[發明專利]基于異構網絡融合的干擾收集與抑制方法

有效

• 申請號: 201210214207.X
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN103517321B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 袁芝;胡宏林;尹菲;王海峰;酈振紅
• 申請（專利權）人: 上海無線通信研究中心
• 主分類號: H04W24/10
• 分類號: H04W24/10;H04W52/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種抑制干擾的方法，特別涉及一種基于異構網絡融合的干擾收集與抑制方法。

背景技術

無線傳感器網絡是一種新興的、極具發展潛力的網絡技術，可以將大量簡單的節點大冗余地隨機部署在某個地區；節點之間通過自組織組網，能夠協作地實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種復雜環境或監測對象的信息，并對這些信息進行網內處理，從而獲得詳盡而準確的信息并傳送給后臺骨干網服務器或者相關觀測者。無線傳感器網絡具有應用范圍廣，例如，野生生物棲息地的監測，醫院緊急醫療救護和衛生監測，森林火災探測和跟蹤，交通監控等等。但是無線傳感器網絡基于IEEE 802.15.4的標準使用2.4G的公共頻段（Industrial,Scientific and Medical，ISM），該ISM頻段不僅被應用于基于不同標準的無線網絡（如：基于IEEE 802.15.4低速率無線個人區域網絡（LRWPAN），基于IEEE802.11b的無線局域網絡（WLAN），基于IEEE 802.15.3高速率無線數據個域網（WDPAN）和藍牙（Bluetooth）等），還被用于家電，如微波爐等。無線信道所具備的開發共享特征決定了工作在同一頻段的多酚無線網絡之間相互干擾。隨著無線網絡技術的發展，尤其是無線傳感網的大量使用，在同一區域或者同一個小區，同時覆蓋著各種各樣使用ISM頻段的無線網絡，不同類型網絡之間的干擾問題將日益增多，嚴重影響傳感網的性能（如：吞吐量，實時性），甚至影響傳感網的可用性。

如圖1所示，在一個家居壞境下或者高層建筑內，很多傳感節點被分布在不同的房間并組網構建成不同的傳感網個域網(PANs)；在家居壞境下或者高層建筑內還同時覆蓋著其他網絡，如無線局域網WLAN（圓圈范圍）。如果WLAN工作在相同的頻率帶寬，傳感網PAN1的傳輸質量將受到WLAN的干擾下降，因為802.11b系統使用的傳輸功率大于傳感網的傳輸功率。一般情況下，802.11b無線局域網的傳輸范圍是100米，而802.15.4的傳感網傳輸范圍是10米，因此傳感網易受到例如無線局域網等其他網絡的干擾，導致傳輸質量及網絡性能下降，甚至中斷傳感網的網絡連接。

在無線網絡中，要保障多網共存環境下傳感網的性能，其中一個關鍵技術就是利用多網共享頻譜資源的共存技術降低各個網絡之間的干擾。目前，解決干擾的方法主要有三種：1、時分多址接入(TDMA)；2、信道分配；3、信道捷變；其中信道捷變是個有效的解決干擾的方法，其主要分成兩個部分：信道檢測和干擾抑制。在傳統的無線傳感網中，信道檢測的方法有三種：第一種是Zhou提出的一種有效的無線電干擾檢測(RID)方法，該方法可以用來檢測傳感器網絡的干擾。該方法能通過節點發送測試幀給干擾節點來判斷是否受到干擾，但是不能用來檢測受到其他網絡的干擾，只能檢測網內干擾。第二種方法是Won等人提出的一個基于信號強度（RSSI）的能量發現掃描算法，當RSSI值高于一個閥值時，即認為節點受到了干擾。第三種方法是Kim提出的一種通過發送ACK/NACK幀的干擾檢測方法；在一定時間內，發送端沒有收到接收端發來的ACK幀時，即確定接收端受到干擾，并匯報NACK幀。在傳統的無線傳感網中，干擾抑制的方法也有很多，如M.S.Kang提出的一種基于偽隨機干擾抑制的方法，該方法令所有的設備根據一個偽隨機序列同時切換到下一個信道來避免干擾。此外，一種分布式多信道MAC干擾抑制協議的提出，使傳統的單信道ZigBee網絡得到了性能上的改變，如分布式、自適應能力、信道多樣性等。

綜上所述，所有傳統的算法的重點均放在干擾檢測和避免干擾的過程，沒有討論節點上報干擾的方法。在基于IEEE802.15.4的傳感網中，如何高效地低能耗地實現干擾報告及干擾抑制是非常重要的。而在ZigBee協議中，關于如何收集干擾，匯報干擾描述很少。在傳統傳感器網絡中，每個傳感網路由節點或者協調器負責跟蹤與鄰居節點傳輸失敗次數及失敗率，并且保存網絡信息路（NIB）用于記錄網絡傳輸過程中總的嘗試傳輸次數。一旦總的嘗試傳輸次數超過20次，同時網絡傳輸失敗率達到25%，則傳感節點可能受到干擾。因此，傳感節點采取以下步驟上報干擾，如圖2所示：

1）傳感節點上報干擾情況給他的父節點直至到網關或者網絡協調器；

2）網關或者網絡協調器發送能量檢測掃描請求給網內所有的路由節點，要求所有路由節點掃描信道，并將掃描結果匯報給網關或者網絡協調器；

3）網絡協調器根據路由節點反饋的能量掃描信息，選擇一個信道質量最好的并且沒有被其他個域網PAN使用的信道作為新的工作信道進行信道捷變。