СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS COMMUNICATION

- ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к технической области связи и, более конкретно, к системе и способу для беспроводной связи.
- ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технология маломощной (малого радиуса действия) беспроводной связи возникла в конце последнего столетия и с тех пор, после десяти лет разработки, широко используется в областях, включающих управление производственными процессами, автоматизированные системы типа ″Умный дом″, дистанционное управление устройствами, системы безопасности, мониторинг окружающей среды, автоматизированное считывание показаний счетчиков, мониторинг токсичных и вредных газов, логистика, радиочастотная идентификация и т.д. В последние годы Интернет вещей рассматривается как новая точка роста для будущего экономического развития после финансового кризиса на национальном и международном уровнях. В результате, технология беспроводной связи малого радиуса действия будет далее развиваться в областях применения Интернета вещей (особенно в области сетей датчиков).
2
2
Концепция Интернета вещей возникла приблизительно в одно время с экологически чистой экономикой (с низким уровнем выбросов CO). Как одно из основных средств связи для Интернета вещей, технология цифровой беспроводной связи малого радиуса действия должна развиваться в направлении малой мощности и микромощности, при этом соответствуя тенденции развития, которая требует низкого уровня выбросов CO и низкого потребления энергии. Помимо этого, устройства с питанием от аккумулятора становятся все более требовательными к потреблению энергии с расширением применения устройств мобильной связи.
Итак, как уменьшить общее потребление энергии устройством беспроводной связи? Очевидно, что нереально просто уменьшить передающую мощность передатчика или только уменьшить потребление тока приемником. Эффект этого способа неочевиден и также приведет к неблагоприятным последствиям, таким как снижение качества связи. Цель уменьшения мощности может быть достигнута только путем обеспечения того, чтобы устройство связи находилось в режиме ″сна″, когда оно не используется, что может значительно снизить среднее потребление энергии устройством связи. В то же время, срок службы аккумулятора может быть продлен в несколько или даже тысячи раз у устройств с питанием от аккумулятора.
Для системы или сети полудуплексной беспроводной связи, состоящей из двух и больше беспроводных приемопередающих устройств и протокола любой структуры, время, в течение которого определенное устройство работает на передачу или прием, действительно очень небольшое. Можно значительно уменьшить среднее потребление энергии, если устройство связи будет переходить в режим сна, когда оно не работает на передачу или прием. Поскольку потребление тока в режиме сна находится на уровне микроампер и даже может составлять несколько микроампер, когда ток при передаче беспроводным устройством связи составляет более десятков миллиампер и ток при приеме составляет от десяти до нескольких десятков миллиампер, то чем дольше будет период сна, тем ниже будет среднее потребление энергии системой связи, в которой использован механизм сна.
Если одно или группа устройств беспроводной связи находится в режиме сна без приема или передачи, т.е., в нерабочем состоянии, связь не будет установлена, когда другие устройства связи попытаются связаться с ними. Таким образом, предпочтителен набор процессов или способов, которые обеспечат устройству беспроводной связи возможность воспринимать и осуществлять связь, когда с ним попытаются связаться другие устройства, то есть, привести это устройство беспроводной связи в рабочее состояние из режима сна. В настоящее время существует много способов выведения устройств беспроводной связи из режима сна, таких как регулярное выведение, выведение при определенной силе сигнала и выведение при самом коротком пакете данных. Однако, что касается этих способов выведения из режима сна, некоторые из них требуют, чтобы все устройства связи в системе беспроводной связи были синхронизированы во времени, некоторые имеют низкий запас помехоустойчивости, и некоторые требуют много времени в окне приема, что приводит к большому потреблению энергии в процессе выведения из режима сна. Если желательно управлять конкретными устройствами связи, протокол связи и процесс связи являются относительно сложными и отнимают много времени, что приводит к большому потреблению энергии после выхода из режима сна.
- РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ беспроводной связи, который отличается низким потреблением энергии и способен управлять конкретные устройствами связи на основании фактических запросов связи, а также направлен на устранение недостатков существующего уровня техники в виде большого потребления энергии и сложности процесса при управлении конкретными устройствами связи по фактическим запросам связи.
Техническое решение, примененное для решения этой технической задачи настоящим изобретением, состоит в следующем. Предложен способ беспроводной связи, используемый для передачи сообщения конкретному подчиненному устройству, когда главное устройство запрашивает связь, который включает:
этап S1, главное устройство генерирует код последовательности посредством конкретного кодера и передает код последовательности каждому подчиненному устройству непрерывно в течение заданного периода времени согласно запросу связи, при этом такой конкретный кодер является регистром сдвига с обратной связью, выполненный по конкретному многочлену, коэффициенты и порядок которого коррелированы с запросом связи, тогда как все коэффициенты и начальное значение не равны 0. Заданный период времени больше суммы периода сна и периода обнаружения подчиненного устройства или равен ей, составляющей цикл сна и приведения в рабочее состояние.
этап S2, конкретное подчиненное устройство принимает непрерывную часть кода последовательности в период обнаружения, декодирует эту часть кода последовательности посредством декодера, соответствующего кодеру, и выполняет соответствующую операцию согласно результату декодирования.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения код последовательности, генерируемый кодером, имеет форму m-последовательности, и каждое подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи направлен на приведение в рабочее состояние всех подчиненных устройств путем транслирования.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения коэффициенты специфического многочлена являются комбинация числа двоичных групп конкретной группы подчиненных устройств и заданной первой фиксированной последовательности, тогда как каждое подчиненное устройство в этой конкретной группе включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи направлен на приведение в рабочее состояние всех подчиненных устройств в этой конкретной группе.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения коэффициенты специфического многочлена являются по меньшей мере частью двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства или комбинацией по меньшей мере части двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства и заданной второй фиксированной последовательности, тогда как конкретное подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи предназначен для выведения из сна конкретного подчиненного устройства отдельно.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения коэффициенты специфического многочлена являются комбинацией по меньшей мере части двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства и двоичной последовательности, соответствующей команде управления, тогда как конкретное подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи предназначен для передачи команды управления конкретному подчиненному устройству.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения коэффициенты специфического многочлена являются комбинацией по меньшей мере части двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства и двоичная последовательность, соответствующая заданной команде открывания клапана или закрывания клапана, тогда как конкретное подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи предназначен для передачи команды открывания клапана или закрывания клапана конкретному подчиненному устройству, причем команда открывания клапана и команда закрывания клапана соответствуют разным двоичным последовательностям, соответственно.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения после того, как конкретное подчиненное устройство декодировало часть кода последовательности посредством декодера, выполненного как специфический регистр сдвига с обратной связью, такой же номер элемента кода как и номер порядка удаляется из принятого кода последовательности, и специфический регистр сдвига с обратной связью конкретного подчиненного устройства инициируется с начальным значением, равным значению специфического регистра сдвига с обратной связью главного устройства. После этого время, когда главное устройство начнет передавать код последовательности вычисляется по бодовой скорости текущей связи, конкретное подчиненное устройство синхронизируется по времени с главным устройством на основании вычисленного времени, и/или вычисляется время, когда главное устройство прекратит передавать код последовательности в заданный период времени, причем конкретное подчиненное устройство переходит в режим сна до вычисленного времени, чтобы прекратить передачу кода последовательности.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения, когда конкретное подчиненное устройство включает по меньшей мере два декодера, конкретное подчиненное устройство декодирует код последовательности посредством по меньшей мере двух декодеров последовательно путем применения эвристического способа после приема кода последовательности и выполняет соответствующую операцию согласно результату декодирования.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения на этапе S 1 логический 0 или логическая 1 кода последовательности кодируется способом манчестерского кодирования, способом кодирования без возвращения к нулю или способом кодирования с возвращением к нулю после генерации кода последовательности. После этого код последовательности, кодированный способом манчестерского кодирования, способом кодирования без возвращения к нулю или способом кодирования с возвращением к нулю непрерывно передается каждому подчиненному устройству в заданный период времени.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения:
конкретное подчиненное устройство, выполняющее соответствующую операцию согласно результату декодирования на этапе S2, включает:
подсчет числа непрерывных 0 в выходном сигнале после декодирования;
принятие решения, превышает ли число непрерывных 0 в выходном сигнале заданный предел, и выполнение соответствующей операции согласно порядку и коэффициентам многочлена декодера, который был использован;
или
если главное устройство инвертировало генерированный код последовательности, конкретное подчиненное устройство, выполняющее соответствующую операцию согласно результату декодирования на этапе S2, включает:
подсчет числа непрерывных 1 в выходном сигнале после декодирования;
принятие решения, превышает ли число непрерывных 1 в выходном сигнале заданный предел, и выполнение соответствующей операции согласно порядку и коэффициентам многочлена декодера, который был использован.
В способе беспроводной связи настоящего изобретения:
если главное устройство скремблировало или объединило генерированный код последовательности, на этапе S2 конкретное подчиненное устройство сначала выполнит дескремблирование или разделение, затем декодирование и выполнит соответствующую операцию согласно результату декодирования.
В настоящем изобретении также предложена система для беспроводной связи, которая включает главное устройство и по меньшей мере одно подчиненное устройство, причем главное устройство может работать для передачи сообщения конкретному подчиненному устройству при наличии запроса связи. Главное устройство включает:
кодирующий модуль, используемый для генерации кода последовательности посредством специфического кодера, причем специфическим кодером является регистр сдвига с обратной связью, выполненный по конкретному многочлену, и причем коэффициенты и порядок этого конкретного многочлена соотнесены с запросом связи, тогда как все коэффициенты и начальное значение многочлена не равны 0;
передающий модуль, используемый для передачи кода последовательности каждому подчиненному устройству непрерывно в течение заданного периода времени, причем заданный период времени больше суммы периода сна и периода обнаружения подчиненного устройства или равен ей, что составляет цикл сна и приведения в рабочее состояние.
Конкретное подчиненное устройство включает:
приемный модуль, используемый для приема кода последовательности в период обнаружения;
декодирующий модуль, используемый для декодирования кода последовательности посредством декодера, соответствующего кодеру;
управляющий модуль, используемый для выполнения соответствующей операции согласно результату декодирования.
При реализации технического решения настоящего изобретения может быть получен следующий полезный результат: не нужно синхронизировать устройства беспроводной связи, участвующие в сеансе связи, друг с другом; запас помехоустойчивости высокий, чтобы решать проблемы идентификации и ложного выведения из режима сна, чем улучшается надежность и секретность; период обнаружения и окно приема подчиненного устройства могут быть сокращены, чтобы уменьшить потребление энергии системой связи.
- КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение далее описано со ссылками на прилагаемые чертежи и варианты осуществления. На чертежах:
Фиг. 1 - технологическая схема, которая иллюстрирует примеры этапов способа беспроводной связи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - блок схема, иллюстрирующая один пример регистра сдвига с обратной связью в главном устройстве согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 - блок схема, иллюстрирующая один пример регистра сдвига с обратной связью в конкретном подчиненном устройстве согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - схема последовательности, иллюстрирующая использование способа беспроводной связи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 - схема логической структуры для системы для беспроводной связи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
- ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На Фиг. 1 приведена технологическая схема, которая иллюстрирует примеры этапов способа беспроводной связи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Этот способ беспроводной связи используется для отправки сообщения конкретному подчиненному устройству, когда главное устройство запрашивает связь, причем способ конкретно включает:
этап S1, главное устройство генерирует код последовательности посредством специфического кодера и передает код последовательности каждому подчиненному устройству непрерывно в течение заданного периода времени согласно запросу связи, причем специфическим кодером является регистр сдвига с обратной связью, выполненный по конкретному многочлену, порядок и коэффициенты которого соотнесены с запросом связи, тогда как все коэффициенты и начальное значение не равны 0. Заданный период времени больше суммы периода сна и периода обнаружения подчиненного устройства или равен ей, которая составляет цикл сна и приведения в рабочее состояние.
этап S2, конкретное подчиненное устройство принимает непрерывную часть кода последовательности в период обнаружения, декодирует эту часть кода последовательности посредством декодера, соответствующего кодеру, и выполняет соответствующую операцию согласно результату декодирования.
Принцип этого способа беспроводной связи будет конкретно описан на примере, когда кодер и декодер являются линейными регистрами сдвига с обратной связью. Однако следует сказать, что использование нелинейных регистров сдвига с обратной связью в качестве кодера и декодера также относится к объему настоящего изобретения.
Обычно многочлен n-го порядка выражают следующим образом:
i
i
Причем x только указывает значение коэффициента (1 или 0), который представлен c, но сам x не имеет практической значимости и его не нужно вычислять. Наоборот, его коэффициенты и порядок очень важны как важные параметры для реализации настоящего изобретения.
Главное устройство выбирает кодер, выполненный как многочлен разных коэффициентов или порядков, чтобы генерировать код последовательности, и передает код последовательности подчиненным устройствам, причем генерированный код последовательности представляет разные значения. Подчиненное устройство принимает непрерывную часть кода последовательности в период обнаружения и декодирует код последовательности один или несколько раз посредством одного или нескольких соответствующих декодеров. Если один из декодеров будет определен как соответствующий после использования, подчиненное устройство будет выведено из режима сна и выполнит соответствующую операцию на основании коэффициентов и порядка декодера. То есть, код последовательности, генерированный главным устройством, используется не только для вывода из сна подчиненного устройства, но и несет сообщения. Следовательно, подчиненное устройство может выполнить соответствующую операцию на основании этих сообщений, что не только снижает потребление энергии, но и улучшает эффективность связи.
Сначала главное устройство генерирует код последовательности посредством специфического кодера по запросу связи, причем специфическим кодером является регистр сдвига с обратной связью, выполненный по конкретному многочлену, порядок и коэффициенты которого соотнесены с запросом связи, тогда как все коэффициенты и начальное значение многочлена не равны 0. Со ссылкой на структуру регистра сдвига с обратной связью в главном устройстве, показанном на Фиг. 2, формула (1) может быть охарактеризована как:
0
1
2
n
0
1
n-1
1
2
n
Где ⊕ представляет добавление modulo-2 или XOR, n представляет порядок регистра сдвига с обратной связью, все коэффициенты многочлена, c=1, c, c, … c не могут быть 0, все начальные значения a, a, … a не могут быть 0, и коэффициенты c, c, … c и порядок n многочлена соответствуют запросу связи, т.е., разные коэффициенты или порядки регистра сдвига с обратной связью (кодер) используются согласно по разным запросам связи.
Помимо этого, деформация может быть получена следующим образом, путем перемещения всей правой части формулы (2) влево:
0
1
2
n
n
Новый регистр сдвига с обратной связью с входными данными может быть получен на основании формулы (3). Как показано на Фиг. 3, если коэффициенты c, c, c, … c и порядок n характеристического многочлена являются такими же как у регистра сдвига с обратной связью, показанного на Фиг. 2, когда входными данными регистра сдвига с обратной связью является a, независимо от его начального значения, после сдвига n раз, чтобы удалить все несоответствующие начальные значения регистра сдвига с обратной связью (также можно инициировать регистр сдвига непосредственно n-м числом первых полученных элементов правильного кода), его выходными данными постоянно является 0 при сдвиге. В результате, подчиненное устройство примет достаточно длинную часть кода последовательности и введет ее в декодер. После того, как декодер выведет достаточное число последовательных 0, можно определить, что принятые элементы кода коррелированы и переданы главным устройством. Этот процесс называется определением корреляции.
n
Поэтому, из формулы (2) можно видеть, что для регистра сдвига с обратной связью n-го порядка могут существовать (2-1) видов коэффициентов. Чем больше значение n, тем более разными могут быть коэффициенты. Таким образом, больше произвольных многочленов и кодеров могут быть предусмотрены в главном устройстве маломощной системы для беспроводной связи. Главное устройство выбирает конкретный многочлен на основании запроса связи до инициации связи. Кроме того, очевидно, что коэффициенты и порядок многочлена были предварительно согласованы с подчиненным устройством.
Для декодера, использующего формулу (3) в подчиненном устройстве, корреляция принятой части сообщения может быть определена, если его коэффициенты и порядок такие же как в главном устройстве. Однако, если главное устройство использовало только один вид многочлена, подчиненное устройство может использовать один вид соответствующего декодера для декодирования. Если главное устройство использовало несколько многочленов, поскольку подчиненное устройство точно не знает, какой многочлен используется главным устройством для генерации перехваченной части кода последовательности в этот раз перед тем, как оно начнет декодирование, подчиненное устройство сначала должно определить его эвристическим путем, при котором используются следующие конкретные этапы.
Главное устройство может использовать М видов многочленов против определенного конкретного подчиненного устройства. В результате, подчиненное устройство должно выполнить М раз эвристику от первого вида многочлена до М-го вида многочлена во время периода декодирования. В течение этого периода, если корреляция определена на N-й (1≤N<М) раз эвристического декодирования, считается, что найден N-й многочлен, который совпадает с многочленом, использованным в этот раз для передачи главным устройством, и подчиненное устройство выведено из режима сна для выполнения соответствующей операции согласно значению, представленному N-м многочленом. Предпочтительно, если операцией является команда, которая не может быть выполнена неправильно (такая как открывание клапана), подчиненное устройство может далее принять больше последовательных элементов кода, неоднократно декодировать их, чтобы определить их корреляцию с декодером, соответствующим N-му многочлену, и затем принять решение, выполнять ли операцию согласно количеству раз успешного определения корреляции и совокупному числу раз декодирования. Если корреляция не определена после М раз эвристики, это указывает, что данные, принятые в этот раз, являются шумом, или в связи произошла ошибка в коде, в результате чего операция не будет выполнена. В результате, подчиненное устройство перейдет в режим сна из периода обнаружения до наступления следующего периода обнаружения. Конечно, подчиненное устройство может выполнить М видов декодирования параллельно, если оно снабжено высокоскоростным процессором для выполнения декодирования, и тогда оно может определить по результату декодирования, приняло ли оно сообщение, отправленное главным устройством, и какой декодер выполнил декодирование.
В соответствии с системой для беспроводной связи настоящего изобретения, поскольку главное устройство может быть предусмотрено для некоторого множества подчиненных устройств и может выполнять разные запросы связи, количество многочленов, используемых главным устройством, может быть намного больше чем М. При этом, некоторые многочлены предусмотрены для всех подчиненных устройств, такие как команда широкой рассылки или вывод широкой рассылки из режима сна; некоторые предусмотрены только для части подчиненных устройств, такие как команда группе или вывод группы из режима сна; некоторые предусмотрены только для конкретного подчиненного устройства, такие как вывод из режима сна одного подчиненного устройства или команда одному подчиненному устройству; или же некоторые предусмотрены для команды открывания клапана/закрывания клапана определенным подчиненным устройством. При применении на практике многочлены разных коэффициентов или порядков могут быть выбраны исходя из разных типов запросов связи.
Можно выбрать m-последовательность для получения наилучшей псевдослучайной последовательности для вывода из режима сна при широкой рассылке или для команды широкой рассылки, поскольку ей нужно относительно меньше многочленов.
Для вывода из режима сна группы или для команды группе отличающиеся от нуля двоичные номера групп могут быть использованы непосредственно как многочлен; или многочлен один в один связан с номером группы; или некоторые 0 или 1 могут быть фиксированно вставлены в двоичный номер группы впереди или сзади, чтобы увеличить значение ее порядка. Однако все из полученных коэффициентов многочлена не могут быть 0.
Для вывода из режима сна одного подчиненного устройства в качестве многочлена можно использовать весь отличный от нуля двоичный идентификационный номер или его часть (ниже именуется ″ID″); или многочлен один в один связанный с ID; или один или несколько 0 или 1 можно фиксированно вставить в середину, в переднюю или заднюю часть ID, чтобы сформировать многочлен. Однако, все коэффициенты многочлена не могут быть 0.
Для команды управления одним подчиненным устройством многочлен может быть получен путем добавления к ID фиксированной заданной двоичной последовательности, отличной от нуля, причем заданная отличная от нуля двоичная последовательность соответствует команде управления; конечно, можно вставить эту последовательность в середину ID в целом или вставить в середину, переднюю или заднюю часть ID по частям. Затем подчиненное устройство осуществляет, декодирование с использованием этого многочлена. После определения корреляции эта команда, такая как команда на открывание или закрывание клапана, может быть выполнена.
Конечно, в другом варианте осуществления, если главное устройство инвертировало генерированный код последовательности, конкретное подчиненное устройство, выполняющее соответствующую операцию согласно результату декодирования на этапе S2, включает: подсчет числа непрерывных 1 в выходных данных после декодирования; определение корреляции при принятии решения, превышает ли число непрерывных 1 в выходных данных заданный предел, и выполнение соответствующей операции согласно порядку и коэффициентам многочлена декодера, который был использован.
Следует сказать, что на этапе выполнения соответствующей операции в соответствии с результатом декодирования в варианте осуществления, описанном выше, главное устройство должно использовать регистр сдвига с обратной связью, порядок и конкретный многочлен которого такие же как у регистра сдвига с обратной связью в конкретном подчиненном устройстве, когда оно запрашивает связь, чтобы обеспечить, что кодирующий многочлен регистра сдвига с обратной связью в главном устройстве совпадает с декодирующим многочленом регистра сдвига с обратной связью в конкретном подчиненном устройстве, чтобы вывести непрерывные 0, которые могут быть идентифицированы приемником подчиненного устройства, так что для решения проблемы идентификации выполняется соответствующая операция. Не все из выходных данных являются 0, когда случайный код, генерированный шумом, подставляют в формулу (3), и вероятность непрерывного вывода 0 будет убывать последовательно с увеличением частоты входных данных. Вероятность, что декодер будет непрерывно выводить 0 из-за шума будет стремиться к 0, когда порядок регистра сдвига с обратной связью соответственный и запрашиваемое число непрерывных 0 достаточно большое, что решает проблему шумовых помех (ложного вывода из режима сна).
В одном конкретном варианте осуществления, если запрос связи должен вывести из режима сна все подчиненные устройства посредством широкой рассылки, код последовательности, генерируемый кодером в главном устройстве, может быть m-последовательностью, порядок которой может быть выбран как 20, т.е., n=20, причем каждое подчиненное устройство включает декодер, соответствующий этому кодеру. Очевидно, что другие последовательности также могут быть применены в кодере главного устройства, если только каждое из подчиненных устройств содержит декодер, совпадающий с кодером в главном устройстве.
В еще одном конкретном варианте осуществления коэффициенты специфического многочлена являются комбинацией числа двоичных групп конкретной группы подчиненных устройств и заданной первой фиксированной последовательностью, если запрос связи должен вывести из режима сна конкретную группу подчиненных устройств, причем двоичная длина комбинации составляет 19, т.е. порядок равен 19. Кроме того, каждое подчиненное устройство в этой конкретной группе включает декодер, соответствующий кодеру. Следует отметить, что фиксированная последовательность добавлена к номеру группы для того, чтобы снизить вероятность ложного вывода из режима сна, поскольку номер группы обычно короткий.
В еще одном конкретном варианте осуществления коэффициенты специфического многочлена являются по меньшей мере частью двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства или комбинацией по меньшей мере части двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства и заданной второй фиксированной последовательности, тогда как конкретное подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи предназначен для выведения из режима сна конкретного подчиненного устройства отдельно. В одном конкретном варианте осуществления, например, 16 битов извлечены из номера ID и бит 1 вставлен за его определенным битом, чтобы генерировать многочлен 17-го порядка.
В еще одном конкретном варианте осуществления коэффициенты специфического многочлена для кодера главного устройства являются комбинацией по меньшей мере части двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства и двоичной последовательности, соответствующей команде управления, тогда как конкретное подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи предназначен для передачи команды управления конкретному подчиненному устройству. Если по меньшей мере часть номера ID конкретного подчиненного устройства составляет 16 бит, команда открывания клапана может быть установлена на 5 бит, что в совокупности дает 21 бит.
В еще одном конкретном варианте осуществления коэффициенты специфического многочлена для кодера главного устройства являются комбинацией по меньшей мере части двоичного идентификационного номера конкретного подчиненного устройства и двоичной последовательности, соответствующей заданной команде открывания клапана или закрывания клапана, тогда как конкретное подчиненное устройство включает декодер, соответствующий кодеру, когда запрос связи предназначен для передачи команды открывания клапана или команды закрывания клапана конкретному подчиненному устройству. В этом случае, команда открывания клапана и команда закрывания клапана соответствуют разным двоичным последовательностям, соответственно, и предпочтительно, чтобы разница между ними была больше. Если по меньшей мере часть номера ID конкретного подчиненного устройства составляет 16 бит, команда закрывания клапана может быть установлена на 5 бит, что в совокупности дает 21 бит.
Объединенный код последовательности длинного цикла предпочтителен при объединении номера группы или по меньшей мере части номера ID с конкретной двоичной последовательностью, чтобы сформировать многочлен вывода из режима сна или многочлен управления.
В еще одном конкретном варианте осуществления конкретное подчиненное устройство определенно включает два декодера, которые соответствуют двум кодерам, которые генерируют, соответственно, код последовательности в связи с разными запросами связи в главном устройстве, когда главное устройство имеет разные запросы связи в разные моменты времени, например, ему необходимо вывести из режима сна определенное конкретное подчиненное устройство в определенный момент времени отдельно и передать команду закрывания клапана конкретному подчиненному устройству в другой момент времени. После приема кода последовательности, отправленного главным устройством, конкретное подчиненное устройство будет последовательно декодировать код последовательности посредством двух декодеров, применяя эвристический способ, и идентифицировать запрос связи главного устройства на основании декодера, выполняющего процесс декодирования и согласования (т.е., непрерывно выводя заданное число 0 или 1), чтобы выполнить соответствующую операцию. Очевидно, что число декодеров в подчиненном устройстве не ограничено двумя, а может быть любым, когда число запросов связи увеличивается. Однако, чем больше это число, тем больше объем вычислений. Помимо этого, также необходимо сказать, что многочлены, соответствующие каждому декодеру подчиненного устройства, могут иметь разные порядки, чтобы повысить точность декодирования, если конкретное подчиненное устройство включает по меньшей мере два декодера. Соответственно, порядок многочлена соответствующих кодеров, используемых в главном устройстве также разный. Например, порядок многочлена кодера составляет 20, если главное устройство выводит из режима сна все подчиненные устройства посредством широкой рассылки; порядок многочлена кодера составляет 19, если главное устройство выполняет выведение из режима сна определенной группы подчиненных устройств; порядок многочлена кодера составляет 17, если главное устройство выводит из режима сна определенное подчиненное устройство отдельно; порядок многочлена кодера составляет 21, если главное устройство отправляет команду открывания клапана или закрывания клапана определенному подчиненному устройству.
Кроме того, чтобы повысить уровень точности подчиненного устройства при открывании или закрывании клапана, например, закрывания клапана, то когда подчиненное устройство получит установленный код последовательности и выведет несколько 0 после декодирования посредством определенного декодера, и когда коэффициенты многочлена декодера являются комбинацией по меньшей мере части номера ID подчиненного устройства и команды закрывания клапана, это указывает, что запрос связи, представленный таким кодом последовательности, состоит в том, что главное устройство отправляет команду закрывания клапана подчиненному устройству. Более непрерывные элементы кода могут быть приняты приемником, и вновь принятый код последовательности декодируется несколько раз декодером, чтобы избежать ложной операции. Если более половины (например, 3) из этих нескольких раз (например, 5) результатов декодирования правильные, подчиненное устройство может закрыть клапан согласно команде закрывания клапана. Этот процесс такой же для команды открывания клапана.
В еще одном предпочтительном варианта осуществления главное устройство кодирует логический 0 или 1 кода последовательности с пособом манчестерского кодирования, способом кодирования без возвращения к нулю или способом кодирования с возвращением к нулю после генерации кода последовательности. Сигнал синхронизации битов может быть легко и быстро выделен из приемника подчиненного устройства путем применения манчестерского кодирования, что сокращает период обнаружения. Следует подчеркнуть, что все из других способов кодирования в беспроводной связи, такие как многополосная модуляция, разные режимы модуляции, подпадают под объем настоящего изобретения.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления главное устройство может скремблировать или объединять генерированный код последовательности. Соответственно, конкретное подчиненное устройство сначала будет де скремблировать или разделять принятый код последовательности, затем декодировать и выполнять соответствующую операцию согласно результату декодирования. В одном примере скремблирование является операцией XOR на генерированном коде последовательности и псевдослучайном код последовательности, тогда как объединение является операцией XOR на генерированном коде последовательности и фиксированном коде последовательности. Следует понимать, что дескремблирование и разделение также являются такими же операциями.
Последовательность рабочих действий главного устройства и подчиненного устройства могут быть проиллюстрированы в связи с Фиг. 4 следующим образом.
s
s
c
w
c
Сначала будет описана последовательность рабочих действий главного устройства. Главное устройство генерирует код последовательности посредством специфического кодера и передает этот код последовательности каждому подчиненному устройству непрерывно в течение заданного периода времени Ts согласно запросу связи, причем специфический кодер является регистром сдвига с обратной связью, выполненным по конкретному многочлену. Регистр сдвига с обратной связью должен быть инициализирован перед началом работы, но все начальные значения не могут быть 0. Коэффициенты и порядок этого конкретного многочлена соотнесены с запросом связи, тогда как все они не могут быть равны 0. Заданный период времени T следует T≥T+t, где T - период сна подчиненного устройства, t - период обнаружения подчиненного устройства, и сумма периода сна и периода обнаружения составляет цикл сна и приведения в рабочее состояние. Главное устройство переходит в режим нормальной связи с конкретным подчиненным устройством после отправки кода последовательности, причем продолжительность связи составляет T. Конкретное подчиненное устройство переходит в режим сна после завершения обмена данными. Если главному устройству не нужно связываться с подчиненным устройством после отправки кода последовательности, подчиненное устройство перейдет в режим сна вместо связи с главным устройством после выполнения соответствующей операции. Например, подчиненное устройство автоматически закроет клапан после приема команды на закрывание клапана и перейдет в режим сна после выполнения этой операции. В этом случае T и T равны 0. Если подчиненное устройство не смогло установить связь, например, подчиненное устройство 3, главному устройству необходимо запустить механизм обработки ошибок.
w
w
s
Теперь будет описана последовательность рабочих действий каждого подчиненного устройства. Подчиненное устройство работает поочередно в состоянии сна-приема-сна-приема в соответствии с фиксированным периодом времени T+t. В период T подчиненное устройство находится в режиме сна, не принимая данные и потребляя относительно низкий ток, достигающий нескольких микроампер. В период t подчиненное устройство находится в режиме обнаружения и приема. В этом случае процесс осуществляется двумя путями: если частота процессора достаточно высокая, данные могут обрабатываться параллельно, т.е. декодирование посредством одного или нескольких декодеров во время приема. В другом случае можно сохранить в памяти несколько последовательных элементов кода, которые были приняты, и декодировать один или несколько раз после приема всех элементов кода. Если все результаты декодирования определены как некоррелированные, это означает, что принятая последовательность является шумом, или что произошли ошибки, и подчиненное устройство перейдет в режим сна без ответа на принятые сигналы. Если определенный декодер определит корреляцию, это означает, что запрос связи, представленный кодом последовательности, который передан главным устройством, указывает на декодер подчиненного устройства, подчиненное устройство примет решение, что этот запрос связи основан на коэффициентах характеристического многочлена используемого декодера, и перейдет в режим ожидания эффективной связи с продолжительностью ожидания T. В период T подчиненное устройство остается в состоянии приема, но не может осуществлять надлежащую связь. Главное устройство может осуществлять заданную надлежащую связь с подчиненным устройством до конца связи, когда оно прекратит отправлять сигнал вывода из режима сна T. Если возникают проблемы, такие как ошибки связи, будет осуществлен процесс обработки ошибок.
Следует сказать, что главное устройство всегда должно отправить серию кодов побитовой синхронизации (также известны как обучающий код), чтобы подчиненное устройство могло выделить такт синхронизации согласно коду побитовой синхронизации, когда подчиненное устройство принимает поток битов для выведения из режима сна. В настоящем изобретении, поскольку в определенной части длины кода псевдослучайной последовательности, отправляемой главным устройством, числа 0 и 1 по существу равны и нет многих последовательных 0 или 1, псевдослучайная последовательность может быть использована для побитовой синхронизации, результат чего будет только немного хуже чем при отправке регулярного кода 01010101010…0101. Если схема выделения побитовой синхронизации в приемной схеме подчиненного устройства нуждается в обучающем коде высокого качества для побитовой синхронизации, для решения этой проблемы можно использовать способ манчестерского кодирования, который позволяет приемнику выделить побитовую синхронизацию повышенного качества. Таким образом, коды последовательности, передаваемые главным устройством, имеют несколько функций, таких как побитовая синхронизация, выведение из режима сна и передача информации.
w
w
Помимо этого, код последовательности, передаваемый главным устройством, несет важную информацию по привязке к времени. Подчиненное устройство может быть синхронизирована по времени с главным устройством после вычисления этой информации. Особенно когда главное устройство отправляет последовательность по широкой рассылке выведения из режима сна или для выведения из режима сна группы, подчиненные устройства находятся в пределах покрытия главного устройства, или группа подчиненных устройств может быть синхронизирована по времени с главным устройством, так что множественные подчиненные устройства могут быть синхронизированы по времени также и друг с другом, таким образом готовя привязку по времени для связи на основании времени после выхода из режима сна. Период ожидания связи T после выхода из сна может быть получен после вычисления привязки по времени. Как показано на Фиг. 4, в период ожидания T подчиненное устройство также может перейти в режим сна, чтобы далее снизить потребление энергии. Конкретный способ вычисления привязки по времени заключается в следующем.
n
w
s
Когда корреляция определена определенным декодером в подчиненном устройстве, определяются порядок n и коэффициенты декодера, и могут быть получены некоторые элементы правильного кода, которые равны или больше чем n. В этом случае элементы n правильного кода, извлеченные из них, называются последовательностью L, длина которой равна n. Подчиненное устройство генерирует кодер, который такой же как в главном устройстве с этими коэффициентами. После этого подчиненное устройство инициирует свой регистр сдвига с обратной связью с начальными значениями, которые такие же как у регистра сдвига с обратной связью в главном устройстве и устанавливает изменение k равным 0. Затем осуществляется операция кодирования, которая такая же как у главного устройства. Значение k будет плюс 1, и это значение в регистре будет изменяться с каждым битом, который сдвигает регистр. При сравнении значения в регистре и L, если они не равны, бит в регистре сдвига будет продолжать сдвигаться, и k будет равно плюс 1 до тех пор, пока значение в регистре не станет равным L. В этом случае будет получено значение k отличное от нуля, и если бодовая скорость равна b, разница во времени между периодом окна подчиненного устройства и моментом времени, когда главное устройство начинает посылать сигнал выведения из режима сна будет: k/b. Если для вычисление и обработки процессору требуется много времени, предпочтительно ввести компенсацию на время вычислений (время вычислений процессора может быть получено посредством таймера в процессоре или другими способами), поскольку требования к точности для привязки по времени нельзя игнорировать. Безотносительно компенсации на время вычислений, момент времени, когда главное устройство начинает посылать сигнал выведения из режима сна, предшествует моменту времени приема последовательности Lk/b. И Tw=Ts-k/b. Следует сказать, что вся последовательность, генерированная регистром сдвига с обратной связью, имеет определенный период. Самый длинный цикл последовательности, генерированной линейным регистром сдвига с обратной связью (такой как M-последовательность), составляет 2-1, тогда как цикл нелинейного регистра сдвига с обратной связью будет длиннее. При практическом применении, если T необходимо вычислить в системе или синхронизация по времени необходима в устройстве, код последовательности, генерированный регистром сдвига с обратной связью в главном устройстве, может быть передан на определенной бодовой скорости. Кроме того, период передачи в цикле кода последовательности должен составлять ≥Ts, т.е. не более чем один цикл кода последовательности может быть передан за один период передачи T. Иначе вычисление привязки по времени может быть ошибочным. В результате, m-последовательность является наилучшим выбором, если используется линейный регистр сдвига с обратной связью; и m-последовательность является вариантом выбора, если используется нелинейный регистр сдвига с обратной связью.
s
s
Способ беспроводной связи будет проиллюстрирован на следующем примере, в котором бодовая скорость равна 19200 бит в секунду, и значение окна t (период обнаружения) вычисляется системой согласно настоящему изобретению. Предполагая, что используются регистры сдвига с обратной связью n-го порядка (n=20), наилучшим выбором многочлена может быть примитивный многочлен. Главное устройство сначала инициирует значения каждого регистра (все не равные 0) на основании запроса связи, затем кодирует по немодулированной передаче и модулирует код последовательности, генерированный регистром сдвига с обратной связью и последовательно отправляет их согласно такту синхронизации 19200 бит в секунду, продолжительность которого равна T. Значение T определяется, исходя из требований к потреблению энергии и других требований в целом. Согласно существующей технологии подчиненное устройство должно ожидать 3 байта от режима сна до режима приема, т.е., то время, которое требуется механизму выделения синхронизации в приемнике для выделения стабильной побитовой синхронизации. При этом, принятые элементы правильного кода будут вводиться в декодер. После ввода n (n=20 в этом случае) бит, каждый регистр в декодере будет обновлен принятыми правильными данными, и устаревшие неправильные данные будут удалены. В это время регистр сдвига с обратной связью начинает выводить 0, и сигнал, связанный с запросом связи может быть найден после непрерывного вывода K нуля (K может быть равен, немного больше или немного меньше чем n в зависимости от применения, и здесь K=n). Таким образом, время t, которое требуется детектору для идентификации сигнала выведения из режима сна, составляет:
t=(3*8+n+K)/19200=(3*8+20+20)/19200≈0,00333 с=3,33 мс
Это время является периодом окна t в настоящем изобретении без дублирования. Но это значение может быть немного больше, например, 3,5 мс или 4 мс, для повышенной надежности.
На Фиг. 5 представлена схема логической структуры, иллюстрирующая пример системы для беспроводной связи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Система для беспроводной связи включает главное устройство 100 и по меньшей мере одно подчиненное устройство (на чертеже показано только одно конкретное подчиненное устройство 200), и главное устройство 100 используется для передачи сообщения конкретному подчиненному устройству 200 при запросе связи. Главное устройство 100 включает кодирующий модуль 110 и передающий модуль 120, последовательно соединенные друг с другом, и конкретное подчиненное устройство 200 включает приемный модуль 210, декодирующий модуль 220 и управляющий модуль 230, последовательно соединенные друг с другом. В этом варианте осуществления кодирующий модуль 110 используется для генерации кода последовательности посредством специфического кодера, причем специфический кодер является регистром сдвига с обратной связью, выполненным по конкретному многочлену, и коэффициенты и порядок этого конкретного многочлена соотнесены с запросом связи, тогда как все коэффициенты и начальное значение многочлена не равны 0. Передающий модуль 120 используется для передачи кода последовательности каждому подчиненному устройству непрерывно в течение заданного периода времени, причем этот заданный период времени больше суммы периода сна и периода обнаружения подчиненного устройства или равен ей, которая составляет цикл сна и приведения в рабочее состояние. Приемный модуль 210 используется для приема кода последовательности в период обнаружения. Декодирующий модуль 220 используется для декодирования кода последовательности посредством декодера, соответствующего кодеру. Управляющий модуль 230 используется для выполнения соответствующей операции согласно результату декодирования. Следует понимать, что логическая структура других подчиненных устройств такая же как структура этого конкретного подчиненного устройства 200, при этом разные только коэффициенты многочлена, используемые в одном или нескольких декодирующих модулях. Очевидно, можно, чтобы несколько подчиненных устройств использовали одни и те же декодеры. Так, главное устройство может генерировать разные коды последовательности посредством разных кодеров согласно разным запросам связи, и только специфический декодер в конкретном подчиненном устройстве может правильно декодировать коды последовательности. В результате, конкретное подчиненное устройство может определить запрос связи от главного устройства для выполнения соответствующей операции на основании используемого конкретного декодера. Следует сказать, что концепции главного устройства и подчиненного устройства в этом контексте определены только относительно. Любое устройство, которому необходимо установить связь в системе, может выводить из режима сна и контролировать другие устройства в соответствии с этапами главного устройства в этом контексте. То есть, роли главного устройства и подчиненного устройства могут быть гибко взаимозаменяемыми.
Следует сказать, что кодер и декодер, упомянутые в настоящем изобретении, могут быть реализованы в аппаратном или программном обеспечении. Последнее предпочтительно для снижения издержек и достижения большей гибкости.
Вышеприведенное введение и описание относятся только к предпочтительным вариантам осуществления изобретение и не являются ограничениями изобретения. Специалист в данной области может внести в настоящее изобретение разные модификации и изменения. При этом понимается, что любые модификации, эквиваленты и усовершенствования, сделанные без нарушения сущности и принципов настоящего изобретения, должны подпадать под объем настоящего изобретения.