本發(fā)明涉及本發(fā)明屬于無線網絡技術領域，特別涉及一種基于ieee802.15.4etsch模式下的網絡信道質量快速檢測方法。

背景技術：

ieee802.15.4標準定義了低功耗、低數據速率無線個域網的物理層和數據鏈路層。在ieee802.15.4工作的2.4ghz頻段，總共有16個信道，現今已經被很多如wifi、藍牙等無線通信技術共同使用。因此，基于ieee802.15.4的網絡在2.4ghz頻段通信時會存在較大干擾。在某些比較重要的場景，對數據傳輸的可靠性有較高要求，必須考慮2.4ghz頻段的某些信道被干擾的情況下，如何避開被干擾信道進行可靠的數據傳輸，如基于ieee802.15.4網絡。

ieee802.15.4e通過修改標準定義了三個mac模式，來克服ieee802.15.4在可靠性方面的限制。其中，時隙信道跳頻(tsch)是最好的一個模式，它提供了高可靠性。然而，鏈路質量劣化仍然存在于ieee802.15.4etsch模式中。

目前研究者提出了許多信道檢測方法，這些檢測方法可對信道質量進行評估，也提出一些信道篩選機制，用于將干擾信道剔出通信網絡。這樣，通信網絡將使用未被干擾或者干擾較小的信道通信，提高通信的成功率。

對于動態(tài)干擾較大的惡劣環(huán)境，信道質量評估和信道篩選的前提是信道質量信息更新。一些研究者提出使用信道預測的方法來評估之后通信信道可能的質量，以此適應工業(yè)無線網絡中的動態(tài)干擾。但是無線網絡干擾是隨機的，預測性質的信道評估方式還是存在一定的不準確性。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于ieee802.15.4e的網絡信道質量快速檢測方法，能夠對網絡信道質量進行可靠評估和篩選。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：

該種基于ieee802.15.4e網絡信道質量快速檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：選用簇頭節(jié)點作為信道偵聽節(jié)點，將時隙分為普通時隙與偵聽時隙，其中普通時隙用于網絡中簇內節(jié)點與簇頭節(jié)點以及簇頭節(jié)點與網關設備間通信，偵聽時隙用于檢測信道質量，并根據網絡中的簇頭節(jié)點數量確定信道偵聽節(jié)點數量和偵聽時隙數目；

步驟二：為每個偵聽簇頭節(jié)點標識一個序列號，從1到y(tǒng)；

步驟三：偵聽節(jié)點根據檢測信道順序的算法依次不重復地檢測所有信道；

步驟四：偵聽簇頭節(jié)點按照偵聽簇頭節(jié)點標識序列號，從小到大依次序把信道質量信息發(fā)送給網關設備，網關設備分析處理信道質量信息，根據信道質量優(yōu)劣情況，按從最優(yōu)到最劣依次排列信道號，生成優(yōu)質信道表，并將優(yōu)質信道表廣播給同網絡中的所有節(jié)點。其中，優(yōu)質信道表中存放的信道個數根據用戶需要或現場環(huán)境受干擾程度而定，現場環(huán)境受干擾越大，優(yōu)質信道表中信道個數應越少。

進一步，設簇頭節(jié)點數量為x，偵聽簇頭節(jié)點數量為y，則在步驟一中，所述信道偵聽節(jié)點數量由簇頭節(jié)點數量確定：x>16時，y＝16，在所有簇頭節(jié)點中隨機選取y＝16個簇頭節(jié)點作為偵聽簇頭節(jié)點檢測信道質量，其余簇頭節(jié)點都為普通簇頭節(jié)點；x<＝16時，y＝x，將所有簇頭節(jié)點都選取為偵聽簇頭節(jié)點檢測信道質量。

進一步，設簇頭節(jié)點數量為x，偵聽簇頭節(jié)點數量為y，偵聽時隙數為t，所述偵聽時隙數根據偵聽簇頭節(jié)點數量x決定，t的具體分配如下：當y>＝8時,t＝1；當y<8時,t＝2；

即：當x>16時，y＝16，t＝1；當8<x<＝16時,y＝x，t＝1；當x<＝8時，y＝x，t＝2。

進一步，在步驟三中，檢測信道順序的算法為：

t＝1時，序列號為k(k∈[1，y])的偵聽簇頭節(jié)點應該檢測的信道號為：

edchannelnumi＝{(asn/slotnumber)*y+k+11}％26；

t＝2時，序列號為k的偵聽簇頭節(jié)點兩個時隙分別檢測的信道號為：

edchannelnumslot1i＝{[(asn/slotnumber)*y+k]*2-1+11}％26；

edchannelnumslot2i＝{[(asn/slotnumber)*y+k]*2+11}％26；

其中asn表示絕對時隙，slotnumber表示一個超幀的時隙數量。

進一步，在步驟四中，偵聽簇頭節(jié)點傳送給網關設備的信道質量信息通過信道質量信息幀傳遞網關設備。

本發(fā)明的有益效果是：

通過本發(fā)明，既可以有效監(jiān)測系統(tǒng)性能的變化情況，判斷是否存在外界干擾，又可以評估各工作信道的性能優(yōu)劣，形成優(yōu)質信道表供同網絡中相關節(jié)點使用，本發(fā)明充分利用ieee802.15.4e的特性，大大提高通信的可靠性和通信質量，實現通信信道的快速檢測，具備良好的推廣應用價值。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為樹形網絡架構圖；

圖2為信道質量檢測信息幀格式。

具體實施方式

以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

本方案基于樹形網絡架構，樹形網絡架構如圖1所示。樹形網絡拓撲結構有著低網絡能耗，便于網絡規(guī)模擴展的優(yōu)勢，已經廣泛應用于無線網絡中。本方案采用偵聽簇頭節(jié)點作為信道質量檢測節(jié)點，采用偵聽簇頭節(jié)點檢測信道的特點在于：1)偵聽簇頭節(jié)點具有并行檢測多個信道質量的能力，因為偵聽簇頭節(jié)點有多個，可以在同一時隙各自獨立檢測信道；2)偵聽簇頭節(jié)點將信息快速匯聚到網關設備，因偵聽簇頭節(jié)點將信息直接發(fā)送給網關設備，而簇內節(jié)點需通過簇頭節(jié)點轉發(fā)；3)偵聽簇頭節(jié)點在網絡空間各處有效覆蓋。

與傳統(tǒng)超幀概念不同，ieee802.15.4e的tsch模式將超幀分為一些長度一致的時隙slot，并將這一些列時隙組成的超幀稱為slotframe。本發(fā)明正是基于ieee802.15.4e的相關特性，從網關設備、簇頭節(jié)點、簇內節(jié)點中篩選出簇頭節(jié)點作為信道偵聽節(jié)點，確定偵聽節(jié)點數量和偵聽時隙數目，同時設計了一種偵聽節(jié)點檢測信道順序的算法，從而克服了現有信道檢測方法的缺陷，具有高可靠性的特點。

本發(fā)明中，將簇頭節(jié)點分為普通簇頭節(jié)點與偵聽簇頭節(jié)點。其中，普通簇頭節(jié)點的功能為數據包轉發(fā)，偵聽簇頭節(jié)點除了有數據包轉發(fā)功能外，還具有信道質量檢測與信道質量信息發(fā)送給網關設備的功能。

具體而言，本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟一：選用簇頭節(jié)點作為信道偵聽節(jié)點，將時隙分為普通時隙與偵聽時隙，其中普通時隙用于網絡中簇內節(jié)點與簇頭節(jié)點以及簇頭節(jié)點與網關設備間通信，偵聽時隙用于檢測信道質量，并根據網絡中的簇頭數量確定信道偵聽節(jié)點數量和偵聽時隙數目；

本實施例中，設簇頭節(jié)點數量為x，偵聽簇頭節(jié)點數量為y，則在步驟一中，信道偵聽節(jié)點數量由簇頭節(jié)點數量確定：x>16時，y＝16，在所有簇頭節(jié)點中隨機選取y＝16個簇頭節(jié)點作為偵聽簇頭節(jié)點檢測信道質量，其余簇頭節(jié)點都為普通簇頭節(jié)點；x<＝16時，y＝x，將所有簇頭節(jié)點都選取為偵聽簇頭節(jié)點檢測信道質量。

設簇頭節(jié)點數量為x，偵聽簇頭節(jié)點數量為y，偵聽時隙數為t，偵聽時隙數根據偵聽簇頭節(jié)點數量x決定，t的具體分配如下：當y>＝8時,t＝1；當y<8時,t＝2；

即：當x>16時，y＝16，t＝1；當8<x<＝16時,y＝x，t＝1；當x<＝8時，y＝x，t＝2。

簇頭節(jié)點時隙具體分配見表1，其中routernumber表示全網中的簇頭節(jié)點序號，總數為x，含有下劃線的數字表示偵聽簇頭節(jié)點序號。

表1：簇頭節(jié)點時隙分配

步驟二：網關設備為每個偵聽簇頭節(jié)點標識一個序列號，從1到y(tǒng)，從而為后續(xù)檢測算法提供參數，偵聽簇頭節(jié)點可以自動決定信道檢測號；

步驟三：偵聽節(jié)點根據檢測信道順序的算法依次不重復地檢測所有信道；本實施例中，檢測信道順序的算法為：

t＝1時，序列號為k(k∈[1，y])的偵聽簇頭節(jié)點應該檢測的信道號為：edchannelnumi＝{(asn/slotnumber)*y+k+11}％26；

t＝2時，序列號為k的偵聽簇頭節(jié)點兩個時隙分別檢測的信道號為：

edchannelnumslot1i＝{[(asn/slotnumber)*y+k]*2-1+11}％26，

edchannelnumslot2i＝{[(asn/slotnumber)*y+k]*2+11}％26

，其中asn表示絕對時隙，slotnumber表示一個超幀的時隙數量。

y表示偵聽簇頭節(jié)點總數。

k表示偵聽簇頭節(jié)點順序號，k∈[1，y]。

以y＝16為例，通過此算法計算出在t＝1時，偵聽簇頭節(jié)點檢測信道質量的序列表如表2所示，在t＝2時的偵聽序列表如表3所示，表中空白處表示非檢測信道質量類型的發(fā)送、接受、廣播時隙。其中ed11+k表示偵聽信道的序列號為11+k。

表2：t＝1時，檢測信道質量序列表

表3：t＝2時，檢測信道質量序列表

步驟四：偵聽簇頭節(jié)點在其空閑時隙可查閱時隙幀，若此時網關設備也處于空閑狀態(tài)，可通過csma/cd將信道質量信息發(fā)送給網關設備。網關設備分析處理信道質量信息，進而生成一個優(yōu)質信道表。在廣播時隙，網關設備將此優(yōu)質信道表廣播給同網絡中的所有節(jié)點。

在步驟四中，偵聽簇頭節(jié)點傳送給網關設備的信道質量信息通過信道質量信息幀傳遞網關設備。

本發(fā)明的特點在于：本方案選用簇頭節(jié)點作為信道偵聽節(jié)點，并根據網絡中的簇頭節(jié)點數量確定信道偵聽節(jié)點數量和偵聽時隙數目；通過設計偵聽節(jié)點檢測信道順序的算法，以使各個偵聽節(jié)點能自動的、順序的、不重復的檢測所有信道；通過建立信道質量信息傳輸調度機制，偵聽節(jié)點在檢測完所有信道質量后，將信道質量信息立即傳送至網關設備，網關設備將信道信息廣播給網絡中所有設備，使其能及時更新通信；從而大大提高了信道質量信息的傳遞效率。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。