[發明專利]一種WiFi設備到ZigBee設備的跨協議通信方法及系統

有效

• 申請號: 201911192592.0
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110855713B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 姚俊梅;伍楷舜
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W4/80;H04W24/02
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 耿慧敏

本發明提供一種WiFi設備到ZigBee設備的跨協議通信方法及系統。該方法包括：WiFi發送端產生同時承載WiFi數據比特和向ZigBee設備傳輸的跨協議數據比特的待發送的符號級能量調制比特信息，所述跨協議比特基于碼元級能量調制獲得；ZigBee接收端處理接收信號強度指示樣本信息并啟動跨協議通信接收流程獲得需要接收的跨協議數據比特，同時WiFi接收端通過標準的WiFi接收流程獲得所述符號級能量調制比特信息，然后啟動WiFi數據恢復流程獲得原始的WiFi數據比特。本發明提供的方法和系統通過碼元級能量調制實現跨協議通信，能夠在使用信道、物理層及MAC層設計上與現有商用網絡兼容。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種WiFi設備到ZigBee設備的跨協議通信方法及系統。

背景技術

由于物聯網中存在異構節點通信的現實場景需求，同時這種通信可用來傳遞協調信息以實現更加高效的異構網絡并存，使得近年來跨協議通信成為一個研究熱點。相關研究主要采用兩種技術方案：信號仿真以及數據包級能量調制。

信號仿真讓無線節點模擬出異構節點的傳輸信號，從而讓接收節點通過正常的流程解調信息。例如WEBee通過修改WiFi數據的有效載荷，使其發送的信號為合法的ZigBee信號，從而實現WiFi向ZigBee的通信；由于信號仿真機制本身存在信號失真的特性，TwinBee和LongBee分別對其進行改進以提升其可靠性、擴大傳輸范圍。

大量研究者通過數據包級能量調制實現跨協議通信，主要利用數據包傳輸時間、包間隙時間、包傳輸時間圖案等特性傳遞跨協議信息。Esense最早提出利用能量來傳遞信息，其基本思想是在收發兩端提前約定某些特定的WiFi數據包長代表特定的跨協議信息，接收端根據信號能量的持續時間來解碼信息。C-Morse借用摩爾斯碼的思想，采用兩種不同WiFi包長模擬長短碼，進而實現01編碼以進行WiFi到ZigBee的通信。FreeBee通過WiFi周期性信標幀的時移特性傳遞信息給ZigBee節點。基于能量的跨協議通信受干擾影響很大，由此WiZig根據信道狀態動態選擇接收窗口寬度及能量閾值實現WiFi向ZigBee更可靠的傳輸。StripComm借用曼徹斯特編碼的思想采用上升沿代表‘0’、下降沿代表‘1’以對抗基于能量的跨協議傳輸中干擾的影響。

目前，信號仿真方案存在的最主要問題是不能與商用無線網絡兼容。根據WEBee的設計，為了讓WiFi節點發出去的信號能模擬ZigBee信號，WiFi調制過程中OFDM(orthogonalfrequency division modulation，正交頻分復用)的pilot和null子載波需要避免在跨協議通信時使用。但事實上，根據WiFi信號中pilot和null的分布，如果節點采用標準的WiFi信道以及ZigBee信道，這個需求無法滿足。因此，信號仿真的機制只能在WiFi或ZigBee節點不采用標準信道的情況下才能實現，而這是不被商用無線網絡允許的。

數據包級能量調制利用一個或多個WiFi數據包傳輸一個或幾個比特的ZigBee信息，這無疑是一種低效的傳輸方式。此外，這種機制要求設備在某些特定的時間點上發送數據，這與商用設備中節點MAC(Medium Access Control，媒質接入控制)層采用隨機接入信道的方式不兼容，因此也很難被部署在商用網絡中。

發明內容

本發明的目的在于，克服上述現有技術的缺陷，提供一種通過碼元級能量調制實現跨協議通信的方法和系統，該方法在使用信道、物理層及MAC層設計上均與現有商用網絡兼容，能夠順利部署于商用設備。

根據本發明的第一方面，提供一種WiFi設備到ZigBee設備的跨協議通信方法。該方法包括以下步驟：

WiFi發送端產生同時承載WiFi數據比特和向ZigBee設備傳輸的跨協議數據比特的待發送的符號級能量調制比特信息，其中所述跨協議比特基于碼元級能量調制獲得；