CN111954223B - 一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法 - Google Patents

一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111954223B
CN111954223B CN202010719734.0A CN202010719734A CN111954223B CN 111954223 B CN111954223 B CN 111954223B CN 202010719734 A CN202010719734 A CN 202010719734A CN 111954223 B CN111954223 B CN 111954223B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ble
wifi
channel
module
noise ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010719734.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111954223A (zh
Inventor
程思瑶
柯文康
李峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202010719734.0A priority Critical patent/CN111954223B/zh
Publication of CN111954223A publication Critical patent/CN111954223A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111954223B publication Critical patent/CN111954223B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/336—Signal-to-interference ratio [SIR] or carrier-to-interference ratio [CIR]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H04L1/0675—Space-time coding characterised by the signaling
    • H04L1/0693—Partial feedback, e.g. partial channel state information [CSI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/22—Parsing or analysis of headers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/08—Testing, supervising or monitoring using real traffic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法。步骤S1：将WiFi模块和BLE模块嵌入复合芯片内；步骤S2：第一WiFi模块需要根据预定义的信令token仿真并发送BLE数据帧给第二BLE模块；步骤S3：第二BLE模块接收端在接收到BLE数据帧时，解码并判断接收到的token是否和预定义的token相同；步骤S4：如果相同，则启动第二WiFi模块接收数据，否则忽略。本发明让彼此独立的异构无线设备协作起来，相互辅助，取长补短。

Description

一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法
技术领域
本发明属于无线通信领域；具体涉及一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法。
背景技术
物联网技术的飞速发展造成了工作在相同ISM频段的异构无线设备(例如：WiFi、蓝牙和ZigBee)的紧密共存问题，但同时也为这些异构无线设备之间的相互协作提供了新的机会。现有的无线设备都是各司其职，相互独立运行，本专利旨在让彼此独立的异构无线设备协作起来，相互辅助，取长补短。现有的基于接收信号强度指示(RSSI)和分组错误率(PER)的信道质量评估方法存在耗时较长，无法实时提供信道评估的局限，使用WiFi的信道状态信息(信道状态信息CSI)可以进行实时精确地信道质量评估；同时，现有的WiFi的功率较大，通常为蓝牙的50-70倍。
发明内容
本发明提供一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法，让彼此独立的异构无线设备协作起来，相互辅助，取长补短；
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法，所述异构协议协作方法的WiFi模块辅助BLE模块跳频包括以下几个步骤：
步骤1：将WiFi模块和BLE模块嵌入复合芯片内；
步骤2：第一WiFi模块在接收到第二WiFi模块发送的WiFi帧，左侧WiFi模块从WiFi帧中获得信道状态信息CSI；
步骤3：根据步骤2中的信道状态信息CSI，计算得到BLE模块信道的信噪比；
步骤4：根据步骤3的BLE模块信道的信噪比，选择信噪比高的信道构建通道映射channel map；
步骤5：根据步骤4的通道映射channel map，通知第一BLE模块更新其通道映射channel map信息；
步骤6：根据步骤5第一BLE模块更新的通道映射channel map进行与第二BLE模块的跳频通信。
进一步的，所述步骤2具体为，从长时训练符号中计算信道状态信息CSI，利用信道状态信息CSI计算出WiFi模块信道各个子载波的信号和噪声强度。
进一步的，所述步骤4具体为，利用WiFi模块的信道状态信息CSI评估BLE模块信道的信噪比，指导BLE跳频到高信噪比的信道，从而提升BLE模块的通信效率。
进一步的，所述步骤6具体为，当接收到目标WiFi帧时，从WiFi帧中获得信道状态信息CSI，然后使用信道状态信息CSI估计BLE模块信道的信噪比，并使用输入的阈值筛选信噪比高的信道，更新BLE模块跳频的信道映射表。
进一步的，所述使用输入的阈值筛选信噪比高的信道具体为，
假设每次跳频都选择信噪比最高的BLE信道进行跳频，记为SNRmax，
设随机跳频信道的平均信噪比为SNRavg，
其中SNRmax>SNRavg，
根据BLE的比特错误率与信噪比(BER-SNR)的关系式
Figure GDA0003571073580000021
WiFi辅助的BLE跳频相对于随机跳频可以降低的比特错误率为
Figure GDA0003571073580000022
本发明的有益效果是：
1.本发明利用WiFi的信道状态信息为BLE进行细粒度的信道质量评估，指导其跳频到高质量信道，从而提升BLE的通信速率；同时基于WiFi到BLE的跨协议通信技术，利用BLE辅助WiFi进行空闲监听，从而降低WiFi的功耗达到节能的效果。
2.本发明利用WiFi协议细粒度信道评估的优势辅助BLE进行信道质量估计，同时利用BLE低功耗的优点辅助WiFi进行空闲监听，让WiFi和BLE相互协作，取长补短。
附图说明
图1本发明的WiFi辅助BLE跳频方法流程图。
图2本发明的工作原理图。
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。
实施例1
一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法，所述异构协议协作方法的WiFi辅助BLE跳频包括以下几个步骤：
步骤1：将WiFi和BLE嵌入复合芯片内；
步骤2：第一WiFi模块在接收到第二WiFi模块发送的WiFi帧，左侧WiFi模块从WiFi帧中获得信道状态信息CSI；
步骤3：根据步骤2中的信道状态信息CSI，计算得到BLE信道的信噪比；
步骤4：根据步骤3的BLE信道的信噪比，选择信噪比高的信道构建通道映射channel map；
步骤5：根据步骤4的通道映射channel map，通知第一BLE更新其通道映射channelmap信息；
步骤6：根据步骤5第一BLE更新的通道映射channel map进行与第二BLE的跳频通信。
进一步的，所述步骤2具体为，从长时训练符号中计算信道状态信息CSI，利用信道状态信息CSI计算出WiFi信道各个子载波的信号和噪声强度。
进一步的，所述步骤4具体为，基于帕斯瓦尔定理，利用WiFi的信道状态信息CSI评估BLE信道的信噪比，指导BLE跳频到高信噪比的信道，从而提升BLE的通信效率。
进一步的，所述步骤6具体为，当接收到目标WiFi帧时，从WiFi帧中获得信道状态信息CSI，然后使用信道状态信息CSI估计BLE模块信道的信噪比，并使用输入的阈值筛选信噪比高的信道，更新BLE模块跳频的信道映射表。
进一步的，所述使用输入的阈值筛选信噪比高的信道具体为，
假设每次跳频都选择信噪比最高的BLE信道进行跳频，记为SNRmax，
设随机跳频信道的平均信噪比为SNRavg，
其中SNRmax＞SNRavg，
根据BLE的比特错误率与信噪比(BER-SNR)的关系式
Figure GDA0003571073580000031
WiFi辅助的BLE跳频相对于随机跳频可以降低的比特错误率为，
Figure GDA0003571073580000032
实际实验中BERdiff处于10％～15％之间。
一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法，所述异构协议协作方法的BLE模块辅助WiFi模块空闲监听包括以下几个步骤：
步骤S1：将WiFi模块和BLE模块嵌入复合芯片内；
步骤S2：第一WiFi模块需要根据预定义的信令token仿真并发送BLE数据帧给第二BLE模块；
步骤S3：第二BLE模块接收端在接收到BLE数据帧时，解码并判断接收到的token是否和预定义的token相同；
步骤S4：如果相同，则启动第二WiFi模块接收数据，否则忽略。
进一步的，所述BLE辅助WiFi空闲监听具体为，通过仿真让WiFi设备仿真出BLE信号，并在BLE接收端解码出数据包，实现WiFi到BLE的跨协议通信，从而让BLE设备能够识别和检测是否有发送给本地WiFi的数据帧，当存在发送给本地WiFi的数据帧时启动本地WiFi接收信号，否则，让本地WiFi休眠，从而节省能耗。
进一步的，所述在BLE辅助WiFi进行空闲监听时，设WiFi在运行过程中空闲监听所占时间为t，WiFi空闲监听功率为PW，BLE空闲监听功率为PB，其中PW>PB，节省的能耗为(PW-PB)*t；
芯片上WiFi和BLE的扫描功率和空闲监听功率如表1所示，从表中可以看出WiFi的扫描功率是BLE的10倍左右，WiFi的空闲监听功率是BLE的77倍。
表1 WiFi和BLE的功率比较
Figure GDA0003571073580000041
实施例2
由于WiFi的信道状态信息CSI属于物理层信息，需要芯片提供获取信道状态信息CSI的接口，同时，基于仿真的WiFi到BLE的跨协议通信也是在物理层进行操作的，需要芯片提供灵活的物理层操作。因此，我们使用的是ettus公司生产的USRPN210设备进行性能评测，因为该设备能够方便实现信号的调制解调，并获取一些物理层信息。通过在USRP N210上分别运行WiFi和BLE协议来模拟复合芯片；同时，USRP N210在接收到WiFi帧时可以直接获得长时训练符号，从而获取信道状态信息CSI；此外通过设置BLE信道的中心频率也可以实现跳频通信。
对于WiFi辅助的BLE跳频通信，首先需要准备两个USRPN210分别记为D1和D2，并在其上运行WiFi和BLE协议，分别记为W1，B1和W2，B2。设B1为BLE发送端，B2为BLE接收端，那么W2需要周期性地给W1传输WiFi帧，W1在接收到W2发送的数据帧时，从中获取信道状态信息CSI，并利用我们设计的算法计算BLE信道的信噪比，指导B1和B2跳频到信噪比最高的信道进行通信。对于BLE辅助的WiFi空闲监听，设在D1设备上使用BLE辅助WiFi进行空闲监听，则需要在D1上同时运行WiFi和BLE协议，在D2设备上只需运行WiFi协议。在W1和W2建立连接后，他们需要确定一个信令，用于B1的校验，当W2不需要向W1传输数据时，关闭W1并启动B1为W1进行空闲监听，当W2需要向W1传输数据时，W2首先模拟BLE帧，并把之前确定的信令附加到BLE帧中，当B1接收到数据帧并发现信令时，启动W1接收数据，并关闭B1。

Claims (2)

1.一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法，其特征在于，所述异构协议协作方法的WiFi模块辅助BLE模块跳频包括以下几个步骤：
步骤1：将WiFi模块和BLE模块嵌入复合芯片内；
步骤2：第一WiFi模块在接收到第二WiFi模块发送的WiFi帧，左侧WiFi模块从WiFi帧中获得信道状态信息CSI；
步骤3：根据步骤2中的信道状态信息CSI，计算得到BLE模块信道的信噪比；
步骤4：根据步骤3的BLE模块信道的信噪比，选择信噪比高的信道构建通道映射channel map；
步骤5：根据步骤4的通道映射channel map，通知第一BLE模块更新其通道映射channelmap信息；
步骤6：根据步骤5第一BLE模块更新的通道映射channel map进行与第二BLE模块的跳频通信；
所述步骤2具体为，从长时训练符号中计算信道状态信息CSI，利用信道状态信息CSI计算出WiFi模块信道各个子载波的信号和噪声强度；
所述步骤4具体为，利用WiFi模块的信道状态信息CSI评估BLE模块信道的信噪比，指导BLE跳频到高信噪比的信道，从而提升BLE模块的通信效率；
所述步骤6具体为，当接收到目标WiFi帧时，从WiFi帧中获得信道状态信息CSI，然后使用信道状态信息CSI估计BLE模块信道的信噪比，并使用输入的阈值筛选信噪比高的信道，更新BLE模块跳频的信道映射表。
2.根据权利要求1所述一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法，其特征在于，所述使用输入的阈值筛选信噪比高的信道具体为，
假设每次跳频都选择信噪比最高的BLE信道进行跳频，记为SNRmax，
设随机跳频信道的平均信噪比为SNRavg，
其中SNRmax＞SNRavg，
根据BLE的比特错误率与信噪比(BER-SNR)的关系式
Figure FDA0003571073570000011
WiFi辅助的BLE跳频相对于随机跳频可以降低的比特错误率为
Figure FDA0003571073570000012
CN202010719734.0A 2020-07-23 2020-07-23 一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法 Active CN111954223B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010719734.0A CN111954223B (zh) 2020-07-23 2020-07-23 一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010719734.0A CN111954223B (zh) 2020-07-23 2020-07-23 一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111954223A CN111954223A (zh) 2020-11-17
CN111954223B true CN111954223B (zh) 2022-05-20

Family

ID=73340870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010719734.0A Active CN111954223B (zh) 2020-07-23 2020-07-23 一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111954223B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101707605A (zh) * 2009-11-20 2010-05-12 中国电信股份有限公司 基于IPv4/IPv6协议翻译的IPSec穿越互连方法
CN105744563A (zh) * 2016-05-10 2016-07-06 南京大学 一种基于蓝牙协作的adhoc网络多信道通信方法
CN106533623A (zh) * 2016-11-17 2017-03-22 清华大学 跨协议通信方法及装置
CN108322450A (zh) * 2017-01-16 2018-07-24 三星电子株式会社 使用多种协议进行通信的方法及其电子设备
CN110798893A (zh) * 2019-09-26 2020-02-14 华为技术有限公司 一种解决共存干扰的方法及电子设备
EP3664494A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-10 INTEL Corporation Methods and devices for device-to-device communications

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10162990B2 (en) * 2016-04-29 2018-12-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Analog heterogeneous connectivity tags and methods and systems to configure the tags
CN114900797A (zh) * 2016-12-30 2022-08-12 英特尔公司 用于无线电通信的方法和设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101707605A (zh) * 2009-11-20 2010-05-12 中国电信股份有限公司 基于IPv4/IPv6协议翻译的IPSec穿越互连方法
CN105744563A (zh) * 2016-05-10 2016-07-06 南京大学 一种基于蓝牙协作的adhoc网络多信道通信方法
CN106533623A (zh) * 2016-11-17 2017-03-22 清华大学 跨协议通信方法及装置
CN108322450A (zh) * 2017-01-16 2018-07-24 三星电子株式会社 使用多种协议进行通信的方法及其电子设备
EP3664494A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-10 INTEL Corporation Methods and devices for device-to-device communications
CN110798893A (zh) * 2019-09-26 2020-02-14 华为技术有限公司 一种解决共存干扰的方法及电子设备

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cross-technology communication in the Internet of Things significantly simplified;Christoph Pelzl;《https-//techxplore.com/news/2020-03-cross-technology-internet-significantly》;20200318;全文 *
Cross-Technology Communications for Heterogeneous IoT Devices Through Artificial Doppler Shifts;Wei Wang;《IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS》;20190228;全文 *
FreeBee: Cross-technology Communication via Free Side-channel;Song Min Kim;《ACM》;20150907;全文 *
HoWiES: A Holistic Approach to ZigBee Assisted WiFi Energy Savings in Mobile Devices;Yifan Zhang;《2013 Proceedings IEEE INFOCOM》;20131231;全文 *
WiFi Sensing with Channel State Information: A Survey;YONGSEN MA,;《ACM》;20190630;全文 *
自适应跳频通信中信噪比估计算法研究;耿超;《信息科技辑》;20161231;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111954223A (zh) 2020-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Michelinakis et al. Dissecting energy consumption of nb-iot devices empirically
TWI398183B (zh) 評估及報告無線通信頻道品質之方法及裝置
CN107359966B (zh) 一种信号的发射方法及通信设备
JP2015156661A (ja) Ｓｏｎソリューションを使用するネットワーク最適化のための方法及び装置
CN109995413A (zh) 一种中继辅助的环境反向散射通信方法
CN103281143B (zh) 一种基于双门限能量检测的选择式协作频谱感知方法
JPWO2005034555A1 (ja) コンプレストモードでの下り伝搬路品質情報送信方法及び送信装置
TWI770932B (zh) 用於訊號干擾加雜訊比測量的方法及裝置
RU2009134730A (ru) Базовая станция и способ управления связью
CN103684550A (zh) 一种蓝牙信号发射功率调整系统及移动终端
Kumberg et al. T-ROME: A simple and energy efficient tree routing protocol for low-power wake-up receivers
WO2017181820A1 (zh) 一种用户设备、基站中的用于中继通信的方法和装置
CN101777945B (zh) 多天线通信系统中参考信号的发送方法和基站
CN106686745B (zh) 无线通信系统中的电子设备、用户设备和无线通信方法
CN104378826B (zh) 一种传输资源的确定、指示方法及终端、基站
CN103378865B (zh) 在无线电接收器通信中对二进制信令的检测
CN103078713B (zh) 通信设备和数据通信方法
US9584172B2 (en) Wireless network receiver
CN111954223B (zh) 一种基于WiFi和BLE复合芯片的异构协议协作方法
CN113709813A (zh) 一种用于nr小基站基带合并的方法和系统
CN108337734A (zh) 认知传感网络中基于解码转发协作的无线携能通信方法
CN108430055A (zh) 一种蓝牙多通道接收方法、系统及电子设备
CN115334485B (zh) 蓝牙设备的测试装置和蓝牙测试系统
CN101500253B (zh) 基站上行传输信道性能的测试系统及装置和方法
WO2022062811A1 (zh) 数据发送方法、无线接入点及计算机可读存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant