专利名称：一种无线信息的泛洪转发方式及其设置方法
技术领域：
本申请涉及一种低带宽、低功耗的无线信息的多转发器转发方式及其设置。
背景技术：
低带宽、低功耗的无线信息主要用在遥控、遥测等传感网络中。为增加连接的距离和可靠性，必然考虑到信息的转发，特别是有多个转发器参与的转发。结合低带宽、低功耗的特点，人们提出过不少信息的转发方式，其中成本与性能是目前乃至相当长时间会存在的一对矛盾。Zigbee(参考www.zigbee.org)包含的转发方式因实现成本高而至今没有普及的产品。Zensys针对家居应用提出了成本更低的Z-Wave方案(参考www.zensys.com或美国专利6,879,806)。其转发方式中虽然使用了单一信道，但其转发方案仍是基于路由表的。这种依据表驱动的转发方式一旦有节点不能参与转发，就要尝试表的修改或重新建表。在多径干扰非常复杂的情况下，某一节点不能参与转发可能仅仅是因为环境中的某一物体发生移动，因此在单一信道上对路由表的维护仍可能有较大的传输开消和时延，包括双向应答、避免碰撞的随机等待(等待时间窗越小，产生碰撞的机率越高)。另外，该路由表还需要一控制器(遥控器)来维护。
事实上对低带宽信息来说，如果在有效传输范围内参与的转发器不多(这也是很常见的情况)，例如5个以下，在单一信道上采用转发器间无需应答处理的简易泛洪转发方式仍是低成本而实用且便于分布式管理的。代表性产品有Visonic公司的MCX-600和Elmes公司的TRX。它们都是专用的转发器，配置多转发器转发时无需同步信标。有两种类型，区别在于转发器在收到信息后所转发的信息。一种是时分转发转发信息等同收到的信息，其优点是发信源可以在转发器之间移动，且源发信息可以历尽所有可能路由到达目的地，可靠性高，缺点是如果在转发器的传输范围内有多于两个的转发器，安装时需调整各转发器的转发前等待时间和对同一信息转发后的禁止再转发时间以免产生碰撞或形成反馈而产生“自激振荡”，在信息的最终接收方，也需对收到的信息做展宽处理，即在收到第一个信息后的短暂时间内不再响应随后的同一信息。一种是码分转发转发的信息分配了与接收到信息不同的编码，其优点是没有转发前等待时间和转发后的禁止转发时间，处理带宽略高，缺点是发信源不能超出第一转发器的接收范围，一次设置只支持一条路由，占用编码多。(参考网址www.visonic.com、www.elmes.p1)在泛洪转发方式中，时分转发是较好的，但在目前的技术中没有对转发前等待时间和转发后的禁止转发时间作出定值的规定，如TRX的设定值是可以连续调节的，使得在设置时有一定的盲目性，在配置多转发器时难免经常出现转发信息的碰撞而影响接收效果或等待时间过长而影响响应速度。
发明内容
本发明的目的是给时分泛洪转发的转发前等待时间和转发后的禁止转发时间给出一种数值规定，使转发过程的碰撞几率和等待时间减至最小，进而实现低成本软硬件的多转发器转发。
进一步，由于所述的数值规定，多转发器使用时的设置也变得简便，使用户界面更友好。
所述低带宽信息是完成一帧的传输就能完成一次传输需求的信息。因此，这些信息传输时，既可以单帧传输，也可以相同的帧连续重复地传输，以便应对可能的出错。一次转发就是对一个帧的转发。为避免自激振荡发生，在一次信息传输中，每一转发器最多只转发一次。信息被转发一次及以上的称为衍生的。
根据本发明，N个不同转发器所要转发的信息被放入N个时间长度相等而转发前等待时间不等的时塞S中，所述时塞S及其所有可能的衍生时塞是不会使被转发的信息产生碰撞的。
由上述可知，S的时间长度还可包括多个帧和转发动作的迟延及其累计误差等。由于没有公共的同步信标，这N个时塞是这样产生的把各转发器的转发前等待时间设定为S的整数倍，则不同转发器的所在时塞就可以用不同的自然数来代表，简称时塞数(参考附图1)。而一次泛洪转发过程中，如果某一转发器参与了转发，则到该转发器为止，它所衍生的时塞数等于该转发器接收到的时塞数加上自身的时塞数。根据递归原理，所有可能衍生的时塞数就是这N个自然数集合所能组合的和。在N个转发器参与的转发中，由于发信源的移动或信道衰落等原因，并不能确保所有转发器都能参与每一次泛洪转发。虽然一次信息传输中最多发生N次转发，但可能的路由按排列数计算就有种 种。相同组合的路由最后完成转发的时间是相同的，即符合加发交换律。因此，可能不同的衍生时塞数有 个值。组合和中有相同的值，则表明衍生时塞重叠，有可能碰撞，否则就不会碰撞。
例如1、2、3所代表的时塞因1+2＝3而可能碰撞，碰撞发生在转发器1和转发器3同时收到信息，而转发器2只在收到转发器1所转发的信息后才转发，这时转发器2的转发信息与转发器3的转发信息发生碰撞。
把组合和中无相等数值的自然数集定义为无碰撞数集。它们是大量存在的，例如2、4、8、9、16。它们中的数无论怎样组合相加都不会产生相同的数(参考附图2)。个别称呼无碰撞数集中的元素时为无碰撞数。
根据本发明，某转发器的转发后禁止转发时间的最小安全值，即避免自激振荡发生的最小值等于除该转发器之外，所有参与转发的转发器所可能产生的最大时延，即这些时塞的总和。换言之，某转发器的转发后禁止转发时间的最小安全值等于所有参与转发的转发器的时塞总和减去自身的时塞。大于最小安全值的数值在不影响使用性能时，只要不发生自激振荡也是可行的。
根据本发明，在无碰撞的数集中存在时延最小，即没有时间被空置，因而可使转发后禁止转发时间最小的数集，它是2的幂级数1、2、4、...、2N。
根据本发明，以转发前等待时间和转发后的禁止转发时间为输入设置参数的泛洪转发器，其转发前等待时间由参与转发的转发器序号i来确定(例如2i-1的倍数加预留误差)，而转发后的禁止转发时间由参与转发的转发器总数N来确定(例如2N+I的倍数加预留误差)。这种输入设置方式减少了涉及多转发器时设置的盲目性。
本发明所述的低带宽信息时分泛洪转发方式和/或设置方式，既可用于专用转发器，也可方便地嵌入传感网络的各种节点，如负载控制装置、温度计等。当转发器的地理距离接近，传输范围相互覆盖时，信息不会碰撞，这时便增加了连接的可靠性；当转发器的地理距离拉开，就可以增加传输的距离。
图1是时塞数的图解。
图2无碰撞数集例。
图3是实施方式中表层微处理器运行程序的基本流程图。
图4是实施方式中底层微处理器运行程序的基本流程图。
具体实施例方式
在最简单的情况下，本发明可以由单信道无线接收电路、无线发送电路、输入按键、电源和微处理器构成的专用转发器实现做成类似MCX-600和TRX的产品。
在以下介绍的实施方式中，本发明将嵌入申请文件2004100519128所述的负载控制装置中。附图3是表层微处理器运行程序的基本流程图，转发设置所需的按键利用该装置原有的按键来实现。以下所称“辅助键”与原文所称“发送转换按键”是同一按键。
以下是表层运行程序完成负载控制任务时的步骤。
负载控制的本地操作步骤1→步骤2→步骤3→步骤5→步骤6。
进入负载控制训练模式步骤1→步骤2→步骤3→步骤5→步骤9→步骤6。
完成负载控制训练步骤16→步骤17→步骤19→步骤20→步骤22→步骤6。
负载控制的遥控接收步骤16→步骤17→步骤19→步骤20→步骤21→步骤6。
转换负载按键为发送键步骤1→步骤10→步骤102→步骤11。
遥控发送操作步骤1→步骤2→步骤3→步骤4→步骤16→步骤17→步骤18。
以下是表层运行程序完成转发任务时的步骤。
进入转发训练模式步骤1→步骤10→步骤102→步骤103。
输入转发参数步骤1→步骤2→步骤3→步骤101。
完成转发训练步骤16→步骤17→步骤19→步骤20→步骤109。
转发过程1判别输入序列为转发序列，等待信息消失(该过程中底层运行程序在接收状态)。步骤16→步骤17→步骤19→步骤20→步骤21，对接收到的第一帧运行步骤110→步骤112，对随后接收到的帧运行步骤110→步骤112→步骤113→步骤112，对最后接收到的帧运行步骤110→步骤112→步骤113→步骤114。
转发过程2进入发送前等待步骤16→步骤17→步骤104→步骤105→步骤18。为精确计时，步骤105可移至底层。
转发过程3转发序列步骤16→步骤17→步骤104→步骤107。
转发过程4转发禁止时间步骤16→步骤17→步骤104，转发禁止时间结束前运行步骤106，转发禁止时间结束后运行步骤108。
其中，步骤102表明进入转发训练模式是在按辅助键时间充分长(如5秒)，辅助键指示灯由亮变灭后出现的，之前是转换负载控制键为发送键。步骤101是实现本发明的关键步骤之一，它通过一键输入获得转发器序号，另一键输入获得转发器总数，该2数字合成转发参数，构成关联字的高字节，然后用户输入训练信息，在步骤109将训练信息中得到的编码与转发参数做关联存储，完成训练。如前一时间精度要求高可安排在底层运行程序。指示灯的闪烁次数可以代表输入的数字。
在正常工作接收到一帧信息时，从步骤19获得信息中的编码，步骤21从关联字判别该信息是要控制负载还是要转发或没有比对一致的编码，如果是要转发的则在步骤114将转发参数转换为需要执行的时间。
附图4的底层运行程序与申请文件2004100519128所述的没有显著改变，相关说明请参考原文件。
权利要求
1.一种单信道无线信息泛洪时分式转发装置的转发方式，其特征是在两个或两个以上转发器参与转发某信息时，各转发器从接收完所述信息到转发所述信息有各自不同的转发前等待时间，所述转发前等待时间是所述信息长度时间及无碰撞数经算术运算所得的结果；
2.根据权利要求1，所述各转发装置在转发完所述信息后有各自不同的转发后禁止转发同一信息的禁止转发时间，所述禁止转发时间是所述信息长度时间及无碰撞数经算术运算所得的结果；
3.根据权利要求1或2，所述无碰撞数是式的幂级数；
4.一种单信道无线信息泛洪时分式转发装置的设置方法，其特征是在设置两个或两个以上转发器参与转发某信息时，在转发装置上输入各装置的先后序号或所述序号与参与转发的装置的总数作为转发所述信息时所需的关联参数；
5.根据权利要求1或2或3或4的负载控制装置。
全文摘要
一种低成本、低带宽的无线信息转发方式，它能让发信源在转发器之间移动。转发器的覆盖范围可以相互重合，使连接的距离和可靠性增加。源发信息让电波历尽可能、无碰撞地到达接收目的地而没有路由选择的运算。这些转发器在安装配置时只需输入参与的转发器总数和配置时的先后次序。
文档编号H04L12/28GK101047666SQ200710027269
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月23日 优先权日2007年3月23日
发明者冯家宁 申请人:冯家宁