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)先級排序的zigbee抗干擾方法。

背景技術(shù)：

在實際環(huán)境中存在著復(fù)雜的電磁信號，特別是wifi與zigbee之間存在著較強的電磁干擾，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。在實際環(huán)境中wifi對zigbee的影響最大，并且zigbee臨近信道之間可靠性存在著強烈的正相關(guān)性。zigbee的16個信道中距離wifi信道中心越遠，受到的干擾越小(見附圖1)。

2.4g頻段作為國際規(guī)定的免費頻段，存在著大量的無線信號，如zigbee、wifi、bluetooth等，在實際網(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個信道，每個信道帶寬為2mhz。wifi將該頻段劃分為13個信道，信道帶寬為22mhz，wifi(中國)最常用的信道是1、6、11。當(dāng)zigbee和wifi同時使用相同頻段通信時，會產(chǎn)生同頻干擾。研究表明，zigbee對wifi性能的影響幾乎可以忽略，但wifi嚴重影響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：1.zigbee網(wǎng)絡(luò)能夠通過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)信道的實時觀測狀態(tài)做出決定；3.相鄰信道相關(guān)性很強，當(dāng)當(dāng)前信道收到干擾時，要盡可能選擇較遠的信道。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問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)先級排序的zigbee抗干擾方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于信道優(yōu)先級排序的zigbee抗干擾方法，該方法如下：

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

其中所述第一優(yōu)先級包含信道15,20,25,26，第二優(yōu)先級包含信道11,14,16,19,21,24，第三優(yōu)先級包含信道12,13,17,18,22和23，上述三個優(yōu)先級的劃分是按照zigbee信道與三個常用wifi信道1、6、11中心距離的不同，進行的等級劃分。

進一步的，在檢測信道是否受到干擾時，我們采用ack與ed相結(jié)合的方式：當(dāng)在指定時間內(nèi)ack未被接收到時，nack計數(shù)器增加一個數(shù)值，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果nack計數(shù)器超過一定的閥值時，發(fā)送端停止重新發(fā)送轉(zhuǎn)而進行能量檢測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超過預(yù)定閥值，則信道受到wifi信道干擾，否則信道沒有受到wifi信道干擾。

該方法依賴于zigbee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲于該設(shè)備中的信道檢測和切換程序，所述程序設(shè)置第一干擾檢測模塊，第二干擾檢測模塊，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、切換流程步驟如下：

1)第一干擾檢測模塊實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包中的ack，如果在規(guī)定時間內(nèi)收到ack,nack計數(shù)器清零；如果在規(guī)定時間內(nèi)未收到ack時，nack計數(shù)器從零開始加1，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)nack計數(shù)器超過設(shè)定的閥值時，發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)，進入步驟2)；

2)第二干擾檢測模塊根據(jù)第一檢測模塊提供的結(jié)果，nack計數(shù)器超過預(yù)定閥值進行ed，一旦檢測結(jié)果rssi值超過預(yù)定閥值，則視為檢測到干擾，并進入步驟3)，如果rssi值沒有超過預(yù)定閥值，則nack計數(shù)器清零，繼續(xù)進行ack實時監(jiān)測；

3)信道切換判斷模塊根據(jù)步驟2)的結(jié)果，利用ed的方式判斷按照優(yōu)先級排序第一信道是否是可用信道，如果不可用繼續(xù)判斷第二信道，直到找到可用信道，進入步驟4)；其中第一信道是第一優(yōu)先級中距離當(dāng)前信道最遠的信道，第二信道是第一優(yōu)先級中的次遠距離信道，以此類推，第十六信道是第三優(yōu)先級中距離當(dāng)前信道最近的信道；

4)廣播模塊根據(jù)信道切換判斷模塊的判斷結(jié)果，在當(dāng)前信道上向鄰居節(jié)點廣播信道選定幀，使整個系統(tǒng)切換到可用信道。

優(yōu)選的，該方法的信道檢測和切換程序集成于zigbee抗干擾協(xié)議。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

本發(fā)明在干擾檢測時采用ack+ed的方式，在信道跳變時，按照優(yōu)先級以及與當(dāng)前收到干擾的信道的距離作為判斷依據(jù)，對信道進行排序，按照排序次序進行信道跳變，能夠快速高效地進行信道跳變，同時也更加節(jié)約能量，延長zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電池的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明zigbee信道示意圖；

圖2是本發(fā)明干擾檢測流程圖；

圖3是本發(fā)明流程圖；

圖4是本發(fā)明信道跳變流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進一步詳細描述：

本發(fā)明是一種基于信道優(yōu)先級排序的zigbee抗干擾方法，本發(fā)明基于ack+ed干擾檢測的方式和基于信道優(yōu)先級排序的思想提出了一種新的zigbee網(wǎng)絡(luò)抗干擾方法。在目前已有的干擾檢測方法中，有的直接采用ed的方式，會消耗過多的能量，降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的續(xù)航能力；有的采用per+ed方式，在確定per時需要根據(jù)一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)包進行判斷，當(dāng)zigbee網(wǎng)絡(luò)受到干擾時，反應(yīng)延時較大。本發(fā)明采用ack+ed的方式，提高了干擾檢測的反應(yīng)速度同時也節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電池的使用壽命，對zigbee網(wǎng)絡(luò)這種對低功耗要求嚴格的網(wǎng)絡(luò)具有重要作用。在進行信道選擇時，現(xiàn)有的方法中有考慮到wifi作為主干擾因素，根據(jù)距離三個wifi信道(信道1、6、11)的中心距離，對zigbee信道進行分級，但是沒有充分考慮到相鄰信道可靠性存在強烈的正相關(guān)性，在進行信道跳變時，一次成功率較低，嘗試跳變次數(shù)增加會使ed增加從而消耗更多能量。本發(fā)明在考慮wifi作為主影響因素的基礎(chǔ)上充分考慮到相鄰信道之間的關(guān)系，提高了一次跳變的成功率。

具體方法如下：

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

其中所述第一優(yōu)先級包含信道15,20,25,26，第二優(yōu)先級包含信道11,14,16,19,21,24，第三優(yōu)先級包含信道12,13,17,18,22和23，上述三個優(yōu)先級的劃分是按照zigbee信道與三個常用wifi信道1、6、11中心距離的不同，進行的等級劃分。

在檢測信道是否受到干擾時，我們采用ack與ed相結(jié)合的方式：當(dāng)在指定時間內(nèi)ack未被接收到時，nack計數(shù)器增加一個數(shù)值，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果nack計數(shù)器超過一定的閥值時，發(fā)送端停止重新發(fā)送轉(zhuǎn)而進行能量檢測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超過預(yù)定閥值，則信道受到wifi信道干擾，否則信道沒有受到wifi信道干擾。

本發(fā)明提出的抗干擾算法可以利用內(nèi)置于zigbee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過軟件或者硬件集成的方式來實現(xiàn)對干擾的處理，根據(jù)功能可以劃分為干擾檢測模塊，利用nack+ed的方式檢測信道是否受到干擾，并向信道切換模塊反饋檢測結(jié)果(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實時分析ack，當(dāng)ack未檢測到時nack計數(shù)器加1，當(dāng)nack超過閥值時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行能量檢測如果rssi值超過閥值時，則檢測結(jié)果為當(dāng)前信道受到干擾，如果rssi沒有超過閥值時，檢測結(jié)果為當(dāng)前信道沒有受到干擾；如果檢測到ack則nack計數(shù)器清零)。在這里nack閥值和rssi閥值可以根據(jù)具體要求進行設(shè)置，當(dāng)對通信質(zhì)量要求較高時，可以將這兩個閥值設(shè)置的低一些，當(dāng)對通信質(zhì)量要求一般時，可以將這兩個閥值設(shè)置的高一些。信道切換模塊從干擾檢測模塊接收檢測結(jié)果，如果受到干擾，切換到第一優(yōu)先級中距離當(dāng)前信道最遠的信道，并將切換后的信道傳輸給信道判斷模塊；信道判斷模塊利用ed的方式判斷當(dāng)前信道是否是可用信道，如果rssi超過閥值，則判斷當(dāng)前信道不可用，則按照信道排序，嘗試使用第二優(yōu)先信道，如果rssi沒有超過閥值，則判斷當(dāng)前信道可用，并將判斷結(jié)果傳輸給廣播模塊。廣播模塊根據(jù)信道判斷模塊的判斷結(jié)果，如果判斷結(jié)果指示切換后信道是可用信道，則在當(dāng)前信道上向鄰居節(jié)點廣播信道選定幀，所有接收到該信道選定幀的鄰居節(jié)點記錄下該信道號，并向其回復(fù)應(yīng)答幀，當(dāng)接收到整個網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點的應(yīng)答幀時，網(wǎng)絡(luò)同步切換到可用信道。

本發(fā)明基于軟硬件結(jié)合的抗干擾處理流程步驟如下：

1)第一干擾檢測模塊實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包中的ack，如果在規(guī)定時間內(nèi)收到ack,nack計數(shù)器清零；如果在規(guī)定時間內(nèi)未收到ack時，nack計數(shù)器從零開始加1，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)nack計數(shù)器超過設(shè)定的閥值時，發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)，進入步驟2)；

2)第二干擾檢測模塊根據(jù)第一檢測模塊提供的結(jié)果，nack計數(shù)器超過預(yù)定閥值進行ed，一旦檢測結(jié)果rssi值超過預(yù)定閥值，則視為檢測到干擾，并進入步驟3)，如果rssi值沒有超過預(yù)定閥值，則nack計數(shù)器清零，繼續(xù)進行ack實時監(jiān)測；

3)信道切換判斷模塊根據(jù)步驟2)的結(jié)果，利用ed的方式判斷按照優(yōu)先級排序第一信道是否是可用信道，如果不可用繼續(xù)判斷第二信道，直到找到可用信道，進入步驟4)；其中第一信道是第一優(yōu)先級中距離當(dāng)前信道最遠的信道，第二信道是第一優(yōu)先級中的次遠距離信道，以此類推，第十六信道是第三優(yōu)先級中距離當(dāng)前信道最近的信道；

4)廣播模塊根據(jù)信道切換判斷模塊的判斷結(jié)果，在當(dāng)前信道上向鄰居節(jié)點廣播信道選定幀，使整個系統(tǒng)切換到可用信道。

本發(fā)明的抗干擾方法，可以集成于zigbee抗干擾協(xié)議中，根據(jù)此方法設(shè)計的zigbee抗干擾協(xié)議，在zigbee網(wǎng)絡(luò)生存期間一直存在。zigbee網(wǎng)絡(luò)會依據(jù)協(xié)議中的規(guī)定，按照當(dāng)前信道狀態(tài)，進行相應(yīng)的檢測，判斷，信道切換等步驟。

術(shù)語解釋：

rssi：receivedsignalstrengthindication接收的信號強度指示，無線發(fā)送層的可選部分，用來判定鏈路質(zhì)量。

ed(energydetection)能量檢測：檢測當(dāng)前zigbee信道是否存在干擾，若rssi超過能量門限，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點檢測的結(jié)果為受到干擾，若rssi沒有超過能量門限，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點檢測的結(jié)果為沒有受到干擾。

ack：在數(shù)據(jù)通信傳輸中，接收端發(fā)給發(fā)送端的一種傳輸控制字符。它表示確認發(fā)來的數(shù)據(jù)已經(jīng)接收無誤。

nack：對ack的一個計數(shù)器。

per：(packeterrorrate)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點檢測誤包率。