一种基于GNU Radio实现ZigBee与Wifi互操作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于GNU Radio实现ZigBee与Wifi互操作方法，属于无线通信技术领域。该方法步骤：在GNU Radio软件无线电平台上，设置参数，接着在与解调后的信号做差后连接时钟恢复模块进行时钟恢复然后输出符号数据，在模块Packet Sink模块实现了物理帧的检测，并在数据包长度字段的帮助下解码整个MAC协议数据单元；完成ZigBee MAC帧到WiFi MAC帧的转变；将封装好的数据帧送入WiFi PHY模块进行信号的调制，然后送入到USRP中发出。本发明专利技术解决了ZigBee传输速度过慢的问题，提高了对ZigBee的可操作性，传输距离更远，速率更大，方便与用户终端互联。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNURadio实现ZigBee与Wifi互操作方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种基于GNURadio实现ZigBee与Wifi互操作方法。
技术介绍
近些年来，备受关注的无线传感器网络技术发展迅速，同时，无线控制、无线组网、无线定位等词汇逐渐影响着我们的生活，带给我们极大的便利。无线通信网络随着现代互联网技术和计算机技术的广泛使用而逐渐受到人们的重视，其独特的优势也影响着社会生活的各个方面。目前以新兴的ZigBee无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)为代表的无线传感器发展迅速，成为通信传输
中的一个新的趋势。其价格低、功耗小、自组织性强等特性适用在许多场合。将ZigBee节点分布在特定区域中，根据特定需求结合不同类型传感器感知、采集各种监测对象的信息，然后自组织形成网络，通过组成的网络将信息传输到用户监控端。无线传感器网络是人类感知外部世界的有效延伸，是传感器与观察者之间的无线通信路径，很大程度的扩大了检测范围。然而ZigBee的传输速度却成为限制其发展的一个因素。同时，各类传输网络发展迅速，WiFi网络(WirelessFidelity)以自身特殊的性能有点得到了很好的普及，有着很好的发展前景。WiFi是基于IEEE802.11协议的网络技术，其实质是以种商业认证。人们日常生活中的手机、平板电脑等终端设备正式凭借着WiFi技术简单方便的接入互联网络，其优势体现在传输速率高、工作距离长、易于组建等特点。WiFi是用户终端和互联网之间无缝连接的桥梁。从医疗领域、环境监测到智能家居，它渗透在社会生活的各个方面。为了解决ZigBee传输速度过慢以及提高对ZigBee的可操作性，ZigBee-WiFi网络被提出，主要应用在智能家居与煤矿安全监测系统中。ZigBee-WiFi网络不仅具有ZigBee网络的优点，而且在其基础上，增加了WiFi的功能，传输距离更远，速率更大，更重要的是方便与用户终端互联。ZigBee-WiFi网络最关键的问题是如何实现ZigBee与Wi-Fi的互操作。GNURadio又可以称作开源软件无线电，GNURadio采用的是软件无线电思想，把实际通信系统中几乎所有能由软件完成的事情都写成了软件代码，把必须由硬件完成的任务留给通用的硬件设备(通常是USRP)来完成，所以GNURadio与USRP的组合可以完成各项通信任务，为通信系统提供发送通路、接收通路以及信道侦听等服务。目前实现ZigBee与Wi-Fi的互操作方法大都是硬件实现的，这种方法具有灵活性差，受限于硬件条件，而通过软件实现可以根据实际需要灵活的更改任何一个环节。所以通过软件实现ZigBee与Wi-Fi互操作的实现方法具有一定的研究意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于GNURadio实现ZigBee与Wifi互操作方法，能根据实际需要灵活的更改任何一个环节，克服了现有硬件实现方法的不灵活性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于GNURadio实现ZigBee与Wifi互操作方法，该方法包括以下步骤：S1：在GNURadio软件无线电平台上，设置USRPSource的中心频率(CenterFreq)为2.48GHz，抽样速率(Sps)为4M，增益类型(GainType)为Normalized，输出类型为ComplexFloat32；USRP按照此设置接收到ZigBee信号后，首先进入IEEE802.15.4PHY模块的rxin端口，然后信号流会进入到QuadratureDemod模块进行解调，然后连接一个SinglePoleIIRFilter并且滤波器数据类型设置为Float，接着在与解调后的信号做差后连接时钟恢复模块(ClockRecovery)进行时钟恢复然后输出符号数据，在模块PacketSink模块实现了物理帧的检测，并在数据包长度字段的帮助下解码整个MAC协议数据单元(MPDU)；同步器需要检测到4个字节的前导码0x00，一个完整的MAC协议数据单元(MPDU)被发现，它就被添加到一个消息队列；最终流向IEEE802.15.4PHY模块的rxout端口完成OQPSK方式解调；S2：在信号经过OQPSK的解调后，将信号送入IEEE802.15.4MAC模块进行ZigBeeMAC帧MPDU的解封装并将数据暂存起来，在该模块主要是将帧头MHR以及帧尾MFR去掉并将数据载荷MSDU暂存；S3：将上一步暂存的数据送入WiFiMAC模块按照IEEE802.11标准对数据进行重新打包、封装成WiFiMAC帧，S2到S3完成ZigBeeMAC帧到WiFiMAC帧的转变；S4：将封装好的数据帧送入WiFiPHY模块按照IEEE802.11标准进行信号的调制；S5：把调制好的WiFi信号送入到USRP中发出。本专利技术的有益效果在于：本专利技术解决了ZigBee传输速度过慢的问题，提高了对ZigBee的可操作性，不仅具有ZigBee网络的优点，而且在其基础上，增加了WiFi的功能，传输距离更远，速率更大，更重要的是方便与用户终端互联。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术在软件无线电平台上GNURadio的软件实现框图；图2为本专利技术IEEE802.15.4PHY模块详情；图3为ZigBee与WiFi组网示意图；图4为本专利技术实施例示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。为了实现上述专利技术目的本专利技术在USRP平台上利用软件无线电GNURadio的极大可操作性来实现ZigBee与WiFi的互操作，如图1所示，实现过程包括以下步骤，：Step1:本专利技术完全是在GNURadio软件无线电平台上完成的，USRPSource的中心频率(CenterFreq)设置为2.48GHz，抽样速率(Sps)为4M，增益类型(GainType)为Normalized，输出类型为ComplexFloat32。USRP按照此设置接收到ZigBee信号后，首先进入IEEE802.15.4PHY模块的rxin端口(IEEE802.15.4PHY模块详情如图2所示)，然后信号流会进入到QuadratureDemod模块进行解调，然后连接一个SinglePoleIIRFilter并且滤波器数据类型设置为Float，接着在与解调后的信号做差后连接时钟恢复模块(ClockRecovery)进行时钟恢复然后输出符号数据，在模块PacketSink模块实现了物理帧的检测，并在数据包长度字段的帮助下解码整个MAC协议数据单元(MPDU)。同步器需要检测到4个字节的前导码0x00，一个完整的MAC协议数据单元(MPDU)被发现，它就被添加到一个消息队列。最终流向IEEE802.15.4PHY模块的rxout端口完成OQPSK方式解调；如图2所示。Step2:在信号经过OQPSK的解调后，将信号送入IEEE802.15.4MAC模块进行ZigBeeMAC帧MPDU的解封装并将数据暂存起来，在该模块主要是将帧头MHR以及帧尾MFR去掉并将数据载荷MSDU暂存(IEEE802.15.4MAC帧如下表所示)；Step3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GNU Radio实现ZigBee与Wifi互操作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：使用开源软件无线电GNU Radio，设置通用软件无线电外设USRP(Universal Software Radio Peripheral)Source的中心频率(Center Freq)为2.48GHz，抽样速率(Sps)为4M，增益类型(Gain Type)为Normalized，输出类型为Complex Float 32；USRP按照此设置接收到ZigBee信号后，首先进入IEEE 802.15.4PHY模块的rxin端口，然后信号流会进入到Quadrature Demod模块进行解调，然后连接一个Single Pole IIR Filter并且滤波器数据类型设置为Float，接着在与解调后的信号做差后连接时钟恢复模块(Clock Recovery)进行时钟恢复然后输出符号数据，在模块Packet Sink模块实现了物理帧的检测，并在数据包长度字段的帮助下解码整个MAC协议数据单元(MPDU)；同步器需要检测到4个字节的前导码0x00，一个完整的MAC协议数据单元(MPDU)被发现，它就被添加到一个消息队列；最终流向IEEE802.15.4PHY模块的rxout端口完成OQPSK方式解调；S2：在信号经过OQPSK的解调后，将信号送入IEEE 802.15.4MAC模块进行ZigBee MAC帧MPDU的解封装并将数据暂存起来，在该模块主要是将帧头MHR以及帧尾MFR去掉并将数据载荷MSDU暂存；S3：将上一步暂存的数据送入WiFi MAC模块按照IEEE 802.11标准对数据进行重新打包、封装成WiFi MAC帧，S2到S3完成ZigBee MAC帧到WiFi MAC帧的转变；S4：将封装好的数据帧送入WiFi PHY模块按照IEEE 802.11标准进行信号的调制；S5：把调制好的WiFi信号送入到USRP中发出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于GNURadio实现ZigBee与Wifi互操作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：使用开源软件无线电GNURadio，设置通用软件无线电外设USRP(UniversalSoftwareRadioPeripheral)Source的中心频率(CenterFreq)为2.48GHz，抽样速率(Sps)为4M，增益类型(GainType)为Normalized，输出类型为ComplexFloat32；USRP按照此设置接收到ZigBee信号后，首先进入IEEE802.15.4PHY模块的rxin端口，然后信号流会进入到QuadratureDemod模块进行解调，然后连接一个SinglePoleIIRFilter并且滤波器数据类型设置为Float，接着在与解调后的信号做差后连接时钟恢复模块(ClockRecovery)进行时钟恢复然后输出符号数据，在模块PacketSink模块实...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉鹏，李永刚，李海星，江军杰，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50