CN106304303B - 一种适用于wia-pa无线网络的功率调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于WIA‑PA无线网络的功率调整方法，首先组建WIA‑PA无线网络；判断当前WIA‑PA无线网络周期为长周期，则根据WIA‑PA无线网络长周期功率调整方法完成功率调整；如果当前WIA‑PA无线网络周期为短周期，则根据WIA‑PA无线网络短周期功率调整方法完成功率调整。本发明实现对网络内无线设备的功率调整与控制，保证了通信链路的稳定，节省能耗，在不同温度环境下均衡能耗，延长网络内电池供电无线设备的使用寿命，降低不同WIA‑PA无线网络间或者WIA‑PA无线网络对其他使用2.4GHzISM频段的无线网络间的干扰。

Description

一种适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法
技术领域
本发明涉及通信领域中的工业无线传感网络技术，具体地说是一种适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法。
背景技术
工业无线传感网络技术被广泛应用于工业现场中。目前主要的工业无线传感网络技术WIA-PA无线网络、Bluetooth、WIFI、Zigbee、WirelessHART以及其他私有协议无线网络均使用2.4GHzISM自由频段。而2.4GHz ISM自由频段频率资源有限，导致WIA-PA无线网络、WirelessHART采用CSMA-CA载波监听多路访问/冲突避免方法和TDMA时分多址接入技术来扩展通信资源，避免干扰；Bluetooth、WIFI、Zigbee以及其他私有协议无线网络仅使用CSMA-CA载波监听多路访问/冲突避免方法来避免干扰。虽然通过相应的介质访问控制协议可以避免干扰，但是如此多的网络共用有限的频率资源，干扰的概率非常大，数据成功率低，将严重影响网络数据的实时性。
为了保证各自网络的可用性，通过提高发射功率的方式来提高接收信噪比SNR的方式进而提高数据接收成功率可以作为解决现场干扰的一种手段，但是这样除了增加网络内部的无线设备能量消耗、电池供电设备的电池使用寿命下降、增加人工维护、提高维护费用、降低网络的易用性外，还将导致共存的其他工业无线传感网络干扰的增加，相应网络性能更加不稳定，甚至无法使用。
工业无线传感网络中的无线设备的射频参数指标随高低温的变化大。在工业现场设备的工作温度范围为-40℃-+85℃，对于采用了射频前端的无线设备，-40℃的发射功率较+85℃时要高达6dB左右，-40℃的信号接收灵敏度较+85℃时要高达4dB左右。这样的无线设备链路预算随温度的变化将达到10dB左右，网络内两个无线设备-40℃下的通信距离较+85℃将大一倍以上，严重影响了通信链路的稳定。在低温-40℃环境下稳定工作的网络随温度的上升可能导致网络稳定性的下降，数据成功率的下降，甚至无法通信。
工业无线传感网络中的无线设备的射频参数指标随高低温的变化进而影响设备的能量消耗，低温-40℃的能耗相对高温+85℃高出1/3甚至1/2。工业无线传感网络中无线设备由于环境制约使用电池供电的设备居多，电池多采用容量型电池，该电池的特点是相同放电电流下低温-40℃电池容量约为高温+85℃时的一半，这样将直接影响电池设备的使用寿命。
发明内容
针对上述现有技术中对其他网络干扰大、电池使用寿命低、环境温度对通信链路的影响导致的链路不稳定等技术缺陷，本发明提供一种适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，实现对网络内无线设备的功率调整与控制，保证了通信链路的稳定，节省能耗，在不同温度环境下均衡能耗，延长网络内电池供电无线设备的使用寿命，降低不同WIA-PA无线网络间或者WIA-PA无线网络对其他使用2.4GHzISM频段的无线网络间的干扰。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，首先组建WIA-PA无线网络；当功率调整事件触发，判断当前功率调整事件为长周期功率调整事件，则根据WIA-PA无线网络长周期功率调整方法完成功率调整；如果判断当前功率调整事件为短周期功率调整事件，则根据WIA-PA无线网络短周期功率调整方法完成功率调整。
所述短周期为一个固定时间周期T1，或完成固定报文交互个数N所需要的时间T2；所述长周期由多个短周期组成的时间周期。
所述WIA-PA无线网络长周期功率调整方法包括以下步骤：
步骤1：子节点设备、父节点设备启动长周期功率调整定时以及功率调整参数统计；
步骤2：当功率调整参数统计定时到达，子节点设备和父节点设备相互发送功率调整报文，各自统计功率调整统计信息并计算；
步骤3：子节点设备将统计计算的接收成功率分别与第一接收成功率阈值、第二接收成功率阈值和第三接收成功率阈值比较，生成对应父节点设备的功率调整报文；父节点设备按照功率调整命令、功率调整属性、功率步进值来决定射频任务应当使用的发射功率寄存器取值，根据限制最大发射功率方法调整下一个功率调整周期的发射功率；
步骤4：父节点设备将统计计算的接收成功率分别与第一接收成功率阈值、第二接收成功率阈值和第三接收成功率阈值比较，生成对应子节点设备的功率调整报文；父节点设备统计完成所有子节点设备的功率调整报文后下发到子节点设备；子节点设备按照功率调整命令、功率调整属性、功率步进值来决定射频任务应当使用的发射功率寄存器取值，根据限制最大发射功率方法调整下一个功率调整周期的发射功率。
所述功率调整报文包括以下生成方法：
节点设备判断如果接收成功率大于第一接收成功率阈值，则功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果接收成功率大于第二接收成功率阈值小于第一接收成功率阈值，则功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果接收成功率大于第三接收成功率阈值小于第二接收成功率阈值，则功率调整命令为不启动，功率调整属性为空；
否则判断，如果接收成功率小于第三接收成功率阈值，则功率调整命令为启动，功率调整属性为向上调整；
比较接收信号强度与接收信号强度阈值，如果接收信号强度大于接收信号强度阈值的i％，则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度小于接收信号强度阈值的i％但是大于接收信号强度阈值，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率；生成功率调整报文。
所述WIA-PA无线网络短周期功率调整方法包括以下步骤：
步骤1：子节点设备、父节点设备启动短周期功率调整定时和链路质量统计；
步骤2：当定时到达，子节点设备或父节点设备根据统计的链路质量的值判断如果链路质量大于第一阈值，则链路质量为优，功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果链路质量大于第二阈值小于第一阈值，则链路质量为良，功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果链路质量大于第三阈值小于阈值，则链路质量为中，功率调整命令为不启动、功率调整属性为空；如果链路质量小于第三阈值，则链路质量为差，功率调整命令为启动、功率调整属性为向上调整；
步骤3：比较接收信号强度与接收信号强度阈值，如果接收信号强度大于接收信号强度阈值的j％，则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPSL调整发射功率；如果接收信号强度小于接收信号强度阈值的j％但是大于接收信号强度阈值，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPSS调整发射功率；
步骤4：节点设备统计功率调整报文信息，相应的节点设备将功率调整报文发送回节点设备，节点设备按照功率调整命令、功率调整属性、功率步进值来决定射频任务应当使用的发射功率寄存器取值，根据限制最大发射功率方法调整下一个功率调整周期的发射功率。
所述功率调整报文包括功率调整命令、功率调整属性、功率调整方法和功率调整步进。
所述限制最大发射功率方法包括以下步骤：
下达射频任务，判断节点设备所处网络拓扑中的角色，如果为父节点设备，则获取当前通信的子节点设备的编号，查找父节点设备发射功率，并获取上一次发射报文使用的发射功率值；如果不是父节点设备，则直接获取上一次发射报文使用的发射功率值；
判断功率调整命令是否为开启状态，如果未开启则采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文；
如果功率调整命令开启，则判断功率调整属性是否为向下调整；如果不是向下调整，则获取最近一次向下调整功率的步进值，计算应当使用发射功率值，判断当前计算值是否大于最大允许功率；如果是，则采用最大允许功率作为发射功率值；如果不是，则使用当前计算功率作为发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文；
如果开启功率调整命令，且功率调整属性为向下调整，则判断功率调整方法是否为短周期功率调整；如果是，则判断功率调整步进是否为长步进；如果是长步进，则使用功率调整步进值ΔPSL计算发射功率值；如果不是，则使用功率调整步进值ΔPSS计算发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文；
如果开启功率调整命令，且功率调整属性为向下调整，判断功率调整方法不是短周期功率调整，则判断功率调整步进是否为长步进；如果是长步进，则使用功率调整步进值ΔPLL计算发射功率值；如果不是，则使用功率调整步进值ΔPLS计算发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文。
所述构建WIA-PA无线网络包括：
WIA-PA无线网络网关与WIA-PA无线路由设备组成MESH网络；WIA-PA无线路由设备与WIA-PA无线网络节点设备组成星型网络；
具有单一目的地址的网络内无线设备为子节点设备，具有多目的地址的网络内无线设备为父节点设备；
由子节点设备到父节点设备的通信链路为上行链路，由父节点设备到子节点设备的通信链路为下行链路。
所述功率调整统计信息包括接收信号强度平均值、链路质量平均值、接收CRC错误的总包数、CRC错误的报文值、接收总包数、接收成功总包数、第一链路质量阈值、第二链路质量阈值和第三链路质量阈值。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过对WIA-PA无线网络内的设备进行功率调整，可以降低网络内无线设备的能量消耗，提高电池的放电容量，延长网络内无线设备的电池使用寿命。
2.本发明通过对WIA-PA无线网络内的设备进行功率调整，可以消除环境温度变化对无线射频参数的影响，保证了通信链路的稳定可靠。
3.本发明通过对WIA-PA无线网络内的设备进行功率调整，可以降低不同WIA-PA无线网络间或者WIA-PA无线网络对其他使用2.4GHzISM频段的无线网络间的干扰，网络共存性好。
附图说明
图1是本发明的WIA-PA无线网络拓扑图；其中，100为WIA-PA无线网络网关、101为第一WIA-PA无线路由设备、102为第一WIA-PA无线网络节点设备、103为第二WIA-PA无线网络节点设备、104为第nWIA-PA无线网络节点设备、105为第二WIA-PA无线路由设备、106为第nWIA-PA无线路由设备；
图2是本发明的功率调整参数交互报文信息图；
图3是本发明的功率调整统计信息图；
图4是本发明的功率调整报文信息；
图5是本发明的WIA-PA无线网络长周期功率调整方法流程图；
图6是本发明的功率调整报文生成流程图；
图7是本发明的WIA-PA无线网络短周期功率调整方法流程图；
图8是本发明的WIA-PA无线通信模块限制最大发射功率方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1本发明的WIA-PA无线网络拓扑图。WIA-PA无线网络拓扑为MESH网络和星形网络的混合网络，网关设备、路由设备之间组成MESH网络，路由设备和节点设备之间组成星形网络。报文由节点设备发出、经由路由设备、发往网关设备的通信链路或由路由设备发出发往网关设备的通信链路为上行链路；报文由网关设备发出、经由路由设备、发往节点设备的通信链路或由网关设备发出、发往路由设备的通信链路为下行链路。
子节点设备为具有单一目的地址的网络内无线设备，父节点设备为多目的地址的网络内无线设备。其中节点设备和路由设备通信，节点设备为子节点设备，路由设备为父节点设备；路由设备和网关设备通信，路由设备为子节点设备，网关设备为父节点设备；路由设备和路由设备通信，下行链路的目的地址设备为子节点设备，上行链路的目的地址路由设备为父节点设备。
100为WIA-PA无线网络网关，101为WIA-PA无线网络路由设备1，105为WIA-PA无线网络路由设备2,106为WIA-PA无线网络路由设备n,102为WIA-PA无线网络节点设备1,103为WIA-PA无线网络节点设备2,104为WIA-PA无线网络节点设备n。100和101、105、106之间组成MESH网络，射频报文从101发射到100、105发射到100、106发射到100的通信链路为上行链路；射频报文从100发射到101、100发射到105、100发射到106的通信链路为下行链路；100为101、105、106的父节点设备，101、105、106为100的子节点设备；射频报文从101发射到105、105发射到106的通信链路为上行链路；射频报文从105发射到101、106发射到105的通信链路为下行链路；虽然101、105、106同为路由设备但是105为101的父节点设备，101为105的子节点设备；106为105的父节点设备，105为106的子节点设备。
101和102、103、104之间组成星形网络，射频报文从101发射到102、101发射到103、101发射到104的通信链路为下行链路；射频报文从102发射到101、103发射到101、104发射到101的通信链路为上行链路；101为102、103、104的父节点设备，102、103、104为101的子节点设备；同样105、106和与其组成星形网的节点设备的节点类型划分参照101和与其组成星形网的节点设备的节点类型划分规则。
图2为本发明的功率调整参数交互报文信息。功率调整参数交互报文信息包括：发射功率、发射总包数。对于子节点设备只需要统计上一个功率调整统计周期内子节点设备发射射频报文的发射功率的平均值即可， 为发射功率平均值、TxPower为每包射频报文的发射功率、Ntx为发送的总包数。对于父节点设备需要分别统计上一个功率调整统计周期内与不同子节点设备进行射频无线报文发射的发射功率和发射总包数。如果父节点设备下面有n个子节点设备，则父节点设备统计的子节点设备的功率调整参数交互报文信息见表1。
表1、父节点设备统计的子节点设备的功率调整参数交互报文信息表
图3本发明的功率调整统计信息。功率调整统计信息包括接收信号强度RSSI平均值、链路质量LQI平均值、接收CRC错误的总包数NCRC、CRC错误的报文的LQI值LQICRC、接收总包数Nrx、接收成功总包数Nrx-z、LQI阈值a、LQI阈值b、LQI阈值c。对于子节点设备需要统计上一个功率调整统计周期内父节点设备发射来的射频报文接收信号强度RSSI值、链路质量LQI值、接收CRC错误的总包数、CRC错误的报文的LQI值、接收成功总包数，并计算RSSI平均值、LQI平均值、LQI阈值。
为接收信号强度RSSI的平均值、rssi为每包父节点设备发射来的射频报文接收信号强度RSSI值、Nrx为子节点设备接收父节点设备的总包数。
为链路质量LQI的平均值、lqi为每包父节点设备发射来的射频报文链路质量LQI值、Nrx为子节点设备接收父节点设备的总包数。
接收CRC错误的总包数NCRC与接收总包数Nrx的比值确定三个比值a、b、c，分别统计a对应的CRC错误的报文的LQI值LQICRC最小值、b对应的CRC错误的报文的LQI值LQICRC最小值、c对应的CRC错误的报文的LQI值LQICRC最小值。取LQICRC-a为LQI的第一个阈值记为LQItha、取LQICRC-b为LQI的第二个阈值记为LQIthb、取LQICRC-c为LQI的第三个阈值记为LQIthc。
对于父节点设备需要统计上一个功率调整统计周期内子节点设备发射来的射频报文接收信号强度RSSI值、链路质量LQI值、接收CRC错误的总包数、CRC错误的报文的LQI值、接收成功总包数，并计算RSSI平均值、LQI平均值、LQI阈值。如果父节点设备下面有n个子节点设备，则父节点设备统计的子节点设备的功率调整统计信息见表2。
表2、父节点设备统计的子节点设备的功率调整统计信息表
功率调整参数交互报文中的发射总包数和功率调整统计信息中的接收成功总包数用来计算接收成功率。子节点设备统计的接收成功率为RSR为接收成功率、Nrx-ε为子节点设备接收成功总包数、Ntx为父节点设备发射总包数；父节点设备对应子节点设备统计的接收成功率RSR为接收成功率、Nrx-ε为父节点设备接收成功总包数、Ntx为子节点设备发射总包数。
图4为本发明的功率调整报文信息。功率调整报文信息包括：功率调整命令、功率调整属性、功率调整步进。功率调整命令分为启动调整和不启动调整两种命令；功率调整属性分为向上调整、向下调整两种属性；功率调整方法分为周期功率调整方法、短周期功率调整方法；功率调整步进分为两种步进，一种为长步进，一种为短步进。对于子节点设备收到父节点设备的功率调整报文后按照报文信息的内容，约定的规则调整下一个功率调整周期(或快速功率调整周期)的发射功率；对于父节点设备收到各个字节点设备的功率调整报文后，按照报文信息的内容，约定的规则针对不同节点设备分别调整下一个功率调整周期的发射功率。
图5为本发明的WIA-PA无线网络功率长周期功率调整方法流程图，为WIA-PA无线网络内设备包含子节点设备和父节点设备的长周期功率调整过程。首先节点设备应当先组建WIA-PA无线网络，节点设备根据自身在网络拓扑中的位置生成角色，即为子节点设备还是父节点设备，启动长周期功率调整定时及功率调整参数统计。统计定时到达，子节点设备和父节点设备交互功率调整报文，并各自统计信息并计算。子节点设备将统计计算的接收成功率RSR分别与接收成功率阈值RSRth1、RSRth2、RSRth3比较并根据WIA-PA无线网络长周期功率调整方法中的功率调整报文生成流程生成对应父节点设备的功率调整报文。父节点设备按照功率调整报文指示根据WIA-PA无线通信模块限制最大发射功率方法流程调整下一个功率调整周期的发射功率。由于父节点设备对应多个子节点设备，父节点设备会收到不同子节点设备的功率调整报文，父节点设备将各个子节点发送来的功率调整报文汇总，最终形成父节点设备发射功率表见表3，在父节点设备同各个子节点设备的通信过程中分别进行功率调整。
表3、父节点设备发射功率表
参量 子节点设备1 子节点设备2 -- 子节点设备n
发射功率 TxPower<sub>1</sub> TxPower<sub>2</sub> -- TxPower<sub>n</sub>
父节点设备将针对不同的节点设备分别统计计算的接收成功率RSR分别与接收成功率阈值RSRth1、RSRth2、RSRth3比较并根据WIA-PA无线网络长周期功率调整方法中的功率调整报文生成流程生成对应子节点设备的功率调整报文。子节点设备按照功率调整报文指示根据WIA-PA无线通信模块限制最大发射功率方法流程调整下一个功率调整周期的发射功率。
图6为本发明的WIA-PA无线网络长周期功率调整方法中的功率调整报文生成流程图，详细描述功率调整报文的生成机制。首先子(父)节点设备根据统计的接收成功率RSR的值判断如果RSR大于RSRth1，功率调整命令为启动、功率调整属性为向下调整；如果RSR大于RSRth2小于RSRth1，功率调整命令为启动、功率调整属性为向下调整；如果RSR大于RSRth3小于RSRth2，功率调整命令为不启动、功率调整属性为空；如果RSR小于RSRth3，功率调整命令为启动、功率调整属性为向上调整；然后根据接收信号强度统计的RSSI与RSSI阈值RSSIth进行比较，如果接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth的i％，则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度RSSI小于接收信号强度阈值RSSIth的i％但是大于接收信号强度阈值，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率。通过以上流程子(父)节点设备将功率调整报文信息中的功率调整命令、功率调整属性、功率调整步进全部统计完毕。
针对接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth的i％的取值，我们有如下的实施例：当在无其他同/邻频干扰时，RSSIth采用接收灵敏度-100dBm+5dB的取值即-95dBm，接收灵敏度的大小取决于子(父)节点设备所使用的无线通信模块的射频指标，i的取值取120；如果接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth(-95dBm)的120％，即-76dBm则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度RSSI小于接收信号强度阈值RSSIth(-95dBm)的120％，即-76dBm但是大于接收信号强度阈值RSSIth(-95dBm)，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率。
当存在其他同/邻频干扰时，RSSIth采用接收灵敏度-100dBm+10dB的取值即-90dBm，接收灵敏度的大小取决于子(父)节点设备所使用的无线通信模块的射频指标，i的取值取130；如果接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth(-90dBm)的130％，即-63dBm则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度RSSI小于接收信号强度阈值RSSIth(-90dBm)的130％，即-63dBm但是大于接收信号强度阈值RSSIth(-90dBm)，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率。
不同应用场景下i的取值会进行适当的调整以满足网络稳定性的要求。
图7为本发明的WIA-PA无线网络功率短周期功率调整方法流程图，为WIA-PA无线网络内设备包含子节点设备和父节点设备的短周期快速功率过程。首先子节点设备、父节点设备启动快速功率调整周期TS定时和LQI统计，当快速功率调整周期TS定时到达，子(父)节点设备根据统计的链路质量LQI的值判断如果链路质量LQI大于阈值LQIth1，链路质量为优，功率调整命令为启动、功率调整属性为向下调整；如果链路质量LQI大于阈值LQIth2小于阈值LQIth1，链路质量为良，功率调整命令为启动、功率调整属性为向下调整；如果链路质量LQI大于阈值LQIth3小于阈值LQIth2，链路质量为中，功率调整命令为不启动、功率调整属性为空；如果链路质量LQI小于阈值LQIth3，链路质量为差，功率调整命令为启动、功率调整属性为向上调整；然后根据接收信号强度统计的RSSI与RSSI阈值RSSIth进行比较，如果接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth的j％，则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPSL调整发射功率；如果接收信号强度RSSI小于接收信号强度阈值RSSIth的j％但是大于接收信号强度阈值，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPSS调整发射功率。通过以上流程子(父)节点设备将功率调整报文信息中的功率调整命令、功率调整属性、功率调整步进全部统计完毕。父(子)节点设备将功率调整报文发送到子(父)节点设备，父(子)节点设备按照功率调整报文指示调整下一个快速功率调整周期TS的发射功率。
针对接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth的j％的取值，我们有如下的实施例：当在无其他同/邻频干扰时，RSSIth采用接收灵敏度-100dBm+5dB的取值即-95dBm，接收灵敏度的大小取决于子(父)节点设备所使用的无线通信模块的射频指标，j的取值取110；如果接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth(-95dBm)的110％，即-85.5dBm则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度RSSI小于接收信号强度阈值RSSIth(-95dBm)的110％，即-85.5dBm但是大于接收信号强度阈值RSSIth(-95dBm)，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率。
当存在其他同/邻频干扰时，RSSIth采用接收灵敏度-100dBm+10dB的取值即-90dBm，接收灵敏度的大小取决于子(父)节点设备所使用的无线通信模块的射频指标，j的取值取120；如果接收信号强度RSSI大于接收信号强度阈值RSSIth(-90dBm)的120％，即-72dBm则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度RSSI小于接收信号强度阈值RSSIth(-90dBm)的120％，即-72dBm但是大于接收信号强度阈值RSSIth(-90dBm)，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率。
不同应用场景下j的取值会进行适当的调整以满足网络稳定性的要求。
图8为本发明的WIA-PA无线通信模块限制最大发射功率方法流程图，WIA-PA无线网络内设备包含子节点设备和父节点设备根据功率调整报文的指示调整发射功率并根据最大允许发射功率限制最大发射功率的过程。首先当射频任务下达时，WIA-PA无线网络内设备根据自身在网络拓扑中的角色判断是子节点设备还是父节点设备；如果是父节点设备，则获取当前通信的子节点设备的编号，查找父节点设备发射功率列表见表3，获取上一次发射报文使用的发射功率值；如果是子节点设备，则直接获取上一次发射报文使用的发射功率值；判断功率调整命令是否开启，如果未开启则采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表见表4中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文后结束该流程。
最大发射功率受限于当地法律法规的要求同时也受限于子(父)节点设备的最大允许功耗要求。本实施例中最大允许发射功率为20dBm，在低温-40摄氏度考虑到功耗的要求最大发射功率为18dBm。
表4为本发明的WIA-PA无线通信模块温度、功率、寄存器值对应表。
如果开启功率调整命令，判断功率调整属性是否为向下调整；如果不是向下调整，则获取最近一次向下调整功率的步进值，计算应当使用发射功率值，判断当前计算值是否大于最大允许功率；如果是，则采用最大允许功率作为发射功率值；如果不是，则使用当前计算功率作为发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表见表4中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文后结束该流程。
如果开启功率调整命令，且功率调整属性为向下调整，判断功率调整方法是否为快速调整；如果是，则判断功率调整步进是否为长步进；如果是长步进，则使用功率调整步进值ΔPSL计算发射功率值；如果不是，则使用功率调整步进值ΔPSS计算发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表见表4中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文后结束该流程。
如果开启功率调整命令，且功率调整属性为向下调整，判断功率调整方法是否为快速调整；如果不是，则判断功率调整步进是否为长步进；如果是长步进，则使用功率调整步进值ΔPLL计算发射功率值；如果不是，则使用功率调整步进值ΔPLS计算发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表见表4中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文后结束该流程。

Claims (7)

1.一种适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于，首先组建WIA-PA无线网络；当功率调整事件触发，判断当前功率调整事件为WIA-PA无线网络长周期功率调整事件，则根据WIA-PA无线网络长周期功率调整方法完成功率调整；如果判断当前功率调整事件为WIA-PA无线网络短周期功率调整事件，则根据WIA-PA无线网络短周期功率调整方法完成功率调整；
所述WIA-PA无线网络长周期功率调整方法包括以下步骤：
步骤1：子节点设备、父节点设备启动长周期功率调整定时以及功率调整参数统计；
步骤2：当功率调整参数统计定时到达，子节点设备和父节点设备相互发送功率调整报文，各自统计功率调整统计信息并计算；
步骤3：子节点设备将统计计算的接收成功率分别与第一接收成功率阈值、第二接收成功率阈值和第三接收成功率阈值比较，生成对应父节点设备的功率调整报文；父节点设备按照功率调整命令、功率调整属性、功率步进值来决定射频任务应当使用的发射功率寄存器取值，根据限制最大发射功率方法调整下一个功率调整周期的发射功率；
步骤4：父节点设备将统计计算的接收成功率分别与第一接收成功率阈值、第二接收成功率阈值和第三接收成功率阈值比较，生成对应子节点设备的功率调整报文；父节点设备统计完成所有子节点设备的功率调整报文后下发到子节点设备；子节点设备按照功率调整命令、功率调整属性、功率步进值来决定射频任务应当使用的发射功率寄存器取值，根据限制最大发射功率方法调整下一个功率调整周期的发射功率；
所述WIA-PA无线网络短周期功率调整方法包括以下步骤：
步骤1：子节点设备、父节点设备启动短周期功率调整定时和链路质量统计；
步骤2：当定时到达，子节点设备或父节点设备根据统计的链路质量的值判断如果链路质量大于第一阈值，则链路质量为优，功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果链路质量大于第二阈值小于第一阈值，则链路质量为良，功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果链路质量大于第三阈值小于第二阈值，则链路质量为中，功率调整命令为不启动、功率调整属性为空；如果链路质量小于第三阈值，则链路质量为差，功率调整命令为启动、功率调整属性为向上调整；
步骤3：比较接收信号强度与接收信号强度阈值，如果接收信号强度大于接收信号强度阈值的j％，则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPSL调整发射功率；如果接收信号强度小于接收信号强度阈值的j％但是大于接收信号强度阈值，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPSS调整发射功率；
步骤4：节点设备统计功率调整报文信息，相应的节点设备将功率调整报文发送回节点设备，节点设备按照功率调整命令、功率调整属性、功率步进值来决定射频任务应当使用的发射功率寄存器取值，根据限制最大发射功率方法调整下一个功率调整周期的发射功率。
2.根据权利要求1所述的适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于：所述短周期为一个固定时间周期T1，或完成固定报文交互个数N所需要的时间T2；所述长周期由多个短周期组成的时间周期。
3.根据权利要求1所述的适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于：所述功率调整报文包括以下生成方法：
节点设备判断如果接收成功率大于第一接收成功率阈值，则功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果接收成功率大于第二接收成功率阈值小于第一接收成功率阈值，则功率调整命令为启动，功率调整属性为向下调整；
否则判断，如果接收成功率大于第三接收成功率阈值小于第二接收成功率阈值，则功率调整命令为不启动，功率调整属性为空；
否则判断，如果接收成功率小于第三接收成功率阈值，则功率调整命令为启动，功率调整属性为向上调整；
比较接收信号强度与接收信号强度阈值，如果接收信号强度大于接收信号强度阈值的i％，则功率步进为长步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLL调整发射功率；如果接收信号强度小于接收信号强度阈值的i％但是大于接收信号强度阈值，则功率步进为短步进，调整端采用功率调整步进值ΔPLS调整发射功率；生成功率调整报文。
4.根据权利要求1或3任一项所述的适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于：所述功率调整报文包括功率调整命令、功率调整属性、功率调整方法和功率调整步进。
5.根据权利要求1所述的适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于：所述限制最大发射功率方法包括以下步骤：
下达射频任务，判断节点设备所处网络拓扑中的角色，如果为父节点设备，则获取当前通信的子节点设备的编号，查找父节点设备发射功率，并获取上一次发射报文使用的发射功率值；如果不是父节点设备，则直接获取上一次发射报文使用的发射功率值；
判断功率调整命令是否为开启状态，如果未开启则采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文；
如果功率调整命令开启，则判断功率调整属性是否为向下调整；如果不是向下调整，则获取最近一次向下调整功率的步进值，计算应当使用发射功率值，判断当前计算值是否大于最大允许功率；如果是，则采用最大允许功率作为发射功率值；如果不是，则使用当前计算功率作为发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文；
如果开启功率调整命令，且功率调整属性为向下调整，则判断功率调整方法是否为短周期功率调整；如果是，则判断功率调整步进是否为长步进；如果是长步进，则使用功率调整步进值ΔPSL计算发射功率值；如果不是，则使用功率调整步进值ΔPSS计算发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文；
如果开启功率调整命令，且功率调整属性为向下调整，判断功率调整方法不是短周期功率调整，则判断功率调整步进是否为长步进；如果是长步进，则使用功率调整步进值ΔPLL计算发射功率值；如果不是，则使用功率调整步进值ΔPLS计算发射功率值；然后采样当前工作温度，在温度、功率、寄存器对应表中利用区间查找的方法获取收发器的控制寄存器值，并设置收发器的控制寄存器，发送射频报文。
6.根据权利要求1所述的适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于：所述组建WIA-PA无线网络包括：
WIA-PA无线网络网关与WIA-PA无线路由设备组成MESH网络；WIA-PA无线路由设备与WIA-PA无线网络节点设备组成星型网络；
具有单一目的地址的网络内无线设备为子节点设备，具有多目的地址的网络内无线设备为父节点设备；
由子节点设备到父节点设备的通信链路为上行链路，由父节点设备到子节点设备的通信链路为下行链路。
7.根据权利要求1所述的适用于WIA-PA无线网络的功率调整方法，其特征在于：所述功率调整统计信息包括接收信号强度平均值、链路质量平均值、接收CRC错误的总包数、CRC错误的报文值的LQI值、接收总包数、接收成功总包数、第一链路质量阈值、第二链路质量阈值和第三链路质量阈值。
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