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種用于包括至少一個收發(fā)信機/發(fā)射機和至少一 個其它收發(fā)信機/接收機的無線電通信系統(tǒng)中的收發(fā)信機/接收機，在使用中，該收發(fā)信機 /接收機一旦在第一時隙內(nèi)從所述收發(fā)信機/發(fā)射機接收到數(shù)據(jù)分組，則在第一時隙之后 的第二時隙內(nèi)發(fā)送第一確認狀態(tài)，在第二時隙之后的第三時隙內(nèi)發(fā)送第二確認狀態(tài)，或者 在第三時隙之后的第四時隙內(nèi)發(fā)送沖突確認狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種用于包括至少一個其它收發(fā)信機/接收機的通 信系統(tǒng)中的收發(fā)信機/發(fā)射機，其中在使用中，該收發(fā)信機/發(fā)射機在第一時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù) 分組到該至少一個收發(fā)信機/接收機，并且在第一時隙之后的第二時隙內(nèi)從一個或多個該 收發(fā)信機/接收機接收第一確認狀態(tài)，在第二時隙之后的第三時隙內(nèi)從一個或多個該收發(fā) 信機/接收機接收第二確認狀態(tài)，或者在第三時隙之后的第四時隙內(nèi)從一個或多個該收發(fā) 信機/接收機接收沖突確認狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種用于設備的射頻網(wǎng)絡中的通信協(xié)議，該協(xié)議具 有幀，該幀包括用于發(fā)送數(shù)據(jù)的第一時隙，在第一時隙之后用于指示轉發(fā)標志的第二時隙， 以及在第二時隙之后用于轉發(fā)第一時隙內(nèi)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第三時隙，以及在第三時隙之后 用于允許兩個或更多個傳輸之間的沖突確認的第四時隙。根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供一種包括第一收發(fā)信機、第二收發(fā)信機和轉發(fā)器的 無線電通信系統(tǒng)，該第一和第二收發(fā)信機彼此間隔大于它們各自最大傳輸范圍中的至少一個的距離，并且該轉發(fā)器位于該第一和第二收發(fā)信機中間，其中一旦在第一時隙內(nèi)從第一 或第二收發(fā)信機的其中之一接收到數(shù)據(jù)，該轉發(fā)器在第二時隙內(nèi)發(fā)送轉發(fā)器標志，并且接 著在第三時隙內(nèi)發(fā)送在第一時隙接收到的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供一種用于包括至少兩個收發(fā)信機的無線電通信系 統(tǒng)中的轉發(fā)器，該至少兩個收發(fā)信機彼此間隔大于其各自的傳輸范圍中的至少一個的距 離，在使用中，該轉發(fā)器被置于該至少兩個收發(fā)信機中間，其中一旦在第一時隙內(nèi)接收到數(shù) 據(jù)，該轉發(fā)器在第二時隙內(nèi)發(fā)送轉發(fā)標志，在第三時隙內(nèi)發(fā)送第一時隙內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)，以 及如果在兩個或更多個傳輸之間發(fā)生了沖突，則接著在第四時隙內(nèi)發(fā)送沖突確認。根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，提供一種用于包括至少一個其它收發(fā)信機和轉發(fā)器的 無線電通信系統(tǒng)中的收發(fā)信機，該收發(fā)信機和該至少一個其它收發(fā)信機彼此間隔大于它們 各自的傳輸范圍中的至少一個的距離，在使用中，該轉發(fā)器被置于該收發(fā)信機和該至少一 個其它收發(fā)信機中間，其中一旦在第二時隙內(nèi)從該轉發(fā)器接收到轉發(fā)標志，該收發(fā)信機暫 停進一步的行動，直至該收發(fā)信機在第三時隙內(nèi)從該轉發(fā)器接收到最初由該至少一個其它 收發(fā)信機在第二時隙之前的第一時隙內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，提供一種至少包括第一收發(fā)信機、第二收發(fā)信機和轉 發(fā)器的無線電通信系統(tǒng)，該第一收發(fā)信機和第二收發(fā)信機間隔大于至少一個收發(fā)信機的最 大傳輸范圍的距離，該轉發(fā)器被置于該第一和第二收發(fā)信機中間，以便一旦從該第一收發(fā) 信機接收到數(shù)據(jù)傳輸，該轉發(fā)器轉發(fā)來自該第一收發(fā)信機的該數(shù)據(jù)傳輸，其中，在該轉發(fā)器 轉發(fā)來自該第一收發(fā)信機的數(shù)據(jù)傳輸之前，一旦從該第二收發(fā)信機接收到數(shù)據(jù)傳輸，則該 轉發(fā)器發(fā)送一個數(shù)據(jù)序列，指示每個收發(fā)信機忽略正在進行的傳輸。本發(fā)明的系統(tǒng)和協(xié)議具有許多用途，包含控制家用、工業(yè)和辦公器具的應用。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)幀結構；圖2A示出了網(wǎng)絡中三個設備的示意性例子，第一設備發(fā)送圖1的數(shù)據(jù)分組；圖2B示出了第二設備發(fā)送圖1的數(shù)據(jù)分組并引發(fā)沖突的示意性例子；圖2C為圖2A和2B中發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的時序圖；圖3示出了分布于這些網(wǎng)絡1-3中的網(wǎng)絡設備A-H ；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種網(wǎng)絡結構；圖5示出了用于本發(fā)明的環(huán)境中的網(wǎng)絡協(xié)議模型；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的幀結構；圖7示出了部署在根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡中的轉發(fā)器和兩個收發(fā)信機；圖8示出了用于圖7的配置中的幀結構；圖9示出了本發(fā)明中使用的收發(fā)信機設備的優(yōu)選結構；以及圖10示出了部分ISO 7層模型，其中執(zhí)行圖9的收發(fā)信機設備的某些功能。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個方面，任何發(fā)生的沖突都將通過使用由網(wǎng)絡內(nèi)的設備傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)幀的編碼而被檢測。
有兩種可能發(fā)生的沖突。第一種是在兩個設備之間，這兩個設備在彼此的范圍之 內(nèi)，由于某些原因在同一時刻開始發(fā)送數(shù)據(jù)。雖然使用了各種傳統(tǒng)的避免方法技術，諸如在 傳輸之前監(jiān)測媒體和根據(jù)每個設備的設備地址交錯設備的后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，仍然可能發(fā)生沖 突。在此情況下，數(shù)據(jù)傳輸就會在時間上彼此重疊。另外一種類型的沖突，并且是更容易發(fā)生的一種，是在設備需要將數(shù)據(jù)發(fā)送給分 布于幾個分開的網(wǎng)絡上的其它設備的情形。例如在這些網(wǎng)絡中的兩個網(wǎng)絡上，有些設備可 能相互靠近(即使位于不同的邏輯網(wǎng)絡)，而如果其它的設備在物理上位于它們各自的網(wǎng) 絡的相反側則可能在對方的范圍之外。這種排列具有更高的沖突發(fā)生可能性，因為多個設備共享同一地址(即使在不同 的網(wǎng)絡上)，并從而能夠同時開始它們各自的傳輸。此外，由于有些設備會在彼此的范圍 之外，要檢測到?jīng)_突已經(jīng)發(fā)生就更加困難，因為來自各自設備的數(shù)據(jù)傳輸將不會直接重疊。 然而，在這些情況下，位于兩個極端設備之間的設備，也就是處于兩個設備的范圍之內(nèi)的設 備，將會在接收過程中檢測到?jīng)_突，并且這個事實有利于處理沖突?；氐降谝环N情況，本發(fā)明以以下方式解決在彼此范圍之內(nèi)的兩個設備的傳輸之間 的沖突的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，由設備發(fā)送的每個數(shù)據(jù)幀包括特殊編碼的部分，優(yōu)選是 位于或接近其開始處，該部分在由已經(jīng)接收另一傳輸?shù)脑O備接收時，會被理解為沖突。圖1示出了包括數(shù)據(jù)部分11，確認部分12和編碼部分13的幀10的示例性結構。 示例幀10還包括“數(shù)據(jù)結束”標記14。該幀結構可用于如圖2A、2B中所示的示例性網(wǎng)絡。在這個例子中，如圖2A中所 示，設備A將發(fā)送包括將由設備C接收的編碼部分13和數(shù)據(jù)部分11的數(shù)據(jù)幀10。在此情 況下，設備C還沒有接收到另一傳輸并且一旦從設備A接收到第一數(shù)據(jù)幀10，將會忽略編碼 部分13并繼續(xù)處理數(shù)據(jù)幀10中的數(shù)據(jù)11。如果由于某些原因，在數(shù)據(jù)幀10的傳輸過程 中，設備B開始發(fā)送相應的數(shù)據(jù)幀10’到設備C，如圖2B中所示，設備C就會突然檢測到來 自數(shù)據(jù)幀10’的編碼部分13’，并且由于它已經(jīng)接收了數(shù)據(jù)幀10，它將會將編碼部分13’理 解為沖突。示意這種情形的時序圖在圖2C中示出。一旦檢測到?jīng)_突，設備C就繼續(xù)接收沖突的數(shù)據(jù)幀直至其能夠檢測到第二次傳輸 的數(shù)據(jù)結束標記14’。此時，設備C將發(fā)送沖突確認指示到設備B，其通知設備B數(shù)據(jù)傳輸 已經(jīng)被破壞并且應該重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。設備A在其傳輸完成時尚未從設備C接收到任 何確認信號(因為設備C還在繼續(xù)從設備B接收數(shù)據(jù)傳輸)，其將此作為丟棄的分組對待并 將知道它將需要重新發(fā)送其傳輸。以上描述的例子假設設備B的傳輸在設備A的傳輸之后完成，然而，在設備A傳輸 的數(shù)據(jù)幀10比設備B的數(shù)據(jù)幀長得多的情況下，那么設備C將檢測到來自設備A的傳輸?shù)?數(shù)據(jù)結束標記，而設備A將接收到?jīng)_突確認信號。在此情況下，設備B將不會接收任何確認 信號并且將假設其數(shù)據(jù)分組被丟棄，將會稍后嘗試重新發(fā)送其數(shù)據(jù)。在一種不太可能的情況下，設備A和設備B均同時開始有效傳輸(在符號的約74 或更少的范圍內(nèi))，將會發(fā)生以下三種結果中的其中一種。-A在兩次傳輸中發(fā)送的數(shù)據(jù)將沖突，而且無論如何設備C都會最終檢測到?jīng)_突。 這是因為由該兩個設備傳輸?shù)膬蓚€數(shù)據(jù)流中通常有足夠的不同，這將會被設備C理解為沖突。然而，這依賴于要存在足夠大的數(shù)據(jù)差異，但這并不是總能夠得到保證。-B來自兩個分組的數(shù)據(jù)將沖突，但是設備C檢測不到?jīng)_突(例如，由于在兩次傳輸 之間沒有足夠的數(shù)據(jù)差異用于沖突的決定性判斷)，然而，沖突將會導致數(shù)據(jù)流的足夠的破 壞，從而當兩次數(shù)據(jù)傳輸中的最后一次完成時，設備C回應一個否定確認。如果設備A和B都發(fā)送恰好相同長度的數(shù)據(jù)流，那么設備A和B 二者將從設備C接 收到否定確認并將稍后重試它們各自的傳輸。然而，如果設備A和B的分組長度不同，那么 發(fā)送較短傳輸?shù)脑O備將等待來自設備C的確認信號而另一個設備仍在發(fā)送。由于第一個設 備不能得到任何確認信號，其將假設其分組丟棄并將試圖在稍后的時間重傳它的數(shù)據(jù)。發(fā) 送較長傳輸?shù)脑O備最終或者會接收到否定確認(如果設備C能夠檢測到數(shù)據(jù)損壞，并檢測 到數(shù)據(jù)結束標記)，或者如果設備C沒有檢測到數(shù)據(jù)結束標記，則設備C根本就不會確認，傳 輸設備由此將假設其分組被丟棄并且稍后會重試其傳輸。-C如果兩個傳輸都在恰好同一時間發(fā)送恰好相同的數(shù)據(jù)(實際上是非常不可能 的)，那么兩個傳輸將被設備C檢測為單個傳輸，并且會使用肯定確認來響應設備A和B，而 每個設備就會假設其數(shù)據(jù)已經(jīng)被成功發(fā)送和接收，其確實是的。可以用于沖突檢測的示例性編碼系統(tǒng)如下0比特將被編碼為OFF，ON對，而1比特將被編碼為ON，OFF對。因此，在0和1數(shù)據(jù)比特之間的沖突將被檢測為0Ν，0Ν。例如，后面跟有正常數(shù)據(jù) 比特的單個比特的沖突；0隊0隊0隊0 將指示后面跟有比特1的單個比特沖突。后面跟有 正常數(shù)據(jù)比特的多個連續(xù)比特的沖突，ON, ON, ON, ON, OFF, ON將指示后面跟有0比特的兩 個沖突比特。應當理解，可檢測的沖突總會導致接收0N，ON對。這是如上所述僅能夠編碼比特 0和1的曼徹斯特編碼系統(tǒng)的違例(violation)。正如可以理解的那樣，幀將會以起始碼開始并且結束碼為幀標記。這些可通過使 用曼徹斯特編碼違例來完成。在此情況下，利用了以下事實的優(yōu)點-后面跟有數(shù)據(jù)比特(0N，OFF或OFF，ON)的編碼違例(0N，0N)指示一個沖突；-后面跟有多個沖突(多個0N，0N)的編碼違例(0N，0N)仍然是一個沖突。然而，在編碼違例(0N，0N)之后跟隨另一個特殊違例(OFF，OFF)的情形中，由于沖 突或由于之后跟隨有效數(shù)據(jù)比特的沖突，這永遠不會發(fā)生。在此情況下，序列0N，ON, OFF, OFF被用作引入(lead-in)。如果檢測到這種情況，接收機將此識別為指示嵌入到正被傳輸 的數(shù)據(jù)流中的特殊標簽的標記。如果該序列后面跟有OFF，ON對，其代表幀的開始。如果該 序列后面跟有0N，0FF，則代表幀的結束。序列ON, ON, OFF, OFF, OFF, OFF 禾口 0N，ON, OFF, OFF, ON, ON 是非法的。根據(jù)本發(fā)明的另外一個特征，該特征對于更新網(wǎng)絡中或分布式網(wǎng)絡中的其它設備 尤其有用，是接收設備(C) 一旦檢測到由設備A和B發(fā)送的兩個數(shù)據(jù)幀之間的初始沖突，則 發(fā)送一個信號的特征。這個信號將被設備C范圍內(nèi)的其它設備理解為沖突，并且這些設備 反過來發(fā)送相同的信號給它們各自范圍內(nèi)的設備。以這種方式，網(wǎng)絡或分布式網(wǎng)絡范圍內(nèi) 的所有設備都將被通知在網(wǎng)絡中的某個地方發(fā)生了沖突，這些設備甚至可以在物理上位于
8沖突首先發(fā)生的設備的范圍之外。實際上，設備C 一旦檢測到設備A和B的傳輸之間的初始沖突，將停止一短段時間 的接收，發(fā)送使沖突能在其它設備中被檢測到的長突發(fā)，然后重新開始其接收功能。當設備 C檢測到?jīng)_突時，沖突之后的數(shù)據(jù)檢測被中斷，那么從向前的沖突檢測的觀點來看，設備C 試圖檢測的其它信息是幀結束標記。應當理解，幀結束標記可不總是在每種情況下都可識 別，然而，設備C將試圖定位這個標記。有較小的可能性是在由設備C發(fā)送長突發(fā)沖突信號的傳輸期間，數(shù)據(jù)結束標記將 由設備A或B(其曾經(jīng)最后傳輸結束)發(fā)送并被設備C遺漏。在此情況下，該傳輸不會得到 確認并會被發(fā)送該分組的設備認為是丟棄的分組，而且每個設備將會在稍后的階段試圖重 發(fā)該數(shù)據(jù)。圖3示出了三個網(wǎng)絡的典型示例，這三個網(wǎng)絡在分離時大多在相互臨近的范圍內(nèi) 工作。網(wǎng)絡1由設備A、B、C和D組成，而網(wǎng)絡2由設備E和F組成。網(wǎng)絡3由設備G和H 組成。如上所述，如果在設備C發(fā)生來自設備A和B發(fā)起的傳輸?shù)臎_突，設備C將發(fā)送將被 設備D和E接收的沖突信號，因為D和E會在設備C的范圍之內(nèi)，然而，由于在設備C范圍 之外，網(wǎng)絡2中的設備F和網(wǎng)絡3種的G和H無法接收這個信號。根據(jù)本發(fā)明，由于來自設 備C的沖突信號被設備D接收，一旦設備D接收到來自設備C的沖突信號，將反之發(fā)送能夠 被設備F和E檢測到的類似沖突信號。與之類似，設備E也將檢測到來自設備C的沖突信 號，因為設備E在設備C的范圍之內(nèi)，并且將發(fā)送也會被設備G和H接收到的其自己的沖突 信號。以這種方式，沖突信號在整個網(wǎng)絡上傳播，直至一個網(wǎng)絡/各網(wǎng)絡內(nèi)的所有設備都已 被告知在網(wǎng)絡1中的設備C處發(fā)生最初沖突。本發(fā)明的原理現(xiàn)在將在特定網(wǎng)絡結構的上下文中描述，該特定網(wǎng)絡結構是兩個共 同未決申請的主題。圖4中示出了一種典型的網(wǎng)絡架構，其中網(wǎng)絡200由節(jié)點1、2和3構成，節(jié)點1、2 和3是收發(fā)信機設備并可在給定通信事務中充當發(fā)射機和/或接收機。網(wǎng)絡200可以通過 網(wǎng)關210與其它網(wǎng)絡20通信。本發(fā)明的協(xié)議設計是基于ISO 7層模型并且有些術語與ISO所使用的相同。本發(fā) 明中所使用的協(xié)議是無連接的，意味著一旦單個數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)發(fā)生，不希望在此之前或之 后有其它的相關數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的協(xié)議模型基于ISO 7層模型并在圖5中示出。對于在兩個節(jié)點上分布的 應用，每個協(xié)議層具有到另一個節(jié)點內(nèi)的對等層的虛擬連接。正如可以看到的那樣，每個 層得到由上一層提供的數(shù)據(jù)，將其作為數(shù)據(jù)單元處理并添加自己的協(xié)議控制信息(PCI)字 段。在每一層，協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)或者是數(shù)據(jù)，或者是由下一更高層提供的包。PDU的名 字前冠有其應用的層(例如，SPDU為會話PDU)。物理層涉及ISO系統(tǒng)中的機械和電氣網(wǎng)絡接口。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，物理層指的 是用于在通信媒體上發(fā)送和接收比特的硬件和固件元件。在ISO系統(tǒng)中，鏈路層用于數(shù)據(jù)鏈路控制(例如，組幀、數(shù)據(jù)透明性、差錯控制)。 在本發(fā)明中，鏈路層用于將字節(jié)劃分為比特、比特填充(如果需要的話)、組幀、沖突檢測、 優(yōu)先排序、錯誤檢測、肯定/否定確認生成、校驗、轉發(fā)和重傳。ISO系統(tǒng)中的網(wǎng)絡層用于網(wǎng)絡路由、尋址、呼叫建立和清除，而在本發(fā)明中，網(wǎng)絡層用于網(wǎng)絡路由、尋址、事務建立和清除。在ISO系統(tǒng)中，傳輸層用于端到端的消息傳輸、連接管理、差錯控制、分段和流控 制。本發(fā)明的環(huán)境中沒有使用傳輸層。ISO系統(tǒng)中的會話層用于應用實體的對話和同步控制，但是沒有在本發(fā)明的環(huán)境 中使用。表示層在ISO系統(tǒng)中用于傳送語法協(xié)商，以及數(shù)據(jù)表示轉換，而在本發(fā)明的環(huán)境 中，表示層用于應用數(shù)據(jù)的可選加密。ISO系統(tǒng)中的應用層用于文件傳輸、訪問管理、文檔和消息交換、作業(yè)傳輸和操縱， 而在本發(fā)明的環(huán)境中，應用層支持發(fā)送和接收應用數(shù)據(jù)。最后，用戶應用層不但在ISO中使用，而且在本發(fā)明的環(huán)境中使用，用于任何需要 實現(xiàn)特定功能或行為的需要。本發(fā)明所具有的特征主要屬于鏈路層。在本發(fā)明的協(xié)議中，使用能夠可選地由主要比特和次要比特組成。如果兩個設備 同時發(fā)送主要比特和次要比特，那么接收機和發(fā)射機(監(jiān)測它們自己的傳輸)將僅檢測主 要比特。這個過程在共同未決的專利申請中描述。然而，一般來講，該協(xié)議將不使用主要比 特和次要比特，而且沖突必須使用如前所述的本發(fā)明的方法處理。通過由發(fā)射機首先監(jiān)測媒體一段時間而獲得媒體訪問，所述一段時間對于網(wǎng)絡中 的每個設備是不同的，并且如果沒有檢測到已有傳輸，發(fā)射機將嘗試通過發(fā)送前置碼流而 要求媒體訪問。這種前置碼以至少一個可檢測比特開始。對媒體訪問的要求定義了事務的 開始。事務包含所有的數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)的確認和轉發(fā)。網(wǎng)絡中的所有節(jié)點必須連續(xù)監(jiān)測媒 體，并且如果它們檢測到事務發(fā)生，它們將延遲任何對要求媒體訪問的嘗試直至當前事務 完成。事務是異步的它們可以在任意時刻發(fā)生，而且一個事務到下一事務的開始的時 間差不一定是比特周期的整數(shù)。在本申請中，事務被特別定義為劃分為幾個包含不同類型數(shù)據(jù)的子時隙的連續(xù)時 段。事務開始于一段設置的時間的前置碼，后面跟有將要從收發(fā)信機/發(fā)射機發(fā)送到兩個 或多個收發(fā)信機/接收機的特定數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送期間的時隙在長度上可變，并且包含用作 幀校驗序列的部分。跟隨數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖莾蓚€時隙，在該時隙期間由收發(fā)信機/接收機發(fā)送 肯定和否定確認，其后跟隨一個時隙，在該時隙期間由收發(fā)信機/接收機如上所述發(fā)送沖 突指示。圖6示出了該幀的結構。如上所述，事務是異步的并且可以在任何時間啟動。然而，一旦啟動，該事務就具 有基于時間的結構。事務中的特定標記用于顯示可變長度數(shù)據(jù)部分的開始和結束。在其間 發(fā)送肯定和否定確認以及沖突指示的時隙在時間上固定。通過仔細編碼并將數(shù)據(jù)冗余編碼 到這些時隙中，能夠傳送由一個或多個收發(fā)信機/接收機發(fā)送的肯定確認和由一個或多個 收發(fā)信機/接收機發(fā)送的否定確認。事務中涉及的所有設備都將看到這兩種確認時隙。期望肯定確認的收發(fā)信機/接收機將在肯定確認時隙期間發(fā)送特殊碼并將在否 定確認時隙期間接收。類似地，期望否定確認的收發(fā)信機/接收機將在肯定確認時隙期間接收并將在否 定確認時隙期間發(fā)送特殊碼。
設備監(jiān)測它們沒有進行傳輸?shù)臅r隙的事實確保了在兩個確認時隙的最后，每個設 備或者檢測到了肯定確認、否定確認或者同時檢測到二者，并因此能夠計算出網(wǎng)絡的整個 確認狀態(tài)。例如，發(fā)送肯定確認的收發(fā)信機/接收機將能夠檢測某些其它的發(fā)送否定確認的 收發(fā)信機/接收機。在事務的最后，所有的設備都不知道有多少肯定或否定確認，它們所知道的是有 一些肯定確認和一些否定確認。如果在事務期間根本存在任何否定確認，那么所有的收發(fā)信機/接收機都知道這 一點，并且會丟棄接收到的數(shù)據(jù)。類似地，收發(fā)信機/發(fā)射機也知道這一點并會試圖重新運 行該事務?？隙ù_認的生成如下。一旦接收到數(shù)據(jù)，節(jié)點將僅在以下時候生成肯定確認-數(shù)據(jù)時隙已經(jīng)針對其嵌入的幀校驗序列被校驗并且發(fā)現(xiàn)是有效的；以及-數(shù)據(jù)時隙內(nèi)出現(xiàn)的任何尋址信息匹配由該設備使用的尋址信息；以及-沒有檢測到?jīng)_突。每個設備收發(fā)信機通常包含至少兩種不同類型的地址，如下-單元地址，允許該設備被唯一單獨尋址；以及-多播地址，允許同時尋址網(wǎng)絡中的那些設備以更新共享網(wǎng)絡變量。另外，設備還可選地包括-網(wǎng)絡地址，允許物理設備由其所在的邏輯網(wǎng)絡分組?？赡苓€有其它的變化，但是這三種地址類型是基本的，并且用作其它更多復雜尋 址方案的基礎。否定確認產(chǎn)生中所涉及的過程如下。接收設備(收發(fā)信機/接收機)只有在通過 利用嵌入的幀校驗序列來校驗接收的數(shù)據(jù)而確定該數(shù)據(jù)時隙被破壞時，才生成否定確認。在設備確定數(shù)據(jù)時隙被破壞時，進一步檢查數(shù)據(jù)時隙內(nèi)的任何字段沒有用處。如果滿足生成肯定確認的條件而且如果沒有其它的收發(fā)信機/接收機已經(jīng)生成 否定確認，才能由收發(fā)信機/接收機進行由收發(fā)信機/發(fā)射機發(fā)送的數(shù)據(jù)的接受。這樣確 保了所有的收發(fā)信機/接收機僅接收給定消息一次。對于點對多點消息，這可能意味著消 息被收發(fā)信機/接收機丟棄，即使是消息看起來有效并被肯定確認。以上描述了在其中可以利用本發(fā)明的一般環(huán)境。以上所述的序列只能當每個設備 都在其它設備的范圍之內(nèi)時才被使用。應當理解的是，每個設備將具有最大傳輸范圍，超過 該范圍其就不能與其它設備通信。最大傳輸范圍是由設計因素決定的，設計因素包括但不 限于發(fā)射功率、接收機靈敏度、天線類型以及信號處理算法。對于較短范圍(沒有得到許可 證的)的設備，該范圍通常從幾十到最多幾百米。這樣一種設備的典型最大傳輸距離是在 20米的級別內(nèi)。在一個或多個設備位于另一個設備的最大傳輸范圍之外的情況下(即不能 直接與那個設備通信)，在執(zhí)行上述過程時就會遇到困難。特別是在收發(fā)信機/發(fā)射機發(fā)送 數(shù)據(jù)，某些或所有的其它收發(fā)信機/接收機將接收不到來自那個特定收發(fā)信機/發(fā)射機的 數(shù)據(jù)的情況下，從而使得不可能更新共享網(wǎng)絡變量。根據(jù)本發(fā)明，修改上述的協(xié)議以允許設備之間的數(shù)據(jù)重傳以便擴展網(wǎng)絡中使用的 設備的有效傳輸范圍。修改后的協(xié)議結合轉發(fā)器使用，轉發(fā)器大致位于網(wǎng)絡中設備的幾何中心并在分布于它們的正常傳輸范圍之外的設備之間充當中繼。圖7示出了網(wǎng)絡中的設備X和Y的示例配置。設備X和Y分隔大于它們各自傳輸 范圍中的每一個的距離。由此，如果設備X想要如上所述發(fā)送數(shù)據(jù)，設備Y將不能接收這些 數(shù)據(jù)并不能夠知道如何如上所述地繼續(xù)下去。然而，根據(jù)本發(fā)明，轉發(fā)設備30被放置在設 備X和Y之間并充當轉發(fā)器。這樣，如果設備X發(fā)送數(shù)據(jù)，轉發(fā)設備30就會從設備X接收 到這次傳輸并轉發(fā)該數(shù)據(jù)以便設備Y能接收到設備X的數(shù)據(jù)。當設備Y發(fā)送其確認時，這 將被轉發(fā)器接收到。轉發(fā)器再發(fā)送能被設備X和Y二者接收到的全部確認狀態(tài)。兩個設備 于是知道信息被轉發(fā)器轉發(fā)了，并反過來被轉發(fā)器范圍內(nèi)的所有設備接收或拒絕。設備X 和Y于是能夠以正常的方式繼續(xù)。當然，例如設備Y不一定是收發(fā)信機/接收機而可以是收發(fā)信機/發(fā)射機。然而， 在此情況下，由于超出了設備Y的范圍的設備χ(例如，收發(fā)信機/接收機)不能夠接收發(fā) 送的數(shù)據(jù)，設備Y將發(fā)送信息到網(wǎng)絡。此外，部署在設備X和設備Y之間的轉發(fā)設備30將 接收由設備Y發(fā)送的數(shù)據(jù)，并轉發(fā)這些數(shù)據(jù)以便設備X和轉發(fā)設備30范圍內(nèi)的任何其它設 備接收該轉發(fā)。應當理解的是，實際上并不需要直接將轉發(fā)設備30放置在兩個設備之間而是可 以放置在使網(wǎng)絡內(nèi)的設備都能到達的任何合適的位置。在某些情況下，有可能設備X具有到達設備Y的足夠范圍，然而傳輸范圍比設備X 更短的設備Y不能與設備X通信。在此情況下，轉發(fā)設備30可以位于比設備X更靠近設備 Y，以便允許來自設備Y的傳輸?shù)竭_轉發(fā)設備30，然后該消息就會被轉發(fā)并發(fā)送給設備X。事實上，以相同的方式構建網(wǎng)絡中的所有設備是有利的。這意味著每個設備，無論 是充當收發(fā)信機/發(fā)射機、收發(fā)信機/接收機或是轉發(fā)設備，都以相同的方式構建并能夠獨 立執(zhí)行它們想要的功能。這樣在復雜度和制造成本方面就有顯著的節(jié)省，因為僅需要制造 一種設備。在使用中，如果設備充當轉發(fā)器，一旦接收到第一幀中的信息(見圖6)，轉發(fā)器將 立即在新的第二時隙中發(fā)送轉發(fā)標志，并且接著在新的第三時隙中轉發(fā)在第一時隙中接收 到的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡于是以如上所述正常運轉，其中已經(jīng)接收到所轉發(fā)信息的作為收發(fā)信機/ 接收機的設備然后將如上所討論的那樣繼續(xù)確認那些數(shù)據(jù)的成功或不成功接收，而轉發(fā)器 將發(fā)布最終的全部轉發(fā)狀態(tài)以通知網(wǎng)絡中的所有設備所轉發(fā)數(shù)據(jù)的成功或失敗。圖8中示出了修改后的協(xié)議幀。與圖6的幀相比較，清楚地顯示出圖8的修改后的 轉發(fā)標記事務與圖6的非轉發(fā)標記事務的區(qū)別。特別地，兩個事務幀中均存在提供用于數(shù) 據(jù)傳輸?shù)牡谝粫r隙，然而，在圖8的轉發(fā)標記幀中，提供了第二時隙用于轉發(fā)標記標志的傳 輸。提供第三時隙，在該時隙內(nèi)將轉發(fā)在第一時隙內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)。幀結構于是以與圖6的 幀結構相同的方式繼續(xù)。特別是，提供了確認時隙以包含用于發(fā)送肯定確認的第一子時隙、 用于發(fā)送否定確認的第二子時隙以及用于發(fā)送沖突指示的第三子時隙。另外，在圖8的轉 發(fā)標記幀中，還提供了附加時隙用于傳輸轉發(fā)狀態(tài)，向所有設備提供傳輸已被轉發(fā)的證實。以上所述的情況涉及轉發(fā)器在可能有些設備可以在同一時刻開始傳輸?shù)氖聦嵪?甚至更為復雜。當所有設備都在彼此的范圍內(nèi)時，通常通過使每個設備在試圖發(fā)送之前監(jiān) 測媒體一段唯一的時間來避免沖突。當設備由于某些原因具有相同的延遲周期(例如，由 于在不同的網(wǎng)絡中但位于彼此的范圍以內(nèi))時仍然會發(fā)生沖突。在這種情況下，網(wǎng)絡中的有些設備有可能檢測到?jīng)_突，但是其它的設備則具有其不能檢測到?jīng)_突的足夠大的范圍。 那些檢測到?jīng)_突的設備能夠在它們的確認時隙內(nèi)通知出現(xiàn)沖突。然而，這種方法在某些情 形下將變得不可靠。為了改進沖突檢測和通知的可靠性，由所有檢測到?jīng)_突的設備傳播沖 突。這種通過網(wǎng)絡內(nèi)的設備傳播沖突確保了沖突的認識被快速散布。在使用轉發(fā)設備的情況下，在發(fā)送的設備和接收該傳輸?shù)牧硪粋€設備之間存在一 些延遲。在這段延遲時間內(nèi)，有可能開始來自另一個超出原始發(fā)送設備范圍之外的設備的 傳輸。在這種情況下，轉發(fā)器簡單地如上所述發(fā)送沖突傳播，并且如果可能的話將該沖突指 示作為部分后續(xù)確認時隙發(fā)送。一旦轉發(fā)器已經(jīng)啟動了傳輸，就不能檢測到?jīng)_突，但是范圍 之內(nèi)的其它設備可以這么做并利用該確認時隙的沖突指示部分來通知該轉發(fā)器。例如，參考圖7，如果設備X開始發(fā)送，在轉發(fā)設備30接收到設備X的傳輸?shù)臅r間 與其轉發(fā)將由設備Y接收的傳輸?shù)臅r間之間將會有延遲。在這段時間內(nèi)，設備Y可能開始發(fā) 送其自己的數(shù)據(jù)，這在轉發(fā)設備30開始轉發(fā)那個傳輸之前會引發(fā)與設備X的傳輸?shù)臎_突。 轉發(fā)設備30檢測并傳播這個沖突。簡言之，以上描述了由任何設備檢測沖突以及對其它設備看起來像是沖突的序列 的慎重的傳輸。這致使被檢測到的沖突通過網(wǎng)絡傳播。已經(jīng)傳播了該沖突的接收設備一直 等到傳輸結束。如果它們能夠的話，它們利用確認(第四)時隙的沖突指示字段向發(fā)送設 備回指沖突。以這種方式，發(fā)送設備知道已經(jīng)發(fā)生了沖突并且能夠適當?shù)刂匦掳l(fā)送。如果 它們不能夠向發(fā)送設備回指該沖突，接收設備根本就不發(fā)送任何確認。無論如何，接收設備 都會知道沖突(或者是因為它們檢測到了原始沖突，或者是它們檢測到了傳播的沖突)。類 似地，發(fā)送設備知道發(fā)送不成功，因為它們或者同樣得到了特定的指示，或者根本就沒有得 到確認。這種接近通過轉發(fā)器擴展。這種進一步的改進包括當任何傳輸開始了從一個設備到另外一個設備不同的一 段時間時，監(jiān)測媒體。這有助于減少沖突發(fā)生的可能性。將延遲的時間量通常是傳輸單個比 特所花費的時間的整數(shù)倍。這是沖突避免周期。通過使該周期對網(wǎng)絡中的每個設備唯一， 在理論上就永遠不會發(fā)生沖突。例如，這通過利用由例如比特的持續(xù)時間定標的設備的唯 一地址作為監(jiān)測媒體時將等待的時間而最為方便地完成。或者，可以隨著檢測到的每個連 續(xù)沖突而增大延遲。如果檢測到太多的連續(xù)沖突(例如，超過了預設的閾值數(shù))，傳輸?shù)膰L 試就被取消并通知操作員。因此，沖突可能發(fā)生的唯一時間(理論上)是當兩個設備使用相同的延遲周期時。 如果幾個不同的網(wǎng)絡位于彼此的范圍內(nèi)，這種情況有可能會發(fā)生(作為如前討論所的“相 鄰房間”問題已知)，并且使用本發(fā)明的沖突傳播方法來解決。如上所討論，實際上以相同的方式構建網(wǎng)絡中的所有設備是有利的。這意味著，每 個設備無論是其充當收發(fā)信機/發(fā)射機、收發(fā)信機/接收機或是轉發(fā)設備，都將以相同的方 式構建并且分別能夠執(zhí)行它們所希望的功能。這在復雜度和制造成本方面提供了顯著的節(jié) 省，因為只需要制造一種類型的設備。收發(fā)信機設備100的優(yōu)選實現(xiàn)使用無線電接收機、無線電發(fā)射機以及微處理器。 這前面兩項可以可選地組合為發(fā)射機/接收機，如圖9所示，圖9示出了包含微處理器110 和發(fā)射機/接收機120的設備100。發(fā)射機/接收機120通過天線130發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。應理解的是，使用微處理器并非強制性的。例如，協(xié)議可以在專用集成電路、可編
13程邏輯設備或可編程門陣列中實現(xiàn)。使用微處理器較為方便，因為其允許容易的可更改的 軟件實現(xiàn)，并減少了總的部件數(shù)。然而，軟件實現(xiàn)僅適用于低到中等的數(shù)據(jù)速率。發(fā)射機/接收機120的功能是接收或發(fā)送信息。發(fā)射機/接收機的選擇將由因素 范圍決定，包括(但不限于)a.產(chǎn)品將被銷售的市場的管理環(huán)境。每個國家都具有規(guī)則，其確定了包括允許的頻率、發(fā)射功率電平和帶寬的因素。適 用于某些國家的發(fā)射機/接收機在其它國家中可能不符合規(guī)定。對于在各個國家范圍內(nèi)具有廣泛銷售要求的產(chǎn)品，有可能需要選擇適合于每個國 家的幾種不同的收發(fā)信機。b.功耗，連同任何其它決定可用功率值的考慮。例如，具有高功耗的發(fā)射機/接收機可能不適用于電池運行。c.發(fā)射機/接收機在接收和發(fā)送模式之間切換所用的時間。在本發(fā)明的通信協(xié)議中，在接收與發(fā)送之間切換的時間非常重要，因為該協(xié)議包 含一組固定的時間片。依賴于所執(zhí)行的全部事務，時間片可能需要被接收或者被發(fā)送。在接收和發(fā)送之間切換的時間構成了開銷(停滯時間)。長的切換時間的結果是 浪費帶寬。d.接口 類型。有許多可用的發(fā)射機/接收機類型。提供數(shù)字數(shù)據(jù)輸入和輸出的類型給出與微處 理器的最簡單接口。e.數(shù)據(jù)速率。發(fā)射機/接收機需要支持適用于所有產(chǎn)品需求的數(shù)據(jù)速率。這個數(shù)據(jù)速率可以在 極低和極高之間的任何位置。f.物理尺寸，以及可用空間量。g.成本。h.設計工作量。最少考慮，發(fā)射機/接收機需要a.發(fā)送數(shù)據(jù)輸入，由微處理器使用以將通信狀態(tài)置于無線媒體上；b.接收數(shù)據(jù)輸出，由收發(fā)信機使用以向微處理器指示無線媒體的狀態(tài)；以及c.控制輸入，由微處理器使用以選擇發(fā)射機/接收機的運行的接收或發(fā)送模式?？刂戚斎肟梢栽诜浅：唵魏头浅碗s之間。在最為簡單的極端情況下，它用于在 接收與發(fā)送之間進行選擇。有些發(fā)射機/接收機支持低功率“睡眠”模式。其它的則允許 為發(fā)射機/接收機運行行為進行復雜設置和配置。對于所述的協(xié)議，控制輸入的類型并非關鍵性的。某些適當?shù)陌l(fā)射機/接收機包括RFM ASH系列TR1000到TR3100，Chipcon CC1000 和 Nordic NRF401、NRF403。微處理器110用于實現(xiàn)通信協(xié)議，利用發(fā)射機/接收機作為將通信狀態(tài)置于無線 媒體上的裝置，并從無線媒體接收通信狀態(tài)。微處理器的類型和選擇并非關鍵性的，只要其能夠執(zhí)行具有精確定時的操作。精 確的程度僅需足夠避免通信協(xié)議中生成比特誤差。
該協(xié)議最好以面向比特的方式實現(xiàn)，因為這樣允許容易地識別時間片開始的點。微處理器負責執(zhí)行至少某些以下的功能a.用于發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)編碼和解碼方案，例如曼徹斯特編碼；b.接收機中發(fā)送時鐘的恢復-例如通過同步到前置碼；C.沖突檢測；d.創(chuàng)建每個時間片，以及該時間片期間的適當發(fā)送或者接收以交換相關確認信 息；e.實現(xiàn)可以由接收設備使用的差錯檢測方案，以確定所接收的傳輸是否有錯誤；f.實現(xiàn)可以由接收設備使用的錯誤校正方案，以校正傳輸期間的一定數(shù)量的接收 錯誤；以及g.增加可用于改變事務結構的轉發(fā)器功能，以為了擴展范圍的目的而允許轉發(fā)信 息分組。如前所述，用于描述在通信協(xié)議中使用的功能的公共方法是IS07層模型。同時基 于這種模型的軟件結構并非強制性的，其使用簡化了總體設計。利用這種模型，底部幾層中 實現(xiàn)的功能在圖10中示出。微處理器硬件提供了電氣接口(物理層)，而微處理器軟件則執(zhí)行所有較高層的 功能。特別地，鏈路層的軟件MAC-B部分負責數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的所有時間關鍵性功能， 包括至少某些以下的功能a.啟動新的傳輸(包括任何前置碼的生成)；b.發(fā)送數(shù)據(jù)比特；C.發(fā)送幀標記；d.啟動接收;e.同步到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流以及時鐘恢復；f.數(shù)據(jù)比特的接收和解碼；g.幀標記的接收和解碼；h.通知沖突；i.啟動每個時間片；以及j.發(fā)送和接收時間片內(nèi)的數(shù)據(jù)比特。鏈路層的軟件MAC-F部分并不是如此的時間關鍵的。其負責較高層面向消息的處 理，包括以下中的至少一些a.從所接收的數(shù)據(jù)比特構建分組；b.分組錯誤校驗；c.確定何時確認，以及將生成的確認的類型(使用MAC-B的時間片服務)；d.(可選的)基于分組結構，調度轉發(fā)傳輸?shù)牟僮鳎籩.啟動新的分組的傳輸；f.生成分組錯誤校驗序列；g.傳輸分組，每次傳輸比特；h.檢查確認和沖突，并確定是否應該重新發(fā)送分組以及該重傳應該在何時發(fā)生。
許多不同微處理器可用。有一些具有消除了用于時間關鍵功能例如時間間隔生 成，脈沖生成等的一些處理器負載的特殊可用硬件功能。同時這些硬件功能并非強制性的， 它們的使用大大簡化了軟件設計和編碼。一些適合用于本發(fā)明中的微處理器包括iTexas InstrumentsMSP430系列，Atmel Atmega 系列和 Hitachi H8/3644 系列。本發(fā)明一個方面的有用特征涉及對包含由收發(fā)信機/發(fā)射機發(fā)送的數(shù)據(jù)的可變 長度時間片的結束的精確檢測。對于通信媒體來說希望要求一些形式的平衡傳輸以避免直流偏移的累積。這種平 衡要求當考慮通過中等到長時間周期時，媒體上ON和OFF狀態(tài)的數(shù)量相等。有許多可用于將數(shù)據(jù)比特轉換為媒體上的狀態(tài)的編碼方案。這些方案根據(jù)它們在 媒體上所消耗的帶寬以及在接收機內(nèi)恢復發(fā)送的數(shù)據(jù)的容易性而變化。優(yōu)選的編碼方案是曼徹斯特編碼，連同早先所述的編碼違例的選擇性使用。曼徹斯特編碼總是在每個數(shù)據(jù)比特的中間具有狀態(tài)轉移(OFF到0N，或ON到 OFF)，這大大簡化了接收機中的數(shù)據(jù)恢復和同步到發(fā)射機時鐘上的過程。在曼徹斯特編碼中，狀態(tài)對(OFF，OFF和0N，ON)是不允許的。可以利用曼徹斯特編碼，以便非法狀態(tài)對用于傳送有關重要點(point of significance)的信息。非法狀態(tài)序列的準確選擇并不是非常重要，只要其一直被使用。優(yōu)選地，應當保留 曼徹斯特編碼的直流平衡。代表傳輸?shù)目勺儾糠值慕Y束的適當編碼將使用簡單的非法序列(0N，ON, OFF, OFF)。這保留了直流平衡，而且能夠容易地被曼徹斯特解碼器所識別。如果還需要傳達附加信息，這個序列可以用作“引入”。這樣，例如，其它可能的序 列可以是(ON, ON, OFF, OFF, ON, OFF)=第一重要點(ON, ON, OFF, OFF, OFF, ON)=第二重要點當同時考慮方法和優(yōu)點時，優(yōu)選的協(xié)議實現(xiàn)是面向比特的、同步的，并且采用非法 編碼來指示變量部分中的重要點。這有利于在尋找可變部分的結束過程中提供基于時間的高級別精確度，相對來說 容易實現(xiàn)，消除對UART的表示特性的任何信賴，而且無需轉義序列或比特填充。另外，在尋 找可變部分的結束過程中的較高的基于時間的精確度也在確定所跟隨的固定時間片的開 始中創(chuàng)建了高級別的精確度。很容易簡單地通過計數(shù)傳輸?shù)臓顟B(tài)或比特而發(fā)送固定時間片。所接收的時間片需 要曼徹斯特解碼器(無需支持非法狀態(tài))，以及在接收時間片周期期間沒有發(fā)送任何信息 的情況下需要計時器。應當理解的是，已參考優(yōu)選實施例進行以上描述，而且可以在本發(fā)明的范圍之內(nèi) 進行許多變化和修改。
權利要求
1.一種至少包括第一收發(fā)信機、第二收發(fā)信機和轉發(fā)器的無線電通信系統(tǒng)，所述第一 收發(fā)信機和所述第二收發(fā)信機間隔的距離大于至少一個所述收發(fā)信機的最大傳輸范圍，所 述轉發(fā)器被置于所述第一收發(fā)信機和所述第二收發(fā)信機中間，以便一旦從所述第一收發(fā)信 機接收到數(shù)據(jù)傳輸，所述轉發(fā)器重傳來自所述第一收發(fā)信機的所述數(shù)據(jù)傳輸，其中，在所述 轉發(fā)器重傳來自所述第一收發(fā)信機的所述數(shù)據(jù)傳輸之前，一旦從所述第二收發(fā)信機接收到 數(shù)據(jù)傳輸，則所述轉發(fā)器發(fā)送用于指示每個收發(fā)信機忽略正在進行的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列。
2.根據(jù)權利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中，所述第一收發(fā)信機和所述第二收發(fā)信機 各自的傳輸以一個比特序列開頭，所述序列被編碼以便被接收到在時間上重疊的傳輸?shù)脑O 備理解為沖突。
3.根據(jù)權利要求2的無線電通信系統(tǒng)，其中，由所述轉發(fā)器發(fā)送的所述數(shù)據(jù)序列以一 個比特序列開始，所述比特序列被編碼為當被接收設備接收時被理解為沖突。
4.根據(jù)權利要求3的無線電通信系統(tǒng)，其中，一旦從所述轉發(fā)器接收到所述數(shù)據(jù)序列， 每個接收機將立即僅發(fā)送一次被編碼為被接收設備理解為沖突的相同比特序列，并且因而 忽略進一步接收的信息直到所述傳輸?shù)慕Y束。
5.根據(jù)權利要求4的無線電通信系統(tǒng)，其中，當?shù)竭_所述傳輸?shù)慕Y束時，接收設備將發(fā) 送用于指示檢測到了沖突的確認，或者根本就不發(fā)送任何確認。
6.根據(jù)權利要求5的無線電通信系統(tǒng)，其中，一旦發(fā)送設備發(fā)現(xiàn)了指示沖突的確認或 者根本沒有發(fā)現(xiàn)確認，所述發(fā)送設備將在試圖重發(fā)其初始傳輸之前延遲一個時段。
7.根據(jù)權利要求6的無線電通信系統(tǒng)，其中，由每個收發(fā)信機選擇一個隨機數(shù)，并且根 據(jù)其各自傳輸內(nèi)的比特數(shù)而定標所述隨機數(shù)來計算該延遲時段。
8.根據(jù)權利要求7的無線電通信系統(tǒng)，其中，如果隨后的傳輸重試仍然沖突，則使后續(xù) 計算的延遲時段增大。
9.根據(jù)權利要求8的無線電通信系統(tǒng)，其中，在預定次數(shù)的不成功重試之后，所述無線 電通信系統(tǒng)停止進一步的傳輸嘗試。
10.根據(jù)權利要求9的無線電通信系統(tǒng)，其中，在停止進一步的傳輸嘗試之后，所述無 線電通信系統(tǒng)針對其已經(jīng)停止進一步傳輸?shù)氖聦嵪虿僮鲉T發(fā)出警告。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線電通信系統(tǒng)和收發(fā)信機。一種用于非主要比特無線電網(wǎng)絡中的通信系統(tǒng)和協(xié)議。所述無線電網(wǎng)絡包括與其它收發(fā)信機通信以允許網(wǎng)絡變量為所有收發(fā)信機共享的收發(fā)信機。所述協(xié)議允許所述網(wǎng)絡處理來自不同收發(fā)信機的競爭傳輸之間的沖突。所述協(xié)議還處理在彼此傳輸范圍之外的收發(fā)信機之間的通信。
文檔編號H03M13/47GK102075306SQ201010543250
公開日2011年5月25日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權日2003年8月8日
發(fā)明者唐納·M·特雷斯, 艾什雷·G·奎克 申請人:奇勝集成系統(tǒng)控股有限公司