CN101552997B - 一种无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单信道无线数据交换空间的模拟方法，属于无线通信技术领域。首先规划需要仿真的无线网络中任意节点间相互连接状态和属性。发送端发送占用和释放信道申请，并按照约定的波特率发送数据。接收端按照约定的波特率接收数据和接收信号强度。根据发送端要求和连接属性，处理发送数据流，将结果送给接收端。从而模拟数据在无线信道中收发的情况。本方法的优点是，通讯网络在很小的物理空间上实现，方便观测和调试；可以监测在任意时刻网络中的通讯行为，为调试通讯协议提供可靠的依据；可以按照需求任意改变网络的拓扑结构，对通讯协议的研发具有重要意义；可以在没有物理的无线收发节点的情况下建立调试环境，节约成本，加快研发进度。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
对于无线通信系统，通信协议的调试一直是一个困难的问题。传统的方法是使用真实节点进行数据传输，通过监听装置观察网络中的通讯状况，从而进行调试。在节点数很少，协议也不复杂的情况下，这种方法是可以完成调试工作的。但是当节点数较多，或者涉及到比较复杂的通信协议的时候，采用传统的真实节点进行调试存在很多困难。
首先，无线信号相对于有线信号，看不到，摸不着。调试通信协议最理想的条件是能监听到整个网络的的行为，传统办法无法达到这一要求，主要困难在于：如果节点发射存在碰撞时，监听装置无法正确接收到信号；如果在不同的物理拓扑结构下，监听装置也无法接收到更远的节点发射的信号。这样，整个网络的行为是无法掌握的。
其次，如果需要调试在不同的物理连接情况下的网络行为，传统的调试方法非常困难。主要困难在于：物理信号连接质量完全不可控制；当采用多点调试时，节点分布在物理上相隔非常远，收集整个网络在同一时刻的传输行为基本是不可能的；如果需要改变物理的连接拓扑，需要节点位置变动非常大，非常不方便，有时候甚至是不可能实现的。
再次，对于传统的调试方法，需要有真实的能完成射频传输工作任务的节点才能进行。在项目或研发的初始阶段，这些硬件可能并没有，就不能进行软件的研发，从而严重影响研发的进度。
而且，多点调试意味着更多的硬件费用和时间，这都制约了研发的费用和进度。
为了能够全面掌握网络内的工作情况，灵活改变硬件连接的拓扑结构，降低研发费用，保证研发的进度，需要设计模拟无线信号在空间传送的行为，监听数据传输的行为，克服上面提到的困难。
发明内容
本发明的目的是提出一种无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，将无线通讯信号在空间传播行为进行抽象，模拟了单信道中信道占用，空闲，数据碰撞，接收链路信号强度，用于解决在进行无线通讯协议研发中，无法进行灵活改变拓扑结构，无法完整监听整个网络通讯行为的问题。通过模拟无线数据空间交换的方法，整个通讯网络可以在很小的物理空间上实现，可观测性和可调试性都得到提高。
本发明提出的无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，包括以下各步骤：
(1)建立无线网络中任意节点间相互连接的关系与连接关系属性之间的映射表；
(2)设置第一信号线和第二信号线，其中第一信号线用于传输本节点申请空间信道占用或释放的信号，第二信号线用于传输无线网络中本节点发送的数据流；
(3)设置第三信号线和第四信号线，其中第三信号线用于传输本节点接收信号的强度值，第四信号线用于传输本节点接收的数据流；
(4)无线网络中的每个节点的接收端，根据上述映射表，顺序检测与本节点有连接关系的关联节点，并检测关联节点发送端的第一信号线，若检测到第一信号线上的申请空间信道占用信号，则对关联节点发送端的第二信号线上的数据流进行占用处理；若检测到第一信号线上的申请空间信道释放信号，则对该发送端的第二信号线上的数据流进行释放处理；处理完成后得到接收数据流，并将数据流传输到本节点的第四信号线上；根据上述映射表，检测到当前本节点与所有发生通信关系的其他关联节点之间的接收信号强度值，将最大的信号强度值A传输到本节点的第三信号线上。
上述方法中，对关联节点发送端的第二信号线上的数据流进行占用处理和释放处理的方法，包括以下步骤：
(1)根据上述映射表，顺序检测与本节点接收端有连接关系的关联节点的发送端的第一信号线，若为申请空间信道占用信号，则将本节点信道占用情况标志位的相应位设置成置位状态；若为申请空间信道释放信号，本节点信道占用情况标志位的相应位设置成清除状态；
(2)顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，若标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，得到其中最大值A；
(3))顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，若标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，当强度值和上述检测到的最大值A之间的差小于设定的门限值B时，将接收数据控制标志位置位；
(4)顺序检测上述接收数据控制标志位，若接收数据控制标志位为置位状态，则将与该标志位相对应的所有关联节点的发送端的第二信号线上的数据流做“与”运算，运算结果送给第四信号线。
本发明提出的无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，具有以下优点：
(1)通讯网络可以在很小的物理空间上实现，可观测性和可调试性都得到提高；
(2)可以监测在任意时刻网络中的通讯行为，为通讯协议的调试提供了可靠的依据；
(3)可以按照需求任意改变网络的拓扑结构，为快速调整网络拓扑和测试通讯协议在不同条件下的行为提供了可能；
(4)可以在没有物理的无线收发节点的情况下，通过无线数据空间交换的模拟，快速建立调试环境，节约了时间成本和硬件成本。因为不依赖具体的物理硬件结构，可以作为一种通用的平台调试无线通讯协议，硬件研发和通讯软件研发可以同时进行，加快了研发的进度。
附图说明
图1是使用本发明方法的单信道空间连接示意图。
具体实施方法
本发明提出的无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，首先规划需要仿真网络拓扑结构和属性，然后发送节点按照一定的规则发送数据并申请信道占用和释放，接收到信道占用和释放申请后，对发射数据进行处理，然后将处理过的信号传送给接收节点。
本发明提出的无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，具体包括以下各步骤：
(1)建立无线网络中任意节点间相互连接的关系与连接关系属性之间的映射表；
(2)设置第一信号线和第二信号线，其中第一信号线用于传输本节点申请空间信道占用或释放的信号，第二信号线用于传输无线网络中本节点发送的数据流；
(3)设置第三信号线和第四信号线，其中第三信号线用于传输本节点接收信号的强度值，第四信号线用于传输本节点接收的数据流；
(4)无线网络中的每个节点的接收端，根据上述映射表，顺序检测与本节点有连接关系的关联节点，并检测关联节点发送端的第一信号线，若检测到第一信号线上的申请空间信道占用信号，则对关联节点发送端的第二信号线上的数据流进行占用处理；若检测到第一信号线上的申请空间信道释放信号，则对该发送端的第二信号线上的数据流进行释放处理；处理完成后得到接收数据流，并将数据流传输到本节点的第四信号线上；根据上述映射表，检测到当前本节点与所有发生通信关系的其他关联节点之间的接收信号强度值，将最大的信号强度值A传输到本节点的第三信号线上。
上述方法中，对关联节点发送端的第二信号线上的数据流进行占用处理和释放处理的方法，包括以下步骤：
(1)根据上述映射表，顺序检测与本节点接收端有连接关系的关联节点的发送端的第一信号线，若为申请空间信道占用信号，则将本节点信道占用情况标志位的相应位设置成置位状态；若为申请空间信道释放信号，本节点信道占用情况标志位的相应位设置成清除状态；
(2)顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，若标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，得到其中最大值A；
(3))顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，若标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，当强度值和上述检测到的最大值A之间的差小于设定的门限值B时，则认为此关联节点的发送端可以影响对本节点的接收数据，将接收数据控制标志位置位；
(4)顺序检测上述接收数据控制标志位，若接收数据控制标志位为置位状态，则将与该标志位相对应的所有关联节点的发送端的第二信号线上的数据流做“与”运算，运算结果送给第四信号线。
上述步骤(2)，(3)，(4)分别独立循环进行，直到通讯结束
以下详细介绍本发明方法的一个实施例：
以基于IEEE 802.15.4b标准的无线通信系统为例。发送端先做比特流到符号流的映射，然后将符号流做直接序列扩频，得到基带调制信号通过射频端发除去。接收端收到射频信号先做下变频得到基带信号，解调后得到符号流，然后得到接收比特流。在本实施例中，中间的比特流到符号流的映射，调制，射频发送，射频接收，解调，符号流得到比特流等过程都可以不做，直接处理发送数据流，得到接收数据流。
为说明方便起见，本发明实施例中采用三个节点之间通讯的情况为例进行说明。空间连接如图1所示。
为说明方便，每个节点的第一，第二，第三，第四信号线用csn，txd，rssi，rxd表示。信道占用释放处理单元负责处理与自己有连接关系的发送节点的信道占用和释放处理，并对发送数据流进行处理，将结果送给接收端。
规划需要仿真的网络，设定需要仿真网络有三个节点，三个节点之间都能够互相收发数据，设定三个节点之间通讯的信号连接强度，得到无线网络中任意节点间相互连接的关系与连接关系属性之间的映射表(表1)。
表1
节点1发射端 节点2发射端 节点3发射端
节点1接收端 X 30 40
节点2接收端 35 X 50
节点3接收端 45 55 X
每个节点的发送端按照如下方式发送数据。例如对节点1，要发送数据时先将csn1设置为申请信道占用状态；过一段时间后，将需要发送的数据流按照约定的波特率通过txd1发送；txd1在不发送数据时的状态为高电平。其他节点需要发送数据也做类似的处理。
每个节点的接收端按照如下方式接收数据。例如对节点2，按照约定的波特率采样rssi2和rxd3。其他接收节点也做类似的处理。
以节点2接收为例进行说明本节点对应的信道占用释放处理单元的工作情况。节点2对应的信道占用释放处理单元根据上述映射表，找到和自己有连接关系的节点有节点1和节点3。顺序检测这两个节点的csn信号，这里是csn1和csn3，若csn1或csn3为申请信道占用时，则将本节点信道占用情况标志位的相应位设置成置位状态，若csn1或csn3为申请信道释放时，则将本节点信道占用情况标志位的相应位设置成清除状态。
分两种情况说明节点2接收情况。
1.节点1和节点3都发送数据
顺序检测上述本节点信道占用情况标志位。此时节点1和节点3的标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，得到其中最大值50。按照约定的波特率将最大值送给rssi2。
顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，此时节点1和节点3的标志位是置位状态，对于节点1的信道占用申请，则根据上述映射表，检测到节点1发送与节点2接收之间的接收信号强度值是35，若此强度值和上述检测到的最大值50之间的差小于设定的门限值B，则将对应的接收数据控制标志位置位，否则将对应的接收数据控制标志位清除。对于节点3的信道占用申请，对应的接收信号强度值就是最大值，则将对应的接收数据控制标志位置位。上述设定的门限值B是根据仿真的无线通讯网络的需要设定的。
顺序检测上述接收数据控制标志位，若接收数据控制标志位为置位状态，则将此标志位所对应的所有关联节点的发送端的txd上的数据流做“与”运算，运算结果送给rxd2。
2.只有一个节点发送数据
类似情况1，处理结果是节点1或3的发送端与节点2接收端之间的接收信号强度值送给rssi2，节点1或3对应的txd送给rxd2。
上述过程独立循环工作，直到通讯结束。
Claims (1)
1.一种无线网络中单信道无线数据空间交换的模拟方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：
(1)建立无线网络中任意节点间相互连接的关系与信号连接强度之间的映射表；
(2)设置第一信号线和第二信号线，其中第一信号线用于传输本节点申请空间信道占用或释放的信号，第二信号线用于传输无线网络中本节点发送的数据流；
(3)设置第三信号线和第四信号线，其中第三信号线用于传输本节点接收信号的强度值，第四信号线用于传输本节点接收的数据流；
(4)无线网络中的每个节点的信道占用释放处理单元，根据上述映射表，顺序检测与本节点有连接关系的关联节点，并检测关联节点发送端的第一信号线，若检测到第一信号线上的申请空间信道占用信号，则对关联节点发送端的第二信号线上的数据流进行占用处理；若检测到第一信号线上的申请空间信道释放信号，则对该发送端的第二信号线上的数据流进行释放处理；处理完成后得到接收数据流，并将数据流传输到本节点的第四信号线上；根据上述映射表，检测到当前本节点与所有发生通信关系的其他关联节点之间的接收信号强度值，将最大的信号强度值A传输到本节点的第三信号线上；
所述的信道占用释放处理单元对关联节点发送端的第二信号线上的数据流进行占用处理和释放处理的方法，包括以下步骤：
(4-1)根据上述映射表，顺序检测与本节点接收端有连接关系的关联节点的发送端的第一信号线，若为申请空间信道占用信号，则将本节点信道占用情况标志位的相应位设置成置位状态；若为申请空间信道释放信号，本节点信道占用情况标志位的相应位设置成清除状态；
(4-2)顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，若标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，得到其中最大值A；
(4-3)顺序检测上述本节点信道占用情况标志位，若标志位是置位状态，则根据上述映射表，检测本节点与申请信道占用的其他关联节点之间的接收信号强度值，当强度值和上述检测到的最大值A之间的差小于设定的门限值B时，将接收数据控制标志位置位；
(4-4)顺序检测上述接收数据控制标志位，若接收数据控制标志位为置位状态，则将与该标志位相对应的所有关联节点的发送端的第二信号线上的数据流做“与”运算，运算结果送给第四信号线。
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