CN113163385A - 信道快速接入方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种信道快速接入方法及系统，所述方法包括：在包含第一无线通讯模块、Wi‑Fi模块和控制模块的系统中，第一无线通信模块向控制模块提出信息传输请求；控制模块中断Wi‑Fi信号的传输；控制模块选择需要发送Wi‑Fi净空信号的信道；控制模块切换Wi‑Fi至需要传输净空信号的信道；Wi‑Fi模块传输CTS‑to‑Self或RTS申请信道资源；第一无线通信模块在申请的信道资源内完成数据交互。本发明提出的信道快速接入方法及系统，可确保重要信息传输时效性。
Description
技术领域
本发明属于无线通讯技术领域，涉及一种信道接入方法，尤其涉及一种信道快速接入方法及系统。
背景技术
随着网络技术的日益成熟，人们对智能家居的需求与日俱增。802.15.4技术被用在大量的工业传感器或家庭用安全传感器上，例如烟雾传感器、煤气泄露探测传感器。这类传感器对数据的可靠性和实时性有极高的要求。市场上常见基于802.15.4构建的网络协议有ZigBee、OpenThread等。同时，2.4GHz ISM频段被众多Wi-Fi，Bluetooth，ZigBee等设备共享。
丰富的物联网设备给生活带来便利的同时，也使得免费的ISM频道越发拥挤。其中，Wi-Fi信号高带宽、高吞吐量的特征对802.15.4的影响尤其严重。当802.15.4设备在拥挤的2.4GHz ISM频段时，由于Wi-Fi占用了大量频宽、使用了高发射功率以及发射时的泄露使得ZigBee设备信道接入的条件难以满足，进而触发802.15.4MAC退避机制，使其接入信道需要等待很长时间。这种情况下，重要信息的时效性就无法得到保证。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的信道接入方法，以便克服现有信道接入方法存在的上述至少部分缺陷。
发明内容
本发明提供一种信道快速接入方法及系统，可保证重要信息传输时效性。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种信道快速接入方法，所述方法包括：
第一无线通信模块向控制模块提出信息传输请求；
控制模块中断Wi-Fi信号的传输；在有剩余信道资源时，第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；在剩余信道不足时，预留足够的信道资源；第一无线通信模块在预留的信道资源内交互数据。
作为本发明的一种实施方式，所述方法进一步包括：
当第一无线通信模块对应的信道与Wi-Fi信道重叠、Wi-Fi模块当前对信道有使用权、且剩余使用时间满足第一无线通信传输要求时，第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；
控制模块选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近第一无线通信模块对应信道的Wi-Fi信道；或者，选择与第一无线通信模块对应信道相邻的信道；
控制模块切换至传输Wi-Fi净空信号的信道；通过改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，或者通过改变装备的数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；
Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源；第一无线通信模块在预留的信道资源内完成数据交互。
作为本发明的一种实施方式，在Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；在Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。
作为本发明的一种实施方式，第一无线通信模块为802.15.4通信模块。
根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种信道快速接入方法，所述方法包括：
步骤S1、当802.15.4模块有重要信息传输时，802.15.4模块向控制模块提出紧急信息传输申请；
步骤S2、控制模块中断Wi-Fi的传输；当802.15.4信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足802.15.4传输要求时，跳转至步骤S6；
步骤S3、控制模块选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近802.15.4信道的Wi-Fi信道；或者，选择与802.15.4信道相邻的信道；
步骤S4、控制模块切换至传输Wi-Fi净空信号的信道；
在Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；
在Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；不需要切换本振，可以更快速的传输Wi-Fi信号；
步骤S5、Wi-Fi模块传输Wi-Fi CTS-to-Self或RTS预留信道资源；
步骤S6、802.15.4模块在预留或剩余的信道资源内完成数据交互。
根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种信道快速接入系统，其特征在于，所述系统包括：
第一无线通信模块；
Wi-Fi模块，用以进行Wi-Fi通信；
控制模块，分别连接第一无线通信模块及Wi-Fi模块；控制模块用以中断Wi-Fi信号的传输；在有剩余信道资源时，第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；在剩余信道不足时，预留足够的信道资源；第一无线通信模块在预留的信道资源内交互数据。
作为本发明的一种实施方式，所述控制模块包括：
-通信中断模块，用以在接收到第一无线通信模块提出请求后中断Wi-Fi信号的传输；
-净空信号信道选择模块，用以选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近第一无线通信模块对应信道的Wi-Fi信道；或者，选择与第一无线通信模块对应信道相邻的信道；
-净空信号信道切换模块，用以切换至传输Wi-Fi净空信号的信道；通过改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，或者通过改变装备的数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；
-数据交互控制模块，用以在第一无线通信模块对应的信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi模块当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足第一无线通信传输要求时，控制第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；所述数据交互控制模块还用以在Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源时，控制第一无线通信模块在预留的信道资源内完成数据交互。
作为本发明的一种实施方式，所述净空信号信道切换模块用以在Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；所述净空信号信道切换模块用以在Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。
作为本发明的一种实施方式，第一无线通信模块为802.15.4通信模块。
作为本发明的一种实施方式，所述第一无线通信模块和Wi-Fi模块为独立模块。
作为本发明的一种实施方式，所述第一无线通信模块和Wi-Fi模块集成在单芯片内使用各自的射频和天线独立运行。
作为本发明的一种实施方式，所述第一无线通信模块和Wi-Fi模块集成在单芯片内复用射频或天线时分复用运行。
本发明的有益效果在于：本发明提出的信道快速接入方法及系统，可确保重要信息传输时效性。在本发明的一种使用场景中，利用Wi-Fi技术预留信道资源，使得802.15.4设备能够快速接入信道，解决了重要信息传输时效性难以保证的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例中信道快速接入方法的流程图。
图2为本发明一实施例中信道快速接入系统的组成示意图。
图3为本发明一实施例中无线通信系统的组成示意图(独立模块状态下)。
图4为本发明一实施例中无线通信系统的组成示意图(共享射频或天线状态下)。
图5为本发明一实施例中选择最相邻信道的示意图。
图6为本发明一实施例中选择相邻的信道组的示意图。
图7为本发明一实施例中通过本振改变信道的示意图。
图8为本发明一实施例中通过数字混频器改变信道的示意图。
图9为本发明一实施例中使用RTS/CTS预留信道资源的示意图。
图10为本发明一实施例中使用CTS-to-Self预留信道资源的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。
本发明揭示了一种信道快速接入方法，所述方法包括：
第一无线通信模块向控制模块提出信息传输请求；
控制模块中断Wi-Fi信号的传输；当第一无线通信模块对应的信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi模块当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足第一无线通信传输要求时，控制第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；
控制模块选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近第一无线通信模块对应信道的Wi-Fi信道；或者，选择与第一无线通信模块对应信道相邻的信道；
控制模块切换至传输Wi-Fi净空信号的信道；通过改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，或者通过改变装备的数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；
Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源；控制第一无线通信模块在预留的信道资源内完成数据交互。
其中，RTS(Request-to-Send)表示请求发送；CTS(Clear-to-Send)表示允许发送；CTS-to-Self是Wi-Fi标准中的一种协议，通过自己向自己发送“允许发送”帧来通知其他设备。
在本发明的一种使用场景中，第一无线通信模块为802.15.4模块。本发明可解决拥挤网络下802.15.4设备难以竞争到信道，无法保证重要信息传输时效性的问题。
图1为本发明一实施例中信道快速接入方法的流程图；请参阅图1，在本发明的一实施例中，所述方法包括：
【步骤S1】当802.15.4模块有重要信息传输时，802.15.4模块向控制模块提出紧急信息传输申请；
【步骤S2】控制模块中断Wi-Fi的传输；
当802.15.4信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足802.15.4传输要求时，跳转至步骤S6。
【步骤S3】控制模块选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道
方法一：选择最靠近802.15.4信道的Wi-Fi信道。该方法可以一定程度上排空信道，但相邻Wi-Fi信道泄露出来的发送功率仍然可能阻塞802.15.4设备接入信道，如图4所示。
方法二：选择与802.15.4信道相邻的信道(例如，左右各2个信道)。该方法可以排空信道并解决能量泄露阻塞ZigBee接入信道的问题，如图5所示。
【步骤S4】控制模块切换至传输Wi-Fi净空信号的信道
方法一：Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，如图6所示。
方法二：Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。不需要切换本振，可以更快速的传输Wi-Fi信号，如图7所示。
【步骤S5】Wi-Fi模块传输Wi-Fi CTS-to-Self或RTS预留信道资源(如图8及图9所示)。
【步骤S6】802.15.4模块在预留或剩余的信道资源内完成数据交互(如图8及图9所示)。
信道资源在Wi-Fi(802.11)/802.15.4协议中是需要竞争获得的，一般来说Wi-Fi比较容易获得信道的使用权(资源)，802.15.4难以抢到信道的使用权，这是协议设计的缺陷。本发明可以克服这个缺陷。“预留”在本发明中是Wi-Fi先抢信道再交给802.15.4使用。IEEE802.11是Wi-Fi的物理层、MAC层协议；IEEE802.15.4是ZigBee、Thread的物理层、MAC层协议。
本发明还揭示一种信道快速接入系统，图2为本发明一实施例中信道快速接入系统的组成示意图；请参阅图2，所述系统包括无线设备(具有第一无线通信模块2)、Wi-Fi模块3及控制模块1，所述控制模块1分别连接第一无线通信模块2、Wi-Fi模块3。所述控制模块1可以为仲裁器或Wi-Fi控制器。
在本发明的一实施例中，802.15.4模块和Wi-Fi模块可以是独立模块，也可以是集成在单芯片内使用各自的射频和天线独立运行，也可以是集成在单芯片内复用射频或天线时分复用运行(例如图3、图4所示)。
当802.15.4设备有重要信息传输时，向控制模块提出紧急信息传输申请。控制模块中断Wi-Fi传输，Wi-Fi模块检查剩余信道资源，剩余资源不够802.15.4传输使用时，Wi-Fi使用RTS/CTS或CTS-to-Self过程帮助竞争信道，预留足够的信道资源；802.15.4模块在控制模块预留的信道资源内交互数据。
第一无线通信模块2向控制模块提出信息传输请求；在一实施例中，第一无线通信模块2可以为802.15.4模块。Wi-Fi模块3用以进行Wi-Fi通信。控制模块1中断Wi-Fi信号的传输；在有剩余信道资源时，第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；在剩余信道不足时，预留足够的信道资源；第一无线通信模块在预留的信道资源内交互数据。
控制模块1包括通信中断模块11、净空信号信道选择模块12、净空信号信道切换模块13及数据交互控制模块14。
通信中断模块11用以在接收到第一无线通信模块2提出请求后中断Wi-Fi信号的传输。
净空信号信道选择模块12用以选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近第一无线通信模块对应信道的Wi-Fi信道；或者，选择与第一无线通信模块对应信道相邻的信道。
净空信号信道切换模块13用以切换至传输Wi-Fi净空信号的信道；通过改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，或者通过改变装备的数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。
数据交互控制模块14用以在第一无线通信模块对应的信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi模块当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足第一无线通信传输要求时，控制第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；所述数据交互控制模块还用以在Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源时，控制第一无线通信模块在预留的信道资源内完成数据交互。
在本发明的一实施例中，所述净空信号信道切换模块13用以在Wi-Fi模块3未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；所述净空信号信道切换模块13用以在Wi-Fi模块3装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。
综上所述，本发明提出的信道快速接入方法及系统，可确保重要信息传输时效性。在本发明的一种使用场景中，利用Wi-Fi技术预留信道资源，使得802.15.4设备能够快速接入信道，解决了重要信息传输时效性难以保证的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (11)
1.一种信道快速接入方法，其特征在于，所述方法包括：
第一无线通信模块向控制模块提出信息传输请求；
控制模块中断Wi-Fi信号的传输；在有剩余信道资源时，第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；在剩余信道不足时，预留足够的信道资源；第一无线通信模块在预留的信道资源内交互数据。
2.根据权利要求1所述的信道快速接入方法，其特征在于：
所述方法进一步包括：
当第一无线通信模块对应的信道与Wi-Fi信道重叠、Wi-Fi模块当前对信道有使用权、且剩余使用时间满足第一无线通信传输要求时，第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；
控制模块选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近第一无线通信模块对应信道的Wi-Fi信道；或者，选择与第一无线通信模块对应信道相邻的信道；
控制模块切换Wi-Fi至需要传输净空信号的信道；通过改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，或者通过改变装备的数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；
Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源；第一无线通信模块在预留的信道资源内完成数据交互。
3.根据权利要求1所述的信道快速接入方法，其特征在于：
在Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；在Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。
4.根据权利要求1所述的信道快速接入方法，其特征在于：
所述第一无线通信模块为802.15.4通信模块。
5.一种信道快速接入方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、当802.15.4模块有重要信息传输时，802.15.4模块向控制模块提出紧急信息传输申请；
步骤S2、控制模块中断Wi-Fi的传输；当802.15.4信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足802.15.4传输要求时，跳转至步骤S6；
步骤S3、控制模块选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近802.15.4信道的Wi-Fi信道；或者，选择与802.15.4信道相邻的信道；
步骤S4、控制模块切换Wi-Fi至需要传输净空信号的信道；
在Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；
在Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；不需要切换本振，可以更快速的传输Wi-Fi信号；
步骤S5、Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源；
步骤S6、802.15.4模块在预留或剩余的信道资源内完成数据交互。
6.一种信道快速接入系统，其特征在于，所述系统包括：
第一无线通讯模块；
Wi-Fi模块，用以进行Wi-Fi通信；
控制模块，分别连接第一无线通信模块及Wi-Fi模块；控制模块用以中断Wi-Fi信号的传输；在有剩余信道资源时，控制第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；在剩余信道不足时，预留足够的信道资源；控制第一无线通信模块在预留的信道资源内交互数据。
7.根据权利要求6所述的信道快速接入系统，其特征在于：
所述控制模块为控制软件实现，或者，所述控制模块通过数字电路实现；所述控制模块为独立的模块，或者，所述控制模块集成在Wi-Fi模块中，或者，所述控制模块集成在第一无线通讯模块中。
8.根据权利要求6所述的信道快速接入系统，其特征在于：
所述控制模块包括：
-通信中断模块，用以在接收到第一无线通信模块提出请求后中断Wi-Fi信号的传输；
-净空信号信道选择模块，用以选择需要发送Wi-Fi净空信号的信道；选择最靠近第一无线通信模块对应信道的Wi-Fi信道；或者，选择与第一无线通信模块对应信道相邻的信道；
-净空信号信道切换模块，用以切换至传输Wi-Fi净空信号的信道；通过改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道，或者通过改变装备的数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道；
-数据交互控制模块，用以在第一无线通信模块对应的信道与Wi-Fi信道重叠，Wi-Fi模块当前对信道有使用权，且剩余使用时间满足第一无线通信传输要求时，控制第一无线通信模块在剩余的信道资源内完成数据交互；所述数据交互控制模块还用以在Wi-Fi模块传输CTS-to-Self或RTS预留信道资源时，控制第一无线通信模块在预留的信道资源内完成数据交互。
9.根据权利要求8所述的信道快速接入系统，其特征在于：
所述净空信号信道切换模块用以在Wi-Fi模块未装备数字混频器时，改变本振切换至传输Wi-Fi信号的信道；所述净空信号信道切换模块用以在Wi-Fi模块装备数字混频器时，改变数字混频器参数切换至传输Wi-Fi信号的信道。
10.根据权利要求6所述的信道快速接入系统，其特征在于：
所述第一无线通信模块为802.15.4通信模块。
11.根据权利要求6所述的信道快速接入系统，其特征在于：
所述第一无线通信模块和Wi-Fi模块为独立模块；
或者，所述第一无线通信模块和Wi-Fi模块集成在单芯片内使用各自的射频和天线独立运行；
或者，所述第一无线通信模块和Wi-Fi模块集成在单芯片内复用射频或天线时分复用运行。
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