用于在网络数据包的传送中避免冲突的方法与流程

用于在网络数据包的传送中避免冲突的方法
1.申请人要求于2019年2月12日提交的题为collision avoidance for network packets的美国临时申请62/804,700的权益，其内容通过引用完整并入本文。


背景技术：

2.消除设备或设备与互联网之间的以太网电缆并通过无线连接替换有线连接的问题在许多年前就已经解决了。建立协议以允许许多设备无线连接到单个接入点，并且无线带宽速度急剧地增加。基于802.11协议，无线以太网或wifi已成为连接各种不同的电子设备(包括但不限于家用电器、照明系统和安全设备)的标准手段，以便从任何地方提供连通性。
3.802.11协议还包括用于将两个有线网络连接在一起的桥接协议。这由两个彼此直接连接的接入点构成，其中一个接入点充当在其有线或无线局域网(wlan)上所有设备的网关，并通过与具有外部世界的直接连接的另一个接入点提供与互联网的连接。然而，这些系统具有范围限制。
4.随着802.11数据速率的增加，使用更复杂的调制方案来利用更大的频谱带宽。这些高级调制方案在频谱内提供了更高的数据密度。然而，随着这些方案变得更加高级，无论数据速率如何，这些方案仍然从根本上需求特定数量的带宽和能量来发送数据的比特。该每比特能量，或e
b
/n0，是无线信号能到达多远的物理限制。发送器投入越多的能量来发送单个比特，发送器可以发送该比特的距离就越远。
5.通常，随着数据速率的增加，e
b
/n0减小，因为当数据的下一个比特正好在它后面到来时，发送数据的一个比特的时间更少。高级调制方案可以提供更好的e
b
/n0值，但最主要的限制是带宽和发送功率。如果发送功率增加，则用于发送每个比特的能量的量增加。如果带宽增加并且比特的传输在更宽的频谱上扩展，则用于发送每个比特的能量的量增加。然而，fcc和世界各地的其他机构对可以发送的内容进行管制，并对带宽和发送功率进行限制。
6.因此，如果设备由于其输出功率和带宽受到管制机构的限制而需要在更长的距离上发送数据(即，具有增加的范围)，那么增加范围的唯一方式是降低数据速率，如果发送功率和带宽保持恒定，则数据速率将增加e
b
/n0。不同的原理，但这一概念的延伸，是减少数据速率和带宽。在接收侧上，如果接收器被设计为接收非常窄的信号，则接收器可以采用非常窄的滤波器来拒绝包括热噪声在内的所有其他噪声。接收器的灵敏度取决于该信号高于噪声基底的程度，或c/n比。必要的c/n比是调制的函数，但是噪声水平或c/n比中的n是接收器看到的带宽的函数。带宽越宽，热噪声基底越高，由公式10
×
log10(k
×
t
×
b)定义，其中：
7.k＝玻耳兹曼常数
8.t＝温度
9.b＝接收滤波器的带宽
10.因此，在给定恒定的发送功率电平和调制方案的情况下，带宽越高，接收器的灵敏度越低，链路的范围越短。
11.可以采用更复杂的调制方案，提供处理增益以从噪声基底提取信号和在噪声基底
以下提取信号，但这些方案通常会降低有效数据速率并使发送侧和接收侧上的实施方式复杂化，从而添加实施方式的尺寸、重量、功率和成本。
12.鉴于各种规章和功能限制，如果链路所能到达的范围要急剧地增加，唯一可行的选项是降低数据速率。这与wifi协议的当前发展相反，其中在相同或可能更小的范围内，更高的带宽是优选的。
13.虽然在wifi协议中支持降低更长范围链路的数据速率，但即使是最低的数据速率也使用扩展到至少5mhz的更宽的带宽，这在频谱上不如其他调制有效。在最低数据速率为1mbps的情况下，速率仍然高于一些小型连接设备的实际需要。此外，802.11协议添加了影响实际数据速率吞吐量的大量协议开销。虽然这并不像数据速率增加那样重要，但随着空中(无线)数据速率的降低，它变得更加明显，并不利于数据传送。
14.尽管wifi被广泛采用，并且在典型的wifi组件中可以看到高容量，但wifi链路通常具有更高的成本，因为1)调制方案的复杂性需要额外的硅(芯片)来实现，2)运行wifi和tcp/ip网络协议需要额外的内存和cpu能量，以及3)尽管有发送功率和带宽限制，但仍需要更昂贵的rf前端和天线方案来尝试增加范围。
15.因此，需要提供一种替换的无线链路，具有比用于连接低速以太网设备的802.11协议的当前实施方式可用的更高的范围。具体来说，需要一个无线以太网桥接或电缆替换链路，提供在很远的范围内操作的能力，诸如与几百英尺相比的英里。


技术实现要素：

16.本文公开的系统的目的是解决上述问题以及在尝试提供发送与接收设备之间的远程无线通信时出现的其他问题。具体地说，这里阐述的实施例的目的是为低带宽以太网设备提供远程无线链路，而不添加消耗可用无线带宽的开销数据。
17.在下面的详细描述中阐述了所公开的系统的附加目的、优点和新颖特征，并且本领域技术人员在阅读下面的描述和/或实现所公开的实施例时将理解所公开的系统的附加目的、优点和新颖特征。
18.为了实现这些陈述和其他目的，优选的实施例是配对的窄带发送器和接收器(收发器对)，通过采用低数据速率和窄带宽来获得其长范围。该收发器对直接连接到以太网，并用作电缆替换，无线和直接连接两个以太网端口。所描述的系统还具有接收和响应被称为个人助理的设备的能力，诸如google home或assistant和apple’s siri或homepod、amazons echo或alexa以及其他语音激活的通信和控制设备。
19.在最优选的实施例中，为了获得更大的范围，用于部署在美国和北美的收发器对将在902
‑
928mhz ism频带中操作。优选的实施例还包括防止收发器对的发送和接收组件之间发送的数据冲突的算法和协议。该系统还可以感知它是如何布线的，并将运行适当的软件来支持以太网或rs485串行数据。
附图说明
20.附图示出了结合本发明的特征的实施例，并且是说明书的一部分。与下面的描述一起，附图演示并解释了结合本发明的特征的实施例的原理。
21.图1是示出利用结合本发明的特征的无线系统替换以太网电缆的优选的实施例的
框图。
22.图2是示出用于图1的无线信号传输部分的跳跃序列的总体帧结构的示意图，示出用于递送的多个数据的数据包。
23.图3是示出图2的跳跃序列的每一个跳跃内的组件的示例的示意图。
24.图4示出结合本发明的特征的典型以太网数据包，该数据包被分解为较小的空中(ota)数据包，然后在接收端上重新组合为完整的以太网数据包。
25.图5示意性地示出结合本发明的特征的示例，其中双方在没有发生冲突的情况下发送数据。
26.图6示意性地示出结合本发明的特征的冲突避免的第一示例，其中双方都在发送数据。
27.图7示意性地示出结合本发明的特征的冲突避免的第二示例，其中双方都在发送数据。
28.图8示出作为冲突避免算法的一部分的各个步骤。
29.图9是示出系统如何确定系统是连接来处理以太网还是rs485串行数据，然后选择适当的支持软件的流程图。
具体实施方式
30.这里描述的系统消除了设备或设备与互联网之间的以太网电缆或串行电缆，并用无线连接替换有线电缆连接，同时为设备提供了在更远的距离(即，远距离通信)上通信的能力，而不损害发送的数据的质量。
31.下面的描述主要解决以太网电缆的替换，但是，如下文所讨论的，基于本文的教导，适用于串行电缆或其他硬布线连接的替换。优选的实施例包括配对的窄带发送器和接收器(收发器对)，通过采用低数据速率和窄带宽来获得其长范围。收发器对直接连接到以太网，并用作电缆替换，无线和直接连接两个以太网端口，可以与硬布线以太网电缆连接。此外，为了获得更大的范围，收发器对在uhf 9范围(300
‑
3,000mhz)操作。优选地，对于在美国和北美的部署，该系统在902
‑
928mhz ism频带(包括fcc的管制机构允许的范围)中操作，提供比在当前wifi系统中使用的2.4ghz和5ghz频带中更高的传输功率。为了减少实施方式成本，收发器对是专用的点对点链路，将以太网数据包从链路的一侧调动到另一侧，从而消除运行tcp/ip堆栈的需要以及动态添加和移除连接的能力。该系统被设计为需要非常少的开销，这意味着通过空中(无线)发送数据需要非常少量的报头(header)信息。
32.这些元件的组合产生的链路比wifi链路具有更长的范围(1
‑
20英里)，以更便宜的实施方式成本并且以更适合小型互联网设备的数据速率。通常，在2.4ghz频带中操作的家庭网络wi
‑
fi路由器在室内达到150英尺(46米)，并且在室外达到300英尺(92米)。在5ghz频带上操作的802.11a路由器可以达到约50
‑
100英尺。由于所公开的系统用作以太网电缆替换，即使以较低的吞吐率操作，使用该链路的设备仍然具有以太网连接的优点。
33.wifi调制是宽带调制，涉及在宽信道上扩展以创建更大的占用带宽，该带宽对干扰信号更容忍。在解调方面，它使用处理增益来恢复由于使用宽信道而损失的一些接收器灵敏度。尽管在存在干扰源的情况下可用，但由于当前正在部署的wifi的数量，2.4ghz频带变得非常拥挤。5ghz频带会好一些，但随着时间的推移，也变得更加拥挤。
34.这里公开的优选的实施例使用902
‑
928mhz ism频带。然而，本领域的技术人员将认识到，基于本文的教导，可以使用其他频带(例如863
‑
870srd频带)，并且在功能上等效于这里所描述的。在902
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928mhz ism频带中，为了发送最大功率，调制方案需要数字扩展或跳频。由于目的是窄带实施方式，跳频是优选的实施例。跳频还提供了干扰避免，因为如果跳跃落在与干扰源相同的频率上，下一个跳跃通常将落在与该干扰源不同的某个地方。
35.链路被设计为替换硬布线电缆，因此通信中的无线电总是成对连接，并将忽略来自另一个无线电的传输。在优选的实施例中，在生产时通过为配对的无线电分配唯一的id号来定义配对。另一个实施例允许通过按下按钮或其他类似过程启动配对序列来动态地配对两个无线电。该唯一id与每一个数据包一起发送，并由接收无线电使用以决定是否应该处理该数据包。
36.连同配对的无线电方案和902
‑
928mhz频带的跳频的选择，一个优选的实施例采用主从布置，其中主机(master)保持跳跃序列，并且从机(slave)同步其时基到主机的时基。在上电时，主机(或发送无线电104)在其跳跃序列的开始处开始。当从机(接收无线电105)上电时，从机向主机发送请求，并使用响应来调整其跳跃序列以与主机的跳跃序列对齐。优选的跳跃序列由50个不同的信道构成，比fcc以最高功率电平发送所需的更大。频带内的信道是该频带内非常窄的频率片段。在优选的实施例中，信道宽度刚好低于500khz并且间隔500khz。跳跃单元在每一个信道处驻留约400ms，并在约20秒内完成整个50个信道跳跃序列。主机发送的数据包包括数据包的发送时间，相对于跳跃的开始表示。这允许从机及时知道主机的位置，并调整自己的时基以与主机的时基对齐。紧接在每一个跳跃之后，主机发送一个额外的定时数据包，即使在没有发送常规有效载荷数据的情况下，从机也可以使用该定时数据包来进一步调整其时基。
37.为了确保接收到发送的每一个数据包，系统中的所有有效载荷数据包都由接收器来确认。该确认(此处在“ack”之后)由包括无线电对的唯一id的非常短的数据包构成。如果发送器没有接收到来自接收器端的ack，则重新发送先前的数据包。为了在只有单个偶发比特错误的情况下减少重新发送时间，将大的以太网数据包拆分为较小的空中(ota)数据包，在错误的情况下重新发送所需的时间较少。然而，发送几个较小的ota数据包增加了开销，因为每一个数据包都需要具有自己的数据包报头，这意味着每一个ota数据包都要重新发送数据包报头。通过调整ota数据包尺寸来调整较小数据包的较大开销与具有错误的数据包的较长重新发送时间之间的折衷以获得最优数据包尺寸。
38.优选的实施例还包含用于在双方都有数据要通过以太网链路发送时避免冲突的机制。以太网数据本质上是异步的，这意味着数据包可以在任何时间点到达，而无需与另一方同步。但是在无线场景中，如果主机和从机同时接收到以太网数据包进行空中发送，并且如果主机和从机实际上同时发送数据包，那么任何一方都无法使主机和从机的数据包通过。这是因为无线电实施方式是半双工的，这意味着无线电可以发送或接收，但它不能同时做这两件事。因此，如果两个无线电都在发送，没有数据将能够跨越无线间隙；这种情况被称为冲突。可以改变无线电实施方式以提供全双工操作，但这增加了成本并需要额外的实施方式的空间。
39.在优选的实施例中，通过在跳跃序列内具有对双方都不同的专用数据包开始时间(即，如下所示，对主机和从机都不同)来防止ota冲突。该实施方式使得当一方的数据包开
始时间到达时，已知另一方处于接收模式，并且将不试图发送其自己的数据包。在跳跃序列内有许多专用的数据包开始时间，使得第二无线电不需要等待太长时间来开始发送其已经准备好要发送的数据包。
40.该方案被证明在正常条件下(即，发送的数据包被接收)是有效的。然而，如果在预定数据包开始时间发送的第一数据包没有跨越空气间隙，例如由于rf条件或其他干扰，另一方可能不知道第一方已经在发送，并且第一方可能开始发送第一方自己的数据包。因此，为了进一步减少冲突的机会，在数据包开始时间发送的第一数据包是在另一方的数据包开始时间到达时要完成的较小的数据包。利用该方案，一方将发送第一较短数据包，然后切换到接收模式，并监听来自另一方的ack或另一方在其数据包开始时间发送的第一数据包。如果接收到ack，则双方都知道第一方处于发送模式，并且通信继续进行。如果未接收到ack，而是从另一方接收到第一数据包，则第一方知道其数据包没有跨越，并且将其数据包排队，并继续从另一方接收数据包。
41.专用数据包开始时间也很好地适用于功率节省方案。优选的实施例是线路供电而不是电池供电，因此功率节省不是优先的。然而，对于电池供电的实施例，在每一侧上的接收器可以在另一侧的数据包开始时间期间通电，并且如果没有接收到数据包，则可以快速断电。这将允许接收器进入低功率休眠模式，直到下一个数据包开始时间，当已知将没有数据要接收时允许功率节省。
42.通过使用比使用以太网电缆发送的数据低得多的空中数据速率来实现所公开的实施例，如果以太网上的数据以全速容量运行，则仅仅由于数据速率的差异，将会出现数据包丢失。为了减少丢失数据包的影响，系统检查数据包数据以确定每一个数据包是主数据通信还是仅仅是以太网后台数据。如果数据包是以太网后台数据包，并且如果以太网数据包的容量很大，系统会丢弃后台数据包，以节省主数据通信数据包的可用带宽。如果需要，系统可以使用更复杂的以太网过滤方案，以节省有限的空中带宽用于更高优先级的以太网数据包。
43.基于这里的描述，对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，对于特定的协议、频带和带宽，这些方案的实施方式中的变化可以更好，但仍然包括在被描述为在本发明的范围内的总体原理中。
44.参照附图，说明了本发明的优选的实施例的说明。
45.图1是结合了本发明的特征的优选的实施例的框图，示出替换以太网电缆的空间111，空间111表示第一无线电104与第二无线电107之间的无线空中通信链路，也被称为无线电收发器，组合包括无线电对。虽然无线电对是一个主机无线电和一个从机无线电的组合，但是每一个主机无线电和从机无线电的架构和结构是相同的，并且第一和第二无线电104、107中的每一个都充当主机无线电和从机无线电。第一和第二无线电104、107中哪一个是主机无线电以及哪一个是从机无线电的确定可以通过加载到每一侧的固件、通过每一个单元中的开关或跳线设置、或者通过在同步之前在单元之间进行的动态确定来确定。
46.在图1中，以太网100通过以太网连接器101连接到第一单元，并与独立的第一以太网控制器102接口。如果第一以太网控制器102可以在没有来自微处理器的支持的情况下进行一些基本的以太网phy对接，例如成帧、错误检测、mac地址过滤和类似的低级以太网功能，则该第一以太网控制器102被称为独立的。在优选的实施例中使用独立的以太网控制器
102，但不是系统的必要要求。
47.第一cpu 103(或第一微控制器)与第一以太网控制器102接口，并在其自身与第一以太网控制器102之间传送以太网数据包。第一cpu 103可以确定是否应该将以太网数据包通过空中传送到另一个(第二)单元。可选地，第一cpu 103可以实现tcp/ip网络堆栈的部分，以帮助其确定哪些数据包将被发送到以太网并通过空中发送。第一cpu 103还控制无线电链路的各个方面，潜在地包括跳跃序列、同步和数据包重试。第一cpu103与第一无线电收发器104接口，第一无线电收发器104管理数据的调制和解调、信道滤波、载波频率生成和其他rf功能。不同的实施例可以在无线电和cpu之间具有不同的功能分配。第一无线电104与第一天线105接口，第一天线105将无线电信号耦合到空间111。
48.因此，第一单元由以太网连接器101、第一以太网控制器102、第一cpu 103(或第一微控制器)、第一无线电104和第一天线105构成。
49.无线电对中的第二单元具有相同的实施方式，包括将从第一天线105接收的信号耦合到第二无线电107的第二天线106。第二无线电107由第二cpu 108控制，第二cpu 108与第二以太网控制器109接口，第二以太网控制器109连接到以太网110，使得第二单元由第二天线106、第二无线电107、第二cpu 108、第二以太网控制器109构成并通过第二以太网连接器101到第二以太网100。
50.图2是示出跳跃序列的示例的示意图，其中绘制了6个方框来表示50个跳跃。跳跃序列覆盖50个信道，每一个跳跃包括在其前后的保护带207，其尺寸约为400ms，整个序列每20秒重复。该序列以第一和第二无线电104、107在该序列的第一信道上开始，称为跳跃0 201。当两个无线电104、107被描述为在第一信道上时，这并不意味着无线电104、107在该信道上发送或接收，而是表明如果第一单元需要发送或接收，第一单元将在该信道上这样做。通常，当一个单元不在信道上发送时，该单元处于接收模式并监听，除非功率节省算法使无线电处于功率节省模式。
51.在跳跃0上的后保护带207之后，序列移动到跳跃1 202，并依次通过跳跃2 203、跳跃3 204、跳跃4
‑
48 205，并最终通过序列中的最终跳跃(跳跃49)206。图3示出在跳跃内发生的情况，并示出如何将数据包插入到跳跃序列中的示例。
52.图3是从保护带211开始的跳跃序列中每一个跳跃的分量的图示。在优选的实施例中，开放保护带为1ms，但基于实施方式可以更长或更短。保护带211是必要的，因为无线电改变信道所需的时间量是有限的。保护带211还允许无线电之间的同步中的失准。例如，如果从机与主机稍微不同步，并且主机在发送，而从机仍在改变信道，则从机将无法接收该数据包。宽松的保护带211允许同步精度中的较宽松的公差，这简化了总体实施方式。
53.在开放保护带211的末端，主机发送小的定时数据包212。该数据包212提供从机可用于同步的数据，特别是在系统中没有其他数据包被发送的情况下。定时数据包212由该对的唯一id和从机可以用来调整其时基的定时数据包212的标识构成，因为定时数据包212知道应该期望该定时数据包212在跳跃序列中的位置。可选地，如果已经存在从机可用于定时的由主机发送的重要数据，则可能不发送该定时数据包212。
54.在该示例中，定时数据包212之后是在主机开始时间220与从机开始时间221之间交替的一系列数据包开始时间。在图3中的示例中，主机具有要发送的数据，并且以第一数据包213开始，该第一数据包213在主机的数据包开始时间220处开始，并且在下一个从机数
据包开始时间221之前完成。在从机确认第一数据包(未示出)之后，系统处于双方都知道主机正在发送的模式中，并且主机发送其下一个完整尺寸数据包214，该数据包214在不等待下一个数据包开始时间220的情况下立即发送，并且跨越几个数据包开始时间220。该最大数据包尺寸是通过系统优化确定的，其中在错误的情况下，大数据包需要更长的重新发送时间，而小的数据包增加了更大的开销百分比。在该示例中，在完整尺寸数据包214之后，发送最终数据包215。或者，如果要发送的以太网数据包较大，则可以发送几个完整尺寸数据包214。该尺寸可变的最终数据包215的尺寸被确定为传送要发送的以太网数据包的剩余部分。这两个单元都知道正在发送的整个以太网数据包的长度，因为该信息包括在被发送的第一数据包213中。
55.在图3的示例中，从机也具有要发送的数据包。当下一个从机数据包开始时间221到达时，从机发送在下一个主机数据包开始时间220之前完成的从机第一数据包216。在该示例中，接收第一从机数据包216的确认(未示出)，并且从机继续发送下一个(第二)从机数据包217。该第二从机数据包217足以完成以太网数据包，因此在该从机数据包217之后停止传输。该跳跃随后由第二保护带218结束然后进入下一个跳跃的开放保护带211。
56.图4示出被分解为几个小的ota数据包310的典型以太网数据包300。由以太网控制器102、109接收的以太网数据包300具有可大于最大ota数据包尺寸的任意长度。在ota传输期间，形成比其他ota数据包310小的第一ota数据包301，以便在下一个数据包开始时间(未示出)之前完成。该第一ota数据包301由报头302组成，报头302包含唯一id、从跳跃中的何处发送的标识以及整个以太网数据包的长度的指示。第一ota数据包301的剩余部分包括来自以太网数据包300的数据303。
57.当第一ota数据包301被成功接收时，接收侧发送确认(ack 304)。在接收到ack 304时，发送侧开始下一个ota数据包310，该数据包310包括较小的报头305，该较小的报头305包含唯一id和它是下一个数据包的指示。这是必要的，因为如果发送方没有接收到ack，将重新发送最后一个数据包；因此，需要指示该数据包是最后一个数据包的重新发送还是下一个数据包30310的第一发送。较小的报头305也可以包含当前跳跃中的时间，但这是可选的，因为系统可能具有足够的数据来处理仅来自第一ota数据包301的数据303。在优选的实施例中，在第一数据包301之后的数据包310中不包括当前跳跃中的位置。在发送用于数据包310的报头305和数据306之后，然后发送以太网数据包300的下一个块(ota数据包310)。下一个ota数据包报头305和下一个ota数据包数据306的组合构成第二ota数据包310，该第二ota数据包310受到系统采用的最大ota数据包尺寸的限制。利用后续ack 304确认该数据包310，然后利用报头305和数据306开始第三(下一个)ota数据包310，利用第三ack 304确认其接收。利用包括报头305、数据306和ack 304的另一个数据包310继续传输；然后利用下一个数据包310继续传输，该数据包310具有报头305和数据306以及ack 304。具有报头306和数据的最终最大尺寸的数据包之后有ack 304。尺寸为发送剩余以太网数据包数据的最终数据包310由最终报头320和数据321构成，然后最终ack 304完成以太网数据包300的发送内容中的已递送的以太网数据包323，该以太网数据包323包括小的第一ota数据包301、五个大的ota数据包310和跨越空间111到第二(接收)无线电107的最终数据包310。
58.图5示出在没有发生传输错误或冲突的情况下完成ota数据包的成功传输的示例，而图6和图7示出传输和冲突避免的两个示例。对于图5的示例，双方都具有准备好发送的数
据，并且双方都在等待双方各自的数据包开始时间403、406到达。在这种情况下，主机数据包开始时间403已经到达，并且如下所述，主机单元和从机单元都理解系统时间专用于并已经进入主机数据包发送模式的时间段401，并且当完成时，系统随后改变，并将系统专用于从机数据包发送模式的时间段402。如图5所示，系统识别主机数据包开始信号403，并且发送具有第一报头404和第一数据405的主机数据包410。当接收到来自从机的第一数据包ack 407时，系统双方都理解系统现在处于为主机数据包410发送模式保留的时间段401，并且系统工作以发送其余的主机数据包410。在确认由报头404和数据405构成的第一主机数据包410之后，发送由报头408和数据409构成的第二主机数据包410。当主机接收到第二主机数据包410的ack 407时，主机立即发送由报头408和数据409构成的第三主机数据包410，并接收ack 407。由报头408和数据409构成的最终主机数据包410在接收最终ack 407之后被发送，此时系统知道主机数据包410的发送已经完成，因为跨越4个数据包的全部发送的数据与在第一主机数据包报头404中识别的长度匹配。
59.在主机数据包410完成时，然后开始从机数据包420的递送。与主机数据包410类似，从机数据包420包括在下一个从机数据包开始时间406发送的第一从机数据包420，之后是第一从机数据包报头415和第一从机数据包数据416。在接收到第一从机数据包ack 417时，系统双方都理解系统现在处于从机数据包420发送模式的时间段402，并且系统工作以在发送任何其他数据包之前完成这些数据包420的发送。在发送从机数据包420时，由报头415和数据416构成的第一数据包之后是由报头418和数据419构成的第二数据包420。当从机接收到第二数据包的ack 417时，从机立即发送由头418和数据419构成的第三从机数据包420，之后接收其ack 417。最终数据包由报头418和数据419构成，之后发送其ack 417，此时系统知道从机发送完成，因为跨越4个数据包的全部发送的数据与在第一从机数据包报头415中识别的长度匹配。
60.在第二示例中，如图6所示，主机通过在主机开始时间403发送包括数据包报头404和数据405的其第一数据包410开始，但是它没有被从机接收，因此从机开始在从机数据包开始时间406发送包括数据包报头415和数据包数据416的从机数据包420中的第一个。主机接收从机的第一数据包而不是ack，因此主机对未接收的主机第一数据包410的发送进行排队，并开始接收从机正在发送的数据包420。一旦主机发送用于第一从机数据包的ack 417，双方都知道系统现在处于从机发送模式的时间段402中，发送从机数据包420的全部集合，从机数据包420利用第二从机报头418和数据419开始。从机继续发送数据包420的完整集合，并且从机发送模式以主机发送最终ack 417结束。在下一个主机的数据包开始时间403上，主机再次发送包括主机数据包报头404和数据405的第一数据包410。这一次，从机接收第一数据包410并发送ack 407，并且系统处于主机数据包410发送模式。然后，主机发送主机数据包410的全部集合，利用报头408和数据409继续，直到接收到最后一个ack 407。
61.在图7所示的示例中，系统在接收到第一ack 407之后进入主机发送模式的时间段401。如ack 407所示，接收包括数据包报头404和数据405的第一主机数据包410。然而，由于进入了用于主机发送模式的时间段401，并且包括数据包报头408和数据409的主机数据包410中的一个由主机发送，但没有发送到从机，如由非响应605(没有发送或接收ack)所指示的，系统仍然处于主机发送模式中，从机不尝试发送任何数据，并等待主机重新发送失败的数据包。包括数据包报头408和数据409的第一数据包被重新发送和接收，如由ack 407的接
收所指示的，并且主机发送模式继续并结束。然后，从机发送模式的时间段402在下一个从机开始时间406处开始，并继续直到完成从机发送模式的时间段402。
62.图8示出演示了主机和从机发送模式之间的相互关系的流程图。流程图首先在空闲状态701中开始，其中双方都没有进行发送。在该状态下，根据功率节省算法的状态，两个无线电104、107通常处于接收模式或处于深度睡眠中。在该模式中，系统首先检查主机数据包开始时间是否已经到达(步骤702)。如果没有，则系统检查从机开始时间是否已经到达(步骤707)。如果没有，则系统返回空闲模式701。
63.如果第一检查(步骤702)显示主机数据包开始时间已经到达，则在第二步骤703中，系统确定主机是否有要发送的数据的数据包。如果没有，则再次检查从机开始时间和/或返回到空闲状态701。如果主机有要发送的数据，则主机发送第一数据包(步骤704)，并等待ack到达(步骤705)。如果ack没有到达，则主机将数据包进行排队并返回到空闲模式701，等待下一个数据包或数据包开始时间。如果ack确实到达，则系统进入主机发送模式(步骤706)，并且发送数据包直到完成或系统超时。超时是必要的，因为如果主机继续尝试发送数据包，从机将永远没有机会尝试发送数据包。如果超时触发，则丢弃数据包并且系统返回到空闲模式701。
64.如果步骤707指示已经到达从机数据包开始时间，则步骤708确定从机是否有要发送的数据。如果没有，则系统返回到空闲状态701。如果从机有数据要发送，则从机发送第一数据包(步骤709)，并等待ack到达(步骤710)。如果ack没有到达，则从机将数据包进行排队并返回到空闲模式701，等待下一个数据包或数据包开始时间。如果ack确实到达，则系统进入从机发送模式(步骤711)，并发送从机数据包，直到完成或系统超时。如果超时触发，则丢弃数据包并且系统返回到空闲模式701。
65.呈现前面的描述仅仅是为了示出结合本发明的特征的某些实施例。描述并不旨在是无穷尽的，也不旨在将本发明限制到所公开的任何精确形式。许多修改和变化根据以上的教导是可能的。本领域技术人员将认识到，基于图6和图7中的描述和示例，可以以类似的方式解决接收或确认接收的其他失败。
66.这里描述的系统的示例是quest
tm
900mhz以太网/串行电缆替换模块，提供点对点以太网电缆替换。该模块的串行模式替换rs
‑
485电缆，并在超过6英里的范围内工作。该技术采用跳频，并且即使在最低的rf电平处也保持同步。分立pa和lna提供高效的rf处理，而集成和分立滤波提供额外的信号调节，以增强性能。通过连接器驱动外部天线，或使用独特的pcb迹线天线，该pcb迹线天线使用标准和成本有效的fr4材料，提供可能的最高效率。处理引擎具有足够的带宽以包括定制通信接口、传感器接口和算法或任何事物，以及许多其他应用程序，并且可以为每一个应用程序进行定制。定制参数包括数据速率、发送功率、动态发送功率控制、拓扑(点对点、星型、动态网状)、天线配置和数据接口。该模块还可以被修改以适应各种产品的形状因子。
67.表1列出了结合本发明的特征的ota以太网传输系统的典型性能规范。
68.表1
69.性能规范
[0070][0071]
图9是流程图，示出如何对系统进行布线和配置，以选择并运行支持以太网或rs485串行数据递送的适当软件。系统确定单元是否将运行在以太网或串行电缆替换模式中。系统上电(步骤801)，并且在完成所有初始化之后，单元查看是否建立了以太网物理链路(步骤802)。作为标准功能，以太网收发器具有报告物理以太网链路是否存在的能力。当cpu 103、108从以太网收发器102、109接收到存在物理以太网链路的信息时，cpu 103、108为以太网模式所需的数据速率配置相应的无线电104、107(步骤803)，并开始以太网电缆替换处理(步骤804)。在该处理期间，检查以太网链路(步骤805)，并且只要链路存在，处理就继续进行。然而，当以太网链路不再存在时，无线电104、107将被配置为串行模式(步骤806)，这通常包括具有较低数据速率的设置。串行电缆替换处理将开始(步骤807)，但是以太网链路的检测(步骤808)将被监视。如果在步骤808中检测到以太网链路，则无线电104、107被配置用于以太网模式设置(步骤803)，并且运行以太网电缆替换处理(步骤804)。如果在步骤801中设备首次上电时未检测到以太网链路(步骤802)，则直接将无线电配置为用于串行模式数据速率(步骤806)，并开始串行电缆替换处理(步骤807)，其中持续检查以太网链路的存在(步骤808)。
[0072]
选择并描述了优选的实施例，以便最好地解释本发明的原理及其实际应用。前面的描述旨在使本领域的其他技术人员能够在各种实施例中最好地利用本发明，并且具有适合于所设想的特定用途的各种修改。本发明的范围由下面的权利要求限定。