CN103002457A - 短距离共存系统中干扰共存模型及冲突时间分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种短距离共存系统中干扰共存模型及冲突时间分析方法，该方法是具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下的对干扰和冲突的分析模型，针对一个多种短距离无线技术共存的场景下，分析ZigBee在同时受到拥有多个节点的WLAN和多个蓝牙网干扰的情况下的传输性能；设计了干扰和冲突的分析模型和算法，同时使用该算法分析在同时受到高密度大容量的WLAN和蓝牙干扰下，ZigBee表现出的性能；该数值分析算法包括三个部分：冲突时间算法、误比特率算法和分组错误率算法，其中分组错误率算法中所需数据从冲突时间算法和误比特率算法中获取，通过设计具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下的对干扰和冲突的分析模型和算法，提供有效的频谱资源管理依据。

Description

短距离共存系统中干扰共存模型及冲突时间分析方法

技术领域

本发明针对物联网对频谱的需求，解决物联网中的频谱资源管理问题，探讨其中的频谱资源管理策略和方法。在大容量高密度的环境下，建立合理的频谱管理机制，是解决物联网甚至是泛在无线网络中频谱资源紧张的有效途径,针对一个ZigBee、WLAN和多个蓝牙网共存的场景，提出了一种数值算法来分析WLAN和多个蓝牙网对ZigBee的干扰，发明涉及ZigBee、WLAN、和多个蓝牙网共存场景下的干扰模型、以及冲突时间模型，同时对冲突时间算法进行了修正。 

背景技术

在后互联网时代，人们普遍认为物联网将广泛应用到各个领域，成为无处不在的网络。信息通讯和电子技术通过通讯网络和类似神经末梢的传感网向各个行业渗透的过程，使物联网发展无论从概念上还是技术角度都有了一个从量变到质变的过程，传统的设计方法、理念、甚至网络架构都可能面临变更。随着无线通信技术的飞速发展，物联网特别是传感网通过无线连通信息终端的应用越来越多，频率资源需求越来越大，频率占用、消耗、监测和管理方式同样也可能随之变更。 

由于无线电频谱资源是无线电技术应用所依赖的唯一载体，科学规划和管理无线电频谱资源，是实现频谱资源充分有效利用、正确引导物联网应用同时保证各类无线电业务共同发展的核心手段。所以我国当前亟需对物联网应用频率需求展开调研，对频率管理策略进行深入研究，以备协调通信、民航、交通、公安、医疗等国家和民生核心部门的用频需求，为科学配置与合理利用无线电频谱资源、做好物联网普及态势下无线电频率管理的工作进行预先技术储备。 

为了解决上述问题，本专利通过设计具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下的对干扰和冲突的分析模型和算法，提供有效的频谱资源管理依据,使未来物联网系统不但能够充分利用有限的频谱资源,而且能够确保用户之间公平合理的竞争,避免资源利用出现过饥或过饱的状况以及资源冲突和干扰状况。 

发明内容

技术问题：本发明提出了具有不同技术标准支撑的短距离共存系统中干扰共存模型及冲突时间分析方法。在分析同时受到多个蓝牙网和具有多个节点的WLAN干扰下ZigBee的分组错误率（PER）的基础上，提出了一种用于计算干扰环境中ZigBee分组错误率（PER）的数值分析算法。同时，提出了一个ZigBee、WLAN、和多个蓝牙网共存的干扰模型、以及冲突时间模型，并且对冲突时间表达式进行了修正。分组错误率（PER）通过误比特率（BER）和冲突时间获得，其中误比特率（BER）是由信号干扰噪声比（SINR）获得，而冲突时间则是被定义为干扰数据分组与ZigBee数据分组相互重叠部分的时间。 

技术方案： 

首先，这里定义的术语定义如下： 

d_W        : ZigBee的Coordinator到每一个WLAN节点的距离 

d_B        ：ZigBee的Coordinator到每一个蓝牙master距离 

P_lot      ：在一个时隙内至少有一个节点正在传输的概率 

α        ：一个节点在一个随机的时隙内传输的概率 

N_W        ：WLAN网络中节点数量 

P_S        ：一个WLAN分组传输是成功的概率 

P_C        ：一个WLAN分组传输是失败的概率 

Tz        ：两个ZigBee分组的间隔时间 

Lz        ：ZigBee分组的持续时间 

T_ACK,Z    ：ZigBee的ACK分组的持续时间 

t_TA       ：从ZigBee数据分组到ACK分组之间的往返时间 

Uz        ：ZigBee的平均回退时间 

T_CCA      ：ZigBee的空闲信道评估（CCA）时间 

T_a        ：从T_DIFS结束或者T_ACKTimeout结束到一个新的数据分组开始时刻的平 

          均接入时间 

t_slot     ：WLAN的一个时隙时间 

Tw        ：两个WLAN分组的间隔时间 

Lw        ：WLAN分组的持续时间 

T_SIFS     ：WLAN的最短帧间隔 

T_DIFS     ：WLAN的DCF帧间隔 

T_ACKW     ：WLAN的ACK分组的持续时间 

T_s        ：蓝牙的时隙，Ts 0.5TB 

T_B        ：两个蓝牙分组的间隔时间 

L_B        ：蓝牙数据分组的持续时间 

T_ACK,B    ：蓝牙ACK分组的持续时间 

Xw        ：WLAN分组与ZigBee分组之间的时间偏置 

l_W,D，j   ：ZigBee分组受到第j个WLAN数据分组干扰的冲突时间 

n_W        ：与一个ZigBee分组发生冲突的WLAN数据分组数量 

：       有N_W个节点的WLAN干扰下的总的冲突时间，即ZigBee与WLAN             分组重叠部分的时间 

X_B        ：蓝牙分组与ZigBee分组之间的时间偏置 

T_B        ：两个蓝牙分组的间隔时间 

       ：与一个ZigBee分组发生冲突的蓝牙数据分组数量 

    ：与一个ZigBee分组发生冲突的蓝牙ACK分组数量 

l_B，Di     ：第i个蓝牙数据分组冲突时间 

l_B，A,j    ：第j个蓝牙ACK分组冲突时间 

    ：蓝牙数据分组总的冲突时间 

    ：蓝牙ACK分组总的冲突时间 

X_B(i)          ：第i个蓝牙网分组与ZigBee分组之间的时间偏置 

n_m             ：ZigBee与多个蓝牙网共存的场景下，ZigBee数据分组与蓝牙数 

               据分组发生冲突的个数 

n_s             ：ZigBee与多个蓝牙网共存的场景下，ZigBee数据分组与蓝牙ACK 

               分组发生冲突的个数 

N_B             ：共存场景中，蓝牙网的个数 

N_sum           ：按照不同大小，将WLAN和多个蓝牙网的总的叠加向量划分的数 

               目 

l_sum，i        ：WLAN和多个蓝牙网总的叠加向量划分为N_sum段，其中第i个时间 

               段用l_sum，i表示 

        ：多个节点的WLAN和多个蓝牙网干扰下的ZigBee的信号干扰噪声比 

k              ：WLAN节点同时发送分组发生冲突的节点个数 

P_RX，ZB        ：在ZigBee接收端接收到的ZigBee信号功率 

P_N0            ：在ZigBee接收端接收到的ZigBee噪声功率 

P_RX，W         ：在ZigBee接收端接收到的ZigBee的WLAN干扰功率 

P_RX，BTM       ：在ZigBee接收端接收到的ZigBee蓝牙数据分组干扰功率 

P_RX，BTA       ：在ZigBee接收端接收到的ZigBee蓝牙确认分组（ACK）干扰功 

               率。 

       ：多个节点的WLAN和多个蓝牙网的干扰下的ZigBee的误比特率 

p(m，s，k，i)     ：在时间段l_sum，i中,n_w个蓝牙数据分组只有m个与ZigBee同频干扰， 

               n_s个蓝牙ACK干扰分组只有s个与ZigBee同频干扰，以及在 

               个WLAN干扰节点中有k个节点同时发送干扰分组，在此种场景下， 

               计算ZigBee在受到成功传送分组的概率p(m，s，k，i)。 

P_C，W(k)       ：N_W个节点的WLAN中有k个节点同时发送分组的概率 

P_sum，i        ：时隙l_sum，i中在受到WLAN干扰分组、n_m个蓝牙数据干扰分组和 

               n_s个蓝牙ACK干扰分组的干扰下，ZigBee成功传输分组的概率 

Z              ：ZigBee在时域上的传输映射为行向量 

W(X_W)          ：WLAN在时域上的传输映射为行向量 

B(X_B(i))        ：第i个蓝牙网在时域上的传输映射为行向量 

本发明的短距离共存系统中干扰共存模型及冲突时间分析方法，是具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下的对干扰和冲突的分析模型，针对一个多种短距离无线技术共存的场景下，分析ZigBee在同时受到拥有多个节点的WLAN和多个蓝牙网干扰的情况下的传输性能；设计了干扰和冲突的分析模型和算法，同时使用该算法分析在同时受到高密度大容量的WLAN和蓝牙干扰下，ZigBee表现出的性能；该数值分析算法包括三个部分：冲突时间算法、误比特率算法和分组错误率算法，其中分组错误率算法中所需数据从冲突时间算法和误比特率算法中获取，具体算法和实施方法为： 

1）.冲突时间算法 

步骤1.1：赋初值，对WLAN时间偏置X_W、蓝牙的时间偏置X_B(i)赋随机初值，i=1,2……N_B， 

步骤1.2：根据冲突时间分析，在时域上将ZigBee、WLAN、和蓝牙的分组传输映射为相应的行向量（Z、W(X_W)、B(X_B(i))，向量长度为ZigBee数据分组长度； 

步骤1.3：将Z、W(X_W)、B(X_B(i))行向量进行相加，获得最终行向量ROW； 

2）.误比特率BER算法 

步骤2.1：计算在某一时隙内，ZigBee传输数据时同时受到蓝牙数据data分组个数n_m、蓝牙确认ACK分组个数n_s、和WLAN中发生冲突的节点个数k； 

步骤2.2：根据n_m，n_s，k的数量，计算此刻ZigBee的信干噪比SINR，并根据SINR，计算误比特率BER； 

3）.分组错误率PER算法 

步骤3.1：根据冲突时间算法，获得ZigBee与WLAN和蓝牙网的冲突时间叠加行向量ROW，设定j为ROW行向量元素的位置，并设初值0； 

步骤3.2：判断参数j是否超出了ROW行向量的向量个数Lz，如果没有超出，则进入步骤3.3；如果超出了向量个数Lz，则退出循环，进入步骤3.7； 

步骤3.3：判断ROW行向量第j个元素ROW(j)和第j-1个元素ROW(j-1)是否相等，如果相等则用参数lsum，i对第i段时隙内元素相等的个数进行计数，对j进行加1处理，同时返回步骤3.2；如果不相等，则进入步骤3.4； 

步骤3.4：计算在第i段时隙内，ZigBee传输数据时同时受到蓝牙数据data分组个数n_m、蓝牙确认ACK分组个数n_s、和WLAN中发生冲突的节点个数k、以及是否存在WLAN干扰分组n_wis，其中n_wis=1表示存在WLAN干扰分组、n_wis=0表示不存在WLAN干扰分组； 

步骤3.5：计算ZigBee在第i段时隙l_sum,i中同时受到WLAN干扰分组、n_m个蓝牙数据干扰分组和n_s个蓝牙ACK干扰分组的干扰下，ZigBee成功传输分组的概率p_sum，i； 

步骤3.6：获得p_sum，i后，使得P_temp=P_temp*p_sum，i，其中P_temp初始值为1；同时，对j进行加1处理，并返回步骤3.2； 

步骤3.7：根据公式PER=1-P_temp，计算分组错误率PER。 

有益效果：本发明采用数值分析算法，实现了涉及ZigBee、WLAN、和多个蓝牙网共存场景下，ZigBee的性能分析。本发明提出的方案能够较准确的评估共存场景下的冲突时间和误比特率，进而获得分组错误率（PER），反映共存场景下的ZigBee的传输性能。同时本发明提出的算法，可以快速、准确的评估在具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下，ZigBee的传输性能。 

本发明通过设计具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下的对干扰和冲突的分析模型和算法，提供有效的频谱资源管理依据。 

附图说明

图1是本发明所依据的ZigBee、WLAN和多个蓝牙网共存系统模型图； 

图2是本发明提出的WLAN干扰下的ZigBee的冲突时间模型框图； 

图3是本发明提出的WLAN和三个蓝牙网共同干扰下的ZigBee的冲突时间模型图； 

图4是本发明提出的冲突时间算法（算法1）的流程图； 

图5是本发明提出的误比特率算法（算法2）的流程图； 

图6是本发明提出的分组错误率算法（算法3）的流程图。 

具体实施方式

1冲突时间分析 

如果ZigBee和WLAN都采用载波检测方法感知信道状态，可以假设两者之间是不可见的。同时，蓝牙因为没有采用信道感知机制，但是采用了跳频/时分多址技术接入信道，故而可以认为蓝牙是独立于WLAN和ZigBee而周期性的发送分组的。为了方便分析，本发明假设三种标准的传输是相互独立的。因此，当三种标准同时发送数据的时候，ZigBee发送的数据分组可能同时受到WLAN和多个蓝牙网的干扰。 

图1显示了WLAN、多个蓝牙网和ZigBee网络共存于一个场景的干扰模型。如图1所示，ZigBee网络包含一个Coordinator和一个End_device，他们之间的距离设为1m，其中End_device向Coordinator发送ZigBee数据分组，Coordinator收到分组后发送ACK分组。WLAN网络包含一个接入节点（Wlan_0）和多个源节点，其中所有的源节点向接入节点（Wlan_0）单播发送WLAN数据分组，接入节点（Wlan_0）收到分组后发送ACK分组。根据调研可知，如果WLAN源节点与接入节点之间的距离低于3m，ZigBee对WLAN的干扰可以忽略不计。因此，图1中每个源节点与接入节点之间的距离设置小于3m。图中每一个蓝牙网包含一个Master_x和一个Slave_x，并且相互之间距离设为1m。其中，Master_x向Slave_x发送蓝牙数据分组，Slave_x收到数据后发送一个ACK分组。为了方便分析，ZigBee Coordinator 到每一个WLAN节点距离d_W都设为相同的，同理ZigBee Coordinator到每一个蓝牙master距离d_B也是设为相同的。 

在此系统模型下，分别对以下三种场景的冲突时间进行了分析：A、WLAN干扰下的冲突时间；B、多个蓝牙网干扰下的冲突时间；C、WLAN和多个蓝牙网共同干扰下的冲突时间。同时，提出了相应的冲突时间数值分析算法。

A．WLAN干扰下的冲突时间分析 

ZigBee和WLAN之间的冲突时间模型参照图2，其中的参数参照术语定义。从时域分析，如果ZigBee设备与WLAN设备同时发送数据分组，ZigBee设备发送的数据分组会受到WLAN数据分组的干扰。因为WLAN源节点接入信道采用竞争接入机制，节点间的冲突不可避免，对于有多个节点的WLAN对ZigBee会产生更大的干扰。为了获得最坏情况的的干扰环境，本发明中的WLAN采用了一个饱和的通信量。 

P_lot表示在一个时隙内至少有一个节点正在传输的概率， 

其中α表示一个节点在一个随机的时隙内传输的概率，N_W表示WLAN的节点数量。P_S和P_C分别表示一个WLAN分组传输是成功的和失败的概率，可表示如下 

$\left\{\begin{array}{c}{P}_S=N_W\mathrm{\α}{(1-\mathrm{\α})}^{N_W-1}/P_{\mathrm{lot}}\\ P_C=(1-{(1-\mathrm{\α})}^{N_W}-N_W\mathrm{\α}{(1-\mathrm{\α})}^{N_W-1})/P_{\mathrm{lot}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

T_a表示从T_DIFS结束或者T_ACKTimeout结束到一个新的数据分组开始时刻的平均接入时间，可以表示如下 

$T_a=t_{\mathrm{slot}}{(1-\mathrm{\α})}^{N_W}/(1-{(1-\mathrm{\α})}^{N_W})---\left(2\right)$

其中t_slot表示WLAN的一个时隙时间。Tw表示WLAN分组的间隔时间，可以表示为 

T_W=P_C(L_W+T_SIFS+T_ACK,W+T_DIFS+T_a)+P_S(L_W+T_ACKTimeout+T_a)            （3） 

由于ZigBee和WLAN不是同步的，那么ZigBee和WLAN的分组之间会有一个时间偏置X_W，其中X_W是在[0,T_W)之间平均分布的一个随机变量。本发明中，由于WLAN的ACK分组相对较小，因此WLAN的ACK分组可以忽略不计。{l_W，D，j}（j=1,2,…n_W）表示ZigBee分组受到第j个WLAN数据分组干扰的冲突时间。n_W表示与一个ZigBee分组发生冲突的WLAN数据分组数量，N_W表示WLAN包含的节点数量。 

表示在有N_W个节点的WLAN干扰下的总的冲突时间，也就是ZigBee与WLAN分组重叠部分的时间，具体表示为 

本发明对有多个节点的WLAN干扰下的冲突时间表达式进行了修正，其中黑体部分是修改的部分，具体表示为 

B．多个蓝牙网干扰下的冲突时间分析 

因为蓝牙标准采用跳频机制接入信道，所以蓝牙设备独立于WLAN和ZigBee设备，并且周期性的发送分组。ZigBee和多个蓝牙网的冲突时间模型可见图2，相应的参数参考术语定义。 

首先分析一下单个蓝牙网与ZigBee之间的冲突时间。因为蓝牙ACK分组与蓝牙数据分组相比不可以忽略，所以蓝牙的ACK分组需要考虑在内。ZigBee与蓝牙不是同步的，所以ZigBee分组与蓝牙分组之间会有一个时间偏置X_B，它是一个平均分布于[0,T_B)之间的的随机变量。 

和 

分别表示与一个ZigBee分组发生冲突的蓝牙数据分组数量和蓝牙ACK分组数量。{l_B，D，i} 

和[l_B，A，j] 分别表示第i个蓝牙数据分组冲突时间和第j个蓝牙ACK分组冲突时间。 

和 

分别表示蓝牙数据分组和ACK分组的总的冲突时间，具体表示为 

和 

本发明对在蓝牙数据分组和ACK分组干扰下的冲突时间表达式进行了修正，其中黑体部分为修改的部分，冲突时间表达式 

具体表示如下 

其次，分析一下ZigBee与多个蓝牙网的冲突时间。因为多个蓝牙网之间不是同步的，所以每个蓝牙网的时间偏置X_B(i)（i=1,2，…N_B）并不相同。同时，每个蓝牙网与ZigBee的冲突时间也是不相同的。如图3所示，ZigBee与多个蓝牙网共存的场景下，ZigBee数据分组可能同时与n_m个蓝牙数据分组发生冲突；也可能同时与n_s个蓝牙ACK分组发生冲突；还可能同时与n_m个蓝牙数据分组和n_s个ACK分组发生冲突，其中0≤n_m+n_s≤N_B。为了强调多个蓝牙网的干扰，图3中我们假设ZigBee数据分组在时域上与所有的蓝牙分组发生冲突。每个蓝牙网的时间偏置不同，因此，多个蓝牙网干扰下的冲突时间并不能具体表达出来，本发明提出一种数值分析算法来计算多个蓝牙网干扰下的冲突时间。 

C．WLAN和多个蓝牙网共同干扰下的冲突时间分析 

ZigBee、WLAN和多个蓝牙网共存在一个场景的冲突时间模型可见图2，相应的参数参考术语定义。如之前所述，本发明假设ZigBee、WLAN、和蓝牙网发送分组是相互独立的。WLAN和多个蓝牙网干扰下的冲突时间可以分为7部分，具体如下 

●只有WLAN数据分组与ZigBee发生冲突 

●只有蓝牙数据分组与ZigBee发生冲突 

●只有蓝牙ACK分组与ZigBee发生冲突 

●既有WLAN数据分组也有蓝牙数据分组与ZigBee发生冲突 

●既有WLAN数据分组也有蓝牙ACK分组与ZigBee发生冲突 

●既有蓝牙数据分组也有蓝牙ACK分组与ZigBee发生冲突 

●既有WLAN数据分组、也有蓝牙数据分组、还有蓝牙ACK分组与ZigBee发生冲突 

如图3所示，我们将WLAN和多个蓝牙网传输的干扰分组在时域上进行了叠加，并获得了WLAN分组和多个蓝牙网分组在时域上的干扰分组和。同时，通过使用虚 线将干扰分组和相同的部分进行了划分，假设将干扰分组和划分为N_sum份，其中每一段时间用l_sum，i表示。因此，这样可以清晰的了解WLAN和蓝牙网在时域上对ZigBee的干扰情况。 

由于WLAN分组和每个蓝牙网分组与ZigBee分组的时间偏置是随机变化的，因此WLAN和多个蓝牙网共同干扰下的ZigBee的冲突时间无法用表达式表示出来，而是通过数值分析算法进行计算。 

2误比特率（BER）分析 

WLAN、ZigBee和蓝牙的带宽分别为22MHz、2MHz和1MHz。因此，相对于ZigBee信号来说，可以将WLAN干扰信号看成高斯白噪声信号（AWGN），将蓝牙干扰信号看成部分频带干扰信号。同时，因为WLAN对ZigBee的带内的干扰信号功率取决于两者之间的频率偏移，所以我们需要考虑WLAN的功率谱密度。 

于是，在多个节点的WLAN和多个蓝牙网干扰下的ZigBee的信号干扰噪声比（SINR） 

可以表示为 

${\mathrm{SINR}}_{W\left(k\right),\mathrm{RT}(n_m,n_s)}=10{\log }_{10}\left(\frac{P_{\mathrm{RX},\mathrm{ZB}}}{P_{N0}+{\mathrm{kP}}_{\mathrm{RX},W}+n_m{P}_{\mathrm{RX},\mathrm{BTM}}+n_s{P}_{\mathrm{RX},\mathrm{BTA}}}\right)+\mathrm{PG}---\left(6\right)$

其中，n_m、n_s和k分别表示蓝牙数据分组（data packets）个数、蓝牙确认分组（ACK packets）个数和WLAN节点同时发送分组发生冲突的节点个数，处理增益（PG）取值9dB。P_RX，ZB、P_N0、P_RX，W、P_RX，BTM和P_RX，BTA分别表示在ZigBee接收端接收到的ZigBee信号功率、噪声功率、WLAN干扰功率、蓝牙数据分组干扰功率、蓝牙确认分组（ACK）干扰功率。用公式（6）中的 

替换误比特率（BER）p_b

$p_b=Q\left(\sqrt{2\mathrm{\γ}{E}_b/N_0}\right),$

$Q\left(x\right)=1/\sqrt{2\mathrm{\π}}\·\underset{x}{\overset{\∞}{\∫}}\exp (-u^2/2)\mathrm{du}---\left(7\right)$

中的E_b/N₀，那么在有多个节点的WLAN和多个蓝牙网的干扰下的ZigBee的误比特率 

可以表示为： 

$p_b^{W\left(k\right),\mathrm{BT}(n_m,n_s)}=Q\left(\sqrt{2\·\mathrm{\γ}\·{\mathrm{SINR}}_{W\left(k\right),\mathrm{BT}(n_m,n_s)}}\right)---\left(8\right)$

其中，γ≈0.85。 

ZigBee的误比特率b{n_m,n_s,k}可以通过算法2获得，其中n_m表示蓝牙数据分组 个数，n_s表示蓝牙确认分组个数，k表示WLAN发生冲突的节点的个数，N_W和N_B分别代表WLAN节点的数目和蓝牙网的数目。 

3分组错误率（PER）分析 

假设在时隙l_sum,i中有WLAN干扰分组、n_m个蓝牙数据干扰分组、n_s个蓝牙ACK干扰分组，其中在蓝牙数据干扰分组中只有m个蓝牙数据分组与ZigBee同频并产生干扰、在蓝牙ACK干扰分组中只有s个蓝牙ACK分组与ZigBee同频并产生干扰、在 

个WLAN节点中有k个节点同时发送干扰分组并产生干扰，在这种干扰场景下，ZigBee成功传送分组的概率p(m，s，k，i)可以表示为： 

(9) 

其中共有N_W个节点的WLAN中有k个节点同时发送分组的概率P_C，W(k)可以表示为： 

$P_{C,W}\left(k\right)=C_{N_W}^k{\mathrm{\α}}^k{(1-\mathrm{\α})}^{N_W-k}/(1-{(1-\mathrm{\α})}^{N_W})---\left(10\right)$

在时隙l_sum，i中受到WLAN干扰分组、n_m个蓝牙数据干扰分组和n_s个蓝牙ACK干扰分组的干扰下，ZigBee成功传输分组的概率p_sum，i可以表示为： 

$p_{\mathrm{sum},i}=\underset{m=0}{\overset{n_m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{n_s}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{{\left(N_W\right)}^{n_{\mathrm{wis}}}}{\mathrm{\Σ}}}p(m,s,k,i)---\left(11\right)$

通过以上的分析，ZigBee在WLAN和蓝牙干扰下的分组错误率（PER）可以表示为： 

$\mathrm{PER}=1-\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{sum}}}{\mathrm{\Π}}}{p}_{\mathrm{sum},i}---\left(12\right)$

其中N_sum表示在时域内干扰叠加划分的数目。 

下面将参照附图在这里描述本发明的具体方案： 

1冲突时间算法分析 

参照图4，ZigBee与WLAN和蓝牙网的冲突时间算法（算法1）的具体实施步骤为： 

在步骤402中，对相关参数赋初值。 

因为WLAN和蓝牙与ZigBee之间在时域上的时间偏置是随机的，在步骤404中，随机获取WLAN与ZigBee的时间偏置X_W,第i（i=1,2……N_B）个蓝牙网与ZigBee的时间偏置X_B(i)。 

在步骤406中，根据前文中对冲突时间的分析，首先将ZigBee在时域上的传输映射为行向量Z，行向量元素取为1，向量长度为 

其次将WLAN在时域上的传输映射为行向量W(XW)，向量元素根据场景A冲突时间分析和时间偏置XW进行赋值，其中有WLAN数据分组在传输赋值为α，无WLAN数据分组传输赋值为0，WLAN行向量长度也取 

最后将第i（i=1,2……NB)个蓝牙网在时域上的传输映射为行向量B(X_B(i))，行向量元素根据场景B冲突时间分析和时间偏置X_B(i)进行赋值，其中有蓝牙数据分组在传输赋值为β，有蓝牙ACK分组在传输赋值为γ，蓝牙行向量长度也取 

在步骤408中，将行向量Z，W(X_W)，B(X_B(i))（i=1……N）进行叠加，获得最终冲突时间行向量ROW。 

2误比特率（BER）算法分析 

参照图5，在WLAN和多个蓝牙网干扰下，ZigBee的误比特率算法（算法2）的具体实施步骤为： 

在步骤502中，对参数赋初值，k=n_s=n_m=0。 

在步骤504中判断k的值是否小于N_W，如果k<=N_W则进入步骤506，对n_m值进行判断；如果k>N_W则算法结束。 

在步骤506中判断n_m的值是否小于N_B，如果n_m<=N_B则进入步骤508，对n_s值进行判断；如果n_m>N_B则进入步骤518，对k值进行加1处理，并回到步骤504。 

在步骤508中判断n_s的值是否小于N_B，如果n_s<=N_B则进入步骤510，根据公式（6）计算ZigBee接收端的信号干扰噪声功率比（SINR）；如果n_s>N_B则进入步骤516，对n_m值进行加1处理，并返回步骤506。 

在步骤510中计算完ZigBee接收端的SINR后，在步骤512中根据公式（8），计算ZigBee接收端在某个时刻同时受到k个WLAN节点发送data数据分组干扰、n_m个蓝牙数据分组干扰和n_s个蓝牙ACK分组干扰的情况下，ZigBee的误比特率b(n_m,n_s,k)。 

在步骤514中对n_s进行加1处理，并返回步骤508。 

3分组错误率（PER）算法分析 

参照图6，在WLAN和多个蓝牙网干扰下，ZigBee的分组错误率算法（算法3）的具体实施步骤为： 

在步骤602中，对参数l_sum，i、n_m、n_s、p_temp、i、j赋初值。 

在步骤604中，在算法1的基础上获得ZigBee与WLAN和多个蓝牙网的冲突时间叠加行向量ROW。 

在步骤606中，判断j的值是否小于等于Lz，如果j<=Lz则进入步骤608；如 果j>Lz则进入步骤622。 

在步骤608中，判断冲突时间行向量第j个元素ROW（i）与第j-1个元素ROW（j-1）是否相等，如果两者相等，则进入步骤610；如果两者不相等，则进入步骤612。 

在步骤610中，首先对参数j进行加1处理，同时用参数l_sum，i对行向量ROW中划分的第i段元素相等的个数进行计数，完成之后进入步骤606重新进行判断。 

在步骤612中，计算在时间段l_sum，i蓝牙数据干扰分组的数量n_m、蓝牙ACK干扰分组数量n_s、WLAN中发生冲突的节点个数k、以及是否存在WLAN干扰分组n_wis，其中n_wis=1表示存在WLAN干扰分组、n_wis=0表示不存在WLAN干扰分组。 

在步骤614中，根据公式9和10，在时间段l_sum，i中,n_w个蓝牙数据分组只有m个与ZigBee同频干扰，n_s个蓝牙ACK干扰分组只有s个与ZigBee同频干扰，以及在 

个WLAN干扰节点中有k个节点同时发送干扰分组，在此种场景下，计算ZigBee在受到成功传送分组的概率p(m，s，k，i)。 

在步骤616中，根据公式11，在l_sum,i时间段内受到WLAN干扰分组、n_m个蓝牙数据干扰分组和n_s个蓝牙ACK干扰分组的干扰下，在此场景下，计算ZigBee成功传输分组的概率p_sum，i。 

在步骤618中，p_temp初值为1，将p_temp与p_sum,i相乘，并赋值给p_temp。 

在步骤620中，对参数l_sum，i、n_m、n_s重新赋初值，并转向步骤610。 

在步骤622中，根据PER=1-p_temp，计算出ZigBee的分组错误率（PER）。 

Claims (1)

1.一种短距离共存系统中干扰共存模型及冲突时间分析方法，其特征在于该方法是具有不同技术标准支撑的大量短距离终端共存场景下的对干扰和冲突的分析模型，针对一个多种短距离无线技术共存的场景下，分析ZigBee在同时受到拥有多个节点的WLAN和多个蓝牙网干扰的情况下的传输性能；设计了干扰和冲突的分析模型和算法，同时使用该算法分析在同时受到高密度大容量的WLAN和蓝牙干扰下，ZigBee表现出的性能；该数值分析算法包括三个部分：冲突时间算法、误比特率算法和分组错误率算法，其中分组错误率算法中所需数据从冲突时间算法和误比特率算法中获取，具体算法和实施方法为：

1)冲突时间算法

步骤1.1：赋初值，对WLAN时间偏置X_W、蓝牙的时间偏置X_B(i)赋随机初值，i=1,2……N_B，

步骤1.2：根据冲突时间分析，在时域上将ZigBee、WLAN、和蓝牙的分组传输映射为相应的行向量（Z、W(X_W)、B(X_B(i))，向量长度为ZigBee数据分组长度；

步骤1.3：将Z、W(X_W)、B(X_B(i))行向量进行相加，获得最终行向量ROW；

2).误比特率BER算法

步骤2.1：计算在某一时隙内，ZigBee传输数据时同时受到蓝牙数据data分组个数n_m、蓝牙确认ACK分组个数n_s、和WLAN中发生冲突的节点个数k；

步骤2.2：根据n_m，n_s，k的数量，计算此刻ZigBee的信干噪比SINR，并根据SINR，计算误比特率BER；

3).分组错误率PER算法

步骤3.1：根据冲突时间算法，获得ZigBee与WLAN和蓝牙网的冲突时间叠加行向量ROW，设定j为ROW行向量元素的位置，并设初值0；

步骤3.2：判断参数j是否超出了ROW行向量的向量个数Lz，如果没有超出，则进入步骤3.3；如果超出了向量个数Lz，则退出循环，进入步骤3.7；

步骤3.3：判断ROW行向量第j个元素ROW(j)和第j-1个元素ROW(j-1)是否相等，如果相等则用参数lsum，i对第i段时隙内元素相等的个数进行计数，对j进行加1处理，同时返回步骤3.2；如果不相等，则进入步骤3.4；

步骤3.4：计算在第i段时隙内，ZigBee传输数据时同时受到蓝牙数据data分组个数n_m、蓝牙确认ACK分组个数n_s、和WLAN中发生冲突的节点个数k、以及是否存在WLAN干扰分组n_wis，其中n_wis=1表示存在WLAN干扰分组、n_wis=0表示不存在WLAN干扰分组；

步骤3.5：计算ZigBee在第i段时隙l_sum，i中同时受到WLAN干扰分组、n_m个蓝牙数据干扰分组和n_s个蓝牙ACK干扰分组的干扰下，ZigBee成功传输分组的概率p_sum，i；

步骤3.6：获得p_sum，i后，使得P_temp=P_temp*p_sum，i，其中P_temp初始值为1；同时，对j进行加1处理，并返回步骤3.2；

步骤3.7：根据公式PER=1-P_temp，计算分组错误率PER。

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