无线主从通信方法、主节点装置和从节点装置

技术领域

本申请属于无线通信技术领域，具体涉及高效无线主从通信方法、无线主从通信主节点装置和无线主从通信从节点装置。适合大批量电子设备都要通过蓝牙通讯建立通信联系时使用，能解决轮询等待时间过长的问题，实现快速查找和连接。

背景技术

蓝牙通讯在近距离无线通讯中有广泛的应用。各种电子设备有无线短距离通信需求时，蓝牙成了最基本的选择。在点对点或者少量终端进行无线通讯时，现有技术中的蓝牙通讯协议和通讯方式是适用的。但是在具有大批量终端都要通过蓝牙通讯和管理终端连接时，如在蓝牙电子纸标签星形网络中现有技术中的蓝牙传输方式并不能满足大规模节点、节点快速查找和连接的需求。会出现节点连接不上后随机等待一个时间，再次连接，导致连接信号成倍增加，碰撞越来越多，最终导致信道拥堵，连接成功率降低到用户不能忍受的程度。

在传统的GSM通讯技术中，有固定时间间隙来分配通讯信道，但是通讯协议复杂，有大量的控制协议，不适合蓝牙通讯的场景。

在蓝牙电子纸标签星形网络中，通常一个主节点下需要连接多个从节点，如何保证主节点和从节点之间通信连接的实时性和可靠性，是需要考虑的问题。

名词解释：

EPD是英文“electronic paper display”的缩写，中文含义是电子纸显示器。

ESL是英文“Electronic Shelf Label”的缩写，中文含义是电子货架标签。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术中蓝牙电子纸标签星形网络中现有技术中的蓝牙传输方式并不能满足大规模应用时节点快速查找和连接的需求的不足之处，而提供一种无线主从通信方法，能满足大规模应用时节点快速查找和连接的需求。

本申请解决上述技术问题的技术方案是一种无线主从通信方法，包括一个主节点与两个以上的从节点，其特征在于，包括如下特征：特征T1，主节点与从节点通过广播通道进行通信；特征T2，广播通道分成2个以上的上行信道，从节点通过上行信道给主节点发送信息；特征T3，根据上行信道分配方式，两个以上的从节点分配在一个上行信道上；特征T4，分配在一个上行信道的从节点用竞争方式占用上行通信时隙。

所述的无线主从通信方法，包括如下特征：特征T5，在分配的上行信道上，从节点采用蓝牙广播协议发送信息。

所述的无线主从通信方法，包括如下任意一项特征：特征T31，所述上行信道分配方式，根据从节点的地址中固定位的数值，将从节点分配到数值对应的信道中；特征T32，所述上行信道分配方式，根据从节点的地址哈希计算后取模获得数值，将从节点分配到数值对应的信道中。

所述的无线主从通信方法，包括如下特征：特征T6，还包括下行广播信道，主节点通过下行广播信道发送信息。

所述的无线主从通信方法，包括如下任意一项特征：特征T61，主节点通过下行广播信道发送上行信道总数；特征T62，主节点周期性发送下行广播信息，从节点根据主节点发送的广播信息同步时间。

所述的无线主从通信方法，包括如下特征：特征T7，主节点收到从节点发送上行信道信息后，在该上行信道时隙中给从节点反馈信息。

本申请解决上述技术问题的技术方案还可以是一种无线主从通信主节点装置，包括主节点控制模块、蓝牙模块、蓝牙通讯同步模块；主节点控制模块与蓝牙通讯同步模块电信号连接，蓝牙通讯同步模块包括时钟模块，蓝牙通讯同步模块给主节点控制模块输出时钟同步信号；主节点控制模块与蓝牙模块电信号连接，主节点控制模块通过蓝牙模块发送同步信息；从节点接收所述同步信息，同步信息包括上行信道数量与上行信道分配规则；两个以上从节点分配在一个上行信道上，两个以上从节点在上行信道上用竞争方式占用上行通信时隙。

所述的无线主从通信主节点装置，包括如下任意特征之一，特征MT1，还包括注册节点数据模块，主节点控制模块接收从节点的注册信息，将从节点的注册信息记录在注册节点数据模块中；特征MT2，还包括显示驱动模块、显示模块；显示驱动模块与显示模块电信号连接；显示驱动模块与主节点控制模块电信号连接；主节点控制模块将从节点信息通过显示模块显示；特征MT3，主节点装置为电子工牌控制管理装置，主节点装置能够读取作为从节点的电子工牌信息；特征MT3，主节点装置为电子标签控制管理装置，主节点装置能够读取作为从节点的电子标签信息。

本申请解决上述技术问题的技术方案还可以是一种无线主从通信从节点装置，包括从节点控制模块、蓝牙模块、蓝牙通讯同步模块；从节点控制模块与蓝牙通讯同步模块电信号连接，蓝牙通讯同步模块包括时钟模块，蓝牙通讯同步模块给从节点控制模块输出时钟同步信号；从节点控制模块与蓝牙模块电信号连接，从节点控制模块通过蓝牙模块接收主节点发送的同步信息；从节点接收所述同步信息，同步信息包括上行信道数量与上行信道分配规则；两个以上从节点分配在一个上行信道上，两个以上从节点在上行信道上用竞争方式占用上行通信时隙。

所述的无线主从通信从节点装置，包括如下任意特征之一，特征ST1，从节点装置为电子工牌，用于显示工牌信息；特征ST2，从节点装置为电子标签，用于显示标签信息；特征ST3，还包括显示驱动模块、电子墨水屏；显示驱动模块与电子墨水屏电信号连接；显示驱动模块与从节点控制模块电信号连接；从节点控制模块通过电子墨水屏显示信息。

本申请中技术方案的有益效果之一是将广播通道分成多个分时的上行信道，在每个上行信道上分配多个从节点，相当于将从节点进行了分组，各分组以不同的分时上行信道通过，各分组都能实现轮询的通信时间片；将所有的从节点分组后，降低了多个从节点同时竞争主节点的概率；分组节点中采用竞争方式占用通信时间片，其发生多个从节点同时竞争的概率大大降低。避免了因竞争导致的反复轮询时间等待，提高了通信的实时性，连接速度更快，能满足节点之间快速查找和连接的需求，同时协议简单，无需复杂的信道分配协议，简单可靠。

本申请中技术方案的有益效果之一是上行信道分配方式，根据从节点的地址中固定位的数值，将从节点分配到数值对应的信道中，分配方式简单效率高。

本申请中技术方案的有益效果之一是上行信道分配方式，根据从节点的地址哈希计算后取模获得数值，将从节点分配到数值对应的信道中。能实现更好地从节点映射关系，还具有一定的保密性能。

本申请中技术方案的有益效果之一是主节点周期性发送下行广播信息，从节点根据主节点发送的广播信息同步时间，让网络中的从节点保持时间同步性，确保通信的可靠性，避免因时钟错位导致的信道竞争。

本申请中技术方案的有益效果之一是主节点收到从节点发送上行信道信息后，在该上行信道时隙中给从节点反馈信息，更节省时间，响应的实时性更好。

本申请中技术方案的有益效果之一是无线主从通信主节点装置通过蓝牙通讯同步模块进行各从节点的时间同步，让网络中的从节点保持时间同步性，确保通信的可靠性，避免因时钟错位导致的信道竞争。

本申请中技术方案的有益效果之一是注册节点数据模块能进行从节点的注册信息管理，让从节点的注册信息有记录，方便后续管理，系统运行效率更高。

本申请中技术方案的有益效果之一是显示驱动模块、显示模块使无线主从通信主节点装置具有显示功能，方便进行系统管理。

本申请中技术方案的有益效果之一是主节点装置为电子工牌控制管理装置能用于电子工牌系统的管理，电子工牌和电子工牌控制管理装置之间通过蓝牙实现电信号连接。

本申请中技术方案的有益效果之一是主节点装置为电子标签控制管理装置能用于电子标签系统的管理，电子标签和电子标签控制管理装置之间通过蓝牙实现电信号连接。

本申请中技术方案的有益效果之一是无线主从通信从节点装置通过蓝牙通讯同步模块与无线主从通信主节点装置进行时间同步，让网络中的从节点与无线主从通信主节点装置保持时间同步性，确保通信的可靠性，避免因时钟错位导致的信道竞争。

附图说明

图1是无线主从通信方法中主节点和从节点之间通信示意图之一；

图2是无线主从通信方法中主节点和从节点之间通信示意图之二；

图3是无线主从通信方法中主节点和从节点之间通信示意图之三；

图4是无线主从通信方法中主节点和从节点之间通信示意图之四；

图5是蓝牙无线信号时序示意图；

图6是从节点电子工牌的示意图；

图7是无线主从通信主节点装置的示意框图之一；

图8是无线主从通信主节点装置的示意框图之二；

图9是无线主从通信从节点装置的示意框图。

具体实施方式

以下结合各附图对本发明的实施方式做进一步详述。

需要说明的是，以下是本申请较佳实施例的说明，并不对本申请构成任何限制。本申请较佳实施例的说明只是作为本申请一般原理的说明。本申请中所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”“第二”，以及以阿拉伯数字1、2、3等数字编号的技术特征，以及“A”“B”这样的编号，仅用于描述目的，只是为了说明的方便，并不代表时间或空间上的顺序关系；不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”，以及以阿拉伯数字1、2、3等数字编号的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1至图3所示，无线主从通信方法的实施例中，包括一个主节点与两个以上的从节点，在图中有1000个从节点：主节点与从节点通过广播通道进行通信；广播通道分成2个以上的上行信道，从节点通过上行信道给主节点发送信息，图1中广播通道分成10的上行信道；根据上行信道分配方式，两个以上的从节点分配在一个上行信道上，图1中每100个从节点共享一个上行信道；分配在一个上行信道的这100个从节点用竞争方式占用上行通信时隙。

将广播通道分成多个分时的上行信道，在每个上行信道上分配多个从节点，相当于将从节点进行了分组，各分组以不同的分时上行信道通过，各分组都能实现轮询的通信时间片；将所有的从节点分组后，降低了多个从节点同时竞争主节点的概率；分组节点中采用竞争方式占用通信时间片，其发生多个从节点同时竞争的概率大大降低。避免了因竞争导致的反复轮询时间等待，提高了通信的实时性，连接速度更快，能满足节点之间快速查找和连接的需求。

如图1至图3所示，无线主从通信方法的实施例中，在分配的上行信道上，从节点采用蓝牙广播协议发送信息。

如图1至图3所示，无线主从通信方法的实施例中，上述上行信道分配方式，根据从节点的地址中固定位的数值，将从节点分配到数值对应的信道中。上行信道分配方式，根据从节点的地址中固定位的数值，将从节点分配到数值对应的信道中，分配方式简单效率高。

在另一些没有展示的无线主从通信方法的实施例中，上述上行信道分配方式，根据从节点的地址哈希计算后取模获得数值，将从节点分配到数值对应的信道中。上行信道分配方式，根据从节点的地址哈希计算后取模获得数值，将从节点分配到数值对应的信道中。能实现更好地从节点映射关系，还具有一定的保密性能。

如图2至图3所示，无线主从通信方法的实施例中，还包括下行广播信道，主节点通过下行广播信道发送信息。下行广播通道时序如图2和图3中的深色时序片段。

如图1至图4所示，无线主从通信方法的实施例中，主节点通过下行广播信道发送上行信道总数。

如图1至图4所示，无线主从通信方法的实施例中，主节点周期性发送下行广播信息，从节点根据主节点发送的广播信息同步时间。

主节点周期性发送下行广播信息，从节点根据主节点发送的广播信息同步时间，让网络中的从节点保持时间同步性，确保通信的可靠性，避免因时钟错位导致的信道竞争。

如图1至图4所示，无线主从通信方法的实施例中，主节点收到从节点发送上行信道信息后，在该上行信道时隙中给从节点反馈信息。

主节点收到从节点发送上行信道信息后，在该上行信道时隙中给从节点反馈信息，更节省时间，响应的实时性更好。

如图7，一种无线主从通信主节点装置的实施例中，包括主节点控制模块、蓝牙模块、蓝牙通讯同步模块；主节点控制模块与蓝牙通讯同步模块电信号连接，蓝牙通讯同步模块包括时钟模块，蓝牙通讯同步模块给主节点控制模块输出时钟同步信号；主节点控制模块与蓝牙模块电信号连接，主节点控制模块通过蓝牙模块发送同步信息；从节点接收上述同步信息，同步信息包括上行信道数量与上行信道分配规则；两个以上从节点分配在一个上行信道上，两个以上从节点在上行信道上用竞争方式占用上行通信时隙。

无线主从通信主节点装置通过蓝牙通讯同步模块进行各从节点的时间同步，让网络中的从节点保持时间同步性，确保通信的可靠性，避免因时钟错位导致的信道竞争。

无线主从通信主节点装置发出同步信息，将广播通道分成多个分时的上行信道，在每个上行信道上分配多个从节点，相当于将从节点进行了分组，各分组以不同的分时上行信道通过，各分组都能实现轮询的通信时间片；将所有的从节点分组后，降低了多个从节点同时竞争主节点的概率；分组节点中采用竞争方式占用通信时间片，其发生多个从节点同时竞争的概率大大降低。避免了因竞争导致的反复轮询时间等待，提高了通信的实时性，连接速度更快，能满足节点之间快速查找和连接的需求。

如图7和图8，无线主从通信主节点装置的实施例中，还包括注册节点数据模块，主节点控制模块接收从节点的注册信息，将从节点的注册信息记录在注册节点数据模块中。

如图7和图8，无线主从通信主节点装置的实施例中，还包括显示驱动模块、显示模块；显示驱动模块与显示模块电信号连接；显示驱动模块与主节点控制模块电信号连接；主节点控制模块将从节点信息通过显示模块显示。

如图7和图8，无线主从通信主节点装置的实施例中，主节点装置为电子工牌控制管理装置，主节点装置能够读取作为从节点的电子工牌信息。

在附图中没有展示的一些无线主从通信主节点装置的实施例中，主节点装置为电子标签控制管理装置，主节点装置能够读取作为从节点的电子标签信息。

如图9，一种无线主从通信从节点装置的实施例中，包括从节点控制模块、蓝牙模块、蓝牙通讯同步模块；从节点控制模块与蓝牙通讯同步模块电信号连接，蓝牙通讯同步模块包括时钟模块，蓝牙通讯同步模块给从节点控制模块输出时钟同步信号；从节点控制模块与蓝牙模块电信号连接，从节点控制模块通过蓝牙模块接收主节点发送的同步信息；从节点接收上述同步信息，同步信息包括上行信道数量与上行信道分配规则；两个以上从节点分配在一个上行信道上，两个以上从节点在上行信道上用竞争方式占用上行通信时隙。

注册节点数据模块能进行从节点的注册信息管理，让从节点的注册信息有记录，方便后续管理，系统运行效率更高。

显示驱动模块、显示模块使无线主从通信主节点装置具有显示功能，方便进行系统管理。

主节点装置为电子工牌控制管理装置能用于电子工牌系统的管理，电子工牌和电子工牌控制管理装置之间通过蓝牙实现电信号连接。

主节点装置为电子标签控制管理装置能用于电子标签系统的管理，电子标签和电子标签控制管理装置之间通过蓝牙实现电信号连接。

如图9，一种无线主从通信从节点装置的实施例中，无线主从通信从节点装置是如图6所示的从节点装置为从节点电子工牌，用于显示工牌信息；还包括显示驱动模块、电子墨水屏；显示驱动模块与电子墨水屏电信号连接；显示驱动模块与从节点控制模块电信号连接；从节点控制模块通过电子墨水屏显示信息。从节点电子工牌有显示区用于显示工牌信息，也有按键区域。从节点电子工牌内设置有蓝牙模块，通过蓝牙模块和外部的电子工牌控制管理装置实现蓝牙通讯，基于这样的方法，电子工牌控制管理装置能管理大批量的从节点电子工牌，使每个从节点电子工牌都能与主节点的电子工牌控制管理装置实现良好的通讯交互。

无线主从通信从节点装置通过蓝牙通讯同步模块与无线主从通信主节点装置进行时间同步，让网络中的从节点与无线主从通信主节点装置保持时间同步性，确保通信的可靠性，避免因时钟错位导致的信道竞争。

在另外一些附图中没有展示的实施例中，从节点装置为电子标签，用于显示标签信息。

在基于蓝牙通讯的电子纸标签星形网络中，蓝牙协议规范的广播机制并不能很满足大规模节点、节点快速查找和连接。为了弥补蓝牙协议规范的广播机制在大规模星形网络组网的不足，满足应用需求。设计了本申请中的一种基于分时蓝牙广播机制，基于广播通道进行分时分组，提高了通讯效率，避免了所有从节点的竞争，降低了从节点竞争产生的通讯链路不可获取的概率。

蓝牙协议规范的广播机通过Interval(广播间隔)+delay(随机延时)的方式周期性广播，这种广播方式在大规模(>1000)节点的BLE星形网络中，干扰和物理通道的碰撞可能性将会增加。主机查找和连接节点的成功率也会大打折扣。为了解决这个问题，设计了一种基于实时时钟RTC的分时蓝牙广播机制。

如图5，实时时钟的分时蓝牙广播机制是通过实时时钟RTC时间作为参考定时发起蓝牙广播，图5中T1、T2、T3、T4是发起广播的时间。每一个广播时间都包含一个完整的标准蓝牙广播。在蓝牙星形网络中，从节点设备广播，中心节点主机即主节点扫描连接。通过中心节点主机和从节点时间的同步。可以在约定的时间窗口实现快速连接。中心节点同步从节点实时时钟RTC时间，通过设定各个节点的广播时间可以使每个节点独有独立的时间广播时间窗口，这样就避免了物理通道的碰撞。如图5中，Interval是蓝牙的广播间隔，这个参数是标准蓝牙广播的参数，其决定了连接的速度。Delay是每次广播之间的随机延时，0-10ms，是标准蓝牙协议栈为了解决干扰和物理通道的碰撞而设定的。Duration是蓝牙广播持续的时间，标准蓝牙广播参数。

无线主从通信方法，主节点与从节点通过广播通道进行通信；广播通道分成2个以上的上行信道，从节点通过上行信道给主节点发送信息；无线主从通信主节点装置向无线主从通信从节点装置发送的同步信息包括上行信道数量与上行信道分配规则；根据上行信道分配方式，两个以上的从节点分配在一个上行信道上；分配在一个上行信道的从节点用竞争方式占用上行通信时隙。广播通道分成多个分时的上行信道，在每个上行信道上分配多个从节点，相当于从节点分组占用通信时间片，其发生多个从节点同时竞争的概率大大降低。避免了因竞争导致的反复轮询时间等待，提高了通信的实时性，连接速度更快，能满足节点之间快速查找和连接的需求。

如图1至图9所示，以上上述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用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。