CN107750061A - 一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法。所述方法包括第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据和第二数据,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包;所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息的CSI信息并解析得到所述待发送数据。本发明实施例通过将待发送数据在ZigBee终端采用有无ZigBee数据包编码,并在第二WiFi终端根据对CSI信息的解析获取待接收数据的方式实现的ZigBee到WiFi的高效通信方式。
Description
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法及装置。
背景技术
近几年来,蓬勃发展的物联网使得各种各样的无线设备大量出现,并且众多的无线网络协议大量共存。众多共存于2.4GHz免费频段的的无线设备将会导致严重的频谱竞争和干扰问题。而解决这一问题的关键就是实现异质设备之间的跨协议通信CTC。
由于不同网络协议物理层(PHY)和媒体介质接入层(MAC)的不兼容,所以异质设备之间难以相互的直接调制/解调、编码/解码,因而在不同协议之间直接进行信息交互和数据传输是非常具有挑战性的。现在已经有很多CTC方向的研究成果了。比如,FreeBee从时间维度上实现了从WiFi到ZigBee的直接通信,通过改变在异质设备之间广播信号的浮标beacon时间来传递信息。商用WiFi的beacon速率102.4ms/beacon,所以FreeBee的传输速率也会因beacon的固有速率而受到限制。Esense利用信号的能量实现了从WiFi到ZigBee的数据传输。WiZig提出利用时间和幅度分别调制能量信号,提高在噪声环境下从WiFi到ZigBee的吞吐量。B2W2实现了从蓝牙设备到WiFi设备的数据传输。
但是,从ZigBee设备向WiFi设备的跨协议通信方面的研究却寥寥,主要的技术挑战是这两种技术之间的不对称。一方面是功率的不对称,另一方面是信道不对称。WiFi最大的发送功率是100dBm,ZigBee最大的发送功率是0dBm。WiFi的信道宽度是20MHz,ZigBee的信道宽度是2MHz。所以,较弱的ZigBee信号很难被宽带的WiFi设备检测得到。目前,仅有Freebee和TCTC两种方法借助时间调制的方法实现了ZigBee到WiFi的直接数据传输,但是吞吐量较低,不具有较强的实用意义。
发明内容
本发明实施例提供一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法及装置,用以解决现有技术中ZigBee到WiFi传输的数据传输低吞吐量问题。
第一方面,本发明提供了一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法,包括:
第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;
所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;
所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
第二方面,本发明实施例提供了另一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法,包括:
ZigBee终端获取第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送的第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包;
所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内,以供所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数,然后在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路;
所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包,以供所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
第三方面,本发明实施例还提供了一种电子设备,包括:
处理器、存储器、通信接口和总线;其中,
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信;
所述通信接口用于该电子设备的通信设备之间的信息传输;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如下方法:
第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;
所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;
所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
第四方面,本发明实施例还提供了一种计算机程序,包括程序代码,所述程序代码用于执行如下操作:
所述处理器用于调用所述存储器中的逻辑指令,以执行如下方法:
第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;
所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;
所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
第五方面,本发明实施例还提供了一种存储介质,用于存储如前所述的计算机程序。
本发明实施例提供的ZigBee到WiFi的自适应通信方法及装置,通过将待发送数据在ZigBee终端采用有无ZigBee数据包编码,并在第二WiFi终端根据对CSI信息的采集,从而解码获取待接收数据的方式实现的ZigBee到WiFi的高效通信方式,从而大大增加了ZigBee终端到WiFi终端信息传输的吞吐量,且本方案不需要第三方网关,更不需要修改ZigBee和WiFi的物理层和MAC协议标准。
附图说明
图1为本发明实施例的ZigBee到WiFi的自适应通信方法流程图;
图2为本发明实施例的另一ZigBee到WiFi的自适应通信方法流程图;
图3为本发明实施例的自适应通信数据包发送示意图;
图4为本发明实施例的信道示意图;
图5为本发明实施例的数据包发送示意图;
图6为本发明实施例的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在下面的实施例中至少涉及到三个主要装置,一个ZigBee终端和两个WiFi终端:第一WiFi终端和第二WiFi终端,并在第一频段建立一条第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端用于通过对待发送数据的解析得到在第二频段发送ZigBee数据包的发送时间,来影响所述WiFi链路的信道状态,从而使所述第二WiFi终端通过对WiFi链路的信道状态的分析来获取ZigBee数据包的发送时间,并解析得到待发送数据。
图1为本发明实施例的ZigBee到WiFi的自适应通信方法,图3为本发明实施例的自适应通信数据包发送示意图,图4为本发明实施例的信道示意图,如图1和图3所示,所述方法包括:
步骤S01、第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据Data1,其中所述第一数据Data1至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;
为了实现本发明实施例中的ZigBee到WiFi的数据传输,需要利用一条由第一WiFi终端发送给第二WiFi终端的WiFi链路,所以所述第二WiFi终端会先监听所在网络中是否存在从第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,如果不存在,则所述第二WiFi终端会在第一频段发送第一数据Data1给所述第一WiFi终端和ZigBee终端,其中所述第一频段,即为所述第二WiFi终端期望所述WiFi链路建立时使用的WiFi信道,对于所述第一频段的选择可以是按照自身的需求来进行选择,也可以是一个预设的默认信道,例如中心频率为2462MHz的11信道。所述第一数据Data1至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,所包含的数据均为所述第二WiFi终端预存的默认值,可以是所述第二WiFi终端根据大量的实验和计算得到的相对较优的数据组合,也可以是以往的经验所得。
所述第一WiFi终端在接到所述第一数据Data1后,通过解析可以获取所述第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔,然后以所述第一目标接收功率作为所述第一WiFi终端的发送功率在所述第一频段向所述第二WiFi终端发送一个WiFi探测包,所述WiFi探测包内的具体数据可以是随机序列,也可以是与所述第二WiFi终端约定的固定序列。
同时ZigBee终端在接收到所述第一数据Data1后,虽然ZigBee终端无法像第一WiFi终端直接解码出所述第一数据Data1,但通过一些现有协议,例如FreeBee或者Esense,依然能够解析出所述第一数据Data1中的所述第二目标接收功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔,然后以所述第二目标接收功率作为所述ZigBee终端的发送功率在第二频段向第二WiFi终端发送ZigBee探测包,其中所述的ZigBee探测包内的数据可以是随机序列,也可以是与所述第二WiFi终端约定的固定序列。所述第二频段是根据所述第一频段所覆盖的范围来进行选择的,所述第二频段被所述第一频段完全覆盖。如图4所示,根据各种通信协议的信道的划分可知WiFi的信道的带宽为20MHz,而ZigBee的信道带宽是2MHz,一个WiFi信道能够覆盖4个ZigBee信道。例如如图4所示,WiFi第11信道就覆盖了ZigBee第21、22、23和24信道。当所述ZigBee终端通过监听获取所述WiFi链路的第一频段后,就可知在所述第一频段的覆盖范围内的4个ZigBee信道,然后在4个ZigBee信道中选择一个作为所述第二频段来发送ZigBee数据包。其中选择的方法即可以是根据经验所得,也可以是随机选择,具体的选择方式在此并不作限定。
为了能够保证上述WiFi探测包和ZigBee探测包在被所述第二WiFi终端接收到时互不影响,所以需要将两者的发送时间互相错开,当然具体的顺序在此不作限定,可以根据实际的需要互相约定。为了表述方便,在下面的实施例中都只以WiFi探测包在先,ZigBee探测包在后为例进行具体说明。
步骤S02、所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;
根据所述WiFi数据包和所述ZigBee数据包发送的前后顺序,所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,但所述第二WiFi终端并不需要对所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包进行解码,而只是需要从接收到的信号强度来获取所述WiFi探测包的接收功率和所述ZigBee探测包的接收功率。然后根据所述WiFi探测包的接收功率和所述WiFi探测包的发送功率即第一目标接收功率,根据路径损耗公式S=P×η,其中所述S代表发送功率,所述P代表接收功率,所述η代表路径损耗系数,可以得到第一路径损耗系数,同样根据所述ZigBee探测包的接收功率和所述ZigBee探测包的发送功率即第二目标接收功率,得到第二路径损耗系数。
步骤S03、所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;
当所述第二WiFi终端得到上述第一路径损耗系数和第二路径损耗系数后,就可以得到在所述第二WiFi终端接收到的第一WiFi终端信号强度为第一目标接收功率时,所述第一WiFi终端需要的第一发送功率;同样可以得到,在所述第二WiFi终端接收到的ZigBee终端信号强度为第二目标接收功率时,所述ZigBee终端需要的第二发送功率。
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括所述第一发送功率和所述第二发送功率,当然也可以同样包括所述WiFi包长、所述WiFi包间隔、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔。
所述第一WiFi终端在接收到所述第二数据后,会对所述第二数据进行解析以获取所述第一发送功率,然后在所述第一频段建立一条第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,并在所述WiFi链路根据所述WiFi包长和所述WiFi包间隔持续发送WiFi数据包。
同时所述ZigBee终端通过现有的WiFi到ZigBee通信协议,并通过对所述第二数据解析获取所述第二发送功率。然后ZigBee终端还需要对准备发送的待发送数据进行解析,由于ZigBee终端和第二WiFi终端本身的异质特性,即两者传输频段、传输功率和传输协议的差异性,使得第二WiFi终端无法对ZigBee终端发送的ZigBee数据包内的数据进行解析。所以本发明实施例采用的方法为:在已有WiFi链路中识别是否存在正在发送的ZigBee数据包,即让所述第二WiFi终端通过对所述WiFi链路的信道状态的好坏的判断来推断所述WiFi链路中是否正在发送所述ZigBee数据包。所以,ZigBee终端对待发送数据的编码也是采用有无数据包的方式来进行,对待发送数据中的每一位分别进行解析,并给每一位待发送数据预设各自的发送窗口,然后再来判断是否需要在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包。若判定为需要发送,则所述ZigBee终端会以第二发送功率作为发送功率在该发送窗口相对应时间段内,在所述第二频段发送ZigBee数据包,其中所述ZigBee数据包满足所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔。
步骤S04、所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
由于所述WiFi链路采用OFDM技术,一个WiFi信道可被分成64个子载波,每个子载波的带宽是312.5KHz,一个ZigBee的信道的带宽能够覆盖4个子载波。虽然,对整个WiFi链路而言,发送的ZigBee数据包很难被检测到,但是,由于ZigBee终端发送的ZigBee数据包会集中分布在所述第二频段内。所以,可以通过检测所述第二频段所覆盖的子载波的信道状态,来检测该子载波是否受到ZigBee数据包的影响。
所述第二WiFi终端可以根据在第一频段的WiFi链路,通过对接收到的WiFi数据包的分析来获取所述WiFi链路的信道状态信息CSI信息,再从中提取出子载波的CSI信息。对于CSI信息的采集方法有很多,也可以利用已有的各种CSI信息采集装置来实现,例如可以借助商用的WiFi网卡Inte2300和软件平台CSITool,但由于CSITool只能采集到30个子信道的CSI序列,每个子信道的大小大约是子载波的两倍,所以就需要将提取子载波的CSI信息,转为提取出子信道的CSI信息。从WiFi链路的CSI信息中提取所需要的子信道的CSI信息,其中所述子信道为与所述第二频段的中心频率最接近的那个子信道。再将获取的子信道的CSI信息,根据解码窗口划分成CSI序列。其中所述解码窗口与所述发送窗口相对应,而且两者的长度相等,即每个解码窗口对应于一位待发送数据。从而可以通过对每一段CSI序列的解析,获取每一位待发送数据的值,再根据各段CSI序列的排列顺序,获取完整的待发送数据。
当然在具体的实施过程中,可以根据需要采用不同的CSI采集装置,从而获取不同精度的CSI信息,但为了表述方便在下面的实施例中,都只以采用上述CSI采集装置和子信道的设置为例。
本发明实施例通过将待发送数据在ZigBee终端采用有无ZigBee数据包编码,并在第二WiFi终端根据对CSI信息的采集,从而解码获取待接收数据的方式实现的ZigBee到WiFi的高效通信方式,从而大大增加了ZigBee终端到WiFi终端信息传输的吞吐量,且本方案不需要第三方网关,更不需要修改ZigBee和WiFi的物理层和MAC协议标准。
基于上述实施例,进一步地,如图3所示,所述方法在所述步骤S01-S04后还包括:
步骤S05、所述第二WiFi终端在第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第三数据Data3,所述第三数据Data3至少包括结束信号,以供所述第一WiFi终端终断所述WiFi链路和所述ZigBee终端停止发送所述ZigBee数据包。
在所述第二WiFi终端判定已经接收完所述待发送数据后,或者根据与所述ZigBee数据端的约定默认为已经完成待发送数据的接收后,所述第二WiFi终端可以在第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第三数据Data3,其中所述第三数据Data3至少包括结束信号。从而使所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端在接收到所述第三数据Data3后,停止发送WiFi数据包和ZigBee数据包,从而同时终断了所述WiFi链路。
本发明实施例第二WiFi终端通过发送第三数据Data3来使所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端停止信号的发送,从而节省了能量的消耗。
图5为本发明实施例的数据包发送示意图,基于上述实施例,进一步地,,所述方法包括:
步骤S10、所述第二WiFi终端获取所述第一WiFi终端到所述第二WiFi终端的WiFi链路的链路信息,其中所述链路信息至少包括所述第一频段、所述第一目标接收功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔;
由上述实施例可知,所述第二WiFi终端需要先在所在网络监听是否存在所述第一WiFi终端到所述第二WiFi终端的WiFi链路,如果监听到存在所述WiFi链路,则所述第二WiFi终端可以通过对所述WiFi链路的监听获取到所述WiFi链路的链路信息,其中所述链路信息至包括所述第一频段、以及接收到的WiFi数据包的第一目标接收功率、所述WiFi包长TDW和所述WiFi包间隔TDW。
步骤S11、所述第二WiFi终端根据所述WiFi包长TDW和所述WiFi包间隔TIW得到所述ZigBee包长,以满足所述ZigBee包长至少等于2个WiFi包长TDZ加上一个WiFi包间隔TIZ,同时根据所述第一目标接收功率和预设的信干噪比阈值范围得到所述第二目标接收功率;
为了保证所述第二WiFi终端采集到的CSI序列能够明显区别出是否受到ZigBee数据包的影响,就要保证所述ZigBee数据包在时域上能够影响到WiFi数据包,也就是要保证ZigBee数据包至少与一个WiFi数据包在时域上完全重合。那就要求传输所述ZigBee数据包的ZigBee包长TDZ至少等于2个所述WiFi包长TDW加上1个WiFi包间隔TIW。
由上可知,如果所述ZigBee的数据包越长,即所述ZigBee包长TDZ越长,则被影响到的WiFi数据包也会越多,此时采集到的CSI序列也会能够更加明显得显示出受到了WiFi数据包的影响。但由于考虑到ZigBee数据包的长度有限,而且过长的数据包也会对数据传输的吞吐量造成影响,所以就需要对ZigBee数据包设置一个折中的ZigBee包长TDZ在满足对待发送数据的解码高准确率的前提下尽可能得增加吞吐量。
在本发明实施例中采用的方法是,将每一个ZigBee包长TDZ设置为等于两个WiFi包长TDW加上一个WiFi包间隔TIW,即保证每一个ZigBee数据包至少会与一个WiFi数据包完全重合。然后在每个发送窗口内连续发送预设发送数量的ZigBee数据包,每两个ZigBee数据包间存在预设ZigBee包间隔TIZ,从而每个发送窗口的长度可以由以下公式得出:
发送窗口长度=发送数量*[(2*TDW+TIW)+TIZ]
根据上述实施例可知,所述解码窗口的长度等于发送窗口的长度,而获取的每段CSI序列中的CSI采样点数量会根据CSI信息采集装置的采样频率不同而不同。在本实施例中,通过对CSI采样频率的调整,每段CSI序列中的CSI采样点的数量与所述发送窗口中能够发送的ZigBee数据包的发送数量相等,即每一个ZigBee数据包对应于一个CSI采样点。其中所述发送数量可以通过自身的需要来进行设定,例如8。
在上述对于ZigBee包长TDZ、发送窗口、解码窗口和CSI采样频率等的设置都只是对于该方法的一种举例,具体的参数可以根据实际的需要在ZigBee终端和WiFi终端间进行约定,在此不作具体限定,但为了表述方便,在下面的实施例中都只以上述设定作为举例进行说明。
同时所述第二WiFi终端根据所述第一目标接收功率和预设的信干噪比阈值范围得到所述第二目标接收功率。
进一步地,所述信干噪比SINR为所述第二目标接收功率SZ与第一目标接收功率IW和噪声功率N的比值,具体计算公式如下:
在ZigBee终端发送ZigBee数据包时,所述ZigBee终端的发送功率不能太小,如果太小会使第二WiFi终端接收到的ZigBee数据包的功率过小从而在对CSI序列进行解析时无法明显区分出是否存在ZigBee数据包的影响,从而大大增加了解码的误码率。而如果所述ZigBee终端的发送功率过大的话,就又会因为第一WiFi终端可能会将ZigBee终端发出的信号,当成是其它WiFi终端发出的信号,从而采取碰撞避让机制CSMA,使第一WiFi终端中断WiFi链路,从而使第二WiFi终端无法得到正确的CSI序列来解析出待发送数据。
所以ZigBee终端在发送ZigBee数据包时需要选取合适的ZigBee发送功率,使得CSI序列既能够发生明显的变化,又不能够产生CSMA避让,影响WiFi链路的数据传输。此时就需要根据所述信干噪比的公式,预设的信干噪比的阈值范围,例如[-0.25,1.25],当所述第二目标接收功率满足所述信干噪比阈值范围内时,就可以认为所述第二WiFi终端可以通过对CSI序列的解析得到待发送数据。在所述信干噪比的阈值范围内随机选择一个值,或者选定一个中间值,例如0.75,也可以根据实验得到的所述第二WiFi终端解析出待发送数据的准确率与所述信干噪比的关系,选取能够得到最大准确率的信干噪比的值,再根据所述第二WiFi终端监听到的噪声功率N来计算第二目标接收功率。其中所述噪声功率N可以通过一定的白噪声产生设备来模拟各种环境下的噪声功率。
步骤S01、第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;
步骤S02、所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;
所述步骤S01和S02与上述实施例相同,此处不再赘述。
步骤S031、所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第二发送功率,其中所述第二发送功率根据所述第一目标接收功率、所述第二路径损耗系数和预设的约束方程得到,以满足在约束方程下所述ZigBee终端的能量消耗最小,以供所述第一WiFi终端维持当前WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长TDZ和所述ZigBee包间隔TIZ发送ZigBee数据包。
当所述第二WiFi终端得到上述第一路径损耗系数和第二路径损耗系数后,就可以根据路径损耗公式得到,在所述第二WiFi终端接收到的第一WiFi终端信号强度为第一目标接收功率时,所述第一WiFi终端需要的第一发送功率。
同时根据所述第一目标接收功率、所述第二路径损耗系统和预设的约束方程得到,并满足在约束方程下所述ZigBee终端的能量消耗最小。
进一步地,所述第二发送功率根据所述第一目标接收功率、所述第二路径损耗系数和预设的约束方程得到,以满足在约束方程下所述ZigBee终端的能量消耗最小,具体为:
根据下列公式得到:
min E
其中所述E代表所述第二WiFi终端接收到正确的一位待发送数据时所述ZigBee终端需要消耗的能量,所述ET代表ZigBee终端根据一位待发送数据在所述发送窗口发送ZigBee数据包需要消耗的能量,所述ET=G(PZ)代表ET与第二发送功率PZ之间预设的非线性关系,f(x)代表所述第二WiFi终端接收到所述待发送数据的准确率,所述f(x)=p1x3+p2x2+p3x+p4代表了所述准确率与所述信干噪比的拟合关系式,其中所述p1,p2,p3和p4代表了实验获取的拟合系数,所述x代表所述信干噪比SINR,所述thl≤x≤thu代表信干噪比x在预设信干噪比阈值范围内,所述η代表所述第二路径损耗系数。
其中所述f(x)=p1x3+p2x2+p3x+p4可以在所述第二WiFi终端进行前期测试时,采用计算机工具,例如matlab2016a中的cftool工具,进行曲线拟合,得到,并给出相应的多项式系数p1,p2,p3和p4。
当然,根据具体需求的不同,对于如何让ZigBee终端更有效率发送待发送数据,并得到更大的传输数据的吞吐量的其它约束方程的形式有很多,上述实施例也只是给出了其中的一个举例,此处不作具体的限定。但为了表述方便在下面的实施例中都只以上述设定为例。
在通过计算机的辅助计算下,可以得到ZigBee终端在约束方程下的最高效率状态,即所述E最小时的第二发送功率。
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括所述第二发送功率,当然也可以同样包括所述第一发送功率、所述WiFi包长、所述WiFi包间隔、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔。
由于本实施例利用的是一条当前存在的WiFi链路,所以并不需要所述第一WiFi终端去建立一条新的WiFi链路,而只要维持当前第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路即可。
同时所述ZigBee终端通过现有的WiFi到ZigBee通信协议,并通过对所述第二数据解析获取所述第二发送功率。然后ZigBee终端还需要对准备发送的待发送数据进行解析,并采用有无数据包的方式来进行设置。对待发送数据中的每一位分别进行解析,并给每一位待发送数据预设各自的发送窗口,然后再来判断是否需要在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包。若判定为需要发送,则所述ZigBee终端会以第二发送功率作为发送功率在该发送窗口相对应时间段内,在所述第二频段发送ZigBee数据包,其中所述ZigBee数据包满足所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔。
步骤S04、所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
所述步骤S04与上述实施例相同,此处不再赘述。
本发明实施例通过对已有WiFi链路的监听,得到所述WiFi链路的链路路信息,并自适应得计算出所述ZigBee终端的第二发送功率以及ZigBee包长,从而大大增加了ZigBee终端到WiFi终端信息传输的吞吐量,且本方案不需要第三方网关,更不需要修改ZigBee和WiFi的物理层和MAC协议标准。
基于上述实施例,进一步地,所述通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,具体为:
根据每一段CSI序列中包含的至少一个CSI采样点的方差和所述CSI采样点的峰峰值,采用预先经过训练的向量机将每一段CSI序列分为第一类CSI序列或第二类CSI序列,并得到每一位待发送数据,再根据各段CSI序列的排列顺序得到待发送数据,其中所述第一类CSI序列表示在相对应的解码窗口时间段内所述第二WiFi终端接收到了ZigBee数据包,所述第二类CSI序列表示在相对应的解码窗口时间段内所述第二WiFi终端没有接收到ZigBee数据包。
所述CSI序列根据CSI信息采集装置的不同,以及对于采样频率的设置的不同,所述CSI序列中至少包含有一个CSI采样点。而对于CSI序列的解析方法也有很多,例如可以预设一些阈值点,对CSI序列中的每一个CSI采样点分别进行解析,然后再汇总以得到CSI序列的解析结果。或者对于CSI序列中,每个CSI采样点的相互关系来进行解析。本发明实施例,只给出其中的一种方法举例,具体方法可以根据实际的需要来进行设计,在此不作具体限定。
本发明实施例采用了向量机SVM分类器来实现对CSI序列的解码。根据上述实施例中预设的解码窗口,在每段CSI序列中会有8个CSI采样点。SVM分类器可以获取这8个CSI采样点的方差和每个CSI采样点的峰峰值。先设定一组待发送数据的训练集,在不同的环境里进行多组实验得到不同WiFi链路下的CSI序列。
例如,设定四种不同的环境,包括一个小而拥挤的办公室和一个空的会议室分别在白天和晚上进行的实验,这四种环境的背景噪声、多径情况、人为环境和外界干扰等情况各不相同,分别设定WiFi链路选择11信道发送WiFi的数据包,WiFi数据包的长度为145bytes,WiFi包间隔为0.5ms,ZigBee终端在信道23发送ZigBee的数据包,所述ZigBee数据包的长度为28bytes,间隔0.192ms,发送功率的等级为13(对应的功率等级为-9dBm),在上述四种不同的环境下进行120组实验,每组实验重复30s,CSI的采样速率为2K。
从而使得SVM分类器能够根据每段CSI序列的方差和其中每个CSI采样点的峰峰值的组合模型将CSI序列分为在相应的解码窗口时间段内所述第二WiFi终端接收到ZigBee数据包的第一类CSI序列和没有接收到ZigBee数据包的第二类CSI序列。并再设定一组待发送数据的测试集来测定所述SVM分类器的准确率。当所述SVM分类器的准确率达到需要的值时,例如90%,就可认为所述SVM分类器可以实现对于CSI序列的解码。
在具体的应用过程中,所述SVM分类器就可以对提取出的CSI序列进行分类,若为第一类CSI序列,则解码为1,若为第二类CSI序列,则解码为0。从而根据各段CSI序列的排列情况,准确解码出待接收数据。
本发明实施例先通过对SVM的训练和测试以使得SVM分类器满足要求,然后利用SVM分类器对提取出的CSI序列进行分类,并准确解码,可以保证ZigBee到WiFi数据发送的准确率并大大提高数据传输的吞吐量。
图2为本发明实施例的另一ZigBee到WiFi的自适应通信方法流程图,如图2所示,包括:
步骤S20、ZigBee终端获取第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送的第一数据Data1,其中所述第一数据Data1至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包;
为了实现本发明实施例中的ZigBee到WiFi的数据传输,需要利用一条由第一WiFi终端发送给第二WiFi终端的WiFi链路,所以所述第二WiFi终端会先监听所在网络中是否存在从第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,如果不存在,则所述第二WiFi终端会在第一频段发送第一数据给所述第一WiFi终端和ZigBee终端。所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,所包含的数据均为所述第二WiFi终端预存的默认值。
所述第一WiFi终端在接到所述第一数据后,通过解析可以获取所述第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔,然后以所述第一目标接收功率作为所述第一WiFi终端的发送功率在所述第一频段向所述第二WiFi终端发送一个WiFi探测包。
步骤S21、所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内,以供所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数,然后在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据Data2,其中所述第二数据Data2至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路;
同时ZigBee终端在接收到所述第一数据后,所述ZigBee终端通过一些现有协议,例如FreeBee或者Esense,依然能够解析出所述第一数据中的所述第二目标接收功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔,然后以所述第二目标接收功率作为所述ZigBee终端的发送功率在第二频段向第二WiFi终端发送ZigBee探测包。所述第二频段是根据所述第一频段所覆盖的范围来进行选择的,所述第二频段被所述第一频段完全覆盖。如图4所示,根据各种通信协议的信道的划分可知WiFi的信道的带宽为20MHz,而ZigBee的信道带宽是2MHz,一个WiFi信道能够覆盖4个ZigBee信道。当所述ZigBee终端通过监听获取所述WiFi链路的第一频段后,就可知在所述第一频段的覆盖范围内的4个ZigBee信道,然后在4个ZigBee信道中选择一个作为所述第二频段来发送ZigBee数据包。其中选择的方法即可以是根据经验所得,也可以是随机选择,具体的选择方式在此并不作限定。
根据所述WiFi数据包和所述ZigBee数据包发送的前后顺序,所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包接收到的信号强度来获取所述WiFi探测包的接收功率和所述ZigBee探测包的接收功率。然后根据所述WiFi探测包的接收功率和所述WiFi探测包的发送功率即第一目标接收功率,根据路径损耗公式,可以得到第一路径损耗系数,同样根据所述ZigBee探测包的接收功率和所述ZigBee探测包的发送功率即第二目标接收功率,得到第二路径损耗系数。
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括所述第一发送功率和所述第二发送功率,当然也可以同样包括所述WiFi包长、所述WiFi包间隔、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔。
所述第一WiFi终端在接收到所述第二数据后,会对所述第二数据进行解析以获取所述第一发送功率,然后在所述第一频段建立一条第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,并在所述WiFi链路根据所述WiFi包长和所述WiFi包间隔持续发送WiFi数据包。
步骤S22、所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包,以供所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
所述ZigBee终端通过现有的WiFi到ZigBee通信协议,并通过对所述第二数据解析获取所述第二发送功率。然后ZigBee终端还需要对准备发送的待发送数据的编码也是采用有无数据包的方式来进行,对待发送数据中的每一位分别进行解析,并给每一位待发送数据预设各自的发送窗口,然后再来判断是否需要在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包。若判定为需要发送,则所述ZigBee终端会以第二发送功率作为发送功率在该发送窗口相对应时间段内,在所述第二频段发送ZigBee数据包,其中所述ZigBee数据包满足所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔。
进一步地,如图4所示,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,具体为:
所述ZigBee终端按所述待发送数据的排列顺序,每经过一个所述发送窗口获取一位待发送数据,所述发送窗口为发送至少一个ZigBee数据包的ZigBee包长加ZigBee包间隔,若所述一位待发送数据的值为1,则判定所述发送窗口需要发送所述ZigBee数据包,若所述一位待发送数据的值为0,则判定所述发送窗口不需要发送所述ZigBee数据包。
对于如何将待发送数据解析以判定是否在发送窗口的发送ZigBee数据包,可以根据实际的情况和需要来进行设定,在此并不作具体的限定。可以直接对待发送数据进行完整的解析,然后对每个ZigBee数据包发送的时间进行设定,也可以采用本实施例的方式按待发送数据的排列顺序,遂一进行解析,直到解析完毕,同时完成ZigBee数据包的传输,具体实现过程如下:
先获取预设发送窗口的长度,所述发送窗口的长度即为发送至少一个ZigBee数据包的ZigBee包长加ZigBee包间隔,其中具体发送ZigBee数据包的数据内容可以是一个随机序列也可以是一个预设的序列,与所述ZigBee终端想要发送给所述第二WiFi终端的待发送数据无关,可以根据实际的需要来进行设定,在此不作具体的限定。ZigBee终端每经过一个发送窗口的长度就从待发送数据按顺序获取一个位待发送数据,该位待发送数据的值只可能会出现1或0两种,设定
若获取的值为1,则判定在当前发送窗口需要发送ZigBee数据包;
若获取的值为0,则判定在当前发送窗口无需发送ZigBee数据包。
例如待发送数据为1011,则可知ZigBee终端需要在第一个发送窗口发送ZigBee数据包,然后等待一个发送窗口的长度,再继续在接下来的两个发送窗口发送ZigBee数据包。上述设定只是一种举例说明,并不作具体的限定,但为了表述方便,在下面的实施例中都只以上述的设定为例。
由于所述WiFi链路采用OFDM技术,一个WiFi信道可被分成64个子载波,每个子载波的带宽是312.5KHz,一个ZigBee的信道的带宽能够覆盖4个子载波。虽然,对整个WiFi链路而言,发送的ZigBee数据包很难被检测到,但是,由于ZigBee终端发送的ZigBee数据包会集中分布在所述第二频段内。所以,可以通过检测所述第二频段所覆盖的子载波的信道状态,来检测该子载波是否受到ZigBee数据包的影响。
所述第二WiFi终端可以根据在第一频段的WiFi链路,通过对接收到的WiFi数据包的分析来获取所述WiFi链路的信道状态信息CSI信息,再从中提取出子载波的CSI信息。对于CSI信息的采集方法有很多,也可以利用已有的各种CSI信息采集装置来实现,例如可以借助商用的WiFi网卡Inte2300和软件平台CSITool,但由于CSITool只能采集到30个子信道的CSI序列,每个子信道的大小大约是子载波的两倍,所以就需要将提取子载波的CSI信息,转为提取出子信道的CSI信息。从WiFi链路的CSI信息中提取所需要的子信道的CSI信息,其中所述子信道为与所述第二频段的中心频率最接近的那个子信道。再将获取的子信道的CSI信息,根据解码窗口划分成CSI序列。其中所述解码窗口与所述发送窗口相对应,而且两者的长度相等,即每个解码窗口对应于一位待发送数据。从而可以通过对每一段CSI序列的解析,获取每一位待发送数据的值,再根据各段CSI序列的排列顺序,获取完整的待发送数据。
本发明实施例通过将待发送数据在ZigBee终端采用有无ZigBee数据包编码,并在第二WiFi终端根据对CSI信息的采集,从而解码获取待接收数据的方式实现的ZigBee到WiFi的高效通信方式,从而大大增加了ZigBee终端到WiFi终端信息传输的吞吐量,且本方案不需要第三方网关,更不需要修改ZigBee和WiFi的物理层和MAC协议标准。
图6是示出本发明实施例的电子设备结构示意图。如图6所示,所述电子设备,包括:处理器(processor)601、存储器(memory)602和总线603;
其中,所述处理器601和所述存储器602通过所述总线603完成相互间的通信;
所述处理器601用于调用所述存储器602中的程序指令,以执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
进一步地,本发明实施例公开一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
进一步地,本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的显示装置的测试设备等实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法,其特征在于,包括:
步骤S01、第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和ZigBee终端发送第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包,所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内;
步骤S02、所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数;
步骤S03、所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包;
步骤S04、所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
所述第二WiFi终端在第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第三数据,所述第三数据至少包括结束信号,以供所述第一WiFi终端终断所述WiFi链路和所述ZigBee终端停止发送所述ZigBee数据包。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
所述第二WiFi终端获取所述第一WiFi终端到所述第二WiFi终端的WiFi链路的链路信息,其中所述链路信息至少包括所述第一频段、所述第一目标接收功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔;
所述第二WiFi终端根据所述WiFi包长和所述WiFi包间隔得到所述ZigBee包长,以满足所述ZigBee包长至少等于2个WiFi包长加上一个WiFi包间隔,同时根据所述第一目标接收功率和预设的信干噪比阈值范围得到所述第二目标接收功率;相应地,所述步骤S03,具体为:
所述第二WiFi终端在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第二发送功率,其中所述第二发送功率根据所述第一目标接收功率、所述第二路径损耗系数和预设的约束方程得到,以满足在约束方程下所述ZigBee终端的能量消耗最小,以供所述第一WiFi终端维持当前WiFi链路,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在所述第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述信干噪比SINR为所述第二目标接收功率SZ与第一目标接收功率IW和噪声功率N的比值,具体计算公式如下:
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>I</mi>
<mi>N</mi>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mn>10</mn>
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<mi>g</mi>
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<mi>S</mi>
<mi>Z</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>W</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>N</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第二发送功率根据所述第一目标接收功率、所述第二路径损耗系数和预设的约束方程得到,以满足在约束方程下所述ZigBee终端的能量消耗最小,具体为:
根据下列公式得到:
<mrow>
<mi>E</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>T</mi>
</msub>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>f</mi>
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<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
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</mrow>
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</mrow>
min E
<mrow>
<mi>s</mi>
<mo>.</mo>
<mi>t</mi>
<mo>.</mo>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>T</mi>
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<mo>=</mo>
<mi>G</mi>
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<mo>(</mo>
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<mi>P</mi>
<mi>Z</mi>
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<mi>x</mi>
<mo>&le;</mo>
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<mi>u</mi>
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<mrow>
<mi>f</mi>
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<mi>x</mi>
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<mo>=</mo>
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<mi>x</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>p</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mi>x</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>p</mi>
<mn>4</mn>
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</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mo>=</mo>
<mn>10</mn>
<mi>lg</mi>
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<mi>S</mi>
<mi>Z</mi>
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<mi>N</mi>
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<mtr>
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<mi>S</mi>
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<mo>=</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>Z</mi>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<mi>&eta;</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中所述E代表所述第二WiFi终端接收到正确的一位待发送数据时所述ZigBee终端需要消耗的能量,所述ET代表ZigBee终端根据一位待发送数据在所述发送窗口发送ZigBee数据包需要消耗的能量,所述ET=G(PZ)代表ET与第二发送功率PZ之间预设的非线性关系,f(x)代表所述第二WiFi终端接收到所述待发送数据的准确率,所述f(x)=p1x3+p2x2+p3x+p4代表了所述准确率与所述信干噪比的拟合关系式,其中所述p1,p2,p3和p4代表了实验获取的拟合系数,所述x代表所述信干噪比SINR,所述thl≤x≤thu代表信干噪比x在预设信干噪比阈值范围内,所述η代表所述第二路径损耗系数。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,具体为:
根据每一段CSI序列中包含的至少一个CSI采样点的方差和所述CSI采样点的峰峰值,采用预先经过训练的向量机将每一段CSI序列分为第一类CSI序列或第二类CSI序列,并得到每一位待发送数据,再根据各段CSI序列的排列顺序得到待发送数据,其中所述第一类CSI序列表示在相对应的解码窗口时间段内所述第二WiFi终端接收到了ZigBee数据包,所述第二类CSI序列表示在相对应的解码窗口时间段内所述第二WiFi终端没有接收到ZigBee数据包。
7.一种ZigBee到WiFi的自适应通信方法,其特征在于,包括:
ZigBee终端获取第二WiFi终端在第一频段向第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送的第一数据,其中所述第一数据至少包括第一目标接收功率、WiFi包长、WiFi包间隔、第二目标接收功率、ZigBee包长和ZigBee包间隔,以供所述第一WiFi终端根据所述第一目标接收功率在所述第一频段发送WiFi探测包;
所述ZigBee终端根据所述第二目标接收功率在第二频段发送ZigBee探测包,其中所述第二频段在所述第一频段的覆盖范围内,以供所述第二WiFi终端分别获取所述WiFi探测包和所述ZigBee探测包,并根据所述WiFi探测包的接收功率获取第一路径损耗系数,根据所述ZigBee探测包的接收功率获取第二路径损耗系数,然后在所述第一频段向所述第一WiFi终端和所述ZigBee终端发送第二数据,其中所述第二数据至少包括第一发送功率和第二发送功率,其中所述第一发送功率根据所述第一目标接收功率和所述第一路径损耗系数得到,所述第二发送功率根据所述第二目标接收功率、所述第二路径损耗系数得到,以供所述第一WiFi终端根据所述第一发送功率、所述WiFi包长和所述WiFi包间隔在所述第一频段建立一条所述第一WiFi终端到第二WiFi终端的WiFi链路;
所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,若发送,则在与所述发送窗口相对应的时间段内,在第二频段,根据所述第二发送功率、所述ZigBee包长和所述ZigBee包间隔发送ZigBee数据包,以供所述第二WiFi终端获取所述WiFi链路的链路信息,所述链路信息至少包括CSI信息,并提取出每个解码窗口内子信道的CSI序列,并通过对每一段CSI序列的解析得到所述待发送数据,其中所述子信道在所述第二频段的覆盖范围内,所述解码窗口与所述发送窗口相对应且长度相等。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述ZigBee终端根据对待发送数据的解析判定是否在与每一位待发送数据相对应的发送窗口发送ZigBee数据包,具体为:
所述ZigBee终端按所述待发送数据的排列顺序,每经过一个所述发送窗口获取一位待发送数据,所述发送窗口为发送至少一个ZigBee数据包的ZigBee包长加ZigBee包间隔,若所述一位待发送数据的值为1,则判定所述发送窗口需要发送所述ZigBee数据包,若所述一位待发送数据的值为0,则判定所述发送窗口不需要发送所述ZigBee数据包。
9.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信;所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至6任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述的方法。
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