CN107613570B - 一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法及系统，其方法包括对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列；根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；每个节点侦听信道状态，在信道空闲时接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据。本发明的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，可以兼容传统的ZigBee网络节点，并在网络节点多，吞吐量大的情况下，保证重要的业务以高优先级接入信道，降低了这些业务的抖动时延和丢包率，很大程度上提高了重要数据的可靠性和实时性。

Description

一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法及系统。

背景技术

ZigBee是一种低速率、低功耗、低成本的具有自组织性的无线通信技术。随着物联网的兴起，作为感知层的无线传感器网络的重要性日益凸显，而ZigBee技术的各种通信特点使它非常适合用于传感数据和控制数据的传输，因此迅速成为无线传感器网络中的佼佼者，其应用得到了快速的发展。但是也正是由于应用的广泛，ZigBee技术中的一些缺陷就日益明显，其中比较关键的一点就是数据传输的服务质量QoS，比如：

a)网络延迟。包括软件处理延迟、传输延迟、传播延迟，接入延迟、冲突延迟、抖动延迟等，因此其有很大的不确定性，与硬件和ZigBee网络规模以及信道接入协议有直接的关系；

b)丢包率。在固定的时间内，接收方丢失的包数目与发送方发送的包数目的比值。丢包率和发射功率不足、环境干扰大和软件缓存区太小有着直接的关系，在ZigBee网络中某些特殊数据要求极低的丢包率，如各个层次的命令帧，如果节点内部流量大，命令帧不能够及时发送出去，则很有可能被后续数据覆盖掉；

c)抖动。同一条数据流中信息分组的传输延迟的差异。抖动主要是由于业务流中相继分组的排队等候时间不同引起的，是对服务质量影响最大的一个问题；

d)误码率。ZigBee无线网络存在的干扰、多径效应、阴影衰落均会导致较高的误码率。

不过直到现在，无线传感器网络的研究工作依然主要集中在网络技术和通信协议方面，而没有对无线传感器网络QoS进行统一的定义，所以在ZigBee的协议中也找不到有关QoS方面的标准，因此ZigBee网络中存在的QoS问题亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

依据本发明的一个方面，提供了一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法，包括如下步骤：

步骤1：对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列，其中不同信道接入类别之间预设有优先级顺序；

步骤2：根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；

步骤3：根据不同信道接入类别对应的优先级计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；

步骤4：每个节点侦听信道状态，在信道空闲时根据所述接入参数和每种信道接入类别对应的优先级接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据。

本发明的有益效果是：本发明的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，通过设置每个网络节点内具有多种信道接入类别，每个信道接入类别都具有一个独立的发送队列，不同优先级的数据分别映射到每种信道接入类别对应的发送队列中，所有信道接入类别对应的发送队列均能以特定的E-CSMA/CA参数竞争信道，这样可以兼容传统的ZigBee网络节点，并在网络节点多，吞吐量大的情况下，保证重要的业务以高优先级接入信道，降低了这些业务的抖动时延和丢包率，很大程度上提高了重要数据的可靠性和实时性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤1具体包括：

将ZigBee网络的每个节点设置为四种信道接入类别：默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0，且所述信道接入类别的优先级从低到高依次为：默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0。

上述进一步方案的有益效果是：通过将每个节点设置为多种信道接入类别，并将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中，这样可以实现不同类别的数据按照不同信道接入类别的优先级别先后发送，保证重要的数据映射到优先级别高并优先发送，从而提高重要数据的可靠性和实时性。

进一步：所述接入参数包括仲裁帧间隙AIFS和退避时间BO；

不同信道接入类别对应的所述仲裁帧间隙AIFS[AC]的计算公式如下：

AIFS[AC]＝AIFSN[AC]*aBaseSloTDuraTion+SIFS

其中，AIFSN[AC]为ZigBee网络的每个节点中不同信道接入类别侦听信道空闲的时隙数，aBaseSloTDuraTion为IEEE802.15.4规定的时隙长度，SIFS为短帧间隔；

所述退避时间BO的计算公式如下：

BO＝Random(1,BW[AC]+1)*aBaseSloTDuraTion

其中，BW[AC]为不同信道接入类别对应的退避窗口值，其值处于对应信道接入类别的预设退避窗口最小值aBWmin[AC]与预设退避窗口最大值aBWmax[AC]之间，Random(1,BW[AC]+1)为[1,BW+1]之间的一个服从均匀分布的随机整数值。

上述进一步方案的有益效果是：不同信道接入类型有着不同的接入参数，并且不同的接入参数对应着不同优先级的信道接入类型，这样可以通过设置不同接入参数满足不同接入类别对应的发送队列按照优选顺序发送，优选级越高，接入信道的机会更快。

进一步：所述方法还包括如下步骤：

步骤5：实时检测信道是否发生冲突，并在发生冲突时触发冲突避免机制。

上述进一步方案的有益效果是：通过检测信道持否发生冲突，并在发生冲突时及时采取对应的冲突解决机制，可以在数据没有发送成功时及时发现并处理，保证数据传输的稳定性和可靠性。

进一步：所述检测信道是否发生冲突具体包括：

当某一节点退避过程结束时，该节点内不同信道接入类型对应的退避计时器同时减为零，则该节点发生内部冲突；

当不同节点间发送数据后，在设定的时间内没有收到确认帧，则不同节点间发生外部冲突。

上述进一步方案的有益效果是：通过检测信道发生内部冲突或者外部冲突，并针对内部冲突和外部冲突分别采用对应的冲突避免机制，确保数据可靠发送。

进一步：所述冲突避免机制具体为：

发生内部冲突时，优先级高的信道接入类别对应的数据接入信道，优先级低的信道接入类别对应的数据挂起，并在侦听到下一次信道空闲后按照所述退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送。

发生外部冲突时，则利用如下公式计算新退避时间BO，并在侦听到信道处于空闲状态时根据新退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送；

BO＝Random()*(WF[AC]*New_BW[AC]-1)*aBaseSloTDuraTion

New_BW[AC]＝WF[AC]*Old_BW[AC]

其中，Random()表示一个(0，1)平均分配的伪随机函数，WF[AC]为不同信道接入类别对应的加权因子，New_BW[AC]为新退避窗口值，Old_BW[AC]为原退避窗口值。

依据本发明的另一个方面，提供了一种基于ZigBee网络的服务质量优化系统，包括设置模块，用于对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列，其中不同信道接入类别之间预设有优先级顺序；还用于根据不同信道接入类别对应的优先级计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；划分映射模块，用于根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；接入发送模块，每个节点侦听信道状态，在信道空闲时根据所述接入参数和每种信道接入类别对应的优先级接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据。

本发明的基于ZigBee网络的服务质量优化系统，通过设置模块设置每个网络节点内具有多种信道接入类别，每个信道接入类别都具有一个独立的发送队列，划分映射模块将不同数据划分后映射到每种信道接入类别对应的发送队列中，所有信道接入类别对应的发送队列均能以特定的E-CSMA/CA参数竞争信道，这样可以兼容传统的ZigBee网络节点，并在网络节点多，吞吐量大的情况下，保证重要的业务以高优先级接入信道，降低了这些业务的抖动时延和丢包率，很大程度上提高了重要数据的可靠性和实时性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述系统还包括检测模块，用于实时检测信道是否发生冲突，并在发生冲突时触发冲突避免机制。

上述进一步方案的有益效果是：通过检测信道持否发生冲突，并在发生冲突时及时采取对应的冲突解决机制，可以在数据没有发送成功时及时发现并处理，保证数据传输的稳定性和可靠性。

进一步：所述检测模块检测信道是否发生冲突具体包括：

当某一节点退避过程结束时，该节点内不同信道接入类型对应的退避计时器同时减为零，则该节点发生内部冲突；

当不同节点间发送数据后，在设定的时间内没有收到确认帧，则不同节点间发生外部冲突。

上述进一步方案的有益效果是：通过检测信道发生内部冲突或者外部冲突，并针对内部冲突和外部冲突分别采用对应的冲突避免机制，确保数据可靠发送。

进一步：所述冲突避免机制具体为：

发生内部冲突时，优先级高的信道接入类别接入信道，优先级低的信道接入类别挂起，并在侦听到下一次信道空闲后按照所述退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送；

发生外部冲突时，则利用如下公式计算新退避时间BO，并在侦听到信道处于空闲状态时根据新退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送。

附图说明

图1为本发明的基于ZigBee网络的服务质量优化方法流程示意图；

图2为本发明中基于ZigBee网络的服务质量优化方法实例图；

图3为本发明中基于ZigBee网络的服务质量优化系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法，包括如下步骤：

步骤1：对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列，其中不同信道接入类别之间预设有优先级顺序；

步骤2：根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；

步骤3：根据不同信道接入类别对应的优先级计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；

步骤4：每个节点侦听信道状态，在信道空闲时根据所述接入参数和每种信道接入类别对应的优先级接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据。

本发明的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，通过设置每个网络节点内具有多种信道接入类别，每个信道接入类别都具有一个独立的发送队列，不同优先级的数据分别映射到每种信道接入类别对应的发送队列中，所有信道接入类别对应的发送队列均能以特定的E-CSMA/CA参数竞争信道，这样可以兼容传统的ZigBee网络节点，并在网络节点多，吞吐量大的情况下，保证重要的业务以高优先级接入信道，降低了这些业务的抖动时延和丢包率，很大程度上提高了重要数据的可靠性和实时性。

具体地，上述实施例中，所述步骤1具体包括：

将ZigBee网络的每个节点设置为四种信道接入类别：默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0，且所述信道接入类别的优先级从低到高依次为：默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0，如图2所示。

通过将每个节点设置为多种信道接入类别，并将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中，这样可以实现不同类别的数据按照不同信道接入类别的优先级别先后发送，保证重要的数据映射到优先级别高并优先发送，从而提高重要数据的可靠性和实时性。

需要指出的是，本实施例中，每个信道接入类别内部还可以继续设置多个优先级，比如表1中，每个信道接入类别内部设置两个优选级子类别，在映射时可以将不同类别的数据更加细化的映射至上述每种信道介入类别内的不同优先级的子类别，这样可以更加细化不同数据的优先级。

本实施例中中，优先级从低到高为默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0。比如，每种信道接入类别内再细分为两个优先级的子类别，则总共有八个优先级的类别，可以从低到高通过0-7来表示，其映射关系如图2所示。通常，一个经由网络层传送下来的QoS数据帧属于哪一个优先级顺序，可以通过MAC-UNITDATA.requesT原语中的参数prioriTy来指定。

在上述实施例中，所述步骤2中，预先设定的划分机制具体为：将ZigBee协议MAC层、NWK层和APL层的命令帧以及用户自定义的配置管理数据帧归类为控制流AC0，将用户自定义的查询/通报网络节点状态数据帧和与安防报警传感数据归类为状态流AC1，将一般的传感数据归类为尽力而为流AC2，而非QoS的数据则属于默认流AC3，且所述信道接入类别的优先级从低到高依次为：默认流AC3，尽力而为流AC2，状态流AC1，控制流AC0。

上述实施例中，所述接入参数包括仲裁帧间隙AIFS和退避时间BO。不同的信道接入类别有着不同的仲裁帧间距AIFS和退避窗口BW值，优先级越高，仲裁帧间距AIFS和退避窗口BW值越小，接入信道的机会更快。当节点检测到信道空闲了仲裁帧间距AIFS时间后，如果还要在发送数据前利用退避窗口中产生额外的随机时延进行退避，这个过程将会进一步减少了同一时间点上的多个节点之间的竞争碰撞概率。

不同信道接入类别对应的所述仲裁帧间隙AIFS[AC]的计算公式如下：

AIFS[AC]＝AIFSN[AC]*aBaseSloTDuraTion+SIFS

其中，AIFSN[AC]为ZigBee网络的每个节点中不同信道接入类别侦听信道空闲的时隙数，aBaseSloTDuraTion为IEEE802.15.4规定的时隙长度，为60个符号，SIFS为短帧间隔优先级越高的信道接入类别，侦听信道空闲的时隙数AIFSN[AC]越小，节点可以越早开始启动退避过程。

QoS节点中的某种信道接入类别进入退避过程后，将会开启退避定时器，其中退避时间使用下式计算：

BO＝Random(1,BW[AC]+1)*aBaseSloTDuraTion

其中，BW[AC]为不同信道接入类别对应的退避窗口值，其值处于对应信道接入类别的预设退避窗口最小值aBWmin[AC]与预设退避窗口最大值aBWmax[AC]之间，Random(1,BW[AC]+1)为[1,BW+1]之间的一个服从均匀分布的随机整数值。如果在退避时隙的任何时刻，信道被确定为忙，则该信道接入类别的退避过程被挂起，即它的退避定时器不再减少。当该信道接入类别再次检测到信道空闲了仲裁帧间隙AIFS时间后，则恢复退避过程，退避计数器在之前的基础上进行递减，当递减到0的时候，就可以进行数据传输了。

不同信道接入类型有着不同的接入参数，并且不同的接入参数对应着不同优先级的信道接入类型，这样可以通过设置不同接入参数满足不同接入类别对应的发送队列按照优选顺序发送，优选级越高，接入信道的机会更快。

优选地，在上述实施例中，所述方法还包括如下步骤：

步骤5：实时检测信道是否发生冲突，并在发生冲突时触发冲突避免机制。

通过检测信道持否发生冲突，并在发生冲突时及时采取对应的冲突解决机制，可以在数据没有发送成功时及时发现并处理，保证数据传输的稳定性和可靠性。

在上述实施例中，所述检测信道是否发生冲突具体包括：

当某一节点退避过程结束时，该节点内不同信道接入类型对应的退避计时器同时减为零，则该节点发生内部冲突；

当不同节点间发送数据后，在设定的时间内没有收到确认帧，则不同节点间发生外部冲突。

通过检测信道发生内部冲突或者外部冲突，并针对内部冲突和外部冲突分别采用对应的冲突避免机制，确保数据可靠发送。

具体地，所述冲突避免机制具体为：

发生内部冲突时，优先级高的信道接入类别对应的数据接入信道，优先级低的信道接入类别对应的数据挂起，并在侦听到下一次信道空闲后按照所述退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送。

发生外部冲突时，则利用如下公式计算新退避时间BO，并在侦听到信道处于空闲状态时根据新退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送；

BO＝Random()*(WF[AC]*New_BW[AC]-1)*aBaseSloTDuraTion

New_BW[AC]＝WF[AC]*Old_BW[AC]

其中，Random()表示一个(0，1)平均分配的伪随机函数，WF[AC]为不同信道接入类别对应的加权因子，New_BW[AC]为新退避窗口值，Old_BW[AC]为原退避窗口值。通过加权因子WF[AC]来控制退避窗口值增加的速度。高优先级业务流有较小的加权因子WF[AC]，有利于碰撞后退避窗口的增加速率小于低优先级业务流。加权因子WF[AC]的值可以由用户设置，比如控制流、状态流、尽力而为流和默认流可以分别设置为1、2、4、5。

如图2所示，假设有一个ZigBee网络，网络中有4个节点，分别是Q_END1、Q_END2、Q_COOR和END3，分别表示具有QoS机制的终端节点1、终端节点2、协调器以及不具备QoS机制的终端节点3。如图3所示，Q_END1节点的控制流AC0和状态流AC1有数据要发送，Q_END2节点的状态流AC1和尽力而为流AC2有数据要发送，Q_COOR协调器的默认流AC3有数据要发送，END3节点也有数据要发送。其中控制AC0对应最高优先级，默认流AC3对应最低优先级，图中的BO代表退避时间，单位为aBaseSloTDuraTion。QoS机制工作前，需要对协调器Q_COOR和终端节点的QoS参数进行设置，其中终端节点的QoS参数需由协调器通过信标帧进行广播，考虑到协调器Q_COOR作为网络中心点，有数据中继的功能，可以使协调器Q_COOR高优先级信道接入类别的接入参数优于终端的同等优先级信道接入类别，对于mesh网络来说，由于没有中心节点，则所有节点的接入参数应该保持一致。

在T1时刻，信道忙，所有的节点都不会尝试接入信道；

在T2时刻，信道空闲，每个节点的信道接入类别按它们设定的仲裁帧间隔AIFS进入载波侦听阶段，侦听完后将会完成随机退避的过程；

在T3时刻，Q_END1节点的控制流AC0接入信道发送数据，使信道开始处于忙的状态。此时，其它每个节点的信道接入类别都将退避计数器挂起，而且如果还处在仲裁帧间隔AIFS延迟的节点也将挂起，如Q_COOR的AC3；

在T4时刻，Q_END1节点的控制流AC0发送完数据后信道再次空闲，此时Q_END1节点的状态流ACl，Q_END2节点的状态流AC1、尽力而为流AC2，Q_COOR协调器的默认流AC3和END3节点又开始新一轮竞争信道过程，不过Q_END1节点的状态流ACl和Q_END2节点的状态流AC1、尽力而为流AC2的退避时间值是上一次挂起时刻的剩余值；

在T5时刻，Q_END1节点的状态ACl和Q_END2节点的状态流ACl的退避计数器同时减为零，产生了冲突。按照外部冲突协议，各自发送完一帧后，它们将等待一段时间间隔，如果在这个间隔内没有收到有效的ACK确认帧，即认为产生外部冲突；

在时刻T6，认为发送了外部冲突的Q_END1节点的状态流ACl和Q_END2节点的状态流ACl重新计算新的退避窗口值New_BW[AC]，然后等待下一次竞争信道的机会；

在T7时刻，Q_END2节点的状态流ACl和尽力而为流AC2的退避计数器同时减为零，产生了内部冲突，按照内部冲突协议，优先级高的状态流AC1优先接入信道，优先级低的尽力而为流AC2等待下一次机会重新竞争信道，但是退避窗口值不变；

在T8时刻，Q_END1节点的状态流AC1，Q_END2节点的尽力而为流AC2，Q_COOR协调器的默认流AC3以及END3节点又开始了新的信道竞争；

在T9时刻，END3竞争到了信道，并进行数据传输。

另外，在802.15.4中规定了，帧长度大于aMaxSIFSFrameSize为长帧，否则为短帧，每个节点均维护一个短帧重传计数SSRC与长帧重传计数SLRC，且两者均取0为初始值。

本实施例中，当发生重传使用时，相应的重传计数器加1。退避窗口值BW取aBWmin为初始值，每次当不能成功发送数据时，节点根据算法计算下一次退避的退避窗口值BW，同时引起相应的重传计数器加1，直到退避窗口值BW达到aBWmax值为止，一旦达到最大值aBWmax，退避窗口值BW应保持值为aBWmax直到被复位。当长帧重传计数SLRC达到长重传限制阈值，或短帧重传计数SSRC达到短重传限制阈值时，在每次成功发送服务数据或协议数据后退避窗口值BW均被复位至aBWmin。其中，aBWmin和aBWmax分别为预设退避窗口的最小值和最大值。

如图3所示，一种基于ZigBee网络的服务质量优化系统，包括设置模块，用于对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列，其中不同信道接入类别之间预设有优先级顺序；还用于根据不同信道接入类别对应的优先级计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；划分映射模块，用于根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；接入发送模块，每个节点侦听信道状态，在信道空闲时根据所述接入参数和每种信道接入类别对应的优先级接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据。

本发明的基于ZigBee网络的服务质量优化系统，通过设置模块设置每个网络节点内具有多种信道接入类别，每个信道接入类别都具有一个独立的发送队列，划分映射模块将不同数据划分后映射到每种信道接入类别对应的发送队列中，所有信道接入类别对应的发送队列均能以特定的E-CSMA/CA参数竞争信道，这样可以兼容传统的ZigBee网络节点，并在网络节点多，吞吐量大的情况下，保证重要的业务以高优先级接入信道，降低了这些业务的抖动时延和丢包率，很大程度上提高了重要数据的可靠性和实时性。

优选地，在上述实施例中，所述系统还包括检测模块，用于实时检测信道是否发生冲突，并在发生冲突时触发冲突避免机制。通过检测信道持否发生冲突，并在发生冲突时及时采取对应的冲突解决机制，可以在数据没有发送成功时及时发现并处理，保证数据传输的稳定性和可靠性。

在上述实施例中，所述检测模块检测信道是否发生冲突具体包括：

当某一节点退避过程结束时，该节点内不同信道接入类型对应的退避计时器同时减为零，则该节点发生内部冲突；

当不同节点间发送数据后，在设定的时间内没有收到确认帧，则不同节点间发生外部冲突。

通过检测信道发生内部冲突或者外部冲突，并针对内部冲突和外部冲突分别采用对应的冲突避免机制，确保数据可靠发送。

在上述实施例中，所述冲突避免机制具体为：

发生内部冲突时，优先级高的信道接入类别接入信道，优先级低的信道接入类别挂起，并在侦听到下一次信道空闲后按照所述退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送；

发生外部冲突时，则利用如下公式计算新退避时间BO，并在侦听到信道处于空闲状态时根据新退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种基于ZigBee网络的服务质量优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列，其中不同信道接入类别之间预设有优先级顺序；

步骤2：根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；

步骤3：根据不同信道接入类别对应的优先级计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；

步骤4：每个节点侦听信道状态，在信道空闲时根据所述接入参数和每种信道接入类别对应的优先级接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据；

步骤5：实时检测信道是否发生冲突，并在发生冲突时触发冲突避免机制；

所述冲突避免机制具体为：

发生外部冲突时，则利用如下公式计算新退避时间BO，并在侦听到信道处于空闲状态时根据新退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送；

BO＝Random()*(WF[AC]*New_BW[AC]-1)*aBaseSloTDuraTion

New_BW[AC]＝WF[AC]*Old_BW[AC]

其中，Random()表示一个(0，1)平均分配的伪随机函数，WF[AC]为不同信道接入类别对应的加权因子，New_BW[AC]为新退避窗口值，Old_BW[AC]为原退避窗口值，aBaseSloTDuraTion为IEEE802.15.4规定的时隙长度。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

将ZigBee网络的每个节点设置为四种信道接入类别：默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0，且所述信道接入类别的优先级从低到高依次为：默认流AC3、尽力而为流AC2、状态流AC1和控制流AC0。

3.根据权利要求1所述的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，其特征在于，所述接入参数包括仲裁帧间隙AIFS和退避时间BO；

不同信道接入类别对应的所述仲裁帧间隙AIFS[AC]的计算公式如下：

AIFS[AC]＝AIFSN[AC]*aBaseSloTDuraTion+SIFS

其中，AIFSN[AC]为ZigBee网络的每个节点中不同信道接入类别侦听信道空闲的时隙数，aBaseSloTDuraTion为IEEE802.15.4规定的时隙长度，SIFS为短帧间隔；

所述退避时间BO的计算公式如下：

BO＝Random(1,BW[AC]+1)*aBaseSloTDuraTion

其中，BW[AC]为不同信道接入类别对应的退避窗口值，其值处于对应信道接入类别的预设退避窗口最小值aBWmin[AC]与预设退避窗口最大值aBWmax[AC]之间，Random(1,BW[AC]+1)为[1,BW+1]之间的一个服从均匀分布的随机整数值。

4.根据权利要求1所述的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，其特征在于，所述检测信道是否发生冲突具体包括：

当某一节点退避过程结束时，该节点内不同信道接入类型对应的退避计时器同时减为零，则该节点发生内部冲突；

当不同节点间发送数据后，在设定的时间内没有收到确认帧，则不同节点间发生外部冲突。

5.根据权利要求3所述的基于ZigBee网络的服务质量优化方法，其特征在于，所述冲突避免机制还具体为：

发生内部冲突时，优先级高的信道接入类别对应的数据接入信道，优先级低的信道接入类别对应的数据挂起，并在侦听到下一次信道空闲后按照所述退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送。

6.一种基于ZigBee网络的服务质量优化系统，其特征在于，包括：

设置模块，用于对ZigBee网络的每个节点设置多种信道接入类别以及每种信道接入类别对应的发送队列，其中不同信道接入类别之间预设有优先级顺序；还用于根据不同信道接入类别对应的优先级计算每一种预设信道接入类别对应的接入参数；

划分映射模块，用于根据预先设定的划分机制对数据的服务质量进行类别划分，并根据数据的服务质量将不同类别的数据分别映射到不同信道接入类别对应的发送队列中；

接入发送模块，每个节点侦听信道状态，在信道空闲时根据所述接入参数和每种信道接入类别对应的优先级接入信道，并发送所述发送队列中不同服务质量的数据；

检测模块，用于实时检测信道是否发生冲突，并在发生冲突时触发冲突避免机制；

发生外部冲突时，则利用如下公式计算新退避时间BO，并在侦听到信道处于空闲状态时根据新退避时间BO再次进入退避状态，并在退避状态结束时再次发送；

BO＝Random()*(WF[AC]*New_BW[AC]-1)*aBaseSloTDuraTion

New_BW[AC]＝WF[AC]*Old_BW[AC]

其中，Random()表示一个(0，1)平均分配的伪随机函数，WF[AC]为不同信道接入类别对应的加权因子，New_BW[AC]为新退避窗口值，Old_BW[AC]为原退避窗口值，aBaseSloTDuraTion为IEEE802.15.4规定的时隙长度。

7.根据权利要求6所述的基于ZigBee网络的服务质量优化系统，其特征在于，所述检测模块检测信道是否发生冲突具体包括：

当某一节点退避过程结束时，该节点内不同信道接入类型对应的退避计时器同时减为零，则该节点发生内部冲突；

当不同节点间发送数据后，在设定的时间内没有收到确认帧，则不同节点间发生外部冲突。

Images