本發(fā)明涉及體域網間干擾的檢測、快速最優(yōu)信道檢測技術領域，尤其涉及一種避免無線體域網間干擾的方法。

背景技術：

隨著可穿戴式設備的發(fā)展，體域網也變得越來越普及，體域網的用戶增多的同時，也帶來了一些問題。當在一個小的空間范圍內，有多個體域網用戶工作在同一個信道時，多個用戶可能同時發(fā)送信息，從而導致信息傳輸的失敗，引起網絡性能的下降，這種現象就是無線體域網中體域網間的干擾。這種干擾產生的客觀原因有兩個，首先是可用信道數量有限，ieee802.15.4總共定義了26個信道，且其在2.4ghz的信道只有16個，因此信道數量有限，所以多個體域網用戶處于同一個信道的可能性很大；其次是當處于同一個信道的多個用戶聚集在一個小空間時，其網絡傳遞的信息會受到周圍其他同信道的體域網用戶的影響，這種影響不可避免。因此想辦法減輕這種干擾，并且使得體域網的性能始終保持在正常工作的范圍內，是無線體域網干擾的研究重點。

傳統的干擾避免技術不能適應于體域網，例如wifi等技術的干擾是一個靜態(tài)的干擾，而體域網間的干擾是一個動態(tài)的，周圍的信道環(huán)境時刻在改變；體域網與傳統的通信網絡不同，體域網并沒有類似基站的中央調控設備，可以宏觀調節(jié)一個區(qū)域的信道分配，防止干擾，因此需要網絡自適應調節(jié)；此外，現有的一些用于體域網的信道搜索策略耗時嚴重，會讓干擾對體域網產生持續(xù)的影響，因此我們需要根據體域網干擾的特點設計一個干擾避免算法并讓其快速的從干擾中恢復正常。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種避免無線體域網間干擾的方法，解決了動態(tài)環(huán)境的干擾問題，網絡自適應調節(jié)的問題以及受到干擾恢復正常耗時嚴重的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：一種避免無線體域網間干擾的方法，包括如下步驟：

s1、測量與統計體域網內各個節(jié)點的網絡干擾參數，并將網絡干擾參數發(fā)送給協調器；

s2、協調器將接收的網絡干擾參數，轉化為時延參數d，再根據體域網內各個節(jié)點的時延參數d以及節(jié)點的重要系數，求取平均時延dp；

s3、協調器通過其單位時間內成功接收數據量得到當前信道的整個網絡的吞吐量，并通過成功接收數據包的功率得到接收信號強度；

s4、協調器將網絡的吞吐量和接收信號強度與平均時延dp相結合，判斷干擾強度；其中，網絡吞吐量越低，則平均時延dp越大，受到的干擾越強，因此當平均時延dp超過一定值且吞吐量低到一定值時，則判斷干擾特別嚴重；在判斷干擾強度時，如果受到的干擾嚴重，則進入下一步驟s5，否則回到步驟s1；

s5、協調器對信道進行信道空閑檢測，重復檢測n輪，每一輪檢測都需要對k個信道中的一個進行檢測，通過算法合理安排信道檢測的順序，快速得到最優(yōu)的空閑信道；

s6、協調器向本體域網內的所有節(jié)點廣播跳頻信號，改變頻率到最優(yōu)的空閑信道所處頻率，使得整個網絡調整到最優(yōu)的空閑信道上，然后返回步驟s1進行周期循環(huán)。

進一步地，所述步驟s1的網絡干擾參數包括退避次數與重傳次數。

進一步地，所述步驟s2的時延參數d和平均時延dp，其計算方式為：

其中時延參數d利用了非時隙csma/ca的特點，根據以下公式計算得到：

式中，nb表示csma/ca協議中的退避次數，wnb表示競爭窗口大小，tslot表示單位退避的時隙長度；該式用于計算在退避狀態(tài)為nb時的一個平均的退避耗時；

式中，表示平均的退避次數，表示重傳次數，n表示最大允許的退避次數；該式表示利用該節(jié)點發(fā)送的平均退避次數和平均重傳次數，估計得到該節(jié)點傳輸的平均時延d；

式中，αi表示節(jié)點i的重要系數，k代表總的節(jié)點數；考慮整個網絡各節(jié)點的重要性，得到網絡整體的基于節(jié)點優(yōu)先級的平均時延dp。

進一步地，所述步驟s4中，在判斷干擾強度時，利用閾值法判定是否受到嚴重干擾，其具體為：當吞吐量低于吞吐量閾值，平均時延高于平均時延的閾值，且接收信號強度大于接收信號強度的閾值時，認為受到的干擾嚴重；協調器根據網絡各節(jié)點發(fā)送的數據量來確定吞吐量的閾值和平均時延dp的閾值，協調器測定在無干擾下的網絡吞吐量t，設定系數α，以α×t作為吞吐量的閾值；協調器測定在無干擾下的平均時延dpt，設定系數β，以β×dpt作為平均時延dpt的閾值；測試無遮擋下接收信號強度值為rssi1,測試單個障礙物遮擋下的接收信號強度值為rssi2，設定接收信號強度的閾值為rssi1-γ×rssi1+γ×rssi2,系數γ∈[0,1]為體域網對遮擋的容忍度。

進一步地，所述步驟s5，具體為：

s51、協調器設定總的信道檢測輪數為n以及總的檢測信道數k，初始化每個信道的被選擇次數和每個信道的平均獎勵；

s52、在每一輪檢測中，協調器以ε概率隨機選擇一個信道進行信道空閑檢測，以1-ε的概率選擇當前平均獎勵最大的信道進行信道空閑檢測；

s53、若被選信道的信道空閑檢測結果為空閑，則信道的被選擇次數加1，信道的總獎勵加r1；若信道空閑檢測結果為繁忙，則信道的被選擇次數加1，信道的總獎勵加r2；

s54、循環(huán)檢測，直至第n輪檢測完，則最終以平均獎勵最高的信道作為最優(yōu)的空閑信道。

進一步地，所述步驟s5中的信道空閑檢測是通過判斷信道信號的能量，若信道信號的能量低于門限值，則認為信道是空閑的，否則信道是忙碌的。

采用上述技術方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

1、體域網區(qū)別于其他無線網絡，有一些其獨特的特點，傳統的網絡間干擾的避免方法，不能滿足體域網的可移動性的特點，而手機移動網絡由基站統一分配管理，這在體域網中難以實現；因此，本發(fā)明使得體域網自適應地調節(jié)，通過各節(jié)點及協調器所收集的當前體域網與干擾有關的網絡指標的信息，來判定是否受到干擾，然后進行信道選擇及切換，所有的操作由網絡自身完成，具有實時性和自適應性；

2、現有的跳頻算法中信道的檢測是每個信道檢測固定的時間，這樣平均的檢測，將會浪費很多時間在差的信道的檢測上，而且在信道檢測時，網絡無法通信，因此，檢測信道耗時越長，對體域網數據的損失越大，影響越大；本發(fā)明通過建立最優(yōu)信道檢測的模型，用信道的空閑率作為信道好壞的評判依據，通過建立模型和算法快速找到最優(yōu)的信道，使得體域網快速恢復正常通信，且保持高吞吐量和低時延。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種避免無線體域網間干擾的方法的步驟流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結合，下面結合附圖和具體實施例對本申請作進一步詳細說明。

實施例

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種避免無線體域網間干擾的方法，其步驟具體為：

s1、體域網內每個節(jié)點測量與統計與網絡干擾有關的性能參數(包括退避次數與重傳次數)，并將其發(fā)送給協調器；

s2、協調器接收網絡內各個節(jié)點的網絡干擾參數，將其轉化為時延參數d，再根據各節(jié)點的時延以及節(jié)點的重要系數得到平均的網絡時延dp；

s3、協調器通過其單位時間內成功接收的數據量得到當前信道的整個網絡的吞吐量，通過成功接收的數據包的功率得到信號接收的rssi(receivedsignalstrengthindication接收信號強度)

s4、協調器將網絡的吞吐量和rssi與網絡的時延相結合，判斷干擾強度；網絡吞吐量越低，網絡時延越大，受到的干擾越強，因此當時延大到超過一定值且吞吐量低到一定值時，認為干擾特別嚴重，可以通過閾值法判定是否干擾嚴重，如果受到干擾嚴重，進入下一步驟s5，否則回到步驟s1；

s5、協調器循環(huán)執(zhí)行以下過程若干輪來搜尋最優(yōu)信道：

s51、協調器設定總的信道檢測輪數n以及總的檢測信道數k，初始化每個信道的被選擇次數和每個信道的平均獎勵；

s52、每一輪檢測，協調器以ε概率隨機選擇一個信道進行信道空閑檢測，以1-ε的概率選擇當前平均獎勵最大的信道進行信道空閑檢測；

s53、如果被選信道的信道空閑檢測結果為空閑，則信道的被選擇次數加1，信道的總獎勵加r1；如果信道空閑檢測結果為繁忙，則信道的被選擇次數加1，信道的總獎勵加r2；

s54、一直持續(xù)到若干輪檢測完，則最終以平均獎勵最高的信道作為最優(yōu)的信道；

s6、協調器向該體域網所有的節(jié)點廣播跳頻信息，讓整個網絡調整到新的空閑信道上，回到步驟s1進行周期循環(huán)。

為了使得數據的準確性，本發(fā)明提供了一個具體的實例來操作上述步驟，具體為：

s1、傳感器節(jié)點采用cc2530芯片，移植tinyos操作系統，傳感器節(jié)點采集數據，每隔20ms向協調器傳輸一個大小為100字節(jié)的數據包，傳輸速率為40kbps。設定csma/ca中最大隨機退避次數nbmax為3，最小退避指數bemin為2，最大的退避指數為5，每傳輸一個數據包在末尾添加兩個字節(jié)的退避次數和重傳次數的值；

s2、協調器利用計算式1和計算式2得到體域網的平均時延dp；

計算式1：

計算式2：

s3、協調器統計整個體域網的吞吐量t以及接收信號的強度rssi；

s4、設定時延閾值為dthreshold＝15ms，吞吐量時延閾值為tthreshold＝28packets,rssi的閾值rssithreshold為rssi正常通信值-60db,協調器判斷是否吞吐量t>tthreshold&&時延dp>dthreshold&&rssi>rssithreshold,如果上述結果為真，則判定體域網受到嚴重的同信道體域網間的干擾，進入下一步驟s5；否則，回到步驟s1；

s5、設定探索信道為3，總的檢測輪數為300，每輪執(zhí)行一次信道空閑檢測，每輪耗時為8個字節(jié)共128us，總檢測時間為38ms，初始化每個信道的被選擇次數和每個信道的平均獎勵為0；每一輪檢測，協調器以0.1概率隨機選擇一個信道進行信道空閑檢測，以0.9的概率選擇當前平均獎勵最大的信道進行信道空閑檢測；如果被選的信道空閑檢測結果為空閑，則信道的被選擇次數加1，信道的總獎勵加1；如果信道空閑檢測結果為繁忙，則信道的被選擇次數加1，信道的總獎勵不變；一直持續(xù)到300輪檢測完，則最終平均獎勵最高的信道為最空閑的信道；

s6、協調器向該體域網所有的節(jié)點廣播跳頻信息，讓整個網絡調整到新的空閑信道上，回到步驟s1進行周期循環(huán)。

盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。