專利名稱：Wia-pa網(wǎng)絡(luò)與ieee 802.15.4網(wǎng)絡(luò)的一種共存方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的共存方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)熱門(mén)方向，也是工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品未來(lái)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。目前，工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)制定成為工業(yè)無(wú)線技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。在工業(yè)界，如果使用有線傳感器網(wǎng)絡(luò)，成本較高且實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難，工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的引入解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布線困難、安裝維護(hù)成本高等問(wèn)題。工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗，低成本的特點(diǎn)，已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的又一發(fā)展趨勢(shì)。工業(yè)環(huán)境下建立具有高可靠性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為一個(gè)迫切的需求。WIA-PA是基于IEEE STD 802. 15. 4-2006標(biāo)準(zhǔn)的用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量、監(jiān)視與控制的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，WIA-PA工業(yè)無(wú)線技術(shù)是一種面向設(shè)備間信息交互的無(wú)線通信技術(shù)，是對(duì)現(xiàn)有工業(yè)通信技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴(kuò)展，引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)向著低成本、高可靠、高靈活的方向發(fā)展。WIA-PA還有一些關(guān)鍵技術(shù)難題正在逐步突破，特別是WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存問(wèn)題。工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)在發(fā)送、接收的過(guò)程中容易受到干擾， 影響設(shè)備的通信性能。因此增強(qiáng)WIA-PA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性，實(shí)現(xiàn)與其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存極為重要。WIA-PA、ZigBee和其他基于IEEE 802. 15. 4的系統(tǒng)都工作在2. 4G頻段，工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為了防止其他網(wǎng)絡(luò)的同頻干擾，提供了多種抗干擾技術(shù)。正如申請(qǐng)?zhí)枮?200810070072. 8，名稱為工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中跳信道抗射頻干擾方法的中國(guó)專利申請(qǐng)文中所指出的，自適應(yīng)跳信道技術(shù)是工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中主要的抗干擾方式，它通過(guò)周期性地評(píng)估信道質(zhì)量，將被干擾的差信道進(jìn)行屏蔽，使在同一射頻范圍內(nèi)的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間能夠有效避免射頻干擾。文中給出的自適應(yīng)跳信道方案屏蔽差的信道，降低了網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率，但不能有效避免數(shù)據(jù)包的碰撞沖突，不能解決針對(duì)IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)之間的干擾問(wèn)題。由于WIA-PA是低速率、低功耗和低成本設(shè)備使用的短距離無(wú)線通信規(guī)范，因此低能耗是其網(wǎng)絡(luò)性能重要參數(shù)之一。而數(shù)據(jù)包碰撞沖突，導(dǎo)致發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，造成重新發(fā)送這些數(shù)據(jù)包的能量浪費(fèi)。本發(fā)明提出一種基于信標(biāo)幀調(diào)度的WIA-PA與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)共存方法，能有效避免數(shù)據(jù)包的沖突，解決兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的共存問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題為，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)采用跳信道技術(shù)不能解決IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)之間的干擾問(wèn)題，在IEEE 802. 15. 4無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的干擾下，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)根據(jù) IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)周期，計(jì)算出兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的沖突域時(shí)間周期，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)管理器通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的周期，避免在IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)沖突的時(shí)間周期內(nèi)工作。
本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是，提出一種基于信標(biāo)幀調(diào)度的WIA-PA與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)共存方法，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性偵聽(tīng)I(yíng)EEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀，解析IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀的MAC幀頭，判斷IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)采用安全模式還是非安全模式，網(wǎng)絡(luò)管理器計(jì)算安全模式和非安全模式對(duì)應(yīng)的沖突域時(shí)間周期；系統(tǒng)管理器根據(jù)沖突域時(shí)間周期重新分配網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源，調(diào)整發(fā)送幀的周期，避免網(wǎng)絡(luò)間的干擾。具體為
1.WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性偵聽(tīng)I(yíng)EEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀；
2.WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備解析IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀的MAC幀頭，判斷該網(wǎng)絡(luò)是否工作于安全模式
3.IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)工作在非安全模式
如果IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)MAC層采用非安全模式，網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)解析信標(biāo)幀獲取信標(biāo)幀載荷的超幀描述信息，主要包括信標(biāo)幀序列、超幀序列、最終CAP時(shí)隙子字段長(zhǎng)度等參數(shù)信息。由超幀描述信息計(jì)算信標(biāo)幀時(shí)間周期，時(shí)隙長(zhǎng)度和競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)間周期。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)管理者根據(jù)以上信息計(jì)算IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)幀周期和發(fā)送數(shù)據(jù)周期，即沖突域時(shí)間周期。4. IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)工作在安全模式
如果IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)MAC層采用安全模式，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)不能從偵聽(tīng)到的信標(biāo)幀中獲取干擾網(wǎng)絡(luò)的超幀信息，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備記錄收到信標(biāo)幀的時(shí)間，計(jì)算信標(biāo)幀的周期時(shí)間；在收到信標(biāo)幀之后，繼續(xù)偵聽(tīng)數(shù)據(jù)幀，記錄并更新每次收到的數(shù)據(jù)幀時(shí)間，學(xué)習(xí)一段時(shí)間之后，WIA-PA網(wǎng)關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理者計(jì)算網(wǎng)絡(luò)沖突域的時(shí)間周期。5.網(wǎng)絡(luò)管理者將計(jì)算的沖突域時(shí)間周期通知給系統(tǒng)管理者，系統(tǒng)管理者根據(jù)沖突域時(shí)間周期重新分配網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源，調(diào)整發(fā)送幀的周期，從而避免IEEE 802. 15.4網(wǎng)絡(luò)的干擾。IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)工作在非安全模式，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)公式 CT= (1 + CAPSiomum) χ TimeEloi 計(jì)算 WIA-PA 網(wǎng)絡(luò)與 IEEE 802. 15. 4 網(wǎng)絡(luò)的沖突域時(shí)
間周期CT。進(jìn)一步根據(jù)公式確定WIA-PA網(wǎng)絡(luò)受到IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)干擾的沖突域時(shí)間T ；IEEE 802. 15.4網(wǎng)絡(luò)工作在安全模式，首先獲取協(xié)調(diào)器發(fā)送信標(biāo)幀之間的間
隔M (i=l,2……η)，根據(jù)公式5/ =丄 瑪計(jì)算IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)幀的
blI i-1
周期S/ ,實(shí)時(shí)更新IEEE 802. 15. 4設(shè)備發(fā)送信標(biāo)幀與數(shù)據(jù)幀的時(shí)間差ΔΓ,根據(jù)公式 CT = C^+ (F-DxΔΤ計(jì)算WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的沖突域時(shí)間周期CT。進(jìn)
一步根據(jù)公式Γe [Γ] + {N-Jl + CT^iN-iyAKT+ (N-1)χBi]確定 WIA-PA 網(wǎng)絡(luò)受到IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)干擾的沖突域時(shí)間T。相對(duì)于現(xiàn)有抗干擾技術(shù)，本發(fā)明的共存方法考慮到基于IEEE 802. 15. 4的網(wǎng)絡(luò)具有低功耗特點(diǎn)，設(shè)備長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)的周期比較短，WIA-PA系統(tǒng)只要避免在有可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的共存。因此本發(fā)明的共存方法既滿足了 WIA-PA系統(tǒng)的抗干擾性又可以充分利用網(wǎng)絡(luò)的信道資源，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)自適
4應(yīng)性，減少了數(shù)據(jù)重傳，降低了網(wǎng)絡(luò)的額外功耗，提高了 WIA-PA工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。


圖1 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)調(diào)度流程圖； 圖2 WIA-PA超幀結(jié)構(gòu)圖3 IEEE 802. 15. 4超幀結(jié)構(gòu)圖4 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)(非安全模式)共存圖； 圖5 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)(安全模式)共存圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
WIA-PA協(xié)議的MAC層與物理層基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，因此，通過(guò)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)識(shí)別 IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包。如圖1所示為基于信標(biāo)幀調(diào)度的WIA-PA與IEEE 802. 15. 4 網(wǎng)絡(luò)共存方法流程圖。具體為
如果WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)相互干擾下進(jìn)行無(wú)線通信。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性偵聽(tīng)I(yíng)EEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀，并解析IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀的MAC幀頭，判斷IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)是否工作于安全模式；如果IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)MAC 層采用非安全模式，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)解析信標(biāo)幀獲取信標(biāo)幀載荷的超幀描述信息，主要包括信標(biāo)幀序列、超幀序列、最終CAP時(shí)隙子字段長(zhǎng)度等參數(shù)信息。根據(jù)超幀描述信息計(jì)算出信標(biāo)幀的時(shí)間周期，時(shí)隙長(zhǎng)度和競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)間周期。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)管理者根據(jù)以上信息獲知IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)幀周期和發(fā)送數(shù)據(jù)周期，即沖突域時(shí)間周期；當(dāng)IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)工作在安全模式，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)不能從偵聽(tīng)到的信標(biāo)幀中獲取干擾網(wǎng)絡(luò)的超幀信息，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備記錄收到信標(biāo)幀的時(shí)間，計(jì)算信標(biāo)幀的周期時(shí)間；在收到信標(biāo)幀之后，繼續(xù)偵聽(tīng)數(shù)據(jù)幀，記錄并更新每次收到的數(shù)據(jù)幀時(shí)間， 學(xué)習(xí)一段時(shí)間之后，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)管理器計(jì)算網(wǎng)絡(luò)沖突域的時(shí)間周期；系統(tǒng)管理者根據(jù)沖突域時(shí)間周期重新分配整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源，調(diào)整發(fā)送幀的周期，從而避免IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的干擾。在WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間數(shù)據(jù)通信都是基于超幀結(jié)構(gòu)的，如圖2所示，超幀是一組循環(huán)出現(xiàn)的時(shí)隙集合，超幀長(zhǎng)度就是時(shí)隙的數(shù)目，決定了超幀循環(huán)的速度。WIA-PA 超幀主要分為信標(biāo)、競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段(CAP)、非競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段(CFP)、簇內(nèi)通信、簇間通信和休眠這幾個(gè)階段。其中CAP階段主要用于設(shè)備加入，簇內(nèi)管理和重傳，CFP階段用于移動(dòng)設(shè)備與簇首間的通信。網(wǎng)絡(luò)管理者負(fù)責(zé)為每個(gè)設(shè)備生成一個(gè)WIA-PA超幀，超幀中的時(shí)隙類型包括共享時(shí)隙和專用時(shí)隙，其中共享時(shí)隙用于簇間非周期性數(shù)據(jù)的傳輸，專用時(shí)隙用于簇內(nèi)通信段和簇間通信段周期性數(shù)據(jù)的傳輸。IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的超幀結(jié)構(gòu)如圖3所示，超幀按通信時(shí)間劃分為活躍和不活躍兩個(gè)部分。在不活躍期間，PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不會(huì)相互通信，從而可以進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。超幀在活躍期間劃分為三個(gè)階段信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段和非競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段。超幀的活躍部分被劃分為16個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度、競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段包含的時(shí)隙數(shù)等參數(shù)，都由協(xié)調(diào)器設(shè)定，并通過(guò)超幀開(kāi)始時(shí)發(fā)出的信標(biāo)幀廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。IEEE 802. 15. 4信標(biāo)幀結(jié)構(gòu)如表1所示。表1:
MACffM ^IWt； 有效親齒 I MFR2 II ψ 1S4/10 ψ ^2 ""if"α| ；可.變坷變 I 2宇,幀控 W序列地址域超械描述 I1 GTSlSl未處理地址佶息子 m佶標(biāo)載荷I FCS
IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過(guò)發(fā)送信標(biāo)幀實(shí)現(xiàn)對(duì)超幀限定，在信標(biāo)幀中包含了超幀將持續(xù)的時(shí)間以及對(duì)這段時(shí)間的分配等信息。網(wǎng)絡(luò)中普通設(shè)備接收到超幀開(kāi)始時(shí)的信標(biāo)幀后，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)直到該超幀結(jié)束。當(dāng)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)工作在相互干擾的區(qū)域時(shí)，若IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)MAC層采用非安全模式，MAC層將不提供安全服務(wù)，發(fā)送的幀沒(méi)有進(jìn)行任何數(shù)據(jù)加密算法。在這種情況下，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)偵聽(tīng)并解析IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀，計(jì)算干擾網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的周期時(shí)間，然后調(diào)整本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的調(diào)度時(shí)間，避免設(shè)備之間發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間沖突，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的良好共存。信標(biāo)幀中的超幀描述子域如表2所示。表2:
位5)....34-7 ....11 12131.415倍標(biāo)序到S輔序列敲終電她 1_時(shí)_ +#+命擴(kuò) Ι 保SP.W toflis連接允許
信標(biāo)幀序列(BO )子字段長(zhǎng)度為4個(gè)比特位，用來(lái)指定信標(biāo)幀的傳輸間隔。超幀間隔(5/ )和信標(biāo)幀序列(BO )之間的關(guān)系如下
Bl - aBaseSupsrfrarmDurati. on χ 2m(1)
實(shí)中aBasduperfimmDumtion表示超幀序列()為0時(shí)，組成超幀的符號(hào)數(shù)，BO 為信標(biāo)幀序列。 超幀序列(SO )子字段長(zhǎng)度為4個(gè)比特位，指定了超幀為活躍狀態(tài)的時(shí)間段(如接收機(jī)接收期間)，該時(shí)段包括信標(biāo)幀的傳輸時(shí)間。超幀序列(SO )和超幀間持續(xù)期(切 )之間的關(guān)系如下
SD = aBaseSuperfratm Duration x 2m(2)
aBaseSupsrframeDuration表示超幀序列為0時(shí)，組成超幀的符號(hào)數(shù)； aBaseEloiDumiion表示超幀序列為0時(shí)，組成超幀的時(shí)隙符號(hào)數(shù)，默認(rèn)值為60，IEEE802. 15. 4規(guī)范定義2. 4GHz物理層的符號(hào)速率為62. 5千符號(hào)/秒，因此一個(gè)符號(hào)速率為16 με表示任何超幀中包含的時(shí)隙數(shù)，默認(rèn)值為16，它們之間的
關(guān)系如下
aBassSuperframeDuraiion - aBaseSloiDuraiion χ aNumSuperframeShis (3) 超幀中每個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度)定義如下
TmwSloi = SDi aNurnSuperframeBlots(4)
其中，SD為超幀持續(xù)時(shí)間，aNumSupsrfi-amsSlots表示任何超幀中包含的時(shí)隙數(shù)， aBaseShtDumtion為組成超幀的時(shí)隙符號(hào)數(shù)，aBaseSuper^ameDuration為超幀基本時(shí)隙間隔。最終CAP時(shí)隙子字段長(zhǎng)度為4個(gè)比特位，指定了競(jìng)爭(zhēng)接入期所使用的超幀時(shí)隙數(shù)目(,CAPSIoiNum )。此子字段表示競(jìng)爭(zhēng)接入期的持續(xù)時(shí)間。在為了滿足執(zhí)行保護(hù)時(shí)隙維護(hù)需要的情況下，可適當(dāng)?shù)貢簳r(shí)增加信標(biāo)幀的長(zhǎng)度。WIA-PA與工作在非安全模式下的IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)共存時(shí)隙分配如圖4所示， IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)占1個(gè)時(shí)隙，設(shè)置GTS為0，則調(diào)用如下公式計(jì)算兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送數(shù)據(jù)沖突域時(shí)間周期CT
CT= (1+CAPSloiNum) χ TimsSloi(5)
其中，TmwSloi為網(wǎng)絡(luò)超幀時(shí)隙長(zhǎng)度，CAPSlotNum為IEEE 802. 15. 4設(shè)備在信標(biāo)幀之后的競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)期周期。WIA-PA設(shè)備接收到來(lái)自干擾設(shè)備發(fā)送的信標(biāo)幀后，立即記錄下接收信標(biāo)幀的當(dāng)前時(shí)間為3，根據(jù)公式
Te [Τ] + (N- 1)χ5/,Γ] + €Τ+(ΛΓ-1)χ5/](6)
其中，CT1為干擾網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)幀和數(shù)據(jù)幀初始時(shí)間差值，i、n和N均為自然數(shù)，為干擾網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀和數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間偏移。獲取WIA-PA網(wǎng)絡(luò)受到IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)干擾的時(shí)間T (沖突域)，其中，N為自然數(shù)。假設(shè)IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀中超幀描述子域的參數(shù)配置如下 BO = 10 , SO = B, CAPSlotNmn = 8 ；按照式(1)-式(5)可分別計(jì)算出以下參數(shù)5/ lMims
，j D 246 s，TmwSloi鈞 5ms，CT= 135ms。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)管理者根據(jù)式(6)可以計(jì)算出每個(gè)沖突域的時(shí)間段，若網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備在該時(shí)間周期內(nèi)有發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的任務(wù)，則系統(tǒng)管理器重新分配這些設(shè)備的通信資源，使它們?cè)诜歉蓴_的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行通信，從而提高網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性。當(dāng)IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備采用安全模式進(jìn)行通信時(shí)，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能從偵聽(tīng)到的信標(biāo)幀中獲取MAC有效載荷信息，因此不能按照上述方法直接計(jì)算出沖突域的時(shí)間范圍。圖5所示為WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與安全模式下的IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)共存情況，其中，
Bh , Sl2和分別表示第l、2、n個(gè)IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀與前一個(gè)信標(biāo)幀的間隔時(shí)間，CTJ，Cr2和CTs分別表示W(wǎng)IA-PA設(shè)備與其他IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的第1、2、η個(gè)超幀
周期沖突域時(shí)間。IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)周期性發(fā)送信標(biāo)幀，在信標(biāo)幀之后發(fā)送數(shù)據(jù)，WIA-PA 網(wǎng)絡(luò)按照以下方法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的沖突域時(shí)間周期
(1)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)偵聽(tīng)I(yíng)EEE 802. 15. 4干擾網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包，由于MAC幀頭沒(méi)有進(jìn)行加密，因此WIA-PA網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以判斷接收到數(shù)據(jù)包的幀類
型，當(dāng)收到其他IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送的信標(biāo)幀時(shí)，記錄下當(dāng)前時(shí)間巧；
(2)由于IEEE802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備會(huì)在信標(biāo)之后馬上發(fā)送數(shù)據(jù)，因此WIA-PA 網(wǎng)關(guān)設(shè)備的接收機(jī)一直設(shè)置為接收打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)在信標(biāo)幀之后捕獲到對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)幀時(shí)，記錄下時(shí)間& ,然后繼續(xù)偵聽(tīng)，若接收到IEEE 802. 15.4網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，立即更新當(dāng)前
時(shí)間·^ ；
(3)初始化WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)的沖突域時(shí)間周期(CT )為
/^frT7 一 rP 一 rP^
X^ I1 = i D — Ib -
(4)當(dāng)WIA-PA網(wǎng)關(guān)設(shè)備偵聽(tīng)到下一個(gè)信標(biāo)幀時(shí)，記錄時(shí)間為Ι ,則計(jì)算兩個(gè)信標(biāo)幀間的間隔為= Γ，然后按照方法2偵聽(tīng)I(yíng)EEE 802. 15. 4設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，更新收到數(shù)據(jù)幀的時(shí)間A ,當(dāng)信標(biāo)幀與數(shù)據(jù)幀的時(shí)間差( - 2 ) K J--C7時(shí)，設(shè)置 CT2 = CT1 +LT , 為時(shí)間偏移，由WIA-PA網(wǎng)絡(luò)管理者設(shè)置；
(5)WIA-PA網(wǎng)關(guān)設(shè)備每次記錄下收到IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)幀的時(shí)間， 并計(jì)算IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀之間的當(dāng)前幀間隔時(shí)間瑪=勾+1-^ , (i=l，……n)，學(xué)
習(xí)一段時(shí)間后，根據(jù)獲取的一系列幀間隔時(shí)間，計(jì)算干擾網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)幀周期5/為
權(quán)利要求
1.WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)共存的方法，其特征在于，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性偵聽(tīng)I(yíng)EEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀，解析IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀的MAC 幀頭，判斷IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)采用安全模式還是非安全模式，網(wǎng)絡(luò)管理器計(jì)算安全模式和非安全模式對(duì)應(yīng)的沖突域時(shí)間周期；系統(tǒng)管理器根據(jù)沖突域時(shí)間周期重新分配網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源，調(diào)整發(fā)送幀的周期，避免網(wǎng)絡(luò)間的干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如采用非安全模式，IEEE802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備解析信標(biāo)幀獲取信標(biāo)幀載荷的超幀描述信息，計(jì)算信標(biāo)幀時(shí)間周期，網(wǎng)絡(luò)超幀時(shí)隙長(zhǎng)度和競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)間周期，根據(jù)以上信息計(jì)算IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)沖突域時(shí)間周期；如采用安全模式，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備記錄收到信標(biāo)幀的時(shí)間，計(jì)算信標(biāo)幀的周期時(shí)間；記錄每次收到的數(shù)據(jù)幀時(shí)間，計(jì)算IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)沖突域時(shí)間周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 在非安全模式下，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)公式 CT= (1+CAPSbtNum)χTimeSlot計(jì)算沖突域時(shí)間周期CT ,其中，為網(wǎng)絡(luò)超幀時(shí)隙長(zhǎng)度，CAPSloiNum為IEEE 802. 15. 4設(shè)備在信標(biāo)幀之后的競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)期周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于，在安全模式下，獲取當(dāng)前兩信標(biāo)幀之間的時(shí)間間隔(i=l，2……n)，根據(jù)公式BI = -XBl, Hff IHHI· 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步根據(jù)公式確定WIA-PA網(wǎng)絡(luò)受到IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)干擾的沖突域時(shí)間T，其中，巧為WIA-PA設(shè)備接收到干擾網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀的時(shí)刻，Bl為干擾網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送信標(biāo)幀的周期，CT1為干擾網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀和數(shù)據(jù)幀初始時(shí)間差值，ΑΓ為干擾網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀和數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間偏移，N為自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的一種共存方法，涉及工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)偵聽(tīng)I(yíng)EEE802.15.4干擾網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信標(biāo)幀，學(xué)習(xí)獲取IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包周期；WIA-PA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理器通過(guò)重新分配網(wǎng)絡(luò)資源，調(diào)整本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的調(diào)度時(shí)間，避免干擾。該共存方法能充分利用網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源，有效地提高WIA-PA網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04W72/08GK102548001SQ201210051230
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者代慶超, 向敏, 唐帥, 王平, 王恒 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)