[發(fā)明專(zhuān)利]基于信道優(yōu)先級(jí)排序的ZigBee抗干擾方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710362141.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107155208A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬鍇;李佳賓;楊婕;袁亞洲;劉志新;關(guān)新平;曹申
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W52/02
• 分類(lèi)號(hào): H04W52/02;H04W72/08;H04W74/08
• 代理公司: 北京力量專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)11504
• 代理人: 宋林清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于信道優(yōu)先級(jí)排序的ZigBee抗干擾方法。

背景技術(shù)

在實(shí)際環(huán)境中存在著復(fù)雜的電磁信號(hào)，特別是WiFi與ZigBee之間存在著較強(qiáng)的電磁干擾，由于ZigBee具有較小的發(fā)射功率,因此ZigBee系統(tǒng)更容易受到干擾的影響。在實(shí)際環(huán)境中WiFi對(duì)ZigBee的影響最大，并且ZigBee臨近信道之間可靠性存在著強(qiáng)烈的正相關(guān)性。ZigBee的16個(gè)信道中距離WiFi信道中心越遠(yuǎn)，受到的干擾越小(見(jiàn)附圖1)。

2.4G頻段作為國(guó)際規(guī)定的免費(fèi)頻段，存在著大量的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，如ZigBee、WiFi、Bluetooth等，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要與這些網(wǎng)絡(luò)共存，由于ZigBee具有較小的發(fā)射功率,因此ZigBee系統(tǒng)更容易受到干擾的影響。ZigBee把2.4GHz的ISM頻段劃分為16個(gè)信道，每個(gè)信道帶寬為2MHz。WiFi將該頻段劃分為13個(gè)信道，信道帶寬為22MHz，WiFi(中國(guó))最常用的信道是1、6、11。當(dāng)ZigBee和WiFi同時(shí)使用相同頻段通信時(shí)，會(huì)產(chǎn)生同頻干擾。研究表明，ZigBee對(duì)WiFi性能的影響幾乎可以忽略，但WiFi嚴(yán)重影響ZigBee系統(tǒng)的吞吐量和丟包率，所以探求一種ZigBee的抗干擾方法顯得很重要。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：1.ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)少量的信道跳變即可極大的提高通信的可靠性；2.信道跳變決策必須根據(jù)信道的實(shí)時(shí)觀測(cè)狀態(tài)做出決定；3.相鄰信道相關(guān)性很強(qiáng)，當(dāng)當(dāng)前信道收到干擾時(shí)，要盡可能選擇較遠(yuǎn)的信道。

在現(xiàn)有技術(shù)中，信道檢測(cè)方法直接采用ED的方式，消耗了過(guò)多能量，大大降低了電池的使用壽命；在信道跳變時(shí)，以WiFi作為干擾源作為研究對(duì)象時(shí)，未充分考慮到臨近信道之間可靠性存在著強(qiáng)烈的正相關(guān)性的問(wèn)題，以2.4G網(wǎng)絡(luò)作為研究對(duì)象時(shí)，未充分考慮到WiFi做為2.4G網(wǎng)絡(luò)中對(duì)ZigBee影響最大的因素，對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的干擾起到主導(dǎo)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高信道跳變速度和成功率的基于信道優(yōu)先級(jí)排序的ZigBee抗干擾方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于信道優(yōu)先級(jí)排序的ZigBee抗干擾方法，該方法如下：

檢測(cè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的當(dāng)前信道是否受到WiFi信道的干擾，如果當(dāng)前信道受到干擾，選擇第一優(yōu)先級(jí)中距離當(dāng)前信道最遠(yuǎn)的信道并檢測(cè)該信道是否可用—即是否受到WiFi信道的干擾，如果可用，將ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信道跳變到第一優(yōu)先級(jí)中距離當(dāng)前信道最遠(yuǎn)的信道，如果不可用，則選擇第一優(yōu)先級(jí)中的次遠(yuǎn)距離信道并檢測(cè)該信道是否可用，以此類(lèi)推，依次判斷完第一優(yōu)先級(jí)中的所有信道，再判斷第二優(yōu)先級(jí)中的信道，然后判斷第三優(yōu)先級(jí)中的信道，直到找到可用信道并將ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信道跳變到該可用信道；

其中所述第一優(yōu)先級(jí)包含信道15,20,25,26，第二優(yōu)先級(jí)包含信道11,14,16,19,21,24，第三優(yōu)先級(jí)包含信道12,13,17,18,22和23，上述三個(gè)優(yōu)先級(jí)的劃分是按照Z(yǔ)igBee信道與三個(gè)常用WiFi信道1、6、11中心距離的不同，進(jìn)行的等級(jí)劃分。

進(jìn)一步的，在檢測(cè)信道是否受到干擾時(shí)，我們采用ACK與ED相結(jié)合的方式：當(dāng)在指定時(shí)間內(nèi)ACK未被接收到時(shí)，NACK計(jì)數(shù)器增加一個(gè)數(shù)值，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果NACK計(jì)數(shù)器超過(guò)一定的閥值時(shí)，發(fā)送端停止重新發(fā)送轉(zhuǎn)而進(jìn)行能量檢測(cè)ED以確定是否是干擾導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸失敗，如果ED結(jié)果—即RSSI超過(guò)預(yù)定閥值，則信道受到WiFi信道干擾，否則信道沒(méi)有受到WiFi信道干擾。

該方法依賴(lài)于ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲(chǔ)于該設(shè)備中的信道檢測(cè)和切換程序，所述程序設(shè)置第一干擾檢測(cè)模塊，第二干擾檢測(cè)模塊，信道切換判斷模塊，廣播模塊，所述程序基于設(shè)備的信道檢測(cè)、切換流程步驟如下：

1)第一干擾檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包中的ACK，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到ACK,NACK計(jì)數(shù)器清零；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到ACK時(shí)，NACK計(jì)數(shù)器從零開(kāi)始加1，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)NACK計(jì)數(shù)器超過(guò)設(shè)定的閥值時(shí)，發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟2)；

2)第二干擾檢測(cè)模塊根據(jù)第一檢測(cè)模塊提供的結(jié)果，NACK計(jì)數(shù)器超過(guò)預(yù)定閥值進(jìn)行ED，一旦檢測(cè)結(jié)果RSSI值超過(guò)預(yù)定閥值，則視為檢測(cè)到干擾，并進(jìn)入步驟3)，如果RSSI值沒(méi)有超過(guò)預(yù)定閥值，則NACK計(jì)數(shù)器清零，繼續(xù)進(jìn)行ACK實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；