无线数据传输网络及其中的传输设备传输数据帧的装置制造方法
【专利摘要】无线数据传输网络，网络中，数据帧的中继由多台节点设备进行竞争，节点设备在收到数据帧之后须进行大于或等于0的延时，地理位置越趋向目标设备则延时越短，如果在延时期间再次收到该数据帧，则不发送该数据帧。在此竞争规则下，地理位置趋向目标设备的节点设备DA将获得此次中继权，这次中继就能获得较远的传输距离，从而减少数据帧到达目标设备所需的中继次数，而地理位置不趋向目标设备的则在竞争中落败，不准进行此次中继，以免中继重复进行。网络中的传输设备传输数据帧的方法由计算机程序指令控制计算机系统来完成。
【专利说明】无线数据传输网络及其中的传输设备传输数据帧的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线数据传输网络，以及其中的传输设备传输数据帧的方法，尤其涉及其中的数据帧中继策略。该方法由计算机程序指令控制计算机系统来完成。
【背景技术】
[0002]请参阅图1中由传输设备0、1、2、3、4、5、6、7、8、9组成的传输通路。以数据帧从始发设备O始发下行，最终抵达目标设备8为例，可依次经节点设备1、2、3、4、5、6、7中继，最终到达目标设备8，但采用这种最直观的中继策略未免中继次数太多，传输速率太低。为了减少中继次数，可以改为例如依次经节点设备3、6中继，最终到达目标设备8，但由于数据帧的无线传输受距离和环境变化的影响比较大，如果每次中继距离太长，或者传输设备3、6发生了故障，就会导致传输失败。为了兼顾速率和可靠性，可以上述两种做法一并采用，但这样一来就会产生大量的重复中继，造成传输资源的浪费。
【发明内容】
[0003]一、本发明的目的是让无线数据传输网络中的数据帧中继兼顾速率和可靠性，并避免重复中继。
[0004]二、本发明给出无线数据传输网络，包括多台传输设备，多台传输设备根据各自在当次数据传输中的作用分别担任始发设备、节点设备或目标设备，每次数据传输，数据帧从始发设备始发，经节点设备中继，最终抵达目标设备，其特征是，数据帧的中继由多台节点设备进行竞争，具体地，节点设备在收到数据帧之后须进行大于或等于O的延时，参与中继竞争的多台节点设备当中:
地理位置越趋向目标设备的，延时越短；
在延时期间再次收到该数据帧的，不准发送该数据帧。
[0005]在此竞争规则下，地理位置趋向目标设备的节点设备DA只需经历很短的延时即可发送该数据帧，从而在竞争中获得此次中继权，而地理位置不趋向目标设备的节电设备此时仍在延时中，就会在延时期间收到节点设备DA发送的该数据帧，从而在竞争中落败，不准进行此次中继，以免中继重复进行。
[0006]三、本发明还给出无线数据传输网络中的传输设备传输数据帧的方法。
[0007]无线数据传输网络中的传输设备传输数据帧的方法1:所述的无线数据传输网络包括多台传输设备，多台传输设备根据各自在当次数据传输中的作用分别担任始发设备、节点设备或目标设备，每次数据传输，数据帧从始发设备始发，经节点设备中继，最终抵达目标设备，其特征是，所述的无线数据传输网络中，数据帧的中继由多台节点设备进行竞争，本方法在本传输设备作为节点设备参与中继竞争的情况下，在收到数据帧之后进行大于或等于O的延时，地理位置越趋向目标设备，延时越短，如果在延时期间再次收到该数据帧，就不发送该数据帧。
[0008]方法2是在方法I的基础上，取本传输设备对发出需中继的数据帧的传输设备DL的趋向程度作为计算延时长度的参数，越趋向传输设备DL，延时越长。
[0009]方法3是在方法2的基础上，所述的无线数据传输网络中，各传输设备根据所处的地理位置，按照与处在其中一端的传输设备的距离递增/递减编号，本方法具体取本传输设备与传输设备DL之间的编号差Λ η作为所述的参数，编号差Λ η越小意味着本传输设备越趋向传输设备DL。
[0010]方法4是在方法I的基础上，如果本传输设备不位于发出需中继的数据帧的传输设备DL与目标设备之间,则不参与中继竞争。
[0011]方法5是在方法4的基础上，所述的无线数据传输网络中，各传输设备根据所处的地理位置，按照与处在其中一端的传输设备的距离递增/递减编号，本方法具体根据编号判断本传输设备是否位于发出需中继的数据帧的传输设备DL与目标设备之间。
[0012]方法6是在方法I的基础上，在本传输设备作为目标设备的情况下，在收到数据帧后，即时发送该数据帧。
[0013]方法7是在方法I的基础上，在本传输设备作为始发设备的情况下，把根据所需的传输速率确定的中继延时基准参数D3写入到数据帧中，供参与中继竞争的节点设备计算须延时长度之用。
[0014]方法8是在方法5的基础上:
所述的无线数据传输网络中的多台传输设备当中，一台为集中器，其它为非集中器；无线数据传输网络以集中器为中心，各非集中器根据所处的地理位置被划分为多条通信支路，每条通信支路加上集中器形成一条传输通路；
每条传输通路中，集中器作为所述的处在其中一端的传输设备，各通信支路传输设备编号区间不重叠；
一条通信支路的传输设备编号区间与集中器编号之间的区间记为ΖΑ，这条通信支路的传输设备编号区间与编号区间相邻通信支路的传输设备编号区间之间的区间记为ΖΒ，如果ZA与ZB有交集区间，本方法在本传输设备作为集中器的情况下，在这条通信支路加上本传输设备所形成的传输通路中，把本传输设备的编号变换成取值于该交集区间的保留编号。
[0015]方法9是在方法3的基础上:
所述的无线数据传输网络中的多台传输设备当中，一台为集中器，其它为非集中器；无线数据传输网络以集中器为中心，各非集中器根据所处的地理位置被划分为多条通信支路，每条通信支路加上集中器形成一条传输通路；
每条传输通路中，集中器作为所述的处在其中一端的传输设备；
集中器与一条通信支路中最接近集中器的传输设备之间的编号差大于这条通信支路内部各相邻传输设备之间的最大编号差，这条通信支路的传输设备编号区间与集中器编号之间的区间记为ΖΑ，本方法在本传输设备作为集中器的情况下，在这条通信支路加上本传输设备所形成的传输通路中始发数据帧时，把本传输设备的编号变换成取值于ZA的保留编号。
[0016]四、有益效果:中继由更趋向目标设备的节点设备进行，这次中继就能获得较远的传输距离，从而减少数据帧到达目标设备所需的中继次数，提高传输速率；不趋向目标设备的节点设备不会重复中继同一数据帧，避免了重复中继。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是无线数据传输网络结构图。
[0018]图2是另一无线数据传输网络结构图。
【具体实施方式】
[0019]实施例一
如图1的无线数据传输网络用于用电数据采集。多台用电采集器分别安装在不同的小区中，每台用电采集器连接其所在小区的智能电表集群，采集该小区的用电数据。集中器和各用电采集器均为传输设备，集中器下发数据给各用电采集器，各用电采集器把采集到的数据汇至集中器。
[0020]无线数据传输网络以集中器为中心，处在网络最顶端的集中器编号为0，从集中器开始，按照与集中器O的距离给9台用电采集器递增编号为1、2、3、……、9，这9台用电采集器形成一条通信支路。同样地，网络中的其它用电采集器也可以基于所处的地理位置形成其它通信支路，具体见实施例二。每条通信支路加上集中器O形成一条传输通路，每条传输通路中，数据帧从编号小的传输设备始发，最终抵达编号大的传输设备的，称为下行数据帧；反过来，从编号大的传输设备始发，最终抵达编号小的传输设备的，称为上行数据帧。
[0021]以数据帧从集中器O始发下行，最终抵达用电采集器8为例，中继策略是每次中继由多台节点设备进行竞争。数据帧从集中器O始发，假设当时节点设备1、2、3能够收到，这种情况下显然由其中地理位置最趋向目标设备8的节点设备3进行中继能够获得较远的传输距离。为了让节点设备3竞争获胜，制定中继规则:
节点设备在收到数据帧之后须进行延时，地理位置越趋向目标设备8的，延时越短，例如具体地，参与中继竞争的节点设备取自己与发出需中继的数据帧的传输设备O之间的编号差Λ η作为参数，计算须延时长度At =D3 / Λ n，其中D3是中继延时基准参数，系根据所需的传输速率确定，由始发设备写入到数据帧中，如此则编号差Λ η越小表示自己越趋向传输设备O (即越不趋向目标设备8)，延时Λ t就越长。
[0022]在此规则下，节点设备3延时时长At =D3 / (3-0)最短，率先发送该数据帧(节点设备3把自己的设备编号3写入到数据帧中，让随后接收到该数据帧的设备得知该数据帧是由节点设备3中继的)，完成中继，节点设备1、2、4、5随即收到由节点设备3发出的该数据帧。
[0023]中继规则还规定:
在延时期间再次收到该数据帧的，不准发送该数据帧。
[0024]在此规则下，节点设备1、2如上所述收到由节点设备3发出的该数据帧，对节点设备1、2而言属于在延时期间再次收到，故节点设备1、2不准发送该数据帧，避免重复中继。本次中继得以由距离发出需中继的数据帧的集中器O最远的节点设备3进行，获得了较远的传输距离。
[0025] 然后，假设节点设备4、5收到节点设备3发出的数据帧，在同样的规则下，节点设备5的延时长度Λ t =D3 / (5-3)比节点设备4的延时长度Λ t =D3 / (4-3)短，故节点设备5获得中继权(节点设备5把自己的设备编号5写入到数据帧中，覆盖掉节点设备3写入的设备编号3)，节点设备4不准发送该数据帧。[0026]然后，假设用电采集器6、7、8、9收到节点设备5发出的数据帧。用电采集器8作为目标设备收到数据帧，传输即告完成。数据帧中途只需中继两次即到达目标设备8，传输速率高，且避免了重复中继。此时目标设备8可即时发送该数据帧，参与中继竞争的其它节点设备在收到目标设备8发出的该数据帧时尚在延时期间，故不准发送该数据帧，这就避免了无谓的数据传输。另，按照所处的地理位置，节点设备9并不位于发出需中继的数据帧的传输设备5与目标设备8之间(节点设备9可根据设备编号或结合数据帧的上下行标志判断得知)，由节点设备9中继显然效率较低，故规则不准节点设备9参与本次中继竞争，以节约不必要的工作量。
[0027]本例中，数据帧是经节点设备3、5中继，最终到达目标设备8的，不过即使节点设备3、5发生故障，也不会导致传输失败，这是因为按照中继规则，可由节点设备2、4、6中继，最终仍可到达目标设备8，可见该中继规则对节点设备的变动具有较强的适应性。
[0028]本例中，参与中继竞争的节点设备5计算须延时长度Λ t =D3 / Λ η，所取的Λ η是自己与发出需中继的数据帧的传输设备3之间的编号差，即Λ η=5-3。中继规则其实可以把Δ η改成是自己5与始发设备O之间的编号差，即Λ η=5-0,如此则照样是编号差Λ η越小表示自己越不趋向目标设备8，延时Λ t就越长，在本例中并不会改变中继竞争的结果，只是在节点设备延时的具体长度上会有一定的影响——从第一次中继到第二次中继再到后续中继，编号差Λ η会越来越大，延时长度Λ t会越来越短，也就是说，各次中继中的延时长度Λ t差别比较明显，由此带来的不利后果是:
对传输速率的控制难度增大了 ；
延时长度Λ t太长则拖慢传输速率，延时长度Λ t太短则传输设备的处理器因工作频率限制而影响分辨，两 者之间难以取得平衡。
[0029]因此，参与中继竞争的节点设备5取其对发出需中继的数据帧的传输设备3的趋向程度作为计算须延时长度Λ t的参数Λ η，优于取其对始发设备O趋向程度。
[0030]实施例二
用于用电数据采集的另一个无线数据传输网络如图2。本实施例中，无特别说明的部分与实施例一相同。本实施例通过优化节点设备的编号，在应用中取得更优的效果。
[0031]无线数据传输网络以集中器为中心，处在网络最顶端的集中器编号为1，从集中器开始，按照与集中器I的距离给纵向排列在左侧的7台用电采集器递增编号为10、12、
16、19、24、27、28，这7台用电采集器形成第一条通信支路，同样地，纵向排列在中央的用电采集器140、141、142、……、153、157形成第二条通信支路，纵向排列在右侧的用电采集器1140、1141、1143、……、1154、1155形成第三条通信支路，各通信支路设备编号区间不重叠。每条通信支路加上集中器I形成一条传输通路,传输通路序号对应于通信支路。每条传输通路中，数据帧从编号小的传输设备始发，最终抵达编号大的传输设备的，称为下行数据帧；反过来，从编号大的传输设备始发，最终抵达编号小的传输设备的，称为上行数据帧。
[0032]在集中器I中建立节点编号目录表，其中存有对应于第一条通信支路的保留编号
9、对应于第二条通信支路的保留编号139和对应于第三条通信支路的保留编号1139，供集中器I作为始发设备/目标设备的情况下变换自身编号之用。
[0033]以数据帧从集中器I始发下行，最终抵达用电采集器153为例，数据帧从集中器I始发，由于无线传输具有全方向性，假设当时节点设备10、12、16、140、141、1140、1141、1143能够收到，其中节点设备1140、1141、1143根据编号可知自己并不位于集中器与目标设备编号153之间从而不准参与中继竞争，节约了不必要的工作量。由于目标设备153是纵向排列在中央的用电采集器之一，显然应当由第二条通信支路中的节点设备中继该数据帧，为此集中器I把自身编号(即该数据帧的始发设备编号)变换成对应于第二条通信支路的保留编号139，如此则节点设备10、12、16因自身编号并不处在139与153之间而不准参与中继竞争，进一步节约了不必要的工作量，从而，网络中只有节点设备140、141参与中继竞争，根据竞争规则，节点设备141编号差Λη=141-139=2，延时长度比节点设备140短，将获得中继权，随后数据帧在第二条传输通路中继续中继，最终到达目标设备153。正常情况下，各次中继节点设备编号差Λ η相差不大，延时长度也就相差不大，这使得延时长度Λ t在处理器的工作频率与数据的传输速率之间容易取得平衡，既让各节点设备的处理器容易分辨，又不会拖慢传输速率。如果集中器I的编号没有变换成保留编号139，则节点设备140编号差Λη=140-1=139(明显大于第二条通信支路内部各编号区间相邻传输设备之间的最大编号差)，节点设备141编号差Λ η=141-1=140,节点设备140、141的延时长度Λ t=D3 /Δ η就会非常短，节点设备的处理器将因工作频率限制而难以分辨。如果为了迁就此次中继传输，把中继延时基准参数D3调大以便让节点设备的处理器容易分辨，则后续中继的节点设备的延时Λ t=D3 / Δ η就会变得很长，严重影响传输速率。
[0034]对于反过来，数据帧从用电采集器153始发上行，最终抵达集中器I的情况，集中器I也最好把自身编号(即该数据帧的目标设备编号)变换成对应于第二条通信支路的保留编号139，以使第一条通信支路中的节点设备因自身编号并不处在139与153之间而不准参与中继竞争，节约不必要的工作量。
[0035]以第二条通信支路为例，第二条通信支路的传输设备编号区间140?157与集中器编号I之间的区间2?139记为TA，对于下行数据帧，为了使延时长度Λ t在处理器的工作频率与数据的传输速率之间容易取得平衡，对应于第二条通信支路的保留编号应当取值于TA。第二条通信支路的传输设备编号区间140?157与编号区间相邻的第一、第三条通信支路的传输设备编号区间之间的区间29?139、158?1139记为ZB，ZA与ZB有交集区间29?139，为了使第一条通信支路中的节点设备不准参与中继竞争以节约不必要的工作量，对应于第二条通信支路的保留编号应当取值于ZA与ZB的交集区间29?139。本实施例中第二条通信支路的保留编号具体取值为139，紧邻第二条通信支路的传输设备编号区间 140 ?157。
[0036]本文给出的方法，其中的全部或部分步骤可以通过建立功能模块构架，由计算机程序指令控制计算机系统来完成。这些计算机程序指令存储在计算机可读存储介质中。
【权利要求】
1.无线数据传输网络，包括多台传输设备，多台传输设备根据各自在当次数据传输中的作用分别担任始发设备(O)、节点设备或目标设备(8)，每次数据传输，数据帧从始发设备(O)始发，经节点设备中继，最终抵达目标设备(8)，其特征是，数据帧的中继由多台节点设备(1、2、3)进行竞争，具体地，节点设备在收到数据帧之后须进行大于或等于O的延时，参与中继竞争的多台节点设备(1、2、3)当中: 地理位置越趋向目标设备(8)的，延时越短； 在延时期间再次收到该数据帧的，不准发送该数据帧。
2.根据权利要求1所述的无线数据传输网络，参与中继竞争的节点设备(5)取其对发出需中继的数据帧的传输设备DL(3)的趋向程度作为计算须延时长度的参数，越趋向传输设备DL (3)，延时越长。
3.根据权利要求2所述的无线数据传输网络，各传输设备根据所处的地理位置，按照与处在其中一端的传输设备(O)的距离递增/递减编号，参与中继竞争的节点设备(5)具体取自己与传输设备DL (3)之间的编号差Λ η作为所述的参数，编号差Λ η越小意味着参与中继竞争的节点设备(5)越趋向传输设备DL(3)。
4.根据权利要求1所述的无线数据传输网络，节点设备(9)如果不位于发出需中继的数据帧的传输设备DL(5)与目标设备(8)之间，则不准参与中继竞争。
5.根据权利要求4所述的无线数据传输网络，各传输设备根据所处的地理位置，按照与处在其中一端的传输设备(O)的距离递增/递减编号，节点设备(9)具体根据编号判断自己是否位于发出需 中继的数据帧的传输设备DL(5)与目标设备⑶之间。
6.根据权利要求1所述的无线数据传输网络，目标设备(8)在收到数据帧后，即时发送该数据帧。
7.根据权利要求1所述的无线数据传输网络，根据所需的传输速率确定中继延时基准参数D3，由始发设备(O)写入到数据帧中，供参与中继竞争的节点设备计算须延时长度之用。
8.根据权利要求5所述的无线数据传输网络，其特征是: 多台传输设备当中，一台为集中器(I)，其它为非集中器； 本无线数据传输网络以集中器(I)为中心，各非集中器根据所处的地理位置被划分为多条通信支路，每条通信支路加上集中器(I)形成一条传输通路； 每条传输通路中，集中器(I)作为所述的处在其中一端的传输设备，各通信支路传输设备编号区间不重叠； 一条通信支路的传输设备编号区间(140~157)与集中器编号(I)之间的区间(2~139)记为ZA，这条通信支路的传输设备编号区间(140~157)与编号区间相邻通信支路的传输设备编号区间(10~28,1140~1155)之间的区间(29~139,158~1139)记为ZB,如果ZA与ZB有交集区间(29~139)，则在这条通信支路加上集中器(I)所形成的传输通路中，集中器把自身编号(I)变换成取值于该交集区间(29~139)的保留编号(139)。
9.根据权利要求3所述的无线数据传输网络，其特征是: 多台传输设备当中，一台为集中器(I)，其它为非集中器； 本无线数据传输网络以集中器(I)为中心，各非集中器根据所处的地理位置被划分为多条通信支路，每条通信支路加上集中器(I)形成一条传输通路；每条传输通路中，集中器(I)作为所述的处在其中一端的传输设备； 集中器(I)与一条通信支路中最接近集中器(I)的传输设备(140)之间的编号差(140-1)大于这条通信支路内部各相邻传输设备之间的最大编号差，这条通信支路的传输设备编号区间(140~157)与集中器编号(I)之间的区间(2~139)记为ZA，在这条通信支路加上集中器(I)所形成的传输通路中，集中器(I)在作为始发设备的情况下把自身编号(I)变换成取值于ZA的保留编号(139)。
10.无线数据传输网络中的传输设备传输数据帧的装置，所述的无线数据传输网络包括多台传输设备，多台传输设备根据各自在当次数据传输中的作用分别担任始发设备(O)、节点设备或目标设备(8)，每次数据传输，数据帧从始发设备(O)始发，经节点设备中继，最终抵达目标设备(8)，其特征是，所述的无线数据传输网络中，数据帧的中继由多台节点设备(1、2、3)进行竞争，本装置包括: 延时装置，其在本传输设备作为节点设备参与中继竞争的情况下，在收到数据帧之后进行大于或等于O的延时，地理位置越趋向目标设备(8)，延时越短； 不发装置，其如果在延时期间再次收到该数据帧，就不发送该数据帧。
11.根据权利要求10所述的传输设备传输数据帧的装置，延时装置取本传输设备(5)对发出需中继的数据帧的传输设备DL(3)的趋向程度作为计算延时长度的参数，越趋向传输设备DL (3)，延时越长。
12.根据权利要求11所述的传输设备传输数据帧的装置，所述的无线数据传输网络中，各传输设备根据所处的地理位置，按照与处在其中一端的传输设备(O)的距离递增/递减编号，本装置的延时 装置具体取本传输设备(5)与传输设备DL(3)之间的编号差Λ η作为所述的参数，编号差Λ η越小意味着本传输设备(5)越趋向传输设备DL(3)。
13.根据权利要求10所述的传输设备传输数据帧的装置，包括不参与装置，其如果判断出本传输设备(9)不位于发出需中继的数据帧的传输设备DL(5)与目标设备(8)之间，则不参与中继竞争。
14.根据权利要求13所述的传输设备传输数据帧的装置，所述的无线数据传输网络中，各传输设备根据所处的地理位置，按照与处在其中一端的传输设备(O)的距离递增/递减编号，本装置的不参与装置具体根据编号判断本传输设备(9)是否位于发出需中继的数据中贞的传输设备DL(5)与目标设备⑶之间。
15.根据权利要求10所述的传输设备传输数据帧的装置，包括目标发送装置，其在本传输设备作为目标设备(8)的情况下，在收到数据帧后，即时发送该数据帧。
16.根据权利要求10所述的传输设备传输数据帧的装置，包括始发写入装置，其在本传输设备作为始发设备(O)的情况下，把根据所需的传输速率确定的中继延时基准参数D3写入到数据帧中，供参与中继竞争的节点设备计算须延时长度之用。
17.根据权利要求14所述的传输设备传输数据帧的装置，其特征是: 所述的无线数据传输网络中的多台传输设备当中，一台为集中器(I)，其它为非集中器； 无线数据传输网络以集中器(I)为中心，各非集中器根据所处的地理位置被划分为多条通信支路，每条通信支路加上集中器(I)形成一条传输通路； 每条传输通路中，集中器(I)作为所述的处在其中一端的传输设备，各通信支路传输设备编号区间不重叠； 一条通信支路的传输设备编号区间(140~157)与集中器编号(1)之间的区间(2~139)记为ZA，这条通信支路的传输设备编号区间(140~157)与编号区间相邻通信支路的传输设备编号区间(10~28,1140~1155)之间的区间(29~139,158~1139)记为ZB,本装置包括编号变换装置，如果ZA与ZB有交集区间(29~139)，编号变换装置就在本传输设备作为集中器(1)的情况下，在这条通信支路加上本传输设备所形成的传输通路中，把本传输设备的编号⑴变换成取值于该交集区间(29~139)的保留编号(139)。
18.根据权利要求12所述的传输设备传输数据帧的装置，其特征是: 所述的无线数据传输网络中的多台传输设备当中，一台为集中器(1)，其它为非集中器； 无线数据传输网络以集中器(1)为中心，各非集中器根据所处的地理位置被划分为多条通信支路，每条通信支路加上集中器(1)形成一条传输通路； 每条传输通路中，集中器(1)作为所述的处在其中一端的传输设备； 集中器(1)与一条通信支路中最接近集中器(1)的传输设备(140)之间的编号差(140-1)大于这条通信支路内部各相邻传输设备之间的最大编号差，这条通信支路的传输设备编号区间(140~157)与集中器编号(1)之间的区间(2~139)记为ZA，本装置包括编号变换装置，其在本传输设备作为集中器(1)的情况下，在这条通信支路加上本传输设备所形成的传输通路中始发数据帧时，把本传输设备的编号(1)变换成取值于ZA的保留编号(139)。
【文档编号】H04W40/22GK104038977SQ201410208686
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】林楷东, 蔡伟鸿, 蔡玲如, 陈银冬, 杨育标, 张纯, 王连城, 吴思驰, 李嘉鸿, 刘文胜 申请人:汕头市高博电子科技有限公司