无线遥控方案.doc

无线遥控方案1.要实现的目标遥控距离：200M遥控响应时间：低于 100ms频率范围：400M ~ 470M信道个数：16个通信速率：30000~40000较强的绕射能力高可靠性2.搜索到目标站点且可 以被连接搜索目标搜索到目标站点但不 能被连接/搜索超时连接命令超时成功多次通讯失败建立连接被回应不 允许连接遥控通讯遥控结束/被关闭断开连接V中止失败建立连接等待命令断开连接关闭: 等待连接接收到连接命令遥控结束/被关闭成功多次通讯失败 或一段时间内收不到 任何命令遥控端状态机被遥控端状态机2.1说明2.1.1 被遥控端被遥控端的功能被打开后，进入“等待连接”状态在该状态下，系统轮循的在各个信道上监听遥控端发出的“搜索命令”和“连接命令”系统在没有收到这两种命令时，不发射出任何信号，以免对周围其他同类系统带来 信道的竞争和干扰当在某个信道上成功监听到遥控端发出的搜索命令时，系统首先判断搜索命令中指定的目标 ID号，如果系统的ID号与指定ID号不匹配，系统可以不给予任何应答对“搜索命令”的接收不一定只限制在“等待连接”状态时在任何状态中（除非本地用户启动了系统的关闭 过程），只要成功接收到针对本系统 ID 的“搜索命令” ，都可以给予应答。

如果系统已被连接到另一个遥控端，则 在“搜索命令”的应答中给予指示这样可以防止遥控端发出连接命令当在“等待连接”状态中收到“连接命令”时，将进入“建立连接”过程系统将通过接收到的“连接命令” 中一些参数（可以包含一些认证信息）来判断是否与遥控端建立连接不管接受或不接受“连接命令”都要求向遥 控端发出一个应答如果建立连接成功了，系统将进入“等待命令”状态在该状态下，如果较长时间内收不到来自已经建立连接 的遥控端的任何命令（接收不到命令的情况包括：收不到或收到很弱的无线电信号；被严重干扰的，效验错误的数 据），系统将退回到“等待连接”状态，以备再次建立连接为了保证连接的双方能够感知到对方的存在和信道的可用性，在遥控端没有任何遥控命令的情况下，遥控端必 须每隔一段时间，发送一次“保持连接”命令也可以设计一些其它在空闲时间使用的命令，例如获取被遥控端所 处位置的信道状态信息当接收到连接遥控端发出的“断开连接”的命令时，进入断开连接过程遥控端必须立即回应该命令然后再 次进入“等待连接”状态如果是由本地用户启动了系统的关闭过程（例如：关机） ，这时系统可以主动通知遥控端断开连接2.1.2 遥控端 系统被启动一次遥控任务后，进入“搜索目标”状态。

在该状态下，系统轮循的向各个信道发出“搜索命令” 在每次发出命令后，系统立即切换到接收状态以接收可能的应答如果在某个信道上接收到目标端的应答，且该端 点可以被连接，将进入“建立连接”过程如果接收到目标端的应答，但应答数据中指示该端点不能被连接（可能 是目标端已经和其他遥控端已经建立连接） ，则可以结束此次遥控任务如果目标端不在遥控端的信号范围内，或者每个信道的可用性都非常糟糕，那么有可能导致遥控端在一段时间 内的发出的“搜索命令”都收不到正确的应答当出现这样的超时情况时，将中止此次遥控任务在“建立连接”的过程中，系统向目标端发送“连接”命令如果成功接收到“连接”命令的应答，而且应答 数据中指示连接成功，则连接已被建立此后，系统进入“遥控通讯”状态在此过程中，可能出现目标端点没有 任何回应 （可能是信道可用信很差，或发送命令时目标端已经跳到另外一个信道 ） ，这时系统将退回到“搜索目标”状态如果系统被回应的应答数据中指示不允许被连接（可能是目标端已经和其他遥控端建立了连接，或认证信息 没有被通过） ，那么这次遥控任务将被中止进入“遥控通讯”状态后，系统将用户发出的遥控指令发射给目标端如果一段时间内，用户没有发出任何遥 控指令，系统将自动的定时的向目标端发射“保持连接”命令。

所有发出的命令，都要求目标端立即回应应答如 果发送完命令后，在一段时间内没有成功接收到目标端的应答，系统将重复发送命令如果，重发了多次后，一直 没成功接收到目标端的应答，系统将可以判断为与目标端失去了连接此后系统将退回到“搜索目标”状态，准备 再次进行连接如果连接建立后（ “遥控通讯”状态） ，这时用户要求结束遥控任务，将进入断开连接过程这个过程中，系统 向目标端发出一个“断开连接”的命令 , 而且也等待目标端的应答，但等待超时后不必采取重发措施3．可靠性问题3.1 通信信道的选择常见的无线收发器件中一般都存在 CS（ Carrier Sense ）和 RSSI（Received Signal Strength Indicator ）的功能我们可以利用这些功能来确定一个信道的可用性（被占用情况或干扰程度） 建立连接前，不论是遥控端发出“搜索目标”命令，还是被遥控端监听命令，都应尽可能的在较好的信道中进 行我们可以采取这样的办法：当系统（遥控端或被遥控端）轮循到一个可用性较好的信道时，停留的时间可以延 长一点在轮循到一个较差的信道时，停留的时间可以缩短一点当建立连接后，在通信过程中可能出现信道被干扰或者与同类系统通信相冲突等信道可用性降低的情况。

这时 可以切换到另外一个较好的信道这要求通信双方在建立连接后，还能对各个信道进行检测和统计然后，遥控端 可以采取一种通信协议或安排一种命令获取到目标端的信道检测和统计数据 遥控端根据这些数据来决定是否进行 切换和切换到哪个信道还有一种情况，可能发生在建立连接后的某个时刻信道被干扰或其他无线通讯系统长时间的连续的占据，以 至遥控端无法通知目标端进行信道切换这时，要求通讯双方能同时的切换到另一个相同的信道这个信道要求通 讯双方事先协商好这点也必须基于前面所述的对各个信道进行检测和统计以上描述可以看成是一种跳频策略与一般的 FH系统(Frequency Hopping System) 相比，统计性代替了随机性如果使用一般的 FH策略，一旦发生跳频时失去同步的情况，将可能导致遥控器在较长的时间内失灵3.2采用CSMA/CA机制考虑到在系统附近范围内可能存在多个同类系统，并且与这些系统存在使用相同信道的可能，有必要采用CSMA/CA( Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidanee )机制来防止冲突发生和解决冲突问题在802.11(主要应用于无线局域网)和802.15.4 (主要应用于 Zigbee )中，都采取了 CSMA/CA机制。

这种机制 在一些点到点的无线通信中也比较常见其过程是：(1) 数据发送就绪时，先检查信道是否被占用2) 如果信道被占用，则等到介质空闲后，再随机退避一段时间，重复 (1)过程3) 发送数据4) 等待接收者应答如果，等待应答超时，则重复(1)过程如果成功接收到应答， 则此次发送过程成功结束出现冲突的可能性分析冲突发生随机退避 时间T1■|1 !■i11 || 轄1111说明：| |接收或监听载波时间发送就绪时，信道判断时刻收发模式切换时间和其它延时发送数据时，占用信道的时间由上图可知，发生冲突的主要原因是从接收或监听状态切换到数据发送时刻，需要经历一定的时间在这段时 间内，可能被其他同类系统认为是信道空闲且启动了发送过程如果使用 CSMA/CA机制并采用随机退避时间办法，降低冲突发生的概率的办法有两种： 1)加大退避时间的最大值 2)降低收发模式切换时间在一定范围内和同一个信道中，越多的同类系统，冲突发生的概率也会越高即使通过了载波检测，避免了一 次或多次冲突，也会增加数据发送的延时要降低冲突的发生，还可以把CSMA/CA^制设计的更智能一点 类似于802.11中的VCS(Virtual Carrier Sense， 基于CSMA/CA技术。

这要求系统不仅要检测信道的空闲状态， 还要接收同类系统发出的数据包， 并且分析出同类系统通讯将持续的时间，然后退避这段时间还有一种CSMA/CA机制失效的可能性如下图所示：C A B DA和B都在相互信号能够到达的范围内但 A的信号不能到达 D, D的信号也不能到达 A，而且D的信号可以覆盖到B这时A不能检测到D对信道占用的情况如果 A向B发送数据时，D正好也在发送数据，那么就会产生冲 突要解决这个问题，可以把上述几个站点的发射功率加大，让它们都能检测和接收到每个站点发出的信号这样有点类似于一个无线网络3.3校验和应答机制上述CSMA/CA机制必须基于校验和应答的机制 能够采用CSMA/CA机制的前提是同一个信道中存在同类系统或同样采取CSMA/CA机制的系统如果信道中存在一些其他干扰，校验和应答机制将是保证传输可靠的关键遥控端和被遥控端所发的数据包，都要求使用一种校验码最常见的是 CRC校验码通讯双方收到数据包只有通过了校验码校验无误后，才能算成功接收否则，将收到的数据包丢弃，和没收到数据包的情况一样遥控端和被遥控端采用一种命令和应答的机制，或者说是一种 Master和Slave的关系。

建立连接后，遥控端向被遥控端发出的所有命令(断开连接命令除外) ，都要求被遥控端尽快返回应答如果遥控端在一段时间内，没有收到被遥控端的应答，则重新发送命令可能出现的情况如下图所示：遥控端 被遥控端发送命令收到命令成功，回应Ack，执行命令收到Ack成功发送命令收到命令，校验错误，丢弃等待Ack超时，重发送命令收到命令成功，回应Ack,执行命令收到Ack成功发送命令收到命令成功，回应Ack收到Ack,校验错误，重发命令收到命令成功，重发Ack收到Ack成功发送命令收到命令，校验错误，丢弃等待Ack超时，重发送命令收到命令成功，回应Ack收到Ack,校验错误，重发命令收到命令成功，重发Ack收到Ack,校验错误，重发命令•收到命令，校验错误，丢弃等待Ack超时，重发送命令收到命令成功，重发Ack收到Ack成功注意上图情况3和情况4,为了使被遥控端收到重复的命令时，不再去重复的执行命令操作，可以对命令采取 一种编号的策略：命令中包含一个命令编号( CommancNumber)遥控端在发送了一个命令且成功的收到应答之后，对本地的命令编号加 1，下次发送命令时，将使用这个新的命令编号值被遥控端成功收到命令后，先检查其中的 命令编号，如果命令编号与本地的命令编号相同，则直接回应上次发送的应答。

如果命令编号与本地的不同，则将 本地的命令编号赋值为接收的命令编号，并执行命令操作和回应应答3.4通讯加密为了防止他人能轻易自造出兼容通讯协议的遥控装置并进行非法的恶意遥控， 有必要对建立连接后的通讯过程采取一定的加密措施4.性能评估这里先假设使用了 TI公司的无线收发器件 CC1100,根据CC1100的数据手册和上述提出的理论， 做一个基本的性能评估以下是 CC1100的一些重要特性：调制方式2FSK,MSK,ASK,O。