CN104661229A - 一种降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，用于降低蓝牙与Wi-Fi工作过程中的互扰，蓝牙设备支持自适应跳频AFH，且蓝牙设备通过蓝牙-Wi-Fi网关与Wi-Fi设备通信，蓝牙-Wi-Fi网关使用四线共存方式保证同一时刻网络中的蓝牙设备和Wi-Fi设备只有一个处于工作状态，四线是由四个引脚pin引出，分别是由蓝牙设备提供的BT_ACTIVE、BT_PRIORITY、BT_FREQ的引脚pin和Wi-Fi设备提供的WLAN_ACTIVE的引脚pin。该方法通过结合时分复用中的四线共存技术，成功降低Wi-Fi通信中蓝牙对其的干扰，使得两者间形成互补；能更高效的降低了蓝牙、Wi-Fi通信中的互扰。

Description

一种降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术，更具体地涉及一种降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法。
背景技术
随着移动互联网的快速发展，作为新兴无线通信技术的无线个域网络（WPAN）与无线局域网络（WLAN）正在迅速发展。已经成为无线个域网络主导技术的蓝牙的目的是取代有线连接，能够支持10m范围内700Kb/s数据或语音传输。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等之间进行无线信息交换。无线局域网里包括几种互相竞争的技术，Wi-Fi(IEEE 802.11b)提供11Mb/s传输速率，覆盖范围可达100m，主要应用包括因特网接入、email以及家庭或办公室范围灵活自由的共享文件。蓝牙与Wi-Fi是近年来普遍受到关注的，在应用上互补的两种无线通信技术。随着两种技术发展，蓝牙与Wi-Fi系统共处的可能性越来越大，应用越来越多。由于Wi-Fi和蓝牙都工作在ISM 2.4GHz频段，前者使用载波侦听多路访问，后者釆用跳频扩频，它们采用不同的扩频技术使Wi-Fi和蓝牙的干扰不可避免。
蓝牙或Wi-Fi设备的通信大体上可分蓝牙设备之间或Wi-Fi设备之间的通信，蓝牙设备与Wi-Fi设备之间的通信。蓝牙、Wi-Fi系统可能安装于同一设备或不同设备。如果两者安装于不同设备，由于蓝牙支持功率控制策略，而Wi-Fi支持动态速率转换策略，因而在同一个使用环境中，当发现蓝牙和Wi-Fi设备之间的干扰影响到各自的正常通信时，传统的方法是联合采取降低发射功率和调整传输速率的方式以降低干扰的影响。但这只能是一种妥协性的解决方案。实际应用中，可能有很多设备同时安装有蓝牙和Wi-Fi系统。对这类设备而言，传统的方式是利用驱动层模式转换的思想，即当其中一个系统需要通信时另一个关闭，反之亦然。这种解决方案存在的问题主要有三个方面：首先，它无法满足同时进行蓝牙和Wi-Fi通信的要求。即设备既无法同时发送和接收两类数据包，也无法在发送（接收）其中的一类时接收（发送）另一类；其次，由于驱动层转换需要在操作系统完成，而操作系统的响应时间有一定的时延，这显然增加了通信双方进行收发协调的难度。因而，单一的驱动层模式转换方案作用有限。
由于AFH是一种非协作共存机制，因此当蓝牙和802.11b（Wi-Fi）共同配置在一个设备中，或两者距离相当近时，采用AFH不能有效抵抗干扰，这时需要把AFH与其它共存机制结合起来。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种AFH（自适应跳频）技术与四线共存(时分复用)技术结合使用来更高效的降低蓝牙、Wi-Fi通信中互扰的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，用于降低蓝牙与Wi-Fi工作过程中的互扰，所述蓝牙设备支持自适应跳频AFH，且蓝牙设备通过蓝牙-Wi-Fi网关与Wi-Fi设备通信，所述蓝牙-Wi-Fi网关使用四线共存方式保证同一时刻网络中的蓝牙设备和Wi-Fi设备只有一个处于工作状态，所述四线是由四个引脚pin引出，分别是由蓝牙设备提供的BT_ACTIVE、BT_PRIORITY、BT_FREQ的引脚pin和Wi-Fi设备提供的WLAN_ACTIVE的引脚pin。
本方法是结合四线共存的方法，蓝牙设备通过使用AFH技术在工作的时候自动避开某些频段，如果Wi-Fi设备工作在某个频段，那么蓝牙设备就会避开Wi-Fi设备所占用的的频段。同时蓝牙设备和Wi-Fi设备间采用四线共存(时分复用)技术，当Wi-Fi设备将要发送或者接收数据的时候，下一个蓝牙设备任务动作将会被取消。当蓝牙设备将要发送或者接收数据的时候，Wi-Fi设备通过识别蓝牙置出的标识符，判断蓝牙数据的高低级，若为高级数据，则下一个Wi-Fi设备任务动作将会被取消。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过结合使用自动调频技术和四线共存技术，更高效的降低了蓝牙、Wi-Fi通信中的互扰。自动调频技术的使用使得蓝牙在跳频频率中避开Wi-Fi的频带，从而单方面的降低Wi-Fi对其的干扰。通过结合时分复用中的四线共存技术，能成功降低Wi-Fi通信中蓝牙对其的干扰，使得两者间形成互补。
附图说明
图1为ISM各个信号的带宽和频谱分布图。
图2为蓝牙和Wi-Fi共用频段图。
图3为蓝牙-Wi-Fi网关中的蓝牙和Wi-Fi通信示意图。该图主要描述Android蓝牙设备与蓝牙-Wi-Fi网关的通信，IOS Wi-Fi设备与蓝牙-Wi-Fi网关的通信。 
图4为蓝牙采用AFH的工作流程示意图。由设备识别、信道分类、分类信息交换、自适应跳频4部分组成。
图5为蓝牙和Wi-Fi的四线连接(WLAN_ACTIVE，BT_ACTIVE，BT_PRIORITY，BT_FREQ)的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图1-5和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。值得注意的是，以下所描述的具体实例仅用于解释发明内容，并不用于限定本发明。
无线个人局域网的五种技术标准都是工作在ISM开放频段。ISM开放频段日益变得很拥挤和复杂，如图1中的ISM各个信号的带宽和频谱分布。蓝牙和Wi-Fi这两种技术都用到了ISM可用频谱的非常重要部分，两者工作频段均在ISM中，如图2所示，因而两者之间会形成不可避免的干扰。本发明的前提条件下是要求提供有蓝牙和Wi-Fi共存的环境，为了得到蓝牙和Wi-Fi共存的环境，也更易于理解本发明的内容，本发明以IOS 操作系统的Wi-Fi设备经过一个蓝牙-Wi-Fi网关和Android操作系统的蓝牙设备间的通讯用作说明。本发明具体实现方案如下：
1）创建一个Wi-Fi和蓝牙共存的环境（仅用于解释发明内容，不限定本发明） 
2）蓝牙的自适应跳频技术，识别好坏信道，避免Wi-Fi干扰结合四线共存技术，当Wi-Fi设备将要发送或者接收数据时，下一个蓝牙任务动作将会被取消。
具体过程如下：
1）创建一个蓝牙和Wi-Fi共存的环境
蓝牙-Wi-Fi网关作为主设备开始搜索Android蓝牙设备的从设备，在这个过程中，系统会发送三个广播：开始搜索、搜索结束、找到设备。主设备端获取UUID（用于主从设备间的配对），然后监听连接请求，如果收到请求，则返回一实例。从设备端通过搜索得到主设备服务，获取该从设备的UUID，比较从设备的UUID与主设备端的UUID，如果主从设备的UUID匹配且连接，则从设备被主设备接收，完成配对确立连接，则蓝牙设备实现通信。
而后，蓝牙-Wifi网关作为服务器端写好处理代码，包括侦听的端口号，客户端IP地址获取，发送的数据处理。服务器端通过监听来自客户端的Socket连接，如果没有连接，则将一直处于等待状态。当接收到连接请求后，获取消息到输入流，并保存到文件。IOS Wi-Fi设备作为客户端使用Socket的构造器连接服务器，指定服务器IP和端口号。服务器端就得到响应，从而向下执行，服务器端和客户端就形成了一对互相连接的Socket，然后客户端和服务器端在自定义协议下通讯。这样在同一局域网内，IOS Wi-Fi设备和蓝牙-Wi-Fi网关通过设置为同一IP号和端口号，就实现了Wi-Fi的通信。至此，蓝牙和Wi-Fi信号共存于同一环境。
2）蓝牙的自适应跳频技术
蓝牙AFH技术由设备识别、信道分类、分类信息交换、自适应跳频4部分组成。其框图如图4所示。
首先，Android蓝牙设备接入微微网时，在进行通信之前，蓝牙-Wi-Fi网关先询问其是否支持AFH，当Android蓝牙设备回答“是”后，再进行AFH通信。
其次，在主设备和从设备之间交换信息后，对信道进行分类。AFH可以识别“好”、“坏”信道。在这些信道上，可能有其他无线设备干扰蓝牙信号。在数据发送时，选择那些跳频信道中“好”的信道来传输数据的跳频通信方式。“好”信道通常是指那些没有受到干扰或受到的干扰较小的那类信道。具备AFH功能的蓝牙设备与蓝牙-Wi-Fi网关进行通信，共享有关坏信道的详细信息。这样，这些设备就可以转换到可用的“好”信道，远离干扰区，因此不影响带宽的使用。从而通过尽量避免系统间的频率碰撞以达到提高系统性能的目的。
然后进行信道信息交换。当蓝牙微微网进入AFH状态后，其跳频序列可使用的跳频点N的数量是动态变化的，其最大值不超过79。AFH只用于连接状态，而不会改变寻呼、查询等状态时的跳频序列。自适应跳频选择机制在原79跳系统的频率选择核心基础上增加了AFH_mode和AFH_channel_map两个参数。AFH_mode指出当前选频核心是否可以使用自适应跳频序列；AFH_channel_map中指明哪些信道是可用的，哪些信道是不可用的。原选频核心生成一个信道，如果这个信道是AFH_channel_map中定义的可用信道，则不作任何调整，直接作为跳频序列的输出；如果此信道包含在不可用信道中，则通过重定位函数将其映射成一个可用的信道。这种映射关系是一一对应的，就是说，如果给定了蓝牙地址、时钟以及AFH_channel_map，一个不可用的射频信道将被唯一地转换为一可用信道，这样保证了在同一微微网中使用AFH机制的主从设备能够保持跳频序列的同步。
最后执行AFH，由于微微网中经常有新的通信建立或撤消，信道在不断变化，所以必须进行信道维护，周期性地重新对信道进行估计，及时发现不能用的信道，当微微网中工作设备较少时，还能自动调整功率。
当然，由于AFH是一种非协作共存机制，因此当蓝牙和802.11b共同配置在一个设备中，或两者距离相当近时，采用AFH不能有效抵抗干扰。AFH技术是专门为2.4GHz设备设计用于检测和避免干扰的，还不足以实现蓝牙与WLAN的共存。当蓝牙与802.11设备共存于同一设计中时作为独立技术的AFH是远远不够的，这主要是因为WLAN设备必须提供较高的输出功率才能支持长距离、高数据速率、可靠的互联网、语音、数据和视频传输。这时需要把AFH与其它共存机制结合起来，或采用协作式共存机制。
3）蓝牙和Wi-Fi的四线共存(时分复用)技术
由于单独使用AFH技术只是单方面的降低Wi-Fi对蓝牙的干扰，在此基础上，在蓝牙-Wi-Fi网关模块中使用四线共存(时分复用)技术。四线共存使得同一时刻蓝牙和Wi-Fi只有一个在工作，要实现在蓝牙-Wi-Fi网关中蓝牙和Wi-Fi的正常通讯，单纯使用四线共存技术变得不现实。从而引入自适应调频和四线共存技术结合使用的方法。由于四线共存技术同一时刻蓝牙和Wi-Fi只有一个在工作，这就需要Wi-Fi和蓝牙彼此知道对方的状态。当Wi-Fi在工作的时候，pin置高，闲置时将pin拉低，这个pin是WLAN_ACTIVE。同理，当蓝牙在工作的时候，pin置高，闲置时将pin拉低。此pin是BT_ACTIVE。蓝牙同时还给出了另外两个pin，一个是BT_PRIORITY，用来标识蓝牙传递的数据的优先级，像语音之类的实时性很强的数据会是高优先级的数据，其它数据就是一般优先级。另外一个是BT_FREQ，这个pin会告诉Wi-Fi，蓝牙是不是在使用Wi-Fi频段范围内的频带。这样，Wi-Fi贡献了一个pin，蓝牙贡献了三个pin，总共四个pin(WLAN_ACTIVE， BT_ACTIVE，BT_PRIORITY，BT_FREQ)。
四线共存使用四根线连接Wi-Fi和蓝牙，下面结合图5中蓝牙和Wi-Fi所示的四线连接图来描述四线共存的机制。由图5可以看出，四线连接由RF_ACTIVE，BT_STATE，BT_FREQ ，WLAN_ACTIVE四根信号线组成；其中BT_ACTIVE引脚pin对应信号线BT_STATE，BT_PRIORITY引脚pin对应信号线RF_ACTIVE，BT_FREQ引脚pin对应信号线BT_FREQ，WLAN_ACTIVE引脚pin对应信号线WLAN_ACTIVE。RF_ACTIVE是从蓝牙设备向Wi-Fi设备发送的信号线，它通知Wi-Fi设备此时蓝牙设备正在工作， RF_ACTIVE在整个蓝牙的发送与接收过程中都是有效的。BT_STATE也是由蓝牙设备向Wi-Fi设备发送的信号线，它通知Wi-Fi设备此时蓝牙是处于发送状态还是接收状态。BT_FREQ用来指示蓝牙通信是否和Wi-Fi频带冲突。WLAN_ACTIVE是由Wi-Fi设备向蓝牙发送的信号线，它用来通知蓝牙Wi-Fi设备将要发送或接收数据，Wi-Fi传输数据分两部分，一部分是发送数据，另外一部分是收到ACK。只有收到ACK之后才认为数据发送是成功的。所以，从Wi-Fi开始发送数据到它收到ACK，这段时间内WLAN_ACTIVE会一直是有效的。另外，Wi-Fi会定时去收AP过来的beacon包，AP有没有数据要给Wi-Fi发送全在beacon包，默认是100毫秒去收一次，在这个过程中WLAN_ACTIVE也会一直有效。Wi-Fi在把WLAN_ACTIVE置为有效的时候，不让蓝牙工作，而且，在Wi-Fi定时去收beacon包的时候，中断蓝牙的传输，而不管蓝牙是不是在传高优先级的数据。此时下一个蓝牙的操作将会被取消。此种类型的四线连接一般只能用于BlueCore4以及更高的蓝牙上。
总之，当Wi-Fi设备将要发送或者接收数据的时候下一个蓝牙任务动作将会被取消。蓝牙任务在这里一般分为高优先级和低优先级两种，当高优先级任务工作的时候，如果此时Wi-Fi也在工作，这时候Wi-Fi任务将会被取消，当蓝牙执行低优先级任务的时候，如果有Wi-Fi也在工作，这时候蓝牙任务应该被取消。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，用于降低蓝牙与Wi-Fi工作过程中的互扰，其特征在于，所述蓝牙设备支持自适应跳频AFH，且蓝牙设备通过蓝牙-Wi-Fi网关与Wi-Fi设备通信，所述蓝牙-Wi-Fi网关使用四线共存方式保证同一时刻网络中的蓝牙设备和Wi-Fi设备只有一个处于工作状态，所述四线是由四个引脚pin引出，分别是由蓝牙设备提供的BT_ACTIVE、BT_PRIORITY、BT_FREQ的引脚pin和Wi-Fi设备提供的WLAN_ACTIVE的引脚pin。
2.根据权利要求1所述的降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，其特征在于，所述蓝牙设备和Wi-Fi设备属于同一个环境，其环境创建方式为：蓝牙-Wi-Fi网关作为主设备开始搜索蓝牙设备的从设备，在这个过程中，发送三个广播：开始搜索、搜索结束、找到设备；
主设备端获取用于主从设备间的配对的UUID，然后监听连接请求，如果收到请求，则返回一实例；从设备端通过搜索得到主设备服务，获取该从设备的UUID，比较从设备的UUID与主设备端的UUID，如果主从设备的UUID匹配且连接，则从设备被主设备接收，完成配对确立连接，则蓝牙设备实现通信；
蓝牙-Wi-Fi网关作为服务器端，包括侦听的端口号，客户端IP地址获取，发送的数据处理，服务器端通过监听来自客户端的Socket连接，如果没有连接，则将一直处于等待状态，当接收到连接请求后，获取消息到输入流，并保存到文件；Wi-Fi设备作为客户端使用Socket的构造器连接服务器端，指定服务器IP和端口号，服务器端就得到响应，从而向下执行，服务器端和客户端就形成了一对互相连接的Socket，然后客户端和服务端在自定义协议下通信；
则在同一局域网内，Wi-Fi设备和蓝牙-Wi-Fi网关通过设置为同一IP号和端口号，实现了Wi-Fi的通信，蓝牙设备和Wi-Fi设备共存于同一环境。
3.根据权利要求1或2所述的降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，其特征在于，所述蓝牙设备支持自适应跳频AFH，其工作过程包括：设备识别、信道分类、分类信息交换和自适应跳频。
4.根据权利要求3所述的降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，其特征在于，所述四线连接由RF_ACTIVE，BT_STATE，BT_FREQ，WLAN_ACTIVE四根信号线组成，其中BT_ACTIVE引脚pin对应信号线BT_STATE，BT_PRIORITY引脚pin对应信号线RF_ACTIVE，BT_FREQ引脚pin对应信号线BT_FREQ，WLAN_ACTIVE引脚pin对应信号线WLAN_ACTIVE；
所述信号线RF_ACTIVE是从蓝牙设备向Wi-Fi设备发送的信号线，用于通知Wi-Fi设备此时蓝牙设备正在工作，RF_ACTIVE在整个蓝牙的发送与接收过程中都是有效的；
所述信号线BT_STATE是由蓝牙设备向Wi-Fi设备发送的信号线，用于通知Wi-Fi设备此时蓝牙是处于发送状态还是接收状态；
所述信号线BT_FREQ用于指示蓝牙通信是否和Wi-Fi频带冲突；
所述信号线WLAN_ACTIVE是由Wi-Fi设备向蓝牙发送的信号线，用于通知蓝牙，Wi-Fi设备将要发送或接收数据；
Wi-Fi传输数据分两部分，一部分是发送数据，另外一部分是收到ACK；收到ACK后即数据发送成功；从Wi-Fi开始发送数据到收到ACK，该过程内WLAN_ACTIVE持续有效；Wi-Fi定时接收热点AP发出的beacon包，确定热点AP有没有数据要给Wi-Fi；Wi-Fi在把WLAN_ACTIVE置为有效时，蓝牙设备不工作；在Wi-Fi定时去收beacon包时，中断蓝牙设备的传输。
5.根据权利要求4所述的降低蓝牙与Wi-Fi工作中互扰的方法，其特征在于，当Wi-Fi设备将要发送或者接收数据的时候，下一个蓝牙设备任务动作将会被取消；当蓝牙设备将要发送或者接收数据时，Wi-Fi设备通过识别蓝牙设备置出的标识符，判断蓝牙数据优先级的高低级，若为高级数据，则下一个Wi-Fi设备任务动作将会被取消；若为低级数据，则蓝牙设备任务被取消。
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