工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法

摘要

本发明涉及一种工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法，包括：接收方确定没有成功接收到数据分组组中的数据分组后，向接收方发送包括数据分组的否认消息；发送方确定接收到所述否认消息后，判断发送所述数据分组后经过的时间大于预定的时间间隔；重新发送所述分组数据给所述接收方。

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线通信领域，尤其涉及一种工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法。

背景技术

工业无线技术是继现场总线之后，工业控制领域的有一个热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，在未来几年工业自动化产品新的增长点。

工业无线技术是一种本世纪初新兴的，面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信等技术特征，是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展和技术创新，并将最终转化为新此无线技术标准。其是从新兴的无线传感器网络技术中发展而来的。工业无线技术是满足工业应用高可靠、低功耗、硬实时等特殊需求的一类无线传感器网络技术。其发展前景十分看好，据美国On World公司最近的一项无线传感器市场调查显示，79％的被调查用户正在考虑使用无线设备完成远程监控，特别是管道运营行业和水源监测，几乎所有的大型油气公司都在寻求网络化实时监测平台的解决方案。美国控制工程杂志报导的一项调查显示，在工业自动化市场中，最终用户和系统集成商对无线网络技术表现出强烈的兴趣。45％的受访者计划于2005年试用无线网络技术。而近70％的受访者正在关注无线技术在工业测控应用方面的进展。在关于无线网络能节约多少成本这个问题上，58％的受访者相信，每采用一个无线传感器，这项技术在连线和劳动力上节约了超过100美元的成本；33％的受访者认为每个传感器可节约超过250美元。Venture DevelopmentCorporation在其“北美离散和过程制造业的RF/微波无线监测和控制产品市场调研报告”中指出，工业自动化领域相关无线产品的生产量2004年为610万美元，预计今后将以60.2％的年增长率快速增长。

而大部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率超过95％，这样对信道数据传输上可靠性要求很高，本专利正立足于此，提出了一种可以提高可靠性的信道重传方法。

移动通信系统的性能除了有线信道中存在的拥塞问题外，还主要受到时变信道的制约，各种噪声、干扰、衰落等极大降低了无线链路的质量。发射机与接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播，到遭遇各种复杂的地物，如建造物、山脉和树叶等；在陆地移动通信系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，其天线将接收由多条路径传来的信号，加上移动台本身的运动，使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制，造成无线信道中信号强度的骤然降低即所谓的衰落是经常发生的。

无线应用协议(WAP)已开发用于处理移动台的需要，因为这些设备具有严重的物理、存储和处理约束。WAP可应用于多种不同系统，包括GSM-900、GAM-1800、GSM-1900、CDMA IS-95、TDMA IS-136、宽带IS-95，以及诸如IMT-2000、UMTS和W-CDMA的第三代系统。

按照WAP，存在三类事务：类别0用于不可靠的单向请求，类别1用于可靠的单向请求，而类别2用于可靠的双向请求-响应事务。事务定义为在“发起者”(例如，发送方或接收方)和“应答者”(例如，发送方或接收方)之间的交互作用单元。事务始于发送方生成的请求消息。在类别2事务中，接收方用隐含确认该请求消息的一个结果消息应答。如果接收方处理该请求消息所花费的时间超过指定的时间间隔，接收方在发送结果消息之前可回复“不挂断”确认消息以避免重传该请求消息。当发送方接收到该确认时事务处理结束。

为了减少拥塞和传播中存在的上述问题，数据消息发送之前，它被分割为有序排列的数据分组序列。每个数据分组有分配给它的分组序号(PSN)。因此，例如，分割的第一个数据分组被分配分组序号0，第二个数据分组分配分组序号1，第三个数据分组分配分组序号2，以此类推。这些数据分组独立或组合传输，收到后由接收方重新组合。消息可分割的最大分组数约为256个分组，每个分组的最大尺寸为1-2k字节。因此，消息的最大尺寸典型地小于0.5M字节。

如果数据分组被分割为小组，那么直到已经确认接收到前面的分组组(packet group)，发送方才发送，属于同一事务的新分组。典型地，发送方确定在每个分组组中的分组数，并在同一批中发送分组组的分组。每个分组组的最后一个数据分组有小组尾部(GTR)标志集(flag set)，它称之为GTR分组。整个消息的最后一个分组组的最后一个数据分组有传输尾部(TTR)标志集，它也称之为TTR分组。接收方存储所有接收的分组，而且一接收到GTR分组，接收方就检测它是否已接收了属于该特定分组组的所有分组。如检测已经接收了该小组中的所有分组，那么接收方返回包含有该GTR分组的分组序号的确认消息。然而，如果接收到GTR或TTR分组，但该分组组的一个或多个分组丢失，那么接收方在发送包含有该特定分组组的丢失分组的分组序号的否认(NACK)消息之前，等待一段时间，例如1/2中值往返行程时间(RTT)。如果发送方在发送分组组后的指定时间间隔内没有接收到确认，那么它只重传该分组组的GTR或TTR分组到接收方。

然而，如果在传输期间由于例如无线通信网络的切换错误或拥塞导致一个或多个确认或否认消息丢失，从而导致重传接收方已经接收到的数据分组，这将出现问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法，从而实现了无线信道中信息的可靠性传输。

本发明提供的无线信道数据传输方法包括：

接收方确定没有成功接收到数据分组组中的数据分组后，向接收方发送包括数据分组的否认消息；

发送方确定接收到所述否认消息后，判断发送所述数据分组后经过的时间大于预定的时间间隔；重新发送所述分组数据给所述接收方。

进一步地，所述向接收方发送包括数据分组的否认消息是在所述接收方判断首次发送否认消息后的等待时间超过等待门限值之后，重新发送的。

进一步地，所述否认消息包括的数据分组为整个过程中丢失的所有数据分组。

进一步地，所述数据分组具有传输尾部标志集或者小组尾部标志集。

进一步地，所述的方法还包括在所述接收方在接收到带有小组尾部标志集的数据分组后，发送响应消息给发送方。

进一步地，所述的方法还包括在所述接收方在接收到带有传输尾部标志集的数据分组后，发送响应消息给发送方。

因此，本发明能够实现无线信道上信息的可靠传输。

附图说明

图1为本发明工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法基于的数据传输系统的结构示意图；

图2为本发明工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法中传输的经分割的数据消息格式示意图；

图3为本发明工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示为本发明工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法基于的数据传输系统的结构示意图。该数据传输系统10，包括移动台11(例如手机)，其通过空中链路15(包括例如，基站和交换控制点)与网关13无线通信，网关13通过诸如因特网或内联网的广域网和服务器17相连。根据本发明数据传输方法往返于移动台11传输数据。

图2为本发明工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法中数据流经分割后的数据消息格式示意图。该数据消息包括多个数据分组组如组1、组2…组M。每个组包括一个或多个无标志集的数据分组30和有GTR标志集的数据分组32。GTR标准集指示数据分组组的最后一个数据分组。整个数据消息的最后一个分组34包含TTR标志集。数据消息的每个数据分组30与唯一的识别号相联系，例如分组序号(PSN)，以便接收方(例如移动台11)能基于识别号识别该数据消息中丢失的数据分组。这些数据分组有连续的编号(例如：0，1，2，3，4……)。

如图3为本发明工业无线传感器网络的广播信道数据传输方法的流程图，步骤1，发送方(例如，网关13或服务器17)根据PSN顺序发送数据分组30给接收方，以便PSN较低的数据分组30先于PSN较高的数据分组发送(例如，PSN＝3的数据分组先于PSN＝4的数据分组发送)。步骤2，如果接收方确定数据分组30丢失(例如，接收方接收了PSN＝3的数据分组但是没有接收到PSN＝1的数据分组)，那么步骤3，接收方会发送否认(NACK)消息给发送方，列出丢失的分组(例如，PSN＝1)。其中，优选的NACK消息不仅列出最近的数据分组组中丢失的分组，还要列出在此之前的所有丢失的分组。例如，如果PSN＝3的数据分组从分组组1中丢失(尚未接收)，而且PSN＝18的数据分组从分组组4中丢失，那么NACK消息将同时列出丢失的数据分组(PSN＝3和PSN＝18)。这样做特别方便，因为即使前一个NACK消息丢失了，发送方仍能被通知到之前发送的分组组中丢失的数据分组。考虑在接收方接收到每个数据分组组的GTR数据分组之前或之后可以发送NACK消息。

步骤4，从接收方接收到NACK消息后，发送方检测自发送在NACK消息中列出的每个丢失的数据分组后过去的时间是否小于预定的时间间隔(例如，约为数据分组在发送方和接收方之间传输所需的一个往返行程时间(RTT))，步骤5如果对丢失的数据分组来说过去的时间小于RTT，则发送方并不重传所请求的(丢失的)数据分组。否则，步骤6如丢失的数据分组所经过的时间大于预定的时间间隔，则发送方重传该丢失的数据分组。在该过程中，接收方等待发送方返回丢失的数据分组，但是如果等待的时间超过了预先设定的门限值即接收方发送NACK后到接收到丢失的数据包经历时间的一个门限值T2，则接收方将重新发送否认消息；

一接收到小组中的所有数据分组，接收方就发送确认(ACK)消息给发送方，确认接收到小组的所有数据分组，接着开始组合接收的数据分组以重新构成该数据消息。类似于NACK消息的发送，接收方在接收到小组的GTR数据分组后可发送ACK消息。接收方在接收到TTR数据分组后也可发送ACK消息，确认接收到数据消息中的所有数据分组。或者，接收方可发送NACK消息，列出一个特定组没有丢失的数据分组，从而隐含确认接收到该特定组中的所有数据分组。

在特别优选的实施例中，NACK消息不仅列出丢失的数据分组，而且列出接收方接收的数据分组中的最高分组序号。利用这种NACK消息，接收方因此能隐含确认接收到PSN较低的所有数据分组(除了列出的丢失分组)。示意这种NACK消息的例子如下。发送方发送两组数据分组：具有PSN＝N，N+1，N+2(GTR)的分组；以及具有PSN＝N+3，N+4，N+5(GTR)的分组。PSN＝N+2和N+5的两个数据分组包括GTR标志集，因此是它们各自的小组中最后一个数据分组。PSN＝N和N+1的数据分组在传输期间丢失。接收方接着发送NACK消息(NACK_1)，列出PSN＝N和N+1的数据分组为丢失分组，而PSN＝N+2的数据分组为接收方接收的最后一个数据分组(即，PSN最高)。然而，NACK_1在传输期间也丢失了。其间，接收方继续接收下一分组组的数据分组：具有PSN＝N+3，N+4和N+5的数据分组。在确定PSN＝N和N+1的数据分组仍然丢失之后，接收方发送第二个NACK消息(NACK_2)，列出接收的最后一个数据分组(例如，PSN＝N+5的数据分组)和仍丢失的数据分组(PSN＝N和N+1的数据分组)。接收方接收NACK_2，且认识到接收方已经接收了除PSN＝N和N+1的数据分组外在这两个数据分组组中的所有数据分组。发送方之后重新发送丢失的数据分组(PSN＝N和N+1)。考虑这个NACK消息可与确认消息组合用于进一步增强发送方和接收方之间的通信可靠性。

举例说明本发明无线信道数据传输方法，接收方发送数据请求到空中链路15，链路15依次发送该请求给发送方。发送方接收该数据请求并发送给空中链路15具有PSN＝N，N+1和N+2的数据分组30。然而空中链路只发送了PSN＝N+1和N+2的数据分组，漏掉了PSN＝N的数据分组。接收方确定PSN＝N的数据分组丢失并发送给空中链路15NACK消息(NACK_1)，列出PSN＝N的数据分组。但是该NACK消息也丢了，空中链路15无法转发该NACK消息到发送方。

发送方仍响应原始数据请求，发送另一分组组的PSN＝N+3和N+4的数据分组30。空中链路15发送给接收方PSN＝N+3和N+4的数据分组。接收方在等待时间超过设定的门限值后，再次确认PSN＝N的数据分组丢失，并发送列出丢失数据分组的另一NACK消息(NACK_2)到空中链路15，链路15成功地转发该NACK_2消息到发送方。发送方响应NACK_2，通过空中链路15发送丢失的PSN＝N的数据分组到接收方。

下面介绍另外一个例子，接收方发送数据请求到空中链路15，链路15依次发送该请求到发送方。发送方接着发送PSN＝N，N+1的数据分组到空中链路15。空中链路丢失了PSN＝N的数据分组，只发送PSN＝N+1的数据分组到接收方。接收方发送给空中链路15否认消息(NACK_1)，列出PSN＝N的数据分组。发送方继续发送PSN＝N+2的数据分组到空中链路15，链路15成功发送该数据分组到接收方。接收方确定(在接收到GTR分组之前或之后)PSN＝N的数据分组丢失，之后发送另一否认消息(NACK_2)。然而，空中链路最后发送NACK_1给发送方，其响应是发送PSN＝N的数据分组给空中链路15。空中链路15传送PSN＝N的数据分组给接收方。发送方预先设定T1用来控制重发丢失数据分组的时间，在此时间内，不管接收到什么，发送方都不重发丢失的数据分组，只有在大于T1的时间时，收到了NACK就重发丢失数据分组。发送方在小于一个T1(即，预定的时间间隔)的时间间隔内发送该数据分组(PSN＝N)后，发送方接收到请求同一数据分组(即，PSN＝N)的NACK_2。由于NACK_2是在小于一个T1内接收的，因此发送方不理睬NACK_2，拒绝发送所请求的数据分组。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。