专利名称：通讯速率的自适应方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种通讯速率的自适应方法。
背景技术：
在工业自动控制领域，串行总线被广泛使用，尤其是RS-485总线，由于具有传输距离远、抗干扰性强、成本低廉、连接简单等优点，使用尤为广泛。RS-485的布线网络中，若有一个主站和多个从站，串联总线的异步通讯速率一般设置为一个固定速率，每一从站与主站通讯时均以该固定速率通讯，即使是比较近的从站也无法单独的提高与主站之间的通讯速率，以至于通讯效率的降低，总线利用率降低。因此，需要提供一种通讯速率的自适应方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种通讯速率的自适应方法，能够根据每一从站与主站之间实时信道条件选择每一个从站与主站之间的最佳通讯速率。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种通讯速率的自适应方法，其包括以下步骤确保主站与N个从站之间网络连接均正常；设置主站分别与第I到第N个从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分，分别根据预设速率通讯时对应的通讯效率得分调整主站与各从站之间的通讯速率的档位以使得各从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值；根据每一从站低于预设通讯效率阈值时对应的通讯效率得分选取各从站分别对应的下一轮通讯速率的档位；主站与N个从站分别以从站在刚完成的上一步骤中选取的下一轮通讯速率的档位进行通讯并计算对应的通讯效率得分，根据此时对应的通讯效率得分筛选出 通讯效率得分低于预设通讯效率阈值的从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站；根据下一轮需要测速的从站在本轮测速中对应的通讯效率得分选取对应各从站在其紧接的下一轮测速的通讯速率的档位；循环执行上述测速步骤，以筛选出低于预设通讯效率阈值的从站并进行其下一轮测速，直至N个从站的通讯效率得分均高于或者等于预设通讯效率阈值；将每个从站的通讯效率得分高于或等于预设通讯效率阈值时对应的通讯速率确定为各从站与主站之间的最佳通讯速率。其中，分别根据预设速率通讯时对应的通讯效率得分调整主站与各从站之间的通讯速率的档位以使得各从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值的步骤包括若第η(I ^η^Ν)个从站的通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值则提升预设速率的档位并与主站进行下一次通讯，直至第η个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值；若第η个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值，则主站与第(η+1)个从站以预设速率进行通讯。其中，根据此时对应的通讯效率得分筛选出通讯效率得分低于预设通讯效率阈值的从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站的步骤包括若第η (I < η < N)个从站的通讯效率得分高于预设通讯效率阈值则主站与第(η+1)个从站的以上一步骤中选取的下一轮通讯速率进行通讯并计算通讯效率得分；若第η个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值则将其列为紧接的下一轮需要测速的从站。其中，主站与每一从站之间以预设速率通讯的步骤包括主站向从站发放令牌；在令牌的有效期内从站以预设速率向主站发送第一测速报文；主站接收第一测速报文；重复前两个步骤再执行四次。其中，计算主站与从站之间以预设速率通讯的通讯效率得分的步骤包括主站对五次接收到的第一测速报文累加的错误码元数和总码元数进行误码率计算；主站根据预设速率和误码率的比值计算预设速率的通讯效率得分。其中，通讯效率得分的计算公式为A=K*S/ (b+C)，其中，A表示通讯速率的通讯效率得分，K、C为引入的计算常量，S为通讯速率，b为与通讯速率对应的误码率。其中，确保主站与N个从站之间网络连接均正常的步骤包括主站问询N个从站并等待N个从站的答复；等待结束后主站对比收到答复的个数与实际设置的从站个数并判断对比数是否相等，若对比数相等则确定连接正常，若对比数不等，则继续问询，同时提示用户进行网络连接检查。其中，通讯速率的自适应方法进一步包括审查步骤主站分别以各个从站的最佳通讯速率分别向N个从站发送第二测速报文；N个从站收到第二测速报文后分别反馈采样结果给主机；主站对比接收到的采样结果与发送前的第二测速报文，筛选出对比结果不一致的从站，并将预设通讯效率阈值降低后重新运用通讯速率的自适应方法获得最佳通讯速率。其中，根据下 一轮需要测速的从站在本轮测速中对应的通讯效率得分选取对应各从站在其紧接的下一轮测速的通讯速率的档位，以使得以选取的下一轮测速的速率的档位进行下一轮通讯测试时各从站对应的通讯效率得分高于预设通讯效率阈值的几率更大。其中，通过统计以往大量的实际通讯数据，形成通讯效率得分与通讯速率档位的对应关系表，通过查询对应关系表从中选取进行下一轮通讯测试的下一轮测速的速率的档位。本发明的有益效果是区别于现有技术的情况，本发明通过主从站之间通讯并计算对应的通讯效率得分以调整通讯速率，然后以调整后的速率通讯并再次计算通讯效率得分，直至所有从站与主站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值，再通过调整通讯速率使得所有从站与主站的通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值，并确定通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值时的对应的通讯效率为对应从站的最佳通讯速率，通过上述方式本发明能够根据每一从站与主站之间实时信道条件选择每一个从站与主站之间的最佳通讯速率。
图1是本发明的主站与N个从站之间的拓扑结构示意图；图2是本发明实施例的通讯速率的自适应方法的流程图；图3是图2中步骤Sll的具体步骤示意图；图4是本发明主站与从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分的具体步骤示意图5是本发明通讯速率的自适应方法另一实施例中审查步骤的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的阐述。请参阅图1，图1是本发明的主站与N个从站之间的拓扑结构示意图。在本实施例中，通讯速率的自适应方法基于RS-485通讯网络，RS-485通讯网络具体包括一个主站和N个从站，从站的数量至少为一个，若采用一般的RS-485芯片最多可支持32个从站，若采用特制的RS-485芯片最多可以支持400个从站。主站与N个从站之间的网络拓扑结构为总线型结构，主站需要和多个从站通讯时可以采用广播通讯模式，逻辑上还可以采用总线令牌网机制，当主站需要与某个从站单独通讯时发放令牌给该从站并在该令牌的有效期内与该从站进行通讯。请参阅图2，图2是本发明实施例的通讯速率的自适应方法的流程图。在本实施例中，通讯速率的自适应方法包括以下步骤步骤Sll :确保主站与N个从站之间网络连接均正常。在步骤Sll中，需要检测主站与每一个从站的网络连接是否正常，具体的是采用主站广播问询，从站答复的机制进行。请参阅图3，图3是图2中步骤Sll的具体步骤示意图，步骤Sll具体包括以下步骤步骤Slll :主站问询N个从站并等待N个从站的答复。在步骤Slll中，主站以广播的方式问询N个从站的状态，然后进入等待。步骤S112 :等待结束后主站对 比收到答复的个数与实际设置的从站个数并判断对比数是否相等。在步骤S112中，广播的方式下，所有从站都能接收到主站的问询，若在正常时间范围内，主站未收到实际设置的从站数量的答复则说明有个别从站与主站的物理网络连接不正常。若在步骤S112中收到答复的个数与实际设置的从站个数对比后数量相等则进入步骤S113:主站与N个从站均连接正常，检查结束；若对比后数量不相等，则执行步骤S114 :提示用户进行网络连接检修，接着执行步骤S115 :用户检修网络连接，然后执行步骤S111，直到收到答复的个数与实际设置的从站个数对比后数量相等时，确定主站与N个从站连接正常，检查结束。步骤S12 :设置主站分别与第I到第N个从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分，分别根据预设速率通讯时对应的通讯效率得分调整主站与各从站之间的通讯速率的档位以使得各从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值。在步骤S12中，主从站之间的通讯采用总线令牌网机制，控制在一段时间内只允许某一个接收到令牌的从站与主站通讯，请参阅图4，图4是本发明主站与从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分的具体步骤示意图。如图4所示，主站与从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分的具体步骤为步骤S121 :主站向从站发放令牌。步骤S122 :在令牌的有效期内从站以预设速率向主站发送第一测速报文。在步骤S122中，第一测试报文为编码器进行编码得到的带有CRC校验的随机报文，其中的CRC即循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check)是数据通信领域中最常用的一种差错校验码。在其他实施例中，第一测试报文也可以是主站和从站约定好的报文。步骤S123 :主站接收第一测速报文。步骤S124 :重复执行前两个步骤四次。在步骤S124中，重复四次是为了后面计算误码率时得到的数据更加准确。在其他实施例中，也可以只进行一次或者其他次数本发明对此不做限定。步骤S125 :主站对五次接收到的第一测速报文累加的错误码元数和总码元数进行误码率计算。在步骤S125中，误码率(BER, biterror ratio)是衡量在规定时间内主站与从站之间数据传输数据精确性的指标。误码率=错误码元数/所传输的总码元数*100%。误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码误码率(比如传送的信号是1，而接收到的是O ;反之亦然)。步骤S125 :主站根据预设速率和误码率的比值计算预设速率的通讯效率得分。在步骤S125中，通讯效率得分的计算公式为A=K*S/ (b+C)其中，A表示通讯速率的通 讯效率得分，K、C为引入的计算常量，S为通讯速率，b为与通讯速率对应的误码率，计算常量C是为了防止当误码率为零时出现除零的现象，同时，由于通讯速率和误码率并非成纯线性比值关系，引入计算常量K可以使通讯效率得分更加精确。在步骤S12中，设置主站分别与第I到第N个从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分，例如，主站与第η (I < η < N)个以预设速率通讯并计算的通讯效率得分为Α_=Κ*/ (bnS(l+C)，其中，S0为预设速率，bnS0为第η个从站以预设速率Stl通讯时的误码率，Anso为第η个从站以预设速率Stl通讯时通讯效率得分。在步骤S12中，分别根据预设速率通讯时对应的通讯效率得分调整主站与各从站之间的通讯速率的档位以使得各从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值的方法为将计算的第η个从站以预设速率通讯的通讯效率得分Anstl与预设的通讯效率阈值A0比较，若第η个从站的通讯效率得分Anstl高于或者等于预设通讯效率阈值Atl则提升预设速率S。的档位至下一通讯速率档位S1并与主站进行下一次通讯，直至第η个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值，经k次调节后第η个从站的通讯效率得分Ansk第一次低于预设通讯效率阈值A0 ;若第η个从站的通讯效率得分Anstl低于预设通讯效率阈值Atl,则主站与第(η+1)个从站以预设速率进行通讯。值得注意的是，通讯速率的调节不是连续的，而是离散的调节速率值，通讯速率预先设置有多个的速率档位\、S1, Sf Sm，从Stl到Sm速率依次增大，通过调节速率档位的方式调节速率。预设通讯效率阈值为预设的通讯效率得分的达标线，其值不宜过低，过低则会影响通讯质量，不宜过高，过高则会超过总线承载的最大极限速率，具体根据以往实际数据设定。步骤S12目的是通过调节各个从站与主站的通讯速率档位，为每一个从站找到一个合适的档位，能够使得每一个从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值。步骤S13 :根据每一从站低于预设通讯效率阈值时对应的通讯效率得分选取各从站分别对应的下一轮通讯速率的档位。在步骤S13中，依据步骤S12中每一个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值时对应的通讯效率得分选取各从站分别对应的下一轮通讯速率的档位。选取依据以往实际数据统计的表格，该表格通过统计以往大量的实际通讯数据，形成通讯效率得分与通讯速率档位的对应关系表，通过查表查找并从中选取进行下一轮通讯测试的下一轮测速的速率的档位，目的是使以所选取的下一轮测速的速率的档位进行下一轮通讯测试中，该从站与主站通讯的通讯效率得分高于预设通讯效率阈值的几率更大。分两种情况第一种情况，在步骤S12中第η个从站经过k次调节其得分Ansk第一次低于预设通讯效率阈值Atl,此时其得分Ansk比A0低但是相差不大，这种情况下可能只需要调整一个通讯速率档位就可以使得下一轮的测速中的通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值Atl ;第二种情况在步骤S12中第m个从站第一次通讯后计算的通讯效率得分Amstl就是低于A0的，此时其得分可能与预设通讯效率阈值Atl相差很大，需要调节多个档位的通讯速率才能使得下一轮的测速中通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值A00步骤S14 :主站与N个从站分别以从站在刚完成的上一步骤中选取的下一轮通讯速率的档位进行通讯并计算对应的通讯效率得分，根据此时对应的通讯效率得分筛选出通讯效率得分低于预设通讯效率阈值的从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站。在步骤S14中，主站与N个从站分别以从站在S13中选取的下一轮通讯速率的档位所对应的通讯速率值进行通讯并计算对应的通讯效率得分，其中，根据此时对应的通讯效率得分筛选出通讯效率得分低于预设通讯效率阈值的从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站的方法为若第η (I < η < N)个从站的通讯效率得分高于预设通讯效率阈值则主站与第(η+1)个从站的以上一步骤中选取的下一轮通讯速率进行通讯并计算通讯效率得分；若第η个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值则将其列为紧接的下一轮需要测速的从站。步骤S15 :根据下一轮需要测速的从站在本轮测速中对应的通讯效率得分选取对应各从站在其紧接的下一轮测 速的通讯速率的档位。在步骤S15中，根据下一轮需要测速的从站在本轮测速中对应的通讯效率得分选取对应各从站在其紧接的下一轮测速的通讯速率的档位的方法与步骤S13中类似此处不在赞述。步骤S16 :循环执行上述测速步骤，以筛选出低于预设通讯效率阈值的从站并进行其下一轮测速，直至N个从站的通讯效率得分均高于或者等于预设通讯效率阈值。在步骤S16中，循环执行步骤S14 S15筛选出低于预设通讯效率阈值的从站并进行其下一轮测速，直至N个从站的通讯效率得分均高于或者等于预设通讯效率阈值。步骤S17 :将每个从站的通讯效率得分高于或等于预设通讯效率阈值时对应的通讯速率确定为各从站与主站之间的最佳通讯速率。在步骤S17中，循环执行步骤S14 S15筛选低于预设通讯效率阈值的从站并进行其下一轮测速时确定的高于或者等于预设通讯效率阈值的从站在恰好高于或者等于预设通讯效率阈值时对应的通讯速率确定为各从站与主站之间的最佳通讯速率。在其他实施例中，通讯速率的自适应方法还可以包括一审查步骤S18，步骤S18紧接着步骤S17执行。请参阅图5，图5是本发明通讯速率的自适应方法另一实施例中审查步骤的示意图。步骤S181 :主站分别以各个从站的最佳通讯速率分别向N个从站发送第二测速报文。步骤S182 N个从站收到第二测速报文后分别反馈采样结果给主机。步骤S183 :主站对比接收到的采样结果与发送前的第二测速报文，筛选出对比结果不一致的从站，并将预设通讯效率阈值降低后重新运用通讯速率的自适应方法获得最佳通讯速率。区别于现有技术，本发明通过主从站之间通讯并计算对应的通讯效率得分以调整通讯速率，然后以调整后的速率通讯并再次计算通讯效率得分，直至所有从站与主站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值，再通过调整通讯速率使得所有从站与主站的通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值，并确定通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值时的对应的通讯效率为对应从站的最佳通讯速率，通过上述方式本发明能够根据每一从站与主站之间实时信道条件选择每一个从站与主站之间的最佳通讯速率。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种通讯速率的自适应方法，其特征在于，所述通讯速率的自适应方法包括以下步骤 确保主站与N个从站之间网络连接均正常； 设置所述主站分别与第I到第N个所述从站以预设速率通讯并计算各所述从站的通讯效率得分，分别根据所述预设速率通讯时对应的所述通讯效率得分调整所述主站与各所述从站之间的通讯速率的档位以使得各所述从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值； 根据每一所述从站低于所述预设通讯效率阈值时对应的所述通讯效率得分选取各所述从站分别对应的下一轮通讯速率的档位； 所述主站与N个所述从站分别以所述从站在刚完成的上一步骤中选取的下一轮通讯速率的档位进行通讯并计算对应的通讯效率得分，根据此时对应的通讯效率得分筛选出通讯效率得分低于所述预设通讯效率阈值的所述从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站； 根据所述下一轮需要测速的从站在本轮测速中对应的通讯效率得分选取对应各所述从站在其紧接的下一轮测速的通讯速率的档位； 循环执行上述测速步骤，以筛选出低于所述预设通讯效率阈值的从站并进行其下一轮测速，直至所述N个从站的通讯效率得分均高于或者等于所述预设通讯效率阈值； 将每个所述从站的通讯效率得分高于或等于所述预设通讯效率阈值时对应的通讯速率确定为各所述从站与所述主站之间的最佳通讯速率。
2.根据权利要求1所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，分别根据所述预设速率通讯时对应的所述通讯效率得分调整所述主站与各所述从站之间的通讯速率的档位以使得各所述从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值的步骤包括 若第η (I < η < N)个从站的所述通讯效率得分高于或者等于预设通讯效率阈值则提升所述预设速率的档位并与所述主站进行下一次通讯，直至所述第η个从站的通讯效率得分低于所述预设通讯效率阈值； 若所述第η个从站的通讯效率得分低于所述预设通讯效率阈值，则所述主站与第(η+1)个从站以所述预设速率进行通讯。
3.根据权利要求2所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，根据此时对应的通讯效率得分筛选出通讯效率得分低于所述预设通讯效率阈值的所述从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站的步骤包括 若第η (I < η < N)个从站的通讯效率得分高于所述预设通讯效率阈值则所述主站与所述第(η+1)个从站的以上一步骤中选取的下一轮通讯速率进行通讯并计算通讯效率得分； 若第η个从站的通讯效率得分低于预设通讯效率阈值则将其列为紧接的下一轮需要测速的从站。
4.根据权利要求1所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，所述主站与每一所述从站之间以所述预设速率通讯的步骤包括 所述主站向所述从站发放令牌； 在所述令牌的有效期内所述从站以所述预设速率向所述主站发送第一测速报文；所述主站接收所述第一测速报文； 重复前两个步骤再执行四次。
5.根据权利要求4所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，计算所述主站与所述从站之间以所述预设速率通讯的通讯效率得分的步骤包括 所述主站对五次接收到的所述第一测速报文累加的错误码元数和总码元数进行误码率计算； 所述主站根据所述预设速率和所述误码率的比值计算所述预设速率的通讯效率得分。
6.根据权利要求5所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，所述通讯效率得分的计算公式为A=K*S/ (b+C) 其中，A表示所述通讯速率的通讯效率得分，K、C为引入的计算常量，S为所述通讯速率，b为与所述通讯速率对应的误码率。
7.根据权利要求1所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，确保主站与N个从站之间网络连接均正常的步骤包括 所述主站问询所述N个从站并等待所述N个从站的答复； 等待结束后所述主站对比收到答复的个数与实际设置的从站个数并判断对比数是否相等，若对比数相等则确定连接正常，若对比数不等，则继续问询，同时提示用户进行网络连接检查。
8.根据权利要求7所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，所述通讯速率的自适应方法进一步包括审查步骤 所述主站分别以各个从站的最佳通讯速率分别向N个所述从站发送第二测速报文； N个所述从站收到所述第二测速报文后分别反馈采样结果给所述主机； 所述主站对比接收到的所述采样结果与发送前的所述第二测速报文，筛选出对比结果不一致的所述从站，并将所述预设通讯效率阈值降低后重新运用所述通讯速率的自适应方法获得最佳通讯速率。
9.根据权利要求1所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，根据所述下一轮需要测速的从站在本轮测速中对应的通讯效率得分选取对应各所述从站在其紧接的下一轮测速的通讯速率的档位，以使得以选取的所述下一轮测速的速率的档位进行下一轮通讯测试时各所述从站对应的通讯效率得分高于所述预设通讯效率阈值的几率更大。
10.根据权利要求9所述的通讯速率的自适应方法，其特征在于，通过统计以往大量的实际通讯数据，形成通讯效率得分与通讯速率档位的对应关系表，通过查询所述对应关系表从中选取进行下一轮通讯测试的下一轮测速的速率的档位。
全文摘要
本发明公开了一种通讯速率的自适应方法，该方法包括确保主站与N个从站之间网络连接均正常；设置主站分别与N个从站以预设速率通讯并计算各从站的通讯效率得分，调整主站与各从站之间的通讯速率的档位以使得各从站的通讯效率得分均低于预设通讯效率阈值；根据每一从站低于预设通讯效率阈值时对应的通讯效率得分选取下一轮通讯速率的档位；主站与N个从站分别以从站在上一步骤中选取的下一轮通讯速率的档位进行通讯并计算对应的通讯效率得分，筛选出通讯效率得分低于预设通讯效率阈值的从站，并将其列为紧接的下一轮需要测速的从站。通过上述方式，本发明能够根据每一从站与主站之间实时信道条件选择每一个从站与主站之间的最佳通讯速率。
文档编号H04L12/417GK103067133SQ201210593598
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者赵崇博 申请人:北京配天大富精密机械有限公司