收到同步帧后，就知道自己在本次数据交互周期内是否去接收指令，如果有发送给设备的指令，设备接收完毕需要发送ACK给网关节点，否则网关节点将多次重传。
[0036]通过同步帧及固定数据交互周期时长的机制，设备端节点可以根据自己的节电要求及处理的事务实时性要求，来控制自己唤醒时间，可以是一个周期的开始时间醒来一次，接收同步帧，如果发现无自己的数据，则可立即进入极低功耗的休眠状态；也可以多个周期只醒来一次。
[0037]MacBee协议通过固定周期时间、固定阶段划分、以同步帧为周期起始标志、在同步帧中指示哪些设备端节点有数据、下发指令未被确认时带重传机制，从而使设备端节点对协议的处理非常简单；并且占空比很小，设备端节点大部份时间都处于低功耗休眠状态，从而实现极低功耗。
[0038]MacBee协议的同步帧在没有数据需要传输时，MAC层以上的载荷仅一个字节，加上MAC层开销，整个报文也才9字节。这样设备端节点在唤醒接收数据时，可以在很短时间收完同步帧，然后通过对该同步帧的分析，知道本次交互有无数据，当无数据时，立即进入极低功耗的休眠模式
[0039]MacBee协议每个指令在一个时隙内重传3次，提高了数据传输的成功率。MacBee协议中的网关节点对需要下发的指令会进行重传，这样设备端节点在收到网关节点下发的指令，发送出ACK给网关节点后，无需关心该ACK是否被网关节点接收到，即可进入睡眠状态。如果该ACK丢失，网关节点会在下一个周期重传该指令，来触发设备端节点重发ACK。通过这种机制，设备端节点可以按照正常的低占空比工作方式收发数据，无需长时间醒着进行收发处理。
[0040]MacBee协议采用2.4GHz ISM频段，MAC层帧格式分为帧头部、数据载荷和校验和3个部分。MAC地址在帧头部，分为单播、广播、子网广播三类地址。协议部分放在数据载荷。[0041 ] MacBee协议一个数据交互周期内的时隙划分如图1、2所示:
[0042]MacBee协议把一个数据交互周期划分为以下四个阶段:
[0043]1.同步阶段。同步帧作为一个数据交互周期的开始，由网关节点通过子网广播发送给所有已经配对的设备端节点的设备。
[0044]2.命令下发阶段。此阶段由网关节点通过单播或者子网广播发送给目标设备端节点，发送的内容可能是用户控制指令，也可能是对竞争传输阶段设备端节点的设备上报数据的确认。此阶段内，又细分为16个时隙，每个时隙占用5毫秒，在5毫秒内重复发送3次命令。如果同时需要往超过16个的设备单播发送命令，就需要把一部分命令排到下一个数据交互周期发送。但是在家庭应用环境里，这种情况极少会发生。
[0045]3.设备ACK应答阶段。此阶段设备对命令下发阶段收到的单播命令进行应答。该阶段也细分为16个时隙，每个时隙占用5毫秒，在5毫秒内重复发送3次ACK。设备在16个时隙中具体占用的哪个，必须与命令下发阶段收到报文的时隙编号一样。
[0046]4.竞争传输阶段。此阶段传输设备要主动上报的数据。该阶段细分为6个时隙，每个时隙占5毫秒，5毫秒内重发3次。设备使用随机算法选择要占用的时隙，以避免多个设备同时上报时的冲突。网关节点收到设备主动上报的数据后，在下一周期的命令下发阶段进行ACK确认。
【主权项】
1.一种低功耗无线传输系统，其特征在于:在智能家居与互联网之间设置一个MacBee协议的网络系统，在该网络系统中设有若干个网关节点和设备端节点，网关节点的通信传输周期采用固定周期，设备端节点的通信传输周期采用所述固定周期的整数倍，网关节点与设备端节点之间的通信协议报文分为同步帧和数据帧，同步帧的载荷在无控制命令状态下可低至I个字节，设备端通过对所述同步帧的分析确定是否接收网关节点发出的数据，设备端节点的设备在非传输时隙为深度睡眠状态。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:所述设备端节点所用部件在网关节点发出的一个通信传输周期内，脱离低功耗休眠状态的次数不多于一次。3.根据权利要求1或2中所述的系统，其特征在于:所述MacBee协议的网络系统采用250kbps载波，其工作在2.4GHz ISM频段。4.一种低功耗无线传输方法，其特征在于:应用于权利要求1 一 3中任一项所述的系统中的MacBee协议的网络系统内的网关节点与设备端节点之间的信号传输方法如下: 将单个固定时长的数据交互周期细分为四个时间段，分别为同步阶段、指令下发阶段、设备ACK应答阶段和竞争上报阶段，其中， 同步阶段，为该交互周期的首个阶段，在该阶段的起始段设置本交互周期的具有起始标志且由网关节点发出的同步帧； 指令下发阶段，网关节点向目标设备端节点下发控制指令，或者为网关节点向给其上报数据的设备端节点发出回复确认信息； 设备ACK应答阶段，是指收到指令的设备端节点向发出该指令的网关节点回复应答； 竞争上报阶段，当设备端节点出现异常告警时，需主动向该网关节点上报该异常信息。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:所述同步帧中包括在本交互周期中需要接收指令的设备端节点的目录信息和该接收指令未被目标设备端节点接收确认时补救的指令续发重传机制。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于:在所述的指令下发阶段和设备ACK应答阶段均设有16个时隙，每个时隙占5ms ;指令下发阶段的每个时隙分别针对一个待接收指令的设备端节点，设备ACK应答阶段的每个时隙分别对应一个需要应答的设备端节点；设备ACK应答阶段中的时隙编号应该与该时隙编号对应的设备端节点在指令下发阶段接收的下发报文对应的下发指令的时隙编号相同。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:在所述的竞争传输阶段设有6个时隙，每个时隙占5ms ;6个时隙由接收到下发指令的若干介设备端节点随机抽签择一占用。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:在所述的时隙时间段内，相应的功能操作会重复3次。
【专利摘要】一种适合在智能家居领域的底层通信中使用的简洁高效、超低功耗、穿墙能力较强的低功耗的无线传输系统及其传输方法。其在智能家居与互联网之间设置一个MacBee协议的网络系统，在该网络系统中设有若干个网关节点和设备端节点，网关节点的通信传输周期采用固定周期，设备端节点的通信传输周期采用固定周期的整数倍，网关节点与设备端节点之间的通信协议报文分为同步帧和数据帧，同步帧的载荷在无控制命令状态下可低至1个字节，设备端通过对同步帧的分析确定是否接收网关节点发出的数据，设备端节点的设备在非传输时隙为深度睡眠状态。其具有大幅降低设备端功耗的优点。
【IPC分类】H04W52/02, H04W72/04
【公开号】CN105307249
【申请号】CN201510755453
【发明人】谭洪国, 陈仕建
【申请人】深圳市银河风云网络系统股份有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月9日