CN114301565B - 玩具模块之间的无线通信方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玩具模块之间的无线通信方法，包括在发送端玩具中执行的如下步骤：帧结构生成步骤：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步。本发明还提供相应的***、存储介质以及玩具***。本发明帧结构应用的场景是多个不同的功能模块在一个网络内，相互之间进行快速高效的通讯，能够满足突发大量数据传输及低延时传输的要求。
Description
技术领域
本发明涉及，具体地，涉及玩具模块之间的无线通信方法、***、存储介质以及玩具***。尤其是一种适用于跳频的已配对玩具模块之间的无线通信方法、***、存储介质以及玩具***。
背景技术
传统的玩具***通常采用蓝牙、wifi、zigbee等协议，这些协议的帧结构的缺点是都无法满足低延时、高突发、响应快，导致无法满足上述场景对于多个模块同时大数据量通讯及低延时的特殊追求。例如，专利文献CN104645630A基于分离计算的智能交互型***、玩具以及控制方法，包括：传感模块、处理模块、通信模块和执行模块；传感模块用于采集玩具的外部信息，并将所述外部信息发送至处理模块；处理模块将接收到的外部信息进行预处理，并将预处理后的信息发送至通信模块；通信模块将处理模块预处理后的信息发送至控制设备，以及将控制设备发送过来的与所述外部信息相对应的控制指令发送至处理模块；处理模块还用于将控制指令转换成相应的控制信号，并将控制信号发送至执行模块，执行模块执行控制信号。专利文献CN104645630A中的通信模块通过无线方式或者有线方式进行传输信息。其中，无线方式包括：WIFI、蓝牙、zigbee网络方式。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种玩具模块之间的无线通信方法和***。
根据本发明提供的一种玩具模块之间的无线通信方法，包括在发送端玩具中执行的如下步骤：
帧结构生成步骤：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；
所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步。
优选地，所述窗口号时隙，包括：
芯片类型域，其中，所述芯片类型域用于承载发送端玩具模块中芯片发送数据与接收数据所需要的时间，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据与接收数据所需要的时间对数据相应时钟同步地设置发送时间与接收时间；
网内序号域，其中，所述网内序号域用于承载发送端玩具模块发送数据的时刻，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据的时刻对数据相应时钟同步地设置接收数据的时刻。
优选地，已配对的多个玩具模块处于第一无线通信自组网络中；在所述第一无线通信自组网络中，传输第一类型数据的发送端玩具模块与接收端模具模块之间通过所述帧进行时钟同步以实现跳频通信，并通过所述帧进行数据传输；
其中，所述第一类型数据为满足如下任一个或任多个条件的数据：
条件A：数据传输量大于设定的传输量阈值的数据；
条件B：数据内容为预先指定内容的数据；
条件C：时延要求高于设定的时延阈值的数据；
条件D：发送端玩具模块和/或接收端玩具模块未处于节能状态。
优选地，所述帧还包括：
源地址时隙，所述源地址时隙用于承载发送端玩具模块的设备地址；
帧序号时隙，所述帧序号时隙用于承载帧的标识信息；
数据包时隙，所述数据包时隙用于承载有效数据。
根据本发明提供的一种已配对玩具模块之间的无线通信***，包括在发送端玩具中的如下模块：
帧结构生成模块：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；
所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步。
优选地，所述窗口号时隙，包括：
芯片类型域，其中，所述芯片类型域用于承载发送端玩具模块中芯片发送数据与接收数据所需要的时间，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据与接收数据所需要的时间对数据相应时钟同步地设置发送时间与接收时间；
网内序号域，其中，所述网内序号域用于承载发送端玩具模块发送数据的时刻，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据的时刻对数据相应时钟同步地设置接收数据的时刻。
优选地，已配对的多个玩具模块处于第一无线通信自组网络中；在所述第一无线通信自组网络中，传输第一类型数据的发送端玩具模块与接收端模具模块之间通过所述帧进行时钟同步以实现跳频通信，并通过所述帧进行数据传输；
其中，所述第一类型数据为满足如下任一个或任多个条件的数据：
条件A：数据传输量大于设定的传输量阈值的数据；
条件B：数据内容为预先指定内容的数据；
条件C：时延要求高于设定的时延阈值的数据；
条件D：发送端玩具模块和/或接收端玩具模块未处于节能状态。
优选地，所述帧还包括：
源地址时隙，所述源地址时隙用于承载发送端玩具模块的设备地址；
帧序号时隙，所述帧序号时隙用于承载帧的标识信息；
数据包时隙，所述数据包时隙用于承载有效数据。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的玩具模块之间的无线通信方法的步骤。
根据本发明提供的一种玩具***，玩具***包括多个玩具模块；
所述玩具模块采用所述的玩具模块之间的无线通信方法进行通信，或者包括所述的已配对玩具模块之间的无线通信***，或者包括所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将传统协议中的时隙/域/数据进行了替换，以适合玩具***中位于一个无线通信自组网络中的多玩具模块通信场景的需求。
2、本发明的帧结构能够实现玩具模块之间进行快速高效的通讯，尤其适合于突发大量数据传输及低延时的情况。
3、本发明通过窗口时隙起了时钟同步的作用，起到保证跳频准确的功能，使得玩具***场景中各模块之间的数据传输性能得到了有效的改善。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在玩具***的应用场景中，玩具***有多个玩具模块，例如有传感器模块、管理模块、执行模块等等玩具模块，玩具模块之间相互分离，数据传输需通过无线通信网络进行。在管理模块的控制下，传感器模块采集声音、图像等传感数据，管理模块对传感数据进行处理生成控制指令数据，执行模块根据控制指令数据执行相应的声光电等动作。由于传感与动作往往是即时的，以在机器人等玩具***与周边的用户或者物品之间产生有趣的互动效果。因此，无论传感数据还是控制指令数据若不能快速传输而产生较高的延时，则这种互动效果会大打折扣。传统的玩具***通常采用蓝牙、wifi、zigbee等协议，这些协议的帧结构的缺点是都无法满足低延时、高突发、响应快，导致无法满足上述场景对于多个模块同时大数据量通讯及低延时的特殊追求。
根据本发明提供的一种玩具模块之间的无线通信方法，包括在发送端玩具中执行的步骤：帧结构生成步骤：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；所述窗口号时隙包括芯片类型域、网内序号域；所述帧还包括源地址时隙、帧序号时隙、数据包时隙。在优选例中，所述帧由窗口号时隙、源地址时隙、帧序号时隙、数据包时隙构成；所述窗口号时隙由芯片类型域、网内序号域构成。如下表所示：
源地址时隙使用4个字节，用于承载发送端玩具模块的设备地址，例如发送设备的MAC地址。帧序号时隙使用1个字节，用于承载帧的标识信息，例如帧的标识信息以数字序号表示，每次新数据包发送则帧的标识信息增加1，以区分不同的帧，用做帧重传过滤。数据包时隙使用26个字节，用于承载有效数据。根据RF芯片的不同，数据包时隙的最大字节数约束于RF芯片的限制。
在玩具***场景中，以课堂教室为例，多套玩具***通常分别分布在不同的课桌上，每张课桌有一群学生玩该课桌上的一套玩具***，不同玩具***的玩具模块各自配对，一个课桌上的玩具模块之间相互配对，控制指令仅在已配对玩具模块之间有效，即已配对的玩具模块具有相同的配对标识，玩具模块发出的数据和/或控制指令只能被同一配对组中的其它玩具模块所执行，从而一个配对组中的玩具模块不能控制另一个配对组中的玩具模块。配对可参见专利文献CN111054085A等现有技术实现，在此不予赘述。但是，不同玩具***就可能在统一时间使用同一或者相近频率进行通信，导致相互干扰。所以，需要进行跳频，在跳频的过程中，需要发送端玩具模块与接收端玩具模块之间保持时钟同步，以在同一时刻同步跳频。本发明的所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步。所述窗口号时隙，包括：芯片类型域、网内序号域。在窗口号时隙的1个字节中，6位用于网内序号域，2位用于芯片类型域。所述芯片类型域用于承载发送端玩具模块中芯片发送数据与接收数据所需要的时间，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据与接收数据所需要的时间对数据相应时钟同步地设置发送时间与接收时间。所述网内序号域用于承载发送端玩具模块发送数据的时刻，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据的时刻对数据相应时钟同步地设置接收数据的时刻。网内序号优选地由发送端玩具模块在发送数据时生成，网内序号包含发送端玩具模块发送数据的时刻，由发送端玩具模块生成，接收端玩具模块收到后同步时钟及信道，确保网内所有设备在任意时刻都在同一信道。
跳频信道可允许有多个，这些信道额可以是随机分配的，或者也可以是预先规划的，以避免跳频到同一个信道。已配对的多个玩具模块处于第一无线通信自组网络中；在所述第一无线通信自组网络中，传输第一类型数据的发送端玩具模块与接收端模具模块之间通过所述帧进行时钟同步以实现跳频通信，并通过所述帧进行数据传输。所述第一无线通信自组网络在网络构建配对中使用的数据传输速率低于所述帧结构的数据传输速率。也就是说，所述帧结构优先的优先用于传输需要高速率传输的数据，记为第一类型数据。所述第一类型数据为满足如下任一个或任多个条件的数据：条件A：数据传输量大于设定的传输量阈值的数据；条件B：数据内容为预先指定内容的数据；条件C：时延要求高于设定的时延阈值的数据；条件D：发送端玩具模块和/或接收端玩具模块未处于节能状态，所述节能状态包括睡眠状态、休眠状态。
如下表所示，在数据包时隙的26个字节中，1个字节用于命令域，25个字节用于参数域。在命令域的1个字节中，6位用于CMD命令提示符子域，2位用于MODE模式子域：
进一步地，在CMD命令提示符子域中，如下表所示，CMD命令提示符子域中的不同二进制值指示不同的命令。
更进一步地，在参数域中，如下表所示，两个字节用于类型参数子域，其余字节用于控制参数子域：
本发明还提供一种已配对玩具模块之间的无线通信***，本领域技术人员可以通过执行所述玩具模块之间的无线通信方法的步骤流程实现所述已配对玩具模块之间的无线通信***，即可以将所述玩具模块之间的无线通信方法理解为所述已配对玩具模块之间的无线通信***的一个优选的实现方式。
根据本发明提供的一种已配对玩具模块之间的无线通信***，包括在发送端玩具中的如下模块：
帧结构生成模块：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；
所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步。
所述窗口号时隙，包括：芯片类型域，其中，所述芯片类型域用于承载发送端玩具模块中芯片发送数据与接收数据所需要的时间，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据与接收数据所需要的时间对数据相应时钟同步地设置发送时间与接收时间；网内序号域，其中，所述网内序号域用于承载发送端玩具模块发送数据的时刻，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据的时刻对数据相应时钟同步地设置接收数据的时刻。
已配对的多个玩具模块处于第一无线通信自组网络中；在所述第一无线通信自组网络中，传输第一类型数据的发送端玩具模块与接收端模具模块之间通过所述帧进行时钟同步以实现跳频通信，并通过所述帧进行数据传输；其中，所述第一类型数据为满足如下任一个或任多个条件的数据：条件A：数据传输量大于设定的传输量阈值的数据；条件B：数据内容为预先指定内容的数据；条件C：时延要求高于设定的时延阈值的数据；条件D：发送端玩具模块和/或接收端玩具模块未处于节能状态。
所述帧还包括：源地址时隙，所述源地址时隙用于承载发送端玩具模块的设备地址；帧序号时隙，所述帧序号时隙用于承载帧的标识信息；数据包时隙，所述数据包时隙用于承载有效数据。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的玩具模块之间的无线通信方法的步骤。
根据本发明提供的一种玩具***，玩具***包括多个玩具模块；所述玩具模块采用所述的玩具模块之间的无线通信方法进行通信，或者包括所述的已配对玩具模块之间的无线通信***，或者包括所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种玩具模块之间的无线通信方法，其特征在于，包括在发送端玩具中执行的如下步骤：
帧结构生成步骤：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；
所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步；
已配对的多个玩具模块处于第一无线通信自组网络中；
所述第一无线通信自组网络在网络构建配对中使用的数据传输速率低于所述帧结构的数据传输速率。
2.根据权利要求1所述的玩具模块之间的无线通信方法，其特征在于，所述窗口号时隙，包括：
芯片类型域，其中，所述芯片类型域用于承载发送端玩具模块中芯片发送数据与接收数据所需要的时间，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据与接收数据所需要的时间对数据相应时钟同步地设置发送时间与接收时间；
网内序号域，其中，所述网内序号域用于承载发送端玩具模块发送数据的时刻，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据的时刻对数据相应时钟同步地设置接收数据的时刻。
3.根据权利要求1所述的玩具模块之间的无线通信方法，其特征在于，在所述第一无线通信自组网络中，传输第一类型数据的发送端玩具模块与接收端模具模块之间通过所述帧进行时钟同步以实现跳频通信，并通过所述帧进行数据传输；
其中，所述第一类型数据为满足如下任一个或任多个条件的数据：
条件A：数据传输量大于设定的传输量阈值的数据；
条件B：数据内容为预先指定内容的数据；
条件C：时延要求高于设定的时延阈值的数据；
条件D：发送端玩具模块和/或接收端玩具模块未处于节能状态。
4.根据权利要求1所述的玩具模块之间的无线通信方法，其特征在于，所述帧还包括：
源地址时隙，所述源地址时隙用于承载发送端玩具模块的设备地址；
帧序号时隙，所述帧序号时隙用于承载帧的标识信息；
数据包时隙，所述数据包时隙用于承载有效数据。
5.一种已配对玩具模块之间的无线通信***，其特征在于，包括在发送端玩具中的如下模块：
帧结构生成模块：生成帧，其中，所述帧包括窗口号时隙；
所述窗口号时隙承载的信息用于指示已配对的玩具模块之间针对跳频进行时钟同步；
已配对的多个玩具模块处于第一无线通信自组网络中；
所述第一无线通信自组网络在网络构建配对中使用的数据传输速率低于所述帧结构的数据传输速率。
6.根据权利要求5所述的已配对玩具模块之间的无线通信***，其特征在于，所述窗口号时隙，包括：
芯片类型域，其中，所述芯片类型域用于承载发送端玩具模块中芯片发送数据与接收数据所需要的时间，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据与接收数据所需要的时间对数据相应时钟同步地设置发送时间与接收时间；
网内序号域，其中，所述网内序号域用于承载发送端玩具模块发送数据的时刻，以指示接收端玩具模块依据所述发送数据的时刻对数据相应时钟同步地设置接收数据的时刻。
7.根据权利要求5所述的已配对玩具模块之间的无线通信***，其特征在于，在所述第一无线通信自组网络中，传输第一类型数据的发送端玩具模块与接收端模具模块之间通过所述帧进行时钟同步以实现跳频通信，并通过所述帧进行数据传输；
其中，所述第一类型数据为满足如下任一个或任多个条件的数据：
条件A：数据传输量大于设定的传输量阈值的数据；
条件B：数据内容为预先指定内容的数据；
条件C：时延要求高于设定的时延阈值的数据；
条件D：发送端玩具模块和/或接收端玩具模块未处于节能状态。
8.根据权利要求5所述的已配对玩具模块之间的无线通信***，其特征在于，所述帧还包括：
源地址时隙，所述源地址时隙用于承载发送端玩具模块的设备地址；
帧序号时隙，所述帧序号时隙用于承载帧的标识信息；
数据包时隙，所述数据包时隙用于承载有效数据。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的玩具模块之间的无线通信方法的步骤。
10.一种玩具***，其特征在于，玩具***包括多个玩具模块；
所述玩具模块采用权利要求1至4中任一项所述的玩具模块之间的无线通信方法进行通信，或者包括权利要求5至8中任一项所述的已配对玩具模块之间的无线通信***，或者包括权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
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