CN107182070B

CN107182070B - 一种无线网络信道质量更新及传递方法

Info

Publication number: CN107182070B
Application number: CN201710443965.1A
Authority: CN
Inventors: 魏旻; 毛久超; 王平; 杨涛; 莫炼; 金基天
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Kyland Technology Co Ltd
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2037-06-13
Also published as: CN107182070A

Abstract

本发明公开了一种无线网络信道质量更新及传递方法，包括以下步骤：步骤一：选用路由设备作为信道侦听设备，根据网络中的路由器数量确定信道侦听设备数量和侦听时隙数目；步骤二：网关设备为每个侦听路由设备标识一个序列号，从1到M；步骤三：侦听设备根据检测信道顺序的算法依次不重复地检测所有信道；步骤四：侦听路由设备按照侦听路由设备标识序列号依次序把信道质量信息发送给网关设备，生成优质信道表，将优质信道表广播给同网络中的所有设备。本方案设计了两种信道质量信息传递帧格式，分别为信道质量信息帧、优质信道列表帧，提高了信道质量信息的传递效率,同时充分利用无线网络时隙的特性，大大提高通信的可靠性和通信质量。

Description

一种无线网络信道质量更新及传递方法

技术领域

本发明涉及本发明属于无线网络技术领域，特别涉及一种无线网络信道质量更新方法。

背景技术

无线通信发展的背后始终伴随着一个不断激化的矛盾,即不断增长的业务需求一直挑战着日益匮乏的无线资源承载的极限。为了解决这一矛盾,高资源利用效率的无线通信技术不断涌现,从蜂窝概念到感知无线电,乃至多网络共存技术。但是,这些技术仍未跳脱通信系统可靠性与有效性的矛盾,大多数技术是在现有成本和科技水平的约束下在可靠性与有效性之间找到一个较优的权衡。因此,这些技术在提高资源利用率的同时也降低了信号之间的正交性,引入大量同信道干扰。

在无线网络工作的2.4G HZ频段，总共有16个信道，现今已经被很多如wifi、蓝牙等无线通信技术共同使用。因此，无线网络在2.4G Hz频段通信时会存在较大干扰。

无线信道干扰问题受到了学术界和工业界的广泛关注,逐渐成为无线通信领域研究的热点。特别是在某些比较重要的场景，对数据传输的可靠性有较高要求，必须考虑2.4GHZ频段的某些信道被干扰的情况下，如何避开被干扰信道进行可靠的数据传输。目前研究者提出了许多信道检测方法，这些检测方法可对信道质量进行评估，也提出一些信道筛选机制，用于将干扰信道剔出通信网络。这样，通信网络将使用未被干扰或者干扰较小的信道通信，提高通信的成功率。

对于动态干扰较大的恶劣环境，信道质量评估和信道筛选的前提是信道质量信息更新。一些研究者提出使用信道预测的方法来评估之后通信信道可能的质量，以此适应工业无线网络中的动态干扰。但是无线网络干扰是随机的，预测性质的信道评估方式还是存在一定的不准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无线网络信道质量更新及传递方法，能够对网络信道质量进行可靠评估和筛选，同时具有良好的传输效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该种基于时隙的无线网络信道质量更新方法，以2.4GHZ频段存在16个信道为例，但本专利的保护范围不仅限于此。以2.4GHZ频段存在16个信道例子包括以下步骤：

步骤一：选用路由设备作为信道侦听设备，将时隙分为普通时隙与侦听时隙，其中普通时隙用于网络中各设备通信，侦听时隙用于检测信道质量，并根据网络中的路由器数量确定信道侦听设备数量和侦听时隙数目；

步骤二：网关设备为每个侦听路由设备标识一个序列号，从1到M；

步骤三：侦听设备根据检测信道顺序的算法依次不重复地检测所有信道；

步骤四：侦听路由设备按照侦听路由设备标识序列号，从小到大依次序把信道质量信息发送给网关设备，网关设备分析处理信道质量信息，根据信道质量优劣情况，按从最优到最劣依次排列信道号，生成优质信道表，并将优质信道表广播给同网络中的所有设备,其中，优质信道表中存放的信道个数根据用户需要或现场环境受干扰程度而定，现场环境受干扰越大，优质信道表中信道个数应越少；侦听路由设备传送给网关设备的信道质量信息通过信道质量信息帧传递，网关设备广播给所有设备的优质信道列表通过优质信道列表帧传递。

进一步，设路由设备数量为N，侦听路由设备数量为M，则在步骤一中，所述信道侦听设备数量由路由设备数量确定：N>16时，M＝16，网关设备在所有路由设备中随机选取M＝16个路由设备作为侦听路由设备检测信道质量，其余路由设备都为普通路由设备；N<＝16时，M＝N，网关设备将所有路由设备都选取为侦听路由设备检测信道质量。

进一步，设路由设备数量为N，侦听路由设备数量为M，侦听时隙数为t，所述侦听时隙数根据侦听路由设备数量N决定，t的具体分配如下：当M>＝8时,t＝1；当M<8时,t＝2；

即：当N>16时，M＝16，t＝1；当8<N<＝16时,M＝N，t＝1；当N<＝8时，M＝N，t＝2。

进一步，在步骤三中，检测信道顺序的算法为：

t＝1时，序列号为I(I∈[1，M])的侦听路由设备应该检测的信道号为：EdchannelNumI＝{(ASN/Slotnumber)*M+I+11}％26；

t＝2时，序列号为I的侦听路由设备两个时隙分别检测的信道号为：EdchannelNumSlot1I＝{[(ASN/Slotnumber)*M+I]*2-1+11}％26，EdchannelNumSlot2I＝{[(ASN/Slotnumber)*M+I]*2+11}％26，其中ASN表示绝对时隙，Slotnumber表示一个超帧的时隙数量。

进一步，在步骤四中，侦听路由设备传送给网关设备的信道质量信息通过信道质量信息帧传递，网关设备广播给所有设备的优质信道列表通过优质信道列表帧传递。

进一步，所述信道质量信息帧的格式为：其前4位用来表示检测信道号，中间8位用来表示检测信道质量，从-128db-127db，最后4位为保留位。

进一步，所述优质信道列表帧的格式为：使用10个字节，前8个字节用来存储优质信道，第9个字节的前4位为网关设备下次广播时的信道号，其余位保留。

本发明的有益效果是：

通过本发明，既可以有效监测系统性能的变化情况，判断是否存在外界干扰，又可以评估各工作信道的性能优劣，形成优质信道表供同网络中相关设备使用，为了信道质量信息的传输，本方案设计了两种信道质量信息传递帧格式，分别为信道质量信息帧、优质信道列表帧，从而大大提高了信道质量信息的传递效率。本发明充分利用基于时隙的无线网络特性，极大地改善了通信可靠性和通信质量，实现通信信道质量信息更新，具备良好的推广应用价值。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图一为树形网络架构图；

图二为信道质量检测信息帧格式图；

图三为优质信道列表帧格式图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本方案基于树形网络架构，树形网络架构如图1所示。树形网络拓扑结构有着低网络能耗，便于网络规模扩展的优势，已经广泛应用于无线网络中。本方案采用侦听路由设备作为信道质量检测设备，采用侦听路由设备检测信道的特点在于：1)侦听路由设备具有并行检测多个信道质量的能力，因为侦听路由设备有多个，可以在同一时隙各自独立检测信道；2)侦听路由设备将信息快速汇聚到网关设备，因侦听路由设备将信息直接发送给网关设备，而现场设备需通过路由设备转发；3)侦听路由设备在网络空间各处有效覆盖。

与传统超帧概念不同，基于时隙的无线网络将超帧分为一些长度一致的时隙Slot，并将这一些列时隙组成的超帧称为SlotFrame。本发明正是基于时隙的无线网络相关特性，从网关设备、路由设备、现场设备中筛选出路由设备作为信道侦听设备，确定侦听设备数量和侦听时隙数目，同时设计了一种侦听设备检测信道顺序的算法和一种信道质量信息传输调度方式，从而克服了现有信道检测方法的缺陷，具有高可靠性的特点。

本发明中，将路由设备分为普通路由设备与侦听路由设备。其中，普通路由设备的功能为数据包转发，侦听路由设备除了有数据包转发功能外，还具有信道质量检测与信道质量信息发送给网关设备的功能。

具体而言，本发明的方法包括以下步骤：

本实施例中，设路由设备数量为N，侦听路由设备数量为M，则在步骤一中，信道侦听设备数量由路由设备数量确定：N>16时，M＝16，网关设备在所有路由设备中随机选取M＝16个路由设备作为侦听路由设备检测信道质量，其余路由设备都为普通路由设备；N<＝16时，M＝N，网关设备将所有路由设备都选取为侦听路由设备检测信道质量。

设路由设备数量为N，侦听路由设备数量为M，侦听时隙数为t，侦听时隙数根据侦听路由设备数量N决定，t的具体分配如下：当M>＝8时,t＝1；当M<8时,t＝2；

路由设备时隙具体分配见表1，其中RouterNumber表示全网中的路由设备序号，总数为N，含有下划线的数字表示侦听路由设备序号。

表1：路由设备时隙分配

步骤二：网关设备为每个侦听路由设备标识一个序列号，从1到M，从而为后续检测算法提供参数，侦听路由设备可以自动决定信道检测号；

步骤三：侦听设备根据检测信道顺序的算法依次不重复地检测所有信道；本实施例中，检测信道顺序的算法为：

t＝2时，序列号为I的侦听路由设备两个时隙分别检测的信道号为：EdchannelNumSlot1I＝{[(ASN/Slotnumber)*M+I]*2-1+11}％26，EdchannelNumSlot2I＝{[(ASN/Slotnumber)*M+I]*2+11}％26，其中ASN表示绝对时隙，Slotnumber表示一个超帧的时隙数量。。

M表示侦听路由设备总数。

I表示侦听路由设备顺序号，I∈[1，M]。

以M＝16为例，通过此算法计算出在t＝1时，侦听路由设备检测信道质量的序列表如表2所示，在t＝2时的侦听序列表如表3所示，表中空白处表示非检测信道质量类型的发送、接受、广播时隙。其中ED11+I表示侦听信道的序列号为11+I。

表2：t＝1时，检测信道质量序列表

表3：t＝2时，检测信道质量序列表

步骤四：网关设备先为侦听路由设备标识序列号k，1≤k≤m。在slot i—slot i+t时隙，侦听路由设备检测完所有信道质量。在slot i+t+1—slot i+t+m时隙，侦听路由设备按照序列号k，从小到大依次序把信道质量信息发送给网关设备，其传输方式如表4所示。网关设备分析处理信道质量信息，根据信道质量优劣情况，按从最优到最劣依次排列信道号，进而生成一个优质信道表。在广播时隙，网关设备将此优质信道表广播给同网络中的所有设备。其中，优质信道表中存放的信道个数根据用户需要或现场环境受干扰程度而定，现场环境受干扰越大，优质信道表中信道个数应越少。

表4：信道质量信息传输方式

在步骤四中，侦听路由设备传送给网关设备的信道质量信息通过信道质量信息帧传递，网关设备广播给所有设备的优质信道列表通过优质信道列表帧传递。

信道质量信息帧的格式为：其前4位用来表示检测信道号，中间8位用来表示检测信道质量，从-128db-127db，最后4位为保留位。具体格式如图2所示。

优质信道列表帧的格式为：使用10个字节，前8个字节用来存储优质信道，第9个字节的前4位为网关设备下次广播时的信道号，其余位保留。具体格式为图3所示。

本发明的特点在于：本方案选用路由设备作为信道侦听设备，并根据网络中的路由器数量确定信道侦听设备数量和侦听时隙数目；通过设计侦听设备检测信道顺序的算法，以使各个侦听设备能自动的、顺序的、不重复的检测所有信道；通过建立信道质量信息传输调度机制，侦听设备在检测完所有信道质量后，将信道质量信息立即传送至网关设备；为了信道质量信息的传输，本方案设计了两种信道质量信息传递帧格式，分别为信道质量信息帧、优质信道列表帧，从而大大提高了信道质量信息的传递效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种无线网络信道质量更新及传递方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤四：侦听路由设备按照侦听路由设备标识序列号，从小到大依次序把信道质量信息发送给网关设备，网关设备分析处理信道质量信息，根据信道质量优劣情况，按从最优到最劣依次排列信道号，生成优质信道表，并将优质信道表广播给同网络中的所有设备，侦听路由设备传送给网关设备的信道质量信息通过信道质量信息帧传递，网关设备广播给所有设备的优质信道列表通过优质信道列表帧传递；

设路由设备数量为N，侦听路由设备数量为M，则在步骤一中，所述信道侦听设备数量由路由设备数量确定：N＞16时，M＝16，网关设备在所有路由设备中随机选取M＝16个路由设备作为侦听路由设备检测信道质量，其余路由设备都为普通路由设备；N＜＝16时，M＝N，网关设备将所有路由设备都选取为侦听路由设备检测信道质量；

设路由设备数量为N，侦听路由设备数量为M，侦听时隙数为t，所述侦听时隙数根据侦听路由设备数量N决定，t的具体分配如下：当M＞＝8时，t＝1；当M＜8时，t＝2；

即：当N＞16时，M＝16，t＝1；当8＜N＜＝16时，M＝N，t＝1；当N＜＝8时，M＝N，t＝2；

在步骤三中，检测信道顺序的算法为：

t＝2时，序列号为I的侦听路由设备两个时隙分别检测的信道号为：EdchannelNumSlot1I＝{[(ASN/Slotnumber)*M+I]*2-1+11}％26，EdchannelNumSlot2I＝{[(ASN/Slotnumber)*M+I]*2+11}％26，其中ASN表示绝对时隙，Slotnumber表示一个超帧的时隙数量；

所述信道质量信息帧的格式为：其前4位用来表示检测信道号，中间8位用来表示检测信道质量，从-128db-127db，最后4位为保留位；

所述优质信道列表帧的格式为：使用10个字节，前8个字节用来存储优质信道，第9个字节的前4位为网关设备下次广播时的信道号，其余位保留。