CN104639209A - 一种2·4g传输网络自适应跳频方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种2.4G传输网络自适应跳频方法，包含发送端和接收端，发送端配对系统建立跳频图案，发送端配对系统根据跳频图案有序选择使用信道，发送端在配对周期内在当前信道中发射配对信号；接收端配对系统进行配对时搜索到发送端配对系统的配对信号；发送端配对系统在配对周期内接收到接收端的同步请求信息后将跳频图案同步给接收端配对系统并记录在接收端的内存储器中；接收端配对系统根据跳频图案与发送端配对系统跳频通信。本发明所述的算法的优点在于在同一时间内只占用一个信道，自动执行跳频。无需用户手动操作。自适应判断并剔除坏信道，提高跳频效率，保证长时间优质的通信。

Description

一种2·4G传输网络自适应跳频方法

技术领域

本发明涉及一种计算机传输网络的配对方法，特别是一种2.4G传输网络自适应跳频方法。

技术背景

随着社会的不断发展，无线通信传输的优点已经逐步显现。无线通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制。无线通信可以随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便；无线通讯可以在短时间内组建起通信链路，实现临时、应急、抗灾通信的目的。而有线通信则有地理的限制、较长的响应时间。无线通信在可靠性、可用性和抗毁性等方面都超出了传统的有线通信方式，尤其在一些特殊的地理环境下，更能体现出优越性。

随着无线技术的成熟，工业、医疗等行业也开始越来越多地使用2.4G通信，同时802.15.4、ZigBee以及Wi-Fi也得到更多的应用。由于2.4G通信的普及，在工厂、办公楼、图书馆、地铁和家庭的网络覆盖都在逐渐扩大，然而这么多独立的无线通信网络都是使用2.4G通信，信号之间容易出现干扰。现已知的工作在2.4G频段的无线技术包括无绳电话，Zigbee,WI-FI,蓝牙及其他厂家开发的封闭协议技术。因此在使用2.4G频段时会遇到不可预测的干扰源，导致通信延时甚至通信中断。为了解决信道之间相互干扰的问题，诞生了跳频技术，通过跳频技术实现。

当前技术为避免冲突，普遍采用的技术有以下几种：

a, 发送方同时在几个频率发送信息，接收方选择最清晰的频道进行接收。存在占用信道数量多，频道配对时间长，跳频反应慢，容易干扰其他2.4G通信设备的缺点。

b, 采用DSSS及其他固定信道算法，通过设置“信道”按键，需要用户手动改变信道，对用户的专业技能要求较高，不适用于一般消费者使用。

c，采用FHSS（跳频扩频），通过不断的在频率段之间切换，避免冲突。跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)在同步、且同时的情况下，收发两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接收器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。无法进行自适应判断，剔除坏信道，跳频效率低。

发明内容

本发明涉及提供一种解决现有的2.4G通信信道之间相互干扰的技术手段，解决现有技术存在容易干扰其他2.4G设备、占用信道数量多、自动化程度低的技术缺陷。解决用户需要计算机网络专业知识才能进行操作。使用期间无法判断和剔除坏信道，导致跳频效率低等缺陷。

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种2.4G传输网络自适应跳频方法，包含至少一个发送端和至少一个接收端，发送端配对系统与接收端配对系统之间进行通信，所述的方法是发送端通电开机后；

S10：发送端配对系统内随机建立的跳频图案，发送端配对系统根据跳频图案有序选择使用信道，并设定信道的配对周期；发送端配对系统在配对周期内在当前信道中发射配对信号；

 S11：接收端配对系统进行配对时搜索到发送端配对系统的配对信号；

S12：接收端配对系统向发送端配对系统发送同步请求信息；同步请求信息包接收端配对系统的硬件信息和权限验证信息供发送端进行接入权限验证；

S13：发送端配对系统在配对周期内接收到接收端的同步请求信息后，发送端配对系统将跳频图案同步给接收端配对系统并记录在接收端的内存储器中；

S14：接收端配对系统根据跳频图案与发送端配对系统跳频通信。到此为止，说明发送端与接收端配对成功，并进行数据传输。

所述的步骤S14接收端配对系统与发送端配对系统跳频通信过程中，

S21：每次跳频后发送端配对系统向接收端配对系统发送连接确认信息；

S22：发送端配对系统等待接收端配对系统发回回应信息；

S23：发送端配对系统收到回应信息则表示该信道通信连接成功。

在于执行步骤S22后，

S31：如果接收端配对系统无法在跳转到跳频图案的下一个信道前收到当前信道的连接确认信息则表示该信道通信不成功；

S32：接收端配对系统则标记该信道有一次通信失败；然后返回执行S14；

S33：当其中一个信道出现连续三次通信失败的记录，则将该信道从跳频图案中删除；然后执行S14；

S34：如果接收端配对系统轮询跳频图案后，通信全部不成功，则重新执行步骤S10。

执行步骤S22后，

S41：如果发送端配对系统无法在跳转到跳频图案的下一个信道前收到当前信道的回应信息则表示该信道通信不成功；

S42：发送端配对系统则标记该信道有一次通信失败；然后返回执行S14；

    S43：当其中一个信道出现连续三次通信失败的记录，则将该信道确定为坏信道，将该信道从跳频图案中删除；然后执行S14；

S44：如果发送端配对系统轮询跳频图案后，通信全部不成功，则重新执行步骤S10。

具体地说，所述的跳频图案包括信道频率列表和与信道频率列表的信道一一对应的信道状态表。

所述的接收端配对系统持续执行步骤S14持续工作至与发送端配对系统数据通信联接断开，然后发送端配对系统与接收端配对系统返回执行步骤S11至步骤S14。

    所述发送端随机建立跳频图案的方法是先产生两个0-255的伪随机数；其中一个伪随机数÷（总信道数-1）的余数为跳频步进值。另一个伪随机数÷（总信道数-1）的余数为为起始值；跳频图案的第一个信道是将（起始值+跳频步进值）÷（总信道数-1）的余数在发送端的信道列表中对应的信道编号。其余信道是（前一信道编号+跳频步进值）÷（总信道数-1）的余数在发送端的信道列表中对应的信道编号。获得信道编号后将信道列表中的信道信息映射到跳频图案中

所述的步骤S13中发送端配对系统与接收端配对系统的同步操作如下：

S61：在发送端配对系统接收到同步请求信息，发送端将该接收端记录为配对成功设备；

S62：发送端配对系统发送跳频图案和同步时钟给接收端配对系统；

S63：接收端配对系统收到同步时钟和跳频图案后，重置接收端的跳频时钟，以此时刻在跳频图案中对应的信道开始跳频通信。

执行步骤S11时接收端配对系统进行以下操作；

S71：接收端配对系统在信道列表中选定一个信道；

S72：接收端配对系统使用该信道进行搜索发送端配对系统的配对信号，搜索周期为15ms；     S73：如果接收端配对系统在该信道的搜索周期没有搜索到发送端配对系统的配对信号，则表示该信道配对失败，接收端配对系统在信道列表中选用下一个信道，然后返回步骤S72。

在步骤S13中，如果发送端配对系统在配对周期内收到同步请求信息，则表示当前使用的信道与接收端配对成功，立即使用当前信道将跳频图案同步给接收端配对系统；

如果发送端配对系统在配对周期内未收到同步请求信息，则表示与接收端配对失败，在配对周期结束后使用跳频图案中下一信道，执行步骤发送配对信号。

所述的步骤S10中的配对周期为1ms。

发送端随机建立跳频图案的方法是先产生两个0~255的伪随机数，一个伪随机数对（总信道数-1）取余后得出跳频步进值；另一个伪随机数对（总信道数-1）取余后做为起始值；起始值加上跳频步进值并对（总信道数-1）取余得到跳频图案第一个信道，其余信道由前一信道递加跳频步进值并对（总信道数-1）取余后得到。

本发明所述的算法的的优点在于在同一时间内只占用一个信道，发现通信不成功时，马上跳频。既保证了本身通信的流畅，也不影响其他2.4G设备的使用。使用自适应跳频操作，无需用户手动操作。在跳频的基础上增加自适应判断，剔除坏信道，提高跳频效率，保证长时间优质的通信。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一的配对过程流程图；

图3为本发明实施例一的同步操作示意图；

图4为本发明实施例一的跳频通讯过程示意图；

图5为本发明实施例一的删除信道操作示意图；

图6为本发明实施例二的跳频图案Te生成示意图。

具体实施例

实施例一：如图1至5所示，本发明实施例包含至少一个发送端和至少一个接收端，发送端配对系统与接收端配对系统之间进行通信，所述的方法是发送端通电开机后；

S10：发送端配对系统内随机建立的跳频图案Te，发送端配对系统根据跳频图案Te有序选择使用信道L1、L2、L3……Ln，并设定信道的配对周期T=1ms；发送端配对系统在配对周期内在当前信道L20中发射配对信号Pa；

S11：接收端配对系统进行配对时搜索到发送端配对系统的配对信号Pa；

S12：接收端配对系统向发送端配对系统发送同步请求信息Sy；同步请求信息Sy包接收端配对系统的硬件信息H20和权限验证信息V20供发送端进行接入权限验证；

S13：发送端配对系统在配对周期内接收到接收端的同步请求信息Sy后，发送端配对系统将跳频图案Te同步给接收端配对系统并记录在接收端的内存储器中；至此，接收端内就有了与发送端的跳频图案Te相同的跳频图案Tr。

如图2、4、5所示，S14：接收端配对系统根据跳频图案Tr与发送端配对系统跳频通信。接收端和发送端根据跳频图案Te和跳频图案Tr由信道L20开始通信，依次经过L21、L22、L23……到Ln，当使用完信道Ln之后重新由信道L1到Ln的顺序循环通信。其优点在于保证了本身通信的流畅，也不影响其他2.4G设备的使用。使用自适应跳频操作，无需用户手动操作。

所述的步骤S14接收端配对系统与发送端配对系统跳频通信过程中，

S21：每次跳频后发送端配对系统向接收端配对系统发送连接确认信息Link；

S22：发送端配对系统等待接收端配对系统发回回应信息Con；

S23：发送端配对系统收到回应信息Con则表示该信道通信连接成功。可以筛选出通信过程中出现的坏信道，提高跳频效率。

在于执行步骤S22后，

S31：如果接收端配对系统无法在跳转到跳频图案Tr的下一个信道L16前未收到信道L15的连接确认信息Link则表示信道L15通信不成功；

S32：接收端配对系统则标记信道L15有一次通信失败；然后返回执行S14；

S33：当信道L15出现连续三次通信失败的记录，则将信道L15从跳频图案Tr中删除；然后执行S14；

S34：如果接收端配对系统轮询跳频图案后，通信全部不成功，则重新执行步骤S10。

执行步骤S22后，

S41：如果发送端配对系统无法在跳转到跳频图案Te的下一个信道L16前未收到信道L15回应信息Con则表示信道L15通信不成功；

S42：发送端配对系统则标记信道L15有一次通信失败；然后返回执行S14；

    S43：当信道L15出现连续三次通信失败的记录，则将信道L15确定为坏信道，将该信道从跳频图案Te中删除。具体操作是将信道L15的状态由表示正常状态的“1”修改成表示删除的“0”；然后执行S14；

S44：如果发送端配对系统轮询跳频图案后，通信全部不成功，则重新执行步骤S10。

如图3所示，所述的跳频图案Te包括信道频率列表和与信道频率列表的信道一一对应的信道状态表。

如图2所示，所述的接收端配对系统持续执行步骤S14持续工作至与发送端配对系统数据通信联接断开，然后发送端配对系统与接收端配对系统返回执行步骤S11至步骤S14。

所述的步骤S13中发送端配对系统与接收端配对系统的同步操作如下：

S61：在发送端配对系统接收到同步请求信息Sy，发送端将该接收端记录为配对成功设备；

S62：发送端配对系统发送跳频图案Tr和同步时钟给接收端配对系统；

S63：接收端配对系统收到同步时钟和跳频图案Tr后，重置接收端的跳频时钟，以此时刻在跳频图案Te中对应的信道开始跳频通信。

执行步骤S11时接收端配对系统进行以下操作；

S71：接收端配对系统在信道列表中选定一个信道L5；

S72：接收端配对系统使用信道L5进行搜索发送端配对系统的配对信号Pa，搜索周期为15ms；     S73：如果接收端配对系统在信道L5的搜索周期没有搜索到发送端配对系统的配对信号Pa，则表示信道L5配对失败，接收端配对系统在信道列表中选用下一个信道L6，然后返回步骤S72。。

实施例二：本发明实施例与实施例一的方法基本相同，其区别在于所述发送端随机建立跳频图案的方法是先产生两个0-255的伪随机数；其中一个伪随机数N1÷（总信道数-1）的余数为跳频步进值N3。另一个伪随机数N2÷（总信道数-1）的余数为为起始值N4；跳频图案的第一个信道L1是将（起始值N4+跳频步进值N3）÷（总信道数-1）的余数在发送端的信道列表中对应的信道编号。其余信道是（前一信道编号+跳频步进值N3）÷（总信道数-1）的余数在发送端的信道列表中对应的信道编号。获得信道编号后将信道列表中的信道信息映射到跳频图案Te中

如图6所示，发送端的信道列表有序号0-80，共81个信道，发送端选取的两个伪随机数N1=115，N2=181。

因此，N3=115÷（81-1）的余数=35；N4=181÷（81-1）的余数=21。

信道L1对应的信道列表的序号=（21+35）÷（81-1）的余数=56；

信道L2对应的信道列表的序号=（56+35）÷（81-1）的余数=11；

信道L3对应的信道列表的序号=（11+35）÷（81-1）的余数=46；以此类推。

Claims (10)

1.一种2.4G传输网络自适应跳频方法，包含至少一个发送端和至少一个接收端，发送端配对系统与接收端配对系统之间进行通信，其特征在于：

所述的方法是发送端通电开机后；

S10：发送端配对系统内随机建立的跳频图案，发送端配对系统根据跳频图案有序选择使用信道，并设定信道的配对周期，发送端配对系统在配对周期内在当前信道中发射配对信号；

S11：接收端配对系统进行配对时搜索到发送端配对系统的配对信号；

S12：接收端配对系统向发送端配对系统发送同步请求信息；

S13：发送端配对系统在配对周期内接收到接收端的同步请求信息后，发送端配对系统将跳频图案同步给接收端配对系统并记录在接收端的内存储器中；

S14：接收端配对系统根据跳频图案与发送端配对系统跳频通信。

2.根据权利要求1所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于所述的步骤S14接收端配对系统与发送端配对系统跳频通信过程中，

S21：每次跳频后发送端配对系统向接收端配对系统发送连接确认信息；

S22：发送端配对系统等待接收端配对系统发回回应信息；

S23：发送端配对系统收到回应信息则表示该信道通信连接成功。

3.根据权利要求2所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于执行步骤S22后，

S31：如果接收端配对系统无法在跳转到跳频图案的下一个信道前收到当前信道的连接确认信息则表示该信道通信不成功；

S32：接收端配对系统则标记该信道有一次通信失败；然后返回执行S14；

S33：当其中一个信道出现连续三次通信失败的记录，则将该信道从跳频图案中删除；然后执行S14；

S34：如果接收端配对系统轮询跳频图案后，通信全部不成功，则重新执行步骤S10。

4.根据权利要求2所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于执行步骤S22后，

S41：如果发送端配对系统无法在跳转到跳频图案的下一个信道前收到当前信道的回应信息则表示该信道通信不成功；

S42：发送端配对系统则标记该信道有一次通信失败；然后返回执行S14；

    S43：当其中一个信道出现连续三次通信失败的记录，则将该信道从跳频图案中删除；然后执行S14；

S44：如果发送端配对系统轮询跳频图案后，通信全部不成功，则重新执行步骤S10。

5.根据权利要求1所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于所述的跳频图案包括信道频率列表和与信道频率列表的信道一一对应的信道状态表。

6.根据权利要求1所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于所述的接收端配对系统持续执行步骤S14持续工作至与发送端配对系统数据通信联接断开，然后发送端配对系统与接收端配对系统返回执行步骤S11至步骤S14。

7.根据权利要求1所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于所述发送端随机建立跳频图案的方法是先产生两个0-255的伪随机数；     其中,一个伪随机数÷（总信道数-1）的余数为跳频步进值；     另一个伪随机数÷（总信道数-1）的余数为为起始值；     跳频图案的第一个信道是将（起始值+跳频步进值）÷（总信道数-1）的余数在发送端的信道列表中对应的信道编号；

其余信道由（前一信道编号+跳频步进值）÷（总信道数-1）的余数在发送端的信道列表中对应的信道编号；

获得信道编号后将信道列表中的信道信息映射到跳频图案中。

8.根据权利要求1至7任一项所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于所述的步骤S13中发送端配对系统与接收端配对系统的同步操作如下：

S61：在发送端配对系统接收到同步请求信息，发送端将该接收端记录为配对成功设备；

S62：发送端配对系统发送跳频图案和同步时钟给接收端配对系统；

S63：接收端配对系统收到同步时钟和跳频图案后，重置接收端的跳频时钟，以此时刻在跳频图案中对应的信道开始跳频通信。

9.根据权利要求8所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于所述执行步骤S11时接收端配对系统进行以下操作；

S71：接收端配对系统在信道列表中选定一个信道；

S72：接收端配对系统使用该信道进行搜索发送端配对系统的配对信号，搜索周期为15ms；     S73：如果接收端配对系统在该信道的搜索周期没有搜索到发送端配对系统的配对信号，则表示该信道配对失败，接收端配对系统在信道列表中选用下一个信道，然后返回步骤S72。

10.根据权利要求8所述的2.4G传输网络自适应跳频方法，其特征在于步骤S13中，如果发送端配对系统在配对周期内收到同步请求信息，则表示当前使用的信道与接收端配对成功，立即使用当前信道将跳频图案同步给接收端配对系统；

    如果发送端配对系统在配对周期内未收到同步请求信息，则表示与接收端配对失败，在配对周期结束后使用跳频图案中下一信道，执行步骤发送配对信号。