CN108847901B - 基于误包率的无线同频信号类别检测装置、方法及系统 - Google Patents

基于误包率的无线同频信号类别检测装置、方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于误包率的无线同频信号检测装置、方法及系统。装置包括:暗室、发射机、接收机、PC机、WIFI信号发射模块、蓝牙信号发射模块和RFID信号发射模块,所述发射机、所述接收机、所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块均位于所述暗室中,所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块和所述接收机之间的距离相等,设为第一距离,所述发射机和所述接收机之间的距离设为第二距离,所述第一距离小于所述第二距离,所述PC机与所述接收机连接,所述PC机用于显示误包率。采用本发明的装置、方法或者系统能够解决无线传感器网络ZigBee通讯中无线干扰信号识别问题。

Description

基于误包率的无线同频信号类别检测装置、方法及系统
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域,尤其涉及一种基于误包率的无线同频信号类别检测装置、方法及系统。
背景技术
随着无线网络和物联网的发展,尤其是一些短距离无线同频网络会部署在同一环境下,例如智能建筑、农业物联网等应用系统中。ZigBee、蓝牙、WiFi以及RFID都在ISM2.4GHz频段上进行工作,ISM频段是全球免费通用频段,同一环境下,多种无线信号使用同一频段或相近频段会产生干扰,对于那些功率小的,数据传送慢的设备将造成延时、丢失数据、甚至错误数据等情况,尤其对于那些使用ZigBee通信的消防器材、报警装置来说,将是致命的问题。
ZigBee是ZigBee联盟于2004年提出的应用于自组织短距离的无线通信技术,使用IEEE 802.15.4标准,工作在2.4GHz ISM频段,调制方式采用调相技术,2.4GHz频段信号调制方式采用oqpsk。使用直接序列扩频技术进行通信。ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本的无线网络技术,数据速率小于250kbps,使用自组网进行通信,但容易受到外部环境干扰,例如极端恶劣天气会造成传感器灵敏度精度下降、通讯故障等问题,电磁干扰会造成数据传送延迟、错误等问题。
WiFi遵循IEEE 802.11通信标准,使用直接序列扩频技术进行通信,具有高速率,覆盖范围广等特点。WiF工作在2.4GHz频段,调制方法采用正交频分复用技术,其主要思想是将信道分为多个相互正交的子信道,将数据流调制到子信道上进行传输可避免信号冲突。WiFi速率可达到54Mbps,工作带宽为22MHz,因其不用布线且传输速度快,是目前最受欢迎的局域网无线通讯,但因其通讯功率大,且信道带宽宽,不免会对其他无线通讯网络造成干扰。
蓝牙使用IEEE 802.15.1通信标准,将2.4GHz频段划分为79个带宽为1MHz的通信信道,通过二进制频移键控进行信号调制,采用自适应跳频技术进行通信。由于蓝牙具有体积小、功率低等特点,可以集成到大多数数字设备中,虽然蓝牙采用跳频方式工作,但一旦与其他无线设备同时工作在同一信道下,就会对其他无线设备产生干扰。
有源RFID工作在2.4GHz频段的为微波频段,采用电子耦合方式进行通信,为近距离式通信技术。通过无线电讯号识别特定目标之间建立机械或光学接触,RFID采用跳频方式进行通信,干扰原理同蓝牙类似。
误包率是根据接收机收到的数据包进行统计,通过错误包总数/数据包总数计算得到,误包率反映了接收通路的质量,程序设定误包率统计从系统复位开始进行统计,判断不是期望收到的数据包认为是丢包。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于误包率的无线同频信号类别检测装置、方法及系统,解决了无线传感器网络ZigBee通讯中无线干扰信号识别问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于误包率的无线同频信号检测装置,所述检测装置包括:暗室、发射机、接收机、PC机、WIFI信号发射模块、蓝牙信号发射模块和RFID信号发射模块,所述发射机、所述接收机、所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块均位于所述暗室中,所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块和所述接收机之间的距离相等,设为第一距离,所述发射机和所述接收机之间的距离设为第二距离,所述第一距离小于所述第二距离,所述PC机与所述接收机连接,所述PC机用于显示误包率。
可选的,所述第一距离为2m,所述第二距离为6m。
可选的,所述发射机、所述接收机、所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块的传输频率为2.4GHz。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于误包率的无线同频信号检测方法,所述检测方法包括:
获取有干扰源下的误包率,所述干扰源的类型包括WIFI信号、蓝牙信号和RFID信号;
计算多次获取的所述误包率的平均值,得到误包率平均值;
采用多个误包率平均值进行训练,得到训练分类器;
根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型。
可选的,所述根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型,具体包括:
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,所述干扰源类型为WIFI信号干扰;
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,所述干扰源类型为RFID信号干扰;
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为10%-15%时,所述干扰源类型为蓝牙信号干扰。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于误包率的无线同频信号检测系统,所述检测系统包括:
获取模块,用于获取有干扰源下的误包率,所述干扰源的类型包括WIFI信号、蓝牙信号和RFID信号;
计算模块,用于计算多次获取的所述误包率的平均值,得到误包率平均值;
训练模块,用于采用多个误包率平均值进行训练,得到训练分类器;
识别模块,用于根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型。
可选的,所述识别模块,具体包括:
第一识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,所述干扰源类型为WIFI信号干扰;
第二识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,所述干扰源类型为RFID信号干扰;
第三识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为10%-15%时,所述干扰源类型为蓝牙信号干扰。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供一种基于误包率的无线同频信号检测装置,包括:暗室、发射机、接收机、PC机、WIFI信号发射模块、蓝牙信号发射模块和RFID信号发射模块,所述发射机、所述接收机、所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块均位于所述暗室中,所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块和所述接收机之间的距离相等,设为第一距离,所述发射机和所述接收机之间的距离设为第二距离,所述第一距离小于所述第二距离,所述PC机与所述接收机连接,所述PC机用于显示误包率。通过上述装置能够解决无线传感器网络ZigBee通讯中无线干扰信号识别问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于误包率的无线同频信号检测装置示意图;
图2为本发明实施例基于误包率的无线同频信号检测方法流程图;
图3为无干扰下ZigBee的误包率;
图4为WiFi干扰下ZigBee的误包率;
图5为RFID干扰下ZigBee的误包率;
图6为BlueTooth干扰下ZigBee的误包率;
图7为判断无线干扰信号类型的分类树。
图8为本发明实施例基于误包率的无线同频信号检测系统结构图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于误包率的无线同频信号检测装置示意图。如图1所示,一种基于误包率的无线同频信号检测装置,所述检测装置包括:暗室1、发射机2、接收机3、PC机4、WIFI信号发射模块5、蓝牙信号发射模块6和RFID信号发射模块7,所述发射机2、所述接收机3、所述WIFI信号发射模块5、所述蓝牙信号发射模块6和所述RFID信号发射模块7均位于所述暗室1中,所述WIFI信号发射模块5、所述蓝牙信号发射模块6和所述RFID信号发射模块7和所述接收机3之间的距离相等,设为第一距离,所述发射机2和所述接收机3之间的距离设为第二距离,所述第一距离小于所述第二距离,所述PC机4与所述接收机3连接,所述PC机4用于显示误包率。所述发射机2和所述接收机3间隔6m进行无线收发。所述接收机3通过串口不断发数据到PC机4上显示当前的误包率。在间隔所述接收机3的2m处分别加入干扰源(WiFi、RFID、BlueTooth),WiFi传输是通过手机和电脑不断进行视频的发送,RFID是设置有源收发机进行无线通讯,BlueTooth使用手机和蓝牙音响连接播放歌曲,通过串口助手工具显示ZigBee的PER的值。所述发射机2、所述接收机3、所述WIFI信号发射模块5、所述蓝牙信号发射模块6和所述RFID信号发射模块7的传输频率为2.4GHz。上述装置能够解决无线传感器网络ZigBee通讯中无线干扰信号识别问题。
图2为本发明实施例基于误包率的无线同频信号检测方法流程图。如图2所示,一种基于误包率的无线同频信号检测方法,所述检测方法包括:
步骤101:获取有干扰源下的误包率,所述干扰源的类型包括WIFI信号、蓝牙信号和RFID信号;
步骤102:计算多次获取的所述误包率的平均值,得到误包率平均值;
步骤103:采用多个误包率平均值进行训练,得到训练分类器;
步骤104:根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型。
步骤103中每隔10s采集100次数据,建立EXCEL表格,得到误包率平均值,统计30次,得到30组数据。经过对分类树进行测试,按照得到的9000个PER值作为训练数据,训练分类树,所述训练分类树即为所述训练分类器。图7为判断无线干扰信号类型的分类树。
步骤104,具体包括:
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,所述干扰源类型为WIFI信号干扰;
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,所述干扰源类型为RFID信号干扰;
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为10%-15%时,所述干扰源类型为蓝牙信号干扰。
图3为无干扰下ZigBee的误包率。图4为WiFi干扰下ZigBee的误包率。图5为RFID干扰下ZigBee的误包率。图6为BlueTooth干扰下ZigBee的误包率。
当要识别无线信号干扰类型时,将PER的平均值输入到分类树,根据分类树的判断条件进行判断转到相应分支。本实例采用了9000个数据进行验证,通过30组数据得到平均值根据分类树进行判定,验证结果见下表。
类型 正确次数 总次数 精度
WiFi 95 100 95%
RFID 89 100 89%
BlueTooth 85 100 85%
本发明的准确性在80%以上,能够为无线设备抗干扰提供帮助。
本发明不需要利用硬件设备进行检测,只需要采集多次数据包就可以准确判断出无线信号干扰类型。
判断无线信号干扰我们可以用多种方法检测,例如PER、RSSI、链路质量检测等,由于无线网络的发展,越来越多地无线设备投入到工业与农业的监测与开发中,但目前为止,判断无线信号干扰类型的方法还比较少,大多要依赖强大的硬件设备,本发明提出的利用PER的值来判断,效果更好同时更加简便。
图8为本发明实施例基于误包率的无线同频信号检测系统结构图。如图8所示,一种基于误包率的无线同频信号检测系统,所述检测系统包括:
获取模块801,用于获取有干扰源下的误包率,所述干扰源的类型包括WIFI信号、蓝牙信号和RFID信号;
计算模块802,用于计算多次获取的所述误包率的平均值,得到误包率平均值;
训练模块803,用于采用多个误包率平均值进行训练,得到训练分类器;
识别模块804,用于根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型。
所述识别模块804,具体包括:
第一识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,所述干扰源类型为WIFI信号干扰;
第二识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,所述干扰源类型为RFID信号干扰;
第三识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为10%-15%时,所述干扰源类型为蓝牙信号干扰。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于误包率的无线同频信号检测装置,其特征在于,所述检测装置包括:暗室、发射机、接收机、PC机、WIFI信号发射模块、蓝牙信号发射模块和RFID信号发射模块,所述发射机、所述接收机、所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块均位于所述暗室中,所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块和所述接收机之间的距离相等,设为第一距离,所述发射机和所述接收机之间的距离设为第二距离,所述第一距离小于所述第二距离,所述PC机与所述接收机连接,所述PC机用于显示误包率;所述第一距离为2m,所述第二距离为6m;
当根据误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,干扰源的类型为WIFI信号干扰;
当根据误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,干扰源的类型为RFID信号干扰;
当根据误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为10%-15%时,干扰源的类型为蓝牙信号干扰。
2.根据权利要求1所述的基于误包率的无线同频信号检测装置,其特征在于,所述发射机、所述接收机、所述WIFI信号发射模块、所述蓝牙信号发射模块和所述RFID信号发射模块的传输频率为2.4GHz。
3.一种基于权利要求1-2任意一项所述的基于误包率的无线同频信号检测装置的检测方法,其特征在于,所述检测方法包括:
获取有干扰源下的误包率,所述干扰源的类型包括WIFI信号、蓝牙信号和RFID信号;
计算多次获取的所述误包率的平均值,得到误包率平均值;
采用多个误包率平均值进行训练,得到训练分类器;
根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型,具体包括:
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,所述干扰源的类型为WIFI信号干扰;
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,所述干扰源的类型为RFID信号干扰;
当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为10%-15%时,所述干扰源的类型为蓝牙信号干扰。
4.一种基于权利要求1-2任意一项所述的基于误包率的无线同频信号检测装置的检测系统,其特征在于,所述检测系统包括:
获取模块,用于获取有干扰源下的误包率,所述干扰源的类型包括WIFI信号、蓝牙信号和RFID信号;
计算模块,用于计算多次获取的所述误包率的平均值,得到误包率平均值;
训练模块,用于采用多个误包率平均值进行训练,得到训练分类器;
识别模块,用于根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到干扰源的类型;
所述识别模块,具体包括:
第一识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为30%-40%时,所述干扰源的类型为WIFI信号干扰;
第二识别单元,用于当根据所述误包率平均值采用训练分类器进行识别,得到误包率范围为15%-25%时,所述干扰源的类型为RFID信号干扰;
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