CN104852818B - 物联网设备的兼容配置方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种物联网设备的兼容配置方法，通过在Wi‐Fi物联网设备的数字基带解调部分增设能量检测机构以及带有计时器的长度校验机构，当Wi‐Fi物联网设备检测到来自主设备的配置信息包包头HT‐SIG或VHT‐SIG‐B域时，启动计时器和能量检测机构，以信道能量达到下限时的计时长度是否符合更高频带模式配置信息包包头HT‐SIG或VHT‐SIG‐B域中长度信息为标准，判断接收是否成功；并在接收成功后，通过计算收到的配置信息包之间的长度差获得所传配置接入信息段，将所收到信息段合并，得到配置接入信息。本发明不直接使用配置信息包长度信息进行配置而是对包长差的计算进行调整即可避免连续配置信息包长相同的情况发生。

Description

物联网设备的兼容配置方法及系统
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信领域的技术。具体是一种在802.11n HT(高吞吐量,High Throughput)20MHz带宽模式(HT20模式)下利用能量检测器校验Wi‐Fi 802.11n HT40MHz带宽模式(HT40模式)配置信息包物理长度，并利用配置信息包HT‐SIG域包长的差值传输接入配置信息的智能配置物联网设备的方法及装置。或者，在802.11ac设备不支持较高频带模式的接收的情况下，利用能量检测器辅助校验较高频带模式的配置信息包的物理长度：1)以VHT(超高吞吐量，Very High Throughput)20MHz带宽(VHT20)模式接收VHT 40/80MHz带宽(VHT40，VHT80)模式的配置信息包；2)以VHT40模式接收VHT80模式的配置信息包；并利用配置信息包VHT‐SIG‐B域包长的差值传输配置接入信息的物联网设备智能配置方法及装置。
适用于仅支持802.11n HT20模式的物联网(IoT，Internet Of Things)设备通过Wi‐FiHT40包获得接入配置信息；适用于仅支持802.11ac VHT20模式的物联网设备通过VHT40或VHT80包获得接入配置信息；适用于仅支持802.11ac VHT40模式的物联网设备通过VHT80包获得接入配置信息；适用于有频带限制、接收灵敏度限制、多天线(MIMO)限制、信道编解码方式限制的Wi‐Fi物联网设备通过物理包头中的长度信息，获得接入配置信息。
背景技术
Wi‐Fi物联网接入方式是应用最广，成本最低，可扩展性最好的物联网接入方式之一。通常Wi‐Fi物联网设备通过Wi‐Fi接入点(Wi‐Fi Access Point，也称Wi‐Fi热点或无线路由器)接入网络。Wi‐Fi物联网设备要接入一个Wi‐Fi接入点，需要以某种方式获得该Wi‐Fi接入点的名称和密码。但是，Wi‐Fi物联网设备通常不带有键盘或显示屏幕。因此需要一种简单、有效又可靠的方式将Wi‐Fi接入点的接入信息传输给Wi‐Fi IoT设备。
现有的802.11n有两种频宽模式：HT20和HT40。HT20是出于兼容性考虑：比如，一个区域内存在11b/g信号，那么为了尽量减少对它们的干扰，需要设定为HT20，以减少频带的重叠。HT40是出于高性能考虑：HT40相当于两个HT20的捆绑，一个是主，一个是辅。主信道发送beacon报文和部分数据报文，辅信道发送其他报文。
同样，现有的802.11ac有三种频宽模式：VHT20、VHT40和VHT80。VHT40相当于两个VHT20的捆绑，VHT80相当于两个VHT40或四个VHT20的捆绑。
大部分的Wi‐Fi物联网设备功能较单一，数据交换量不大，很多时候802.11n/ac的物联网设备只支持较低的频宽模式，而不支持较高的频宽模式。
目前已有的SmartLink/SmartConfig/SmartConnect技术，是手机APP端发送包含Wi‐Fi接入点的名称和密码的UDP广播包或者组播包，Wi‐Fi物联网设备可以接收到该UDP包序列，只要知道UDP包序列的组织形式，就可以通过接收到的UDP包序列得到Wi‐Fi接入点的名称和密码。这种方法的工作原理是Wi‐Fi物联网设备使用Wi‐Fi监听模式，解析收到的Wi‐Fi通信MAC层数据包的MAC头中的MAC地址和MAC层重传标志来进行过滤，并根据MAC头中的MAC包长推测出手机发出的UDP包的包长。但是，上述几种情况下，Wi‐Fi物联网设备无法正确地接收该UDP包的Wi‐Fi MAC层数据包，无法得到该数据包的MAC地址、MAC层重传标志和MAC层包长等信息。
多数情况下Wi‐Fi物联网设备需要将配置信息包整个解调解析出来才可获得配置信息。若以802.11n HT40模式配置仅支持HT20的物联网设备，或802.11ac VHT80模式配置仅支持802.11ac VHT40模式的物联网设备，或802.11ac VHT80/VHT40模式配置仅支持802.11ac VHT20模式的物联网设备，则配置包无法解调。或者当前信道条件较差、接收的物联网设备有MIMO限制/信道编解码限制等，导致配置信息包数据部分无法被正确解调，造成该设备不易配置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种物联网设备的兼容配置方法及系统，通过一组配置信息包的长度差传输配置接入信息，并通过数字能量检测器及长度校验控制器检测物理信道中的配置包的实际持续时间，来校验所得单个配置信息包长度信息。
以下用802.11n HT40模式配置信息包配置仅支持HT20模式设备为例来说明本发明的实现方法
本发明涉及一种物联网设备的兼容配置方法，通过在仅支持802.11n HT20模式的Wi‐Fi无线物联网设备的数字基带解调部分增设能量检测机构以及带有计时器的长度校验机构，当Wi‐Fi无线物联网设备检测到来自主设备的HT40模式的配置信息包包头HT‐SIG域时，启动计时器和能量检测机构，以信道能量达到下限时的计时长度是否符合HT40模式的配置信息包包头HT‐SIG域中长度信息为标准，判断接收是否成功；并在接收成功后，通过计算收到的配置信息包之间的长度差获得所传配置接入信息段，将所收到信息段合并，得到配置接入信息。
所述的主配设备将需要传输给Wi‐Fi物联网设备的接入信息包分成若干个信息段，并以一组配置信息包的长度差来加载分段后的接入信息包。由于Wi‐Fi信息包物理头的HT‐SIG域中的长度信息段为16比特，即单个包长差可传输信息范围为16比特。
所述的信息段的长度设置为小于16比特，若选8比特无符号数，即一个字节，为信息段长度，则对应当传输N个字节时需要传输N+1个配置信息包。所述的配置接入信息，代配置的HT20模式Wi‐Fi物联网设备通过接收一组N+1个HT40配置信息包后，解析出其中物理包头中以双HT20模式，主副双边带相同信息、90度旋转调制的HT‐SIG域，并将HT‐SIG域的长度信息段与之后由数字能量检测器和计时器所得实际物理信号在信道中的持续长度进行对比校验，当接收完N+1个配置信息包后，合并N字节长的长度差即得到接入信息包，即配置接入信息。
根据应用场合，可以设置信息段的长度为小于16比特的任意长度。
所述的主配置设备包括但不限于智能手机。
本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：依次串联的数字能量检测器、长度校验控制器和计时器，其中：数字能量检测器的输入端与模数转换装置的输出端相连并接收信号能量信息，长度校验控制器分别接收来自数字能量检测器的信号能量下降沿以及数字基带解调器接收到的物理包头中的HT‐SIG域中的信息，并输出计时开始信息至计时器。
所述的数字基带解调器包括但不限于待接入的Wi‐Fi物联网设备中的Wi‐Fi802.11n
HT20模式数字基带解调器。
技术效果
与现有技术相比，由于接入信息可能存在两个连续的配置信息包上传输的信息段相同的情况，若无法解析出在MAC包头中以HT‐40模式调制的序列号或重传标志信息，则会造成重传混淆。本发明不直接使用配置信息包长度信息进行配置，而是利用包长差，并对包长差的计算进行调整，即可避免连续配置信息包长相同的情况发生。
附图说明
图1为本发明配置信息原理示意图；
图2为本发明长度校验控制器的工作流程图。
图3为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图3所示，本实施例首先对仅支持Wi‐Fi 802.11n HT20模式的数字基带解调器的待接入的Wi‐Fi物联网设备上额外配置依次串联的数字能量检测器、长度校验控制器和计时器，具体为：数字能量检测器的输入端与模数转换装置的输出端相连并接收信号能量信息，长度校验控制器分别接收来自数字能量检测器的信号能量下降沿以及数字基带解调器接收到的物理包头中的HT-SIG域中的信息，并输出计时开始信息至计时器。
所述的数字能量检测器以4微秒滑窗计算窗内采样信号能量。
所述的计时器检测到HT-SIG域后开启计时器；检测到信道能量下降沿时，读取计时器计时。
如图2所示，本实施例包括以下操作步骤：
1)支持HT40模式的主配设备将有效接入信息按8比特(即1字节)长度分为若干个信息段，得到信息段总个数N。则第i个信息段取值Di，其取值范围为Di∈(0，255)，Di为8比特无符号数。
该分段后的N个数据段加载于N+1个配置信息包之间的N个长度差之上。第一个配置信息包可以以任意允许包长范围内的包长进行传输。
如图1所示，为避免前后k+1个配置信息包中出现长度相同的包，而造成重传混淆，所允许包长范围为最小包长C至最大包长C+(255+offset)·k之间。
2)信息段中任意一个配置信息包长度Li根据该信息段的分段字节取值Di计算得到，具体为：第i个配置数据包的最大16比特包长度Li＝[C+(Σδi)]mod[(255+offset)k+1]，其中：mod为取模运算，δi为9比特无符号数且δi＝Di+offset，δi∈(0+offset，255+offset)，offset为包长差δi与Di的偏置值。
每个配置信息包可以根据具体情况，采用不同的传输模式；该配置信息包中的数据部分为随机数据，不参与判断。
3)单个配置信息包在待配置的Wi-Fi物联网设备端的接收：
如图3所示，当待配置的仅支持HT20模式的Wi-Fi物联网设备的数字基带解调器检测到HT包物理包头中的HT-SIG域，即接收到HT包时，启动长度校验控制器，并将相应的HT-SIG域中的长度信息段提供给长度校验控制器。
4)待配置的Wi-Fi物联网设备中的长度校验控制器根据解调器提供的信息，预估当前包的结束时间，并启动计时器。
5)当待配置设备的信道能量检测器检测到物理信道中信号能量的下降沿时，长度校验控制器读取计时器内容，当计时器计时与长度校验控制器的预估时间在预设的误差范围内，则配置信息包长度校验完成，接收成功；否则配置信息包长度校验失败，控制器继续等待数字基带解调器检测到HT-SIG域。
所述的预设的误差范围是指：针对单个配置信息包，当实际物理信道上信号的持续时间与物理包头中读出时间之间的误差小于误差范围时，判断其相符合，否则判断物理包头中读出时间接收有误，同时该配置信息包不参与长度差计算。
6)当待配置设备完成N+1个配置信息包接收后，相邻两个配置信息包的长度差，得到N个长度差值，即N个字节的接入信息，将所有长度差值合并即得到配置接入信息。
通过上述方式，可以使得仅支持802.11n HT20模式的Wi‐Fi物联网设备通过接收HT40模式的包完成配置。
同样在802.11ac设备中，在信道条件较差，无法进行VHT较大带宽数据传输的情况下，类似的利用包长差的接入信息传输机制也可以应用于802.11ac物联网设备的配置。此时，信息段加载于前后两个配置信息包的VHT‐SIG‐B域的包长信息的差值中。
1)802.11ac的Wi‐Fi物联网设备仅以VHT20模式接收VHT40模式或VHT80模式的配置信息包，完成接入信息配置。
2)802.11ac的Wi‐Fi物联网设备以VHT40模式接收VHT80模式的配置信息包，完成接入信息配置。
而且以下几种情况也可以完成Wi‐Fi物联网设备的配置：
1)主配设备发送多天线MIMO模式的数据包，Wi‐Fi物联网设备不支持MIMO的情况；
2)主配设备以较高调制模式调制数据包，但是信道条件较差，接收端的信噪比不支持对该调制模式的解调；
3)主配设备在数据部分采用LDPC(低密度奇偶校验码)信道编码，Wi‐Fi物联网设备不支持对LDPC的解码。
以上情况皆不影响对于802.11n配置信息包物理包头HT‐SIG域或802.11ac配置信息包物理包头VHT‐SIG‐B域的解调，亦不影响数字能量检测器、长度校验控制器和计时器对于物理信道中配置包持续长度的监听检验，因此可以顺利完成配置过程。

Claims (8)

1.一种物联网设备的兼容配置方法，其特征在于，通过在Wi-Fi物联网设备的数字基带解调部分增设能量检测机构以及带有计时器的长度校验机构，当Wi-Fi物联网设备检测到来自主设备的配置信息包包头HT-SIG域或VHT-SIG-B域时，启动计时器和能量检测机构，以信道能量达到下限时的计时长度是否符合更高频带模式配置信息包包头HT-SIG域或VHT-SIG-B域中长度信息为标准，判断接收是否成功；并在接收成功后，通过计算收到的配置信息包之间的长度差获得所传配置接入信息段，将所收到信息段合并，得到配置接入信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的信息段的长度设置为小于16比特。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的信息段的长度为8比特无符号数，即一个字节，对应当传输N个字节时需要传输N+1个配置信息包。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的配置接入信息，当信息段的长度为8比特无符号数时，通过接收一组配置信息包后，解析出其中以较低速率模式调制的HT-SIG域或VHT-SIG-B域，并将HT-SIG域或VHT-SIG-B域的长度信息段与数字能量检测器和计时器所得实际物理信号在信道中的持续长度进行对比校验，当接收完多个配置信息包后合并即得到接入信息包，即配置接入信息。
5.根据权利要求1或2或4所述的方法，其特征是，所述的信息段中任意一个配置信息包长度Li根据该信息段的分段字节取值Di计算得到，具体为：第i个配置数据包的最大16比特包长度Li＝[C+(∑δi)]mod[(255+offset)k+1]，其中：mod为取模运算，Di为第i个信息段取值，Di为8比特无符号数，其取值范围为Di∈(0,255)；δi为9比特无符号数且δi＝Di+offset，δi∈(0+offset,255+offset)；offset为包长差δi与Di的偏置值，C为最小包长，k为配置信息包的个数。
6.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：依次串联的数字能量检测器、长度校验控制器和计时器，其中：数字能量检测器的输入端与模数转换装置的输出端相连并接收信号能量信息，长度校验控制器分别接收来自数字能量检测器的信号能量下降沿以及数字基带解调器接收到的HT-SIG域或VHT-SIG-B域，并输出计时开始信息至计时器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的数字能量检测器以4微秒滑窗计算窗内采样信号能量。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的计时器检测到HT-SIG域或VHT-SIG-B域后开启计时器；检测到信道能量下降沿时，读取计时器计时。
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