CN106533623B - 跨协议通信方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种跨协议通信方法及装置，属于通信技术领域。方法包括：对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比；根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。本发明通过根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。由于不需要第三方进行数据转发，不存在转发导致的延时性，从而节约了传输成本的同时，可以使得数据传输的实时性较好。另外，由于可根据信噪比实时调整能级数及时间窗口长度，从而能够保证较低误码率的前提下，优化数据传输率，提高通信系统的有效吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种跨协议通信方法及装置。
背景技术
随着物联网的蓬勃发展，各种各样的无线设备大量出现。由于无线设备之间所使用的无线网络协议通常并不相同，从而共存于2.4GHz免费频段的无线设备之间会存在严重的频谱竞争和干扰问题。为了实现异质设备之间的数据传输问题，现有的数据传输方法主要是由发送端将数据发送至无线网关。基于无线网关的路由功能，通过无线网关对数据进行协议转换，并将进行协议转换后的数据转发至接收端。接收端通过接收无线网关转发的数据完成与发送端之间的跨协义通信。
在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：由于在通过无线网关实现异质设备之间跨协议通信时，需要预先部署大量的无线网关设备，从而需要较高的硬件成本和维护费用。另外，由于数据需要经由无线网关转发，传输数据时延时性较高，从而导致数据传输的实时性较差。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种跨协议通信方法，该方法包括：
对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比；
根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；
基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；
根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
根据本发明的另一方面，提供了一种跨协议通信装置，该装置包括：
计算模块，用于对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比；
调整模块，用于根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；
检测模块，用于基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；
确定模块，用于根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
本申请提出的技术方案带来的有益效果是：
通过根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比。根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整。基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示。根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。由于跨协议通信过程中，同属无线异质设备的发送端与接收端不需要修改本身的物理层和媒体访问介质层标准，且不需要第三方进行数据转发，从而节约了数据传输的成本。
另外，由于数据是直接以能量形式从发送端传输至接收端，不存在转发导致的延时性，从而使得数据传输的实时性较好。最后，由于在基于能量进行通信的过程中，可根据信噪比实时调整能级数及时间窗口长度，从而能够保证较低误码率的前提下，优化数据传输率，提高通信系统的有效吞吐量。
附图说明
图1为本发明实施例的一种跨协议通信方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的一种通信协议的框架示意图；
图3为本发明实施例的一种跨协议通信方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的一种信号概率密度函数的高斯分布示意图；
图5为本发明实施例的一种信号概率密度函数的高斯分布示意图；
图6为本发明实施例的一种误比特率的变化曲线图；
图7为本发明实施例的一种误符号率的变化直方图；
图8为本发明实施例的一种能量通信过程示意图；
图9为本发明实施例的一种吞吐量及误符号率的变化示意图；
图10为本发明实施例的一种跨协议通信装置的结构示意图；
图11为本发明实施例的一种计算模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
目前常用的三个无线网络技术是WiFi、ZigBee和蓝牙。上述三种不同的无线技术适用于不同的应用场景，如何能够让各种无线技术的数据传输扬长避短，使得整个物联网世界实现万物互联是一个很大的挑战。一方面，WiFi、ZigBee和Bluetooth的工作频段都是2.4GHz免费的ISM(Industrial Scientific Medical，工业科学医疗)频段，在许多场景下，这些异质设备在物理空间中的共存不可避免的会导致各自无线通信系统受到对方的干扰以及相互的信道竞争。另一方面，万物互联的信息时代也需要不同无线设备之间跨协义相互协作来完成数据的传输。因此，这些无线异构设备之间及时高效的数据传输就显得尤为重要。
现有的跨协义通信方法主要是由发送端将数据发送至无线网关。基于无线网关的路由功能，通过无线网关对数据进行协议转换，并将进行协议转换后的数据转发至接收端。接收端通过接收无线网关转发的数据完成与发送端之间的跨协义通信。由于在通过无线网关实现异质设备之间跨协议通信时，需要预先部署大量的无线网关设备，从而需要较高的硬件成本和维护费用。另外，由于数据需要经由无线网关转发，传输数据时延时性较高，从而导致数据传输的实时性较差。
由上述内容可知，不同协议的无线异质设备之间由于物理层和媒体访问介质层之间不兼容，使得无法彼此直接进行解码，进而不能实现数据传输。但是它们之间可以通过检测到的接收信号强度指示，来发现彼此信号的存在。基于该原理，针对现有技术中的问题，本实施例提供了一种跨协义通信方法，该方法应用于接收端。
参见图1，该跨协议通信方法流程包括：101、对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比；102、根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；103、基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；104、根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
本发明实施例提供的方法，通过根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比。根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整。基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示。根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。由于跨协议通信过程中，同属无线异质设备的发送端与接收端不需要修改本身的物理层和媒体访问介质层标准，且不需要第三方进行数据转发，从而节约了数据传输的成本。
另外，由于数据是直接以能量形式从发送端传输至接收端，不存在转发导致的延时性，从而使得数据传输的实时性较好。最后，由于在基于能量进行通信的过程中，可根据信噪比实时调整能级数及时间窗口长度，从而能够保证较低误码率的前提下，优化数据传输率，提高通信系统的有效吞吐量。
作为一种可选实施例，根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比，包括：
根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值及第二能量值；
将第一能量值除以第二能量值，将得到的比值作为任一时间窗口的信噪比。
作为一种可选实施例，根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值，包括：
确定上一时间窗口内能量强度指示大于第一预设阈值的第一采样点；
对每个第一采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第一能量值。
作为一种可选实施例，根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第二能量值，包括：
确定上一时间窗口内能量强度指示小于第二预设阈值的第二采样点；
对每个第二采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第二能量值。
作为一种可选实施例，根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整，包括：
将信噪比与上一时间窗口的前信噪比进行比对，当信噪比大于前信噪比时，增加能级数或缩短时间窗口长度；
当信噪比小于前信噪比时，减少能级数或增大时间窗口长度。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
如图2所示，图2中描述的是WiFi与ZigBee设备之间直接能量通信协议的整体框架。整个系统包含两个部分：发送端和接收端，并且以能量作为新的信息媒介来实现数据的传输。WiFi设备执行IEEE802.11标准，要传送的信息经过编码和调制转换成一系列时间数据包之后经过射频天线发射出去。ZigBee设备执行IEEE 802.15.4标准，虽然无法直接解码出原来数据包的信号，但是ZigBee设备可以检测到接收信号强度指示信号，用以表明接收到的信号强度。如果当前有WiFi信号的传输，那么接收到的信号强度就会明显高于噪声基底和ZigBee本身的信号。所以，可以利用RSSI信号的强弱来进行解调和解码。同理，这样的方式也可以实现从ZigBee到WiFi的数据传输。因此，可以借助信号强度指示能量信号的高低来实现从WiFi到ZigBee之间的通信。
基于上述WiFi与ZigBee设备之间直接能量通信协议的整体框架，本发明实施例以发送端与接收端之间的交互，来对跨协义通信过程进行解释说明。另外，由于跨协义通信中数据的传输通常以时间窗口为单位，为了便于说明，本实施例以任一时间窗口内的通信过程为例。相应地，可根据时间窗口长度来划分不同的时间窗口。参见图3，本实施例提供的方法流程包括：301、根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比；302、根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；303、基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；304、根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
其中，301、根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比。
本实施例提供的方法主要是以能量作为信息媒介，实现跨协义通信。即发送端按照原来的协议标准向接收端发送一系列的数据包，并且将一个时间窗口内的发送结果进行相应的编码，再将编码发送出去。接收端对接收到的信号进行信号强度指示的检测，根据检测到的结果，实现相应的解码。
其中，发送端可发送的编码值由能级数决定。若能级数为M，则发送端可按照(M-1)种发射功率来发送数据包。相应地，在一个时间窗口内可传送编码值的比特位数为k(k＝log2M)。例如，以能级数为4为例。发送端以三种不同的功率发送数据包，三种不同的发送功率代表三种不同的能级，并被编码成11、10及01，不发送数据包的情况被编码成00。由此可见，能级数为4时可传送编码值的比特位数为log24，即两位。另外，发送端在什么时间段向接收端发送编码值可由时间窗口长度决定。
由上述内容可知，发送端发送编码值的过程分别与能级数及时间窗口长度有关。具体地，在编码值比特位数固定的前提下，一段时间内时间窗口长度越短，则时间窗口的个数越多。相应地，一段时间内发送端向接收端传输的数据也越多，数据传输率也越高。其中，编码值比特位数由能级数决定。在时间窗口长度固定的前提下，能级数越大，则一个时间窗口内传输编码值的比特位数也越多。相应地，一个时间窗口内发送端向接收端传输的数据也越多，数据传输率也越高。
由上述简单地分析过程可知，提高能级数与时间窗口长度是提高跨协议通信过程中数据传输率的有效手段。但由于在基于能量的跨协议通信过程中，信道状态通常是不稳定的，数据传输过程中数据可能会出现误码，即接收端解码后得到的解码值与发送端发送的编码值不一致。为了在一个时间窗口内减少误码率，发送端向接收端发送编码值时，可在一个时间窗口内每个采样点都发送相同的编码值，从而提高了接收端解码出正确解码值的概率，进而侧面上提高了数据传输的准确率。例如，在一个时间窗口内10个采样点上都发送编码值1，接收端总能在多个采样点上解码出正确的解码值1。
基于上述内容，当接收端解码值的误码率较高时，可将时间窗口长度变长，从而能让接收端在一个时间窗口内多出几个采样点来采样出正确的解码值，以降低误码率。当接收端解码值的误码率较低时，可将时间窗口长度变短，从而能让接收端在一段时间内多出几个时间窗口，以提高数据传输率。
总之，在能够平衡数据传输率与误码率的前提下，如何调整能级数与时间窗口长度是本实施例的关键点。为了奠定调整能级数的理论基础，现证明数据传输时的误符号率及误比特率，均与能级数及信噪比有关。
其中，误符号率解释如下：对于一个时间窗口内所有采样点，数据出现错误的采样点数量大于或等于总采样点数量一半时所对应的概率。误比特率的解释如下：对于一个时间窗口内一个采样点，数据出现错误的概率。
例如，以能级数为4、一个时间窗口内包含10个采样点为例。对于10个采样点中的一个采样点，若在该采样点上，本来发送端准备传输的编码值为01。但是，接收端解码出来的值却不为01，如解码出来得到00、10和11。此时，一个采样点的编码值被错误解码的概率即为误比特率。
对于误符号率，数据出现错误的采样点数量超过总采样点数量一半所对应的情形包括：5个错误采样点及5个正确采样点、6个错误采样点及4个正确采样点、7个错误采样点及3个正确采样点、8个错误采样点及2个正确采样点、9个错误采样点及1个正确采样点、10个错误采样点及0个正确采样点。上述情形相对于所有可能出现的情况，所对应的概率即为误符号率。
基于上述对误符号率与误比特率的解释，现对数据传输时的误符号率及误比特率，均与能级数及信噪比有关的证明过程进行阐述：
首先，假定当前信道为均值为0、方差为1的加性高斯白噪声信道，则其噪声信号的一维概率密度可定义为如下公式(1)：
其中，为噪声方差，x为噪声信号。
若发送端发送的信号为a，天线增益为1，则接收端接收到的信号就是发送端发送的信号和信道当中噪声信号的叠加。相应地，接收端接收到的噪声信号的一维概率密度可定义为如下公式(2)：
其中，x为接收端接收到的信号，为噪声方差。
上述概率密度函数f0(x)和f1(x)服从高斯分布，如图4和图5所示。其中，b为判决门限，0<b<a。
当判决门限为b，接收端接收到的信号为x时，那么对时间窗口内一个采样点的判决规则如下：
(1)如果x＞b，判决为1
(2)如果x≤b，判决为0
以能级数为2，发送端每次发送的编码值比特位数为1为例。当发送端发送1，接收端错误解码成0的概率为P(0|1)；当发送端发送1，接收端错误解码成0的概率为P(1|0)。其中，P(0|1)与P(1|0)的计算过程可分别如下公式(3)及公式(4)：
其中，erfc(x)可用如下公式(5)表示：
假设发送端发送0和1的概率相等，则接收端的误码率可如下公式(6)所示：
从上述公式(6)可知，对于时间窗口内一个采样点，当能级数为2时，接收端的误码率p与判决门限b和发送端的信号强度a均有关。为了简化公式(6)，可令
相应地，可计算得到：
将上述结果代入到公式(6)，可得到p的修改值，如公式(7)所示：
其中，r代表信噪比。由上述公式(7)可知，对于时间窗口内一个采样点，接收端的误码率p和r有关。
由上述内容可知，发送端在接收端发送编码值时，可以在一个时间窗口内每个采样点都发送相同的编码值，从而提高了接收端解码出正确解码值的概率，进而侧面上提高了数据传输的准确率。基于该原理，以编码值比特位数为1为例，接收端在一个时间窗口内的整体解码规则可如下所示：
(1)如果一个时间窗口内，所有采样点中被判决成1的采样点个数大于或等于总采样点个数的一半，则将这个时间窗口接收到的信号整体解码成1；
(2)如果一个时间窗口内，所有采样点中被判决成1的采样点个数小于总采样点个数的一半，则将这个时间窗口接收到的信号整体解码成0。
基于上述解码规则及上面误符号率的定义，接收端在一个时间窗口内的误符号率可如下公式(8)所示：
其中，m0为一个时间窗口内总采样点个数的一半。q表示解码正确的采样点个数。Pe表示的是能级数为2的情况下，接收端一个时间窗口的误符号率。计算误比特率的过程可如下公式(9)所示：
其中，M为能级数，erfc函数可参考上述公式(5)。
基于误比特率的定义及公式(8)，当能级数为M时，接收端在一个时间窗口的误符号率可如下公式(10)所示：
由上述公式(8)、公式(9)及公式(10)可知，误符号率及误比特率均与信噪比有关。同时，当能级数为M(M>2)时，误比特率与信噪比及能级数有关，误符号率也与信噪比及能级数有关。其中，误比特率、信噪比和能级数三者关系可如图6所示。在图6中，Energy level为能级数，BER(Bit Error Ratio)为误比特率。图6中三条线表示在不同的信噪比下，能级数发生变化时误比特率对应的变化情形。由图6可知，误比特率会随着能级数增加而急剧上升。相应地，误符号率也会跟着上升。例如，当信噪比为1时，若能级数由2变为4，则误比特率由0.2398变为了0.5734。
通过上述证明过程可知，数据传输时的误符号率及误比特率，均与能级数及信噪比有关。因此，对于任一时间窗口，在对能级数及时间窗口长度进行调整之前，在本步骤中需先计算该时间窗口的信噪比。由于信道状态在一段时间内可视为不变，从而在本实施例中可以根据对上一时间窗口的采样结果，计算当前时间窗口的信噪比，本实施例对此不作具体限定。
关于根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比的方式，本实施例对此不作具体限定，包括但不限于：根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值及第二能量值；将第一能量值除以第二能量值，将得到的比值作为任一时间窗口的信噪比。
在根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值时，可采用如下方式：确定上一时间窗口内能量强度指示大于第一预设阈值的第一采样点；对每个第一采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第一能量值。在上述计算第一能量值的过程中，大于第一预设阈值的能量强度指示，可视为上一时间窗口的有用信号。因此，可对每个第一采样点对应的能量强度指示进行统计，得到有用信号所对应的第一能量值。其中，统计方式可以为叠加的方式，本实施例不对统计方式作具体限定。
在根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第二能量值时，可采用如下方式：确定上一时间窗口内能量强度指示小于第二预设阈值的第二采样点；对每个第二采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第二能量值。在上述计算第二能量值的过程中，小于第二预设阈值的能量强度指示，可视为上一时间窗口的噪声信号。因此，可对每个第二采样点对应的能量强度指示进行统计，得到噪声信号所对应的第二能量值。其中，统计方式也可以为叠加的方式，本实施例不对统计方式作具体限定。另外，上述第一预设阈值与第二预设阈值都可以根据实际需求进行设置，本实施例对此不作具体限定。
根据信噪比的定义，可将第一能量值比上第二能量值，从而得到的比值即为任一时间窗口的信噪比。
其中，302、根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整。
本实施例不对根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整的方式作具体限定，包括但不限于：将该信噪比与上一时间窗口的前信噪比进行比对，当该信噪比大于前信噪比时，可增加能级数或缩短时间窗口长度；当该信噪比小于前信噪比时，可减少能级数或增大时间窗口长度。
考虑到当前时间窗口相对于上一时间窗口，若信噪比的变化程度并不太大，则调整能级数或时间窗口长度的意义并不大。为了区分上述情况，在调整能级数及时间窗口长度时，还可以进一步地优化为如下方式：将该信噪比与上一时间窗口的前信噪比进行比对，当该信噪比大于前信噪比且两者差值大于第一预设差值时，可增加能级数或缩短时间窗口长度；当该信噪比小于前信噪比且两者差值小于第二预设差值时，可减少能级数或增大时间窗口长度。其中，上述两种情形下第一预设差值与第二预设差值可以相同，也可以不同，本实施例对此不作具体限定。
需要说明的是，在上述调整方式中，并没有对调整能级数或调整时间窗口长度的先后顺序进行限定。然而实际实施过程中，调整能级数与调整时间窗口长度对于通信系统的增益贡献程度可能会不一样。为了描述调整能级数与调整时间窗口长度时对应的增益贡献度，现引入通信系统的有效吞吐量，其计算公式可如下公式(11)所示：
其中，obj表示通信系统的有效吞吐量，M为能级数，K为时间窗口长度，Pe表示当前时间窗口的误符号率。
在选择对能级数进行调整，还是对时间窗口长度进行调整时，可分别计算调整能级数后的第一有效吞吐量与调整时间窗口长度后的第二有效吞吐量；将第一有效吞吐量与第二有效吞吐量进行比较，根据比较结果选择相应的调整方式。其中，将第一有效吞吐量与第二有效吞吐量进行比较时，可将较大的有效吞吐量所对应的调整方式作为优先的调整方式，本实施例对此不作具体限定。例如，当能级数由M0变为M1时，可在K不变的前提下，将M1代入到公式(11)中计算得到obj_m。当时间窗口长度由K0变为K1时，可在M不便的前提下，将K1代入到公式(11)中计算得到obj_k。当obj_m大于obj_k值时，可先调整能级数。反之，可先调整时间窗口长度。
需要说明的是，上述对能级数进行调整时，可按照2的指数倍进行增大或缩小，本实施例对此不作具体限定。例如，能级数可以为2、4、8、16、32等。在对时间窗口长度进行调整时，可按照如下公式(12)所示：
其中，T为标准时间窗口长度，K为调整后的时间窗口长度。时间窗口长度n、信噪比r与SER(Symbol Error Ratio，误符号率)之间的关系可如图7所示。图7为不同信噪比下，不同时间窗口长度所对应的误符号率的负log值。由图7可知，在信噪比相同的情况下，误符号率会随着时间窗口长度的增加而下降。
为了便于理解，现以优先调整能级数为例。对具体实施情况下，根据信噪比调整能级数与时间窗口长度的过程进行说明：
(1)接收端根据对上一时间窗口的采样结果，计算当前信道的信噪比。
(2)如果新的信噪比r1与上一窗口的前信噪比r0之间的差值小于dr，则代表这段时间内信道状态并没有发生明显的变化。在这种情况下，发送端/接收端的编/解码参数仍然是原来的(M0，K0)不变。其中，M0为上一时间窗口的能级数，K0为上一时间窗口的时间窗口长度。
(3)如果r1比r0大，则代表这段时间内的通信环境有所改善。因此，可以通过增加能级数来提高数据传输率。能级数依次以2的指数倍增加，比如2、4、8、16、32等。相应地，一个时间窗口内可以传送的数据率分别为1、2、3、4、5比特等；如果r1比r0小，则代表这段时间内的通信环境有所恶化。由前面的理论证明可知，误码率会随着能级数的增加而急剧上升。所以当信噪比比较低时，那么可以通过减少能级数来降低误码率。
(4)在调整能级数之后，可由上述公式(10)计算得到误符号率。此时可能会有两种情况可能会出现。一种是调整能级数之后的误符号率高于阈值，这种情况下就需要增加时间窗口的长度来降低误符号率直到能够满足传输需要；第二种情况是调整能级数之后，误符号率低于阈值，即已满足传输要求。这种情况下可以进一步缩短时间窗口长度，使系统的吞吐量达到最大。
(5)经过上述调整过程后，可得到新的编/解码参数(M1，K1)。接收端将(M1，K1)息反馈给发送端，发送端(接收端)可按照新的参数进行调制编码/解调解码。其中，M1为调整后的能级数，K1为调整后的时间窗口长度。
上述调整能级数与时间窗口长度时所对应的能量通信过程，可如图8所示。图8为不同时间窗口长度及不同能级数下的通信过程。图9为固定参数与经过自适应调整参数(即上述调整能级数与时间窗口长度的过程)这两种情况下，通信系统的通信情况示意图。由图9可知，经过自适应调整参数后，误符号率要低于固定参数时的误符号率，且吞吐量要高于固定参数时的吞吐量。由此可见，本实施例提供的调整方法对于降低误符号率以及提高通信系统的吞吐量，均具有明显的效果。
303、基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示。
由于调整后的能级数及时间窗口长度是用于指示发送端发送编码值，从而在执行本步骤之前，接收端可将调整后的能级数及时间窗口长度发送至发送端，本实施例对此不作具体限定。需要说明的是，接收端在向发送端发送能级数及时间窗口长度时，若两者之间是第一次进行数据传输，接收端可按照预设值向发送端发送能级数及时间窗口长度，本实施例对此不作具体限定。
由于本发明实施例提供的方法是以能量作为信息媒介，实现数据传输。即发送端按照原来的协议标准向接收端发送一系列的数据包，并且将一个时间窗口内的发送结果进行相应的编码，再将编码发送出去。接收端对接收到的信号进行信号强度指示的检测，根据检测到的结果，实现相应的解码。其中，发送端的编码值取决于发送数据包时的能量强度，能量强度由发送端的发射功率决定。因此，发送端在接收到调整后的能级数及时间窗口长度后，可先确定发射功率。
关于发送端在任一时间窗口内确定发射功率的方式，本实施例对此不作具体限定，包括但不限于：根据能级数，确定每种编码值与发射功率的对应关系；基于每种编码值与发射功率的对应关系，确定待传输的编码值所对应的发射功率。
由于不同的发射功率对应着不同的能级，能级数决定编码的比特位数，不同的能级对应着不同的编码值。接收端通过向发送端发送能级数，可以告知发送端在一个时间窗口内，可传输几个比特的编码值。相应地，发送端可根据能级数，建立每种编码值与发射功率的对应关系。基于每种编码值与发射功率的对应关系，确定当前需要传输的编码值所对应的发射功率。通过调整发射功率，从而实现传输不同的编码值。
例如，以能级数对应的能级数为4为例。此时，发送端可按照3种功率发送数据包，分别为10mw、20mw及30mw。其中，发送功率为0mw对应着编码值00，发射功率10mw对应着编码值01，发射功率20mw对应着编码值10，发射功率30mw对应着编码值11。基于上述对应的关系，当待传输的编码值为10时，可确定对应的发射功率为20mw。
发射端在确定发射功率之后，可按照发射功率向接收端发送数据包，从而接收端可检测相应的能量强度指示。具体地，对于任一时间窗口中任一采样点，接收端可检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示。
考虑到数据传输过程中，信道状态通常会时好时坏。发送端按照一定发射功率发送数据包，接收端检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示时，可能会因变化的信道状态，而在一个时间窗口中不同采样点上检测到不同值。上述情况会导致后续根据能量强度指示进行解码时的解码值不准确。针对上述情况，接收端在一个时间窗口中检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示时，可将一个时间窗口划分为多个采样点。通过检测多个采样点上的能量强度指示，进而根据多个检测结果进行解码。通过划分采样点，能够对每个采样点上的能量强度指示进行统计，从而可降低干扰对解码值的影响，进而可提高后续解码时解码值的准确性。
基于上述内容，发送端在一个时间窗口内发送数据包的持续过程中，接收端可在该时间窗口内的每个采样点上对能量强度指示进行检测，并可对每个采样点对应的能量强度指示进行记录，本实施例对此不作具体限定。
其中，304、根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
通过上述步骤303，对于时间窗口内任一采样点，接收端在检测到任一采样点的能量强度指示后，可根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
在根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值之前，可先确定时间窗口内任一采样点的解码值。本实施例不对确定时间窗口内任一采样点的解码值的方式作具体限定，包括但不限于：确定任一采样点的能量强度指示所落入的能量阈值区间；将能量阈值区间对应的数值作为任一采样点的解码值。
例如，当能级数为4时。第一能级对应着发射功率为0mw，相应的能量阈值区间为(-∞，the0]，对应的解码值为00。第二能级对应的发射功率为10mw，相应的能量阈值区间为[the0，the1]，对应的解码值为01。第三能级对应的发射功率为20mw，相应的能量阈值区间为[the1，the2]，对应的解码值为10。第四能级对应的发射功率为30mw，相应的能量阈值区间为[the2，+∞)，对应的解码值为11。
根据上述能量阈值区间，若某一采样点对应的能量强度指示落入了[the0，the1]能量阈值区间，则可确定该采样点的解码值为01。需要说明的是，由上述内容可知，解码值的种类与能级数相关，解码值的种类可以为至少两种，本实施例对此不作具体限定。其中，当解码值为两种时，能级数为2。相应地，解码值的比特位数为1位，对应着解码值分别为1和0。
接收端在得到任一时间窗口中每个采样点的解码值后，可根据任一时间窗口中每个采样点的解码值，确定任一时间窗口的解码值。本实施例不对根据任一时间窗口中每个采样点的解码值，确定任一时间窗口的解码值的方式作具体限定，包括但不限于：根据每个解码值的采样点个数，确定采样点个数的最大值；根据采样点个数的最大值，确定任一时间窗口的解码值。
在上述过程中，在根据采样点个数的最大值，确定任一时间窗口的解码值时，可将采样点个数的最大值与预设阈值进行比较。当采样点个数的最大值大于预设阈值时，可将最大值对应的解码值作为任一时间窗口的解码值，本实施例对此不作具体限定。其中，预设阈值可以为采样点个数的一半，本实施例对此也不作具体限定。
例如，以解码值的种类为4种为例。解码值分别为00、01、10及11。若一个时间窗口内，解码值为00的采样点个数为2，解码值为01的采样点个数为6，解码值为10的采样点个数为1，解码值为11的采样点个数为1。由于上述每个解码值的采样点个数中，采样点个数的最大值为6。
考虑到一个时间窗口内，由于信道状态的变化，每个解码值对应的采样点个数可能会都很少且比较平均，如信道状态较差的时候。为了避免信道较差时带来的干扰，以更准确地确定解码值。在得到采样点个数的最大值后，可将采样点个数的最大值与预设阈值进行比较，当采样点个数的最大值大于预设阈值时，将最大值对应的解码值作为任一时间窗口的解码值。当采样点个数的最大值不大于预设阈值时，可将0作为该任一时间窗口的解码值。其中，0的位数与解码值的比特位数一致。当然，上述情形还可以采用其它方式来确定解码值，如直接将采样点个数的最大值作为任一时间窗口的解码值，本实施例对此不作具体限定。
例如，以预设阈值为4为例。若一个时间窗口内，解码值为00的采样点个数为3，解码值为01的采样点个数为2，解码值为10的采样点个数为2，解码值为11的采样点个数为3。由于采样点个数的最大值3不大于预设阈值4，因此，可将00作为该时间窗口的解码值。
若一个时间窗口内，解码值为00的采样点个数为2，解码值为01的采样点个数为6，解码值为10的采样点个数为1，解码值为11的采样点个数为1。由于采样点个数的最大值6大于预设阈值4，因此，可将01作为该时间窗口的解码值。
本发明实施例提供的方法，通过根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比。根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整。基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示。根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。由于跨协议通信过程中，同属无线异质设备的发送端与接收端不需要修改本身的物理层和媒体访问介质层标准，且不需要第三方进行数据转发，从而节约了数据传输的成本。
另外，由于数据是直接以能量形式从发送端传输至接收端，不存在转发导致的延时性，从而使得数据传输的实时性较好。最后，由于在基于能量进行通信的过程中，可根据信噪比实时调整能级数及时间窗口长度，从而能够保证较低误码率的前提下，优化数据传输率，提高通信系统的有效吞吐量。
本发明实施例提供了一种跨协议通信装置，该装置用于执行上述图1或图3对应的实施例中所提供的跨协议通信方法。参见图10，该装置包括：
计算模块1001，用于对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比；
调整模块1002，用于根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；
检测模块1003，用于基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；
确定模块1004，用于根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。
作为一种可选实施例，参见图11，计算模块1001，包括：
第一计算单元10011，用于根据上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值及第二能量值；
第二计算单元10012，用于将第一能量值除以第二能量值，将得到的比值作为任一时间窗口的信噪比。
作为一种可选实施例，第一计算单元10011，用于确定上一时间窗口内能量强度指示大于第一预设阈值的第一采样点；对每个第一采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第一能量值。
作为一种可选实施例，第一计算单元10011，用于确定上一时间窗口内能量强度指示小于第二预设阈值的第二采样点；对每个第二采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第二能量值。
作为一种可选实施例，调整模块1002，用于将信噪比与上一时间窗口的前信噪比进行比对，当信噪比大于前信噪比时，增加能级数或缩短时间窗口长度；当信噪比小于前信噪比时，减少能级数或增大时间窗口长度。
本发明实施例提供的装置，通过根据对上一时间窗口的采样结果，计算任一时间窗口的信噪比。根据信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整。基于调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示。根据能量强度指示，确定任一时间窗口的解码值。由于跨协议通信过程中，同属无线异质设备的发送端与接收端不需要修改本身的物理层和媒体访问介质层标准，且不需要第三方进行数据转发，从而节约了数据传输的成本。
另外，由于数据是直接以能量形式从发送端传输至接收端，不存在转发导致的延时性，从而使得数据传输的实时性较好。最后，由于在基于能量进行通信的过程中，可根据信噪比实时调整能级数及时间窗口长度，从而能够保证较低误码率的前提下，优化数据传输率，提高通信系统的有效吞吐量。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种跨协议通信方法，其特征在于，所述方法包括：
对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算所述任一时间窗口的信噪比；
根据所述信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；
基于所述调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；
根据所述能量强度指示，确定所述任一时间窗口的解码值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据对上一时间窗口的采样结果，计算所述任一时间窗口的信噪比，包括：
根据所述上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值及第二能量值；
将所述第一能量值除以所述第二能量值，将得到的比值作为所述任一时间窗口的信噪比。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值，包括：
确定所述上一时间窗口内能量强度指示大于第一预设阈值的第一采样点；
对每个第一采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第一能量值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第二能量值，包括：
确定所述上一时间窗口内能量强度指示小于第二预设阈值的第二采样点；
对每个第二采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第二能量值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整，包括：
将所述信噪比与上一时间窗口的前信噪比进行比对，当所述信噪比大于所述前信噪比时，增加能级数或缩短时间窗口长度；
当所述信噪比小于所述前信噪比时，减少能级数或增大时间窗口长度。
6.一种跨协议通信装置，其特征在于，所述装置包括：
计算模块，用于对于任一时间窗口，根据对上一时间窗口的采样结果，计算所述任一时间窗口的信噪比；
调整模块，用于根据所述信噪比，分别对能级数及时间窗口长度进行调整；
检测模块，用于基于所述调整后的能级数及时间窗口长度，检测发送端发送数据包时所对应的能量强度指示；
确定模块，用于根据所述能量强度指示，确定所述任一时间窗口的解码值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块，包括：
第一计算单元，用于根据所述上一时间窗口内每个采样点的能量强度指示，计算第一能量值及第二能量值；
第二计算单元，用于将所述第一能量值除以所述第二能量值，将得到的比值作为所述任一时间窗口的信噪比。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元，用于确定所述上一时间窗口内能量强度指示大于第一预设阈值的第一采样点；对每个第一采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第一能量值。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元，用于确定所述上一时间窗口内能量强度指示小于第二预设阈值的第二采样点；对每个第二采样点对应的能量强度指示进行统计，得到第二能量值。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调整模块，用于将所述信噪比与上一时间窗口的前信噪比进行比对，当所述信噪比大于所述前信噪比时，增加能级数或缩短时间窗口长度；当所述信噪比小于所述前信噪比时，减少能级数或增大时间窗口长度。
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