專利名稱：工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)無線通信領域，尤其涉及一種工業(yè)無線傳感器網絡的廣 播信道數(shù)據(jù)傳輸方法。
背景技術：
工業(yè)無線技術是繼現(xiàn)場總線之后，工業(yè)控制領域的有一個熱點技術，是 降低工業(yè)測控系統(tǒng)成本、提高工業(yè)測控系統(tǒng)應用范圍的革命性技術，在未來 幾年工業(yè)自動化產品新的增長點。工業(yè)無線技術是一種本世紀初新興的，面向設備間短程、低速率信息交 互的無線通信技術，適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境使用，具有很強的抗干擾能 力、超低能耗、實時通信等技術特征，是對現(xiàn)有無線技術在工業(yè)應用方向上 的功能擴展和技術創(chuàng)新，并將最終轉化為新此無線技術標準。其是從新興的 無線傳感器網絡技術中發(fā)展而來的。工業(yè)無線技術是滿足工業(yè)應用高可靠、 低功耗、硬實時等特殊需求的一類無線傳感器網絡技術。其發(fā)展前景十分看好，據(jù)美國On World公司最近的一項無線傳感器市場調査顯示，79%的被調 査用戶正在考慮使用無線設備完成遠程監(jiān)控，特別是管道運營行業(yè)和水源監(jiān) 測，幾乎所有的大型油氣公司都在尋求網絡化實時監(jiān)測平臺的解決方案。美 國控制工程雜志報導的一項調査顯示，在工業(yè)自動化市場中，最終用戶和系 統(tǒng)集成商對無線網絡技術表現(xiàn)出強烈的興趣。45%的受訪者計劃于2005年試 用無線網絡技術。而近70%的受訪者正在關注無線技術在工業(yè)測控應用方面 的進展。在關于無線網絡能節(jié)約多少成本這個問題上，58%的受訪者相信，每 采用一個無線傳感器，這項技術在連線和勞動力上節(jié)約了超過100美元的成 本；33%的受訪者認為每個傳感器可節(jié)約超過250美元。Venture DevelopmentCorporation在其"北美離散和過程制造業(yè)的RF/微波無線監(jiān)測和控制產品市場 調研報告"中指出，工業(yè)自動化領域相關無線產品的生產量2004年為610萬 美元，預計今后將以60.2%的年增長率快速增長。而大部分的工業(yè)控制應用要求數(shù)據(jù)的可靠傳輸率超過95%，這樣對信道 數(shù)據(jù)傳輸上可靠性要求很高，本專利正立足于此，提出了一種可以提高可靠 性的信道重傳方法。移動通信系統(tǒng)的性能除了有線信道中存在的擁塞問題外，還主要受到時 變信道的制約，各種噪聲、干擾、衰落等極大降低了無線鏈路的質量。發(fā)射 機與接收機之間的傳播路徑非常復雜，從簡單的視距傳播，到遭遇各種復雜 的地物，如建造物、山脈和樹葉等；在陸地移動通信系統(tǒng)中，移動臺處于城 市建筑群之中或處于地形復雜的區(qū)域，其天線將接收由多條路徑傳來的信號， 加上移動臺本身的運動，使得移動臺和基站之間的無線信道多變且難以控制， 造成無線信道中信號強度的驟然降低即所謂的衰落是經常發(fā)生的。無線應用協(xié)議(WAP)已開發(fā)用于處理移動臺的需要，因為這些設備具有 嚴重的物理、存儲和處理約束。WAP可應用于多種不同系統(tǒng)，包括GSM-900、 GAM-1800、 GSM-1900、 CDMA IS-95、 TDMA IS-136、寬帶IS-95，以及諸 如IMT-2000、 UMTS和W-CDMA的第三代系統(tǒng)。按照WAP，存在三類事務類別O用于不可靠的單向請求，類別l用于 可靠的單向請求，而類別2用于可靠的雙向請求一響應事務。事務定義為在"發(fā) 起者"(例如，發(fā)送方或接收方)和"應答者"(例如，發(fā)送方或接收方)之間的交互 作用單元。事務始于發(fā)送方生成的請求消息。在類別2事務中，接收方用隱 含確認該請求消息的一個結果消息應答。如果接收方處理該請求消息所花費 的時間超過指定的時間間隔，接收方在發(fā)送結果消息之前可回復"不掛斷"確認 消息以避免重傳該請求消息。當發(fā)送方接收到該確認時事務處理結束。為了減少擁塞和傳播中存在的上述問題，數(shù)據(jù)消息發(fā)送之前，它被分割 為有序排列的數(shù)據(jù)分組序列。每個數(shù)據(jù)分組有分配給它的分組序號(PSN)。因此，例如，分割的第一個數(shù)據(jù)分組被分配分組序號O，第二個數(shù)據(jù)分組分配 分組序號l，第三個數(shù)據(jù)分組分配分組序號2，以此類推。這些數(shù)據(jù)分組獨立或組合傳輸，收到后由接收方重新組合。消息可分割的最大分組數(shù)約為256 個分組，每個分組的最大尺寸為l-2k字節(jié)。因此，消息的最大尺寸典型地小 于0.5M字節(jié)。如果數(shù)據(jù)分組被分割為小組，那么直到已經確認接收到前面的分組組 (packet group)，發(fā)送方才發(fā)送，屬于同一事務的新分組。典型地，發(fā)送方確 定在每個分組組中的分組數(shù)，并在同一批中發(fā)送分組組的分組。每個分組組 的最后一個數(shù)據(jù)分組有小組尾部(GTR)標志集(flag set)，它稱之為GTR分 組。整個消息的最后一個分組組的最后一個數(shù)據(jù)分組有傳輸尾部(TTR)標志 集，它也稱之為TTR分組。接收方存儲所有接收的分組，而且一接收到GTR 分組，接收方就檢測它是否已接收了屬于該特定分組組的所有分組。如檢測 己經接收了該小組中的所有分組，那么接收方返回包含有該GTR分組的分組 序號的確認消息。然而，如果接收到GTR或TTR分組，但該分組組的一個 或多個分組丟失，那么接收方在發(fā)送包含有該特定分組組的丟失分組的分組 序號的否認(NACK)消息之前，等待一段時間，例如1/2中值往返行程時間 (RTT)。如果發(fā)送方在發(fā)送分組組后的指定時間間隔內沒有接收到確認，那么 它只重傳該分組組的GTR或TTR分組到接收方。然而，如果在傳輸期間由于例如無線通信網絡的切換錯誤或擁塞導致一 個或多個確認或否認消息丟失，從而導致重傳接收方已經接收到的數(shù)據(jù)分組， 這將出現(xiàn)問題。發(fā)明內容為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種工業(yè)無線傳感器網 絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法，從而實現(xiàn)了無線信道中信息的可靠性傳輸。本發(fā)明提供的無線信道數(shù)據(jù)傳輸方法包括接收方確定沒有成功接收到數(shù)據(jù)分組組中的數(shù)據(jù)分組后，向接收方發(fā)送 包括數(shù)據(jù)分組的否認消息；發(fā)送方確定接收到所述否認消息后，判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組后經過的時 間大于預定的時間間隔；重新發(fā)送所述分組數(shù)據(jù)給所述接收方。進一步地，所述向接收方發(fā)送包括數(shù)據(jù)分組的否認消息是在所述接收方 判斷首次發(fā)送否認消息后的等待時間超過等待門限值之后，重新發(fā)送的。 進一步地，所述否認消息包括的數(shù)據(jù)分組為整個過程中丟失的所有數(shù)據(jù)分組。進一步地，所述數(shù)據(jù)分組具有傳輸尾部標志集或者小組尾部標志集。 進一步地，所述的方法還包括在所述接收方在接收到帶有小組尾部標志集的數(shù)據(jù)分組后，發(fā)送響應消息給發(fā)送方。進一步地，所述的方法還包括在所述接收方在接收到帶有傳輸尾部標志集的數(shù)據(jù)分組后，發(fā)送響應消息給發(fā)送方。因此，本發(fā)明能夠實現(xiàn)無線信道上信息的可靠傳輸。


圖1為本發(fā)明工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法基于的數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)的結構示意圖；圖2為本發(fā)明工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法中傳輸?shù)慕?分割的數(shù)據(jù)消息格式示意圖；'圖3為本發(fā)明工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法的流程圖。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明實施例的技術方案做進一步的詳細描述。如圖1所示為本發(fā)明工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法基于 的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結構示意圖。該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)IO，包括移動臺ll (例如手機)，其通過空中鏈路15 (包括例如，基站和交換控制點)與網關13無線通 信，網關13通過諸如因特網或內聯(lián)網的廣域網和服務器17相連。根據(jù)本發(fā) 明數(shù)據(jù)傳輸方法往返于移動臺11傳輸數(shù)據(jù)。圖2為本發(fā)明工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法中數(shù)據(jù)流經 分割后的數(shù)據(jù)消息格式示意圖。該數(shù)據(jù)消息包括多個數(shù)據(jù)分組組如組1、組2... 組M。每個組包括一個或多個無標志集的數(shù)據(jù)分組30和有GTR標志集的數(shù) 據(jù)分組32。 GTR標準集指示數(shù)據(jù)分組組的最后一個數(shù)據(jù)分組。整個數(shù)據(jù)消息 的最后一個分組34包含TTR標志集。數(shù)據(jù)消息的每個數(shù)據(jù)分組30與唯一的 識別號相聯(lián)系，例如分組序號(PSN)，以便接收方(例如移動臺11)能基 于識別號識別該數(shù)據(jù)消息中丟失的數(shù)據(jù)分組。這些數(shù)據(jù)分組有連續(xù)的編號(例 如0， 1， 2， 3， 4……)。如圖3為本發(fā)明工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法的流程圖， 步驟1，發(fā)送方(例如，網關13或服務器17)根據(jù)PSN順序發(fā)送數(shù)據(jù)分組 30給接收方，以便PSN較低的數(shù)據(jù)分組30先于PSN較高的數(shù)據(jù)分組發(fā)送(例 如，PSN二3的數(shù)據(jù)分組先于PSN=4的數(shù)據(jù)分組發(fā)送)。步驟2，如果接收 方確定數(shù)據(jù)分組30丟失(例如，接收方接收了 PSN=3的數(shù)據(jù)分組但是沒有 接收到PSN二1的數(shù)據(jù)分組)，那么步驟3，接收方會發(fā)送否認(NACK)消 息給發(fā)送方，列出丟失的分組(例如，PSN二1)。其中，優(yōu)選的NACK消息 不僅列出最近的數(shù)據(jù)分組組中丟失的分組，還要列出在此之前的所有丟失的 分組。例如，如果PSN二3的數(shù)據(jù)分組從分組組1中丟失(尚未接收)，而且 PSN=18的數(shù)據(jù)分組從分組組4中丟失，那么NACK消息將同時列出丟失的 數(shù)據(jù)分組(PSN二3和PSN二18)。這樣做特別方便，因為即使前一個NACK 消息丟失了，發(fā)送方仍能被通知到之前發(fā)送的分組組中丟失的數(shù)據(jù)分組。考 慮在接收方接收到每個數(shù)據(jù)分組組的GTR數(shù)據(jù)分組之前或之后可發(fā)送NACK消息。步驟4，從接收方接收到NACK消息后，發(fā)送方檢測自發(fā)送在NACK消 息中列出的每個丟失的數(shù)據(jù)分組后過去的時間是否小于預定的時間間隔(例 如，約為數(shù)據(jù)分組在發(fā)送方和接收方之間傳輸所需的一個往返行程時間 (RTT))，步驟5如果對丟失的數(shù)據(jù)分組來說過去的時間小于RTT，則發(fā)送方 并不重傳所請求的(丟失的)數(shù)據(jù)分組。否則，步驟6如丟失的數(shù)據(jù)分組所經過 的時間大于預定的時間間隔，則發(fā)送方重傳該丟失的數(shù)據(jù)分組。在該過程中， 接收方等待發(fā)送方返回丟失的數(shù)據(jù)分組，但是如果等待的時間超過了預先設 定的門限值即接收方發(fā)送NACK后到接收到丟失的數(shù)據(jù)包經歷時間的一個門 限值T2，則接收方將重新發(fā)送否認消息；一接收到小組中的所有數(shù)據(jù)分組，接收方就發(fā)送確認(ACK)消息給發(fā)送 方，確認接收到小組的所有數(shù)據(jù)分組，接著開始組合接收的數(shù)據(jù)分組以重新 構成該數(shù)據(jù)消息。類似于NACK消息的發(fā)送，接收方在接收到小組的GTR數(shù) 據(jù)分組后可發(fā)送ACK消息。接收方在接收到TTR數(shù)據(jù)分組后也可發(fā)送ACK 消息，確認接收到數(shù)據(jù)消息中的所有數(shù)據(jù)分組?；蛘撸邮辗娇砂l(fā)送NACK消 息，列出一個特定組沒有丟失的數(shù)據(jù)分組，從而隱含確認接收到該特定組中 的所有數(shù)據(jù)分組。在特別優(yōu)選的實施例中，NACK消息不僅列出丟失的數(shù)據(jù)分組，而且列 出接收方接收的數(shù)據(jù)分組中的最高分組序號。利用這種NACK消息，接收方 因此能隱含確認接收到PSN較低的所有數(shù)據(jù)分組(除了列出的丟失分組)。示 意這種NACK消息的例子如下。發(fā)送方發(fā)送兩組數(shù)據(jù)分組:具有PSN=N， N + 1， N+2(GTR)的分組;以及具有PSN=N+3, N + 4, N+5(GTR)的分組。 PSN=N+2和N+5的兩個數(shù)據(jù)分組包括GTR標志集，因此是它們各自的小 組中最后一個數(shù)據(jù)分組。PSN=N和N+l的數(shù)據(jù)分組在傳輸期間丟失。接收 方接著發(fā)送NACK消息(NACK—1)，列出PSN二N和N+1的數(shù)據(jù)分組為丟失 分組，而PSN二N+2的數(shù)據(jù)分組為接收方接收的最后一個數(shù)據(jù)分組(即,PSN最高)。然而，NACK—l在傳輸期間也丟失了。其間，接收方繼續(xù)接收下一分組 組的數(shù)據(jù)分組:具有PSN-N+3， N+4和N+5的數(shù)據(jù)分組。在確定PSN-N和 N+l的數(shù)據(jù)分組仍然丟失之后，接收方發(fā)送第二個NACK消息(NACK—2)， 列出接收的最后一個數(shù)據(jù)分組(例如，PSN=N+5的數(shù)據(jù)分組)和仍丟失的數(shù)據(jù) 分組(PSN二N和N+1的數(shù)據(jù)分組)。接收方接收NACK—2，且認識到接收方已 經接收了除PSN=N和N+l的數(shù)據(jù)分組外在這兩個數(shù)據(jù)分組組中的所有數(shù)據(jù) 分組。發(fā)送方之后重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)分組(PSN:N和N+l)?？紤]這個NACK 消息可與確認消息組合用于進一步增強發(fā)送方和接收方之間的通信可靠性。舉例說明本發(fā)明無線信道數(shù)據(jù)傳輸方法，接收方發(fā)送數(shù)據(jù)請求到空中鏈 路15，鏈路15依次發(fā)送該請求給發(fā)送方。發(fā)送方接收該數(shù)據(jù)請求并發(fā)送給 空中鏈路15具有PSN二N， N+l和N+2的數(shù)據(jù)分組30。然而空中鏈路只發(fā) 送了PSN:N+1和N+2的數(shù)據(jù)分組，漏掉了PSN-N的數(shù)據(jù)分組。接收方確 定PSN:N的數(shù)據(jù)分組丟失并發(fā)送給空中鏈路15NACK消息(NACK—1)，列 出PSN=N的數(shù)據(jù)分組。但是該NACK消息也丟了,空中鏈路15無法轉發(fā)該 NACK消息到發(fā)送方。發(fā)送方仍響應原始數(shù)據(jù)請求，發(fā)送另一分組組的PSN=N+3和N+4的數(shù) 據(jù)分組30?？罩墟溌?5發(fā)送給接收方PSN=N+3和N+4的數(shù)據(jù)分組。接收 方在等待時間超過設定的門限值后，再次確認PSN-N的數(shù)據(jù)分組丟失，并發(fā) 送列出丟失數(shù)據(jù)分組的另一NACK消息(NACK—2)到空中鏈路15，鏈路15 成功地轉發(fā)該NACK—2消息到發(fā)送方。發(fā)送方響應NACK2，通過空中鏈路 15發(fā)送丟失的PSN:N的數(shù)據(jù)分組到接收方。下面介紹另外一個例子，接收方發(fā)送數(shù)據(jù)請求到空中鏈路15，鏈路15依 次發(fā)送該請求到發(fā)送方。發(fā)送方接著發(fā)送PSN=N, N+l的數(shù)據(jù)分組到空中鏈 路15。空中鏈路丟失了PSN-N的數(shù)據(jù)分組，只發(fā)送PSN二N+1的數(shù)據(jù)分組到 接收方。接收方發(fā)送給空中鏈路15否認消息(NACK一1)，列出PSN二N的數(shù) 據(jù)分組。發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送PSN=N+2的數(shù)據(jù)分組到空中鏈路15，鏈路15成功發(fā)送該數(shù)據(jù)分組到接收方。接收方確定(在接收到GTR分組之前或之 后)PSN-N的數(shù)據(jù)分組丟失，之后發(fā)送另一否認消息(NACK—2)。然而，空中 鏈路最后發(fā)送NACK 1給發(fā)送方，其響應是發(fā)送PSN二N的數(shù)據(jù)分組給空中 鏈路15?？罩墟溌?5傳送PSN=N的數(shù)據(jù)分組給接收方。發(fā)送方預先設定 Tl用來控制重發(fā)丟失數(shù)據(jù)分組的時間，在此時間內，不管接收到什么，發(fā)送 方都不重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)分組，只有在大于T1的時間時，收到了NACK就重 發(fā)丟失數(shù)據(jù)分組。發(fā)送方在小于一個Tl(即，預定的時間間隔)的時間間隔內 發(fā)送該數(shù)據(jù)分組(PSN:N)后，發(fā)送方接收到請求同一數(shù)據(jù)分組(即，PSN=N) 的NACK—2。由于NACK一2是在小于一個Tl內接收的，因此發(fā)送方不理睬 NACK一2 ，拒絕發(fā)送所請求的數(shù)據(jù)分組。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明實施例的技術方案而 非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明實施例進行了詳細說明，本領域的普 通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明實施例的技術方案進行修改或者等同替 換，而不脫離本發(fā)明實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1、一種工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于包括接收方確定沒有成功接收到數(shù)據(jù)分組組中的數(shù)據(jù)分組后，向接收方發(fā)送包括數(shù)據(jù)分組的否認消息；發(fā)送方確定接收到所述否認消息后，判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組后經過的時間大于預定的時間間隔；重新發(fā)送所述分組數(shù)據(jù)給所述接收方。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述向接收方發(fā)送包括數(shù)據(jù) 分組的否認消息是在所述接收方判斷首次發(fā)送否認消息后的等待時間超過等 待門限值之后，重新發(fā)送的。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述否認消息包括的數(shù) 據(jù)分組為整個過程中丟失的所有數(shù)據(jù)分組。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)分組具有傳輸 尾部標志集或者小組尾部標志集。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于還包括在所述接收方在接收 到帶有小組尾部標志集的數(shù)據(jù)分組后，發(fā)送響應消息給發(fā)送方。
6、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于還包括在所述接收方在接收 到帶有傳輸尾部標志集的數(shù)據(jù)分組后，發(fā)送響應消息給發(fā)送方。
7、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于所述否認消息還包括所述接 收方接收的數(shù)據(jù)分組中的最高分組序號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)無線傳感器網絡的廣播信道數(shù)據(jù)傳輸方法，包括接收方確定沒有成功接收到數(shù)據(jù)分組組中的數(shù)據(jù)分組后，向接收方發(fā)送包括數(shù)據(jù)分組的否認消息；發(fā)送方確定接收到所述否認消息后，判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組后經過的時間大于預定的時間間隔；重新發(fā)送所述分組數(shù)據(jù)給所述接收方。
文檔編號H04Q7/20GK101232452SQ20081004678
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權日2008年1月25日
發(fā)明者帆 張, 藍 李, 懌 王, 王芙蓉, 海 胡 申請人:華中科技大學